WO2017077622A1 - 光音響波検出装置及びこれを有する内視鏡システム - Google Patents

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Definitions

  • the present invention relates to a photoacoustic wave detection device and an endoscope system having the same.
  • Photoacoustic wave is a kind of elastic wave generated in the thermoelastic process that occurs when a substance is irradiated with light in the absorption wavelength range. Therefore, photoacoustic waves are attracting attention as a technique for imaging absorption characteristics.
  • photoacoustic waves are a kind of ultrasonic waves and have a characteristic that they are less susceptible to scattering than light, and thus are applied as imaging means inside a living body.
  • a photoacoustic wave detection apparatus that applies photoacoustic waves to imaging as a detection signal
  • pulsed light that matches the absorption wavelength region of the observation object is used as excitation light
  • the excitation light is condensed by an objective lens to move inside the sample.
  • a technique is used in which a photoacoustic wave generated at each focused spot position is detected by a transducer using a focused spot.
  • a photoacoustic wave detection device when a specimen is scanned with a condensing spot, a photoacoustic wave is generated if an absorbing substance is present at the condensing spot position. The absorption characteristics of can be imaged.
  • a photoacoustic wave detection device for example, the one disclosed in Patent Document 1 is known.
  • Laser light from a laser light source in the near-infrared wavelength region passes through the fiber coupler and reaches the objective lens.
  • the light from the objective lens is focused and transmitted through the ultrasonic transducer, reflected by a light / ultrasonic rotating mirror that is rotationally driven from the outside, and applied to the tissue on the inner wall of the blood vessel.
  • the photoacoustic wave is reflected by the optical / ultrasonic rotating mirror and reaches the detector. Based on the photoacoustic wave reaching the detector, the distribution absorbed by the laser light source is obtained.
  • the detected photoacoustic wave since the detected photoacoustic wave has a high frequency, the attenuation is severe in the air. For this reason, a mediator that reduces the attenuation of photoacoustic waves such as water is required between the detector and the specimen.
  • a mediator that reduces the attenuation of photoacoustic waves such as water is required between the detector and the specimen.
  • a waterproof measure is required to prevent the photoacoustic wave detection device from being broken even in a deep water state.
  • a photoacoustic wave detection apparatus will enlarge in size for a waterproof measure.
  • a light source and a driving mechanism for scanning need to be arranged at the distal end portion of the endoscope. For this reason, a front end will become long from a scanning part.
  • the conventional photoacoustic wave detection apparatus does not have an acoustic lens. For this reason, the sensitivity to sound waves was low.
  • the present invention has been made in view of the above, and provides a photoacoustic wave detection device that can detect photoacoustic waves with high sensitivity and does not require waterproofing measures, and an endoscope system having the photoacoustic wave detection device. Objective.
  • the present invention provides a projecting optical system for projecting excitation light onto a test object, and an excitation light emitted by the excitation light projected by the projecting optical system.
  • a photoacoustic wave detection system for detecting a photoacoustic wave of an object to be detected by reversing an optical path for light projection by a photoacoustic wave sensor unit, and a light projecting optical system Is an excitation light emitting part that emits excitation light, an excitation light incident surface that guides the excitation light emitted from the excitation light emission part to the inside by transmission, and an internal reflection surface that reflects the excitation light incident from the excitation light incident surface by internal reflection And a prism member having an excitation light emission surface that emits the excitation light reflected by the internal reflection surface to the outside by transmission and having a positive refractive power, and the photoacoustic wave detection system includes a prism member, After passing through the excitation light exit surface of the prism member
  • the present invention is an endoscope system having a gripping part, an insertion part extending in the longitudinal direction of the gripping part, and a columnar tip constituent part provided on the tip side of the insertion part,
  • the endoscope system has the above-described photoacoustic wave detection device at the distal end configuration portion, a prism member is disposed at the distal end configuration portion, and the excitation light incident surface of the prism member faces the gripping portion side. It is characterized by.
  • the present invention has been made in view of the above, and is advantageous in that it is possible to provide a photoacoustic wave detection device capable of detecting photoacoustic waves with high sensitivity and a high sensitivity without requiring a waterproof measure and an endoscope system having the photoacoustic wave detection device. Play.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a schematic configuration of a photoacoustic wave detection apparatus 100 according to the first embodiment.
  • the photoacoustic wave detection device 100 projects light of a specimen SMP (test object) that is excited and emitted by the projection optical system that projects excitation light onto the test object and the pump light projected by the light projection optical system.
  • a photoacoustic wave detection system that reversely follows an optical path for projecting an acoustic wave and detects the acoustic wave with a transducer 11a (photoacoustic wave sensor unit).
  • the light projecting optical system includes a light source 10 (excitation light emitting unit) that emits excitation light, an excitation light incident surface 12a that guides excitation light emitted from the light source 10 (excitation light emitting unit) to the inside by transmission, and an excitation light incident surface 12a.
  • the photoacoustic wave detection system passes through the prism 12 (prism member) and the excitation light exit surface 12c of the prism 12 (prism member), then reflects off the internal reflection surface 12b and exits from the prism 12 (prism member).
  • the photoacoustic wave detection system has a transducer 11a (photoacoustic wave sensor unit) that detects an acoustic wave, and the optical path from the excitation light exit surface 12c to the transducer 11a (photoacoustic wave sensor unit) is a prism 12 (prism member). Is filled with prism glass material 13 (solid medium).
  • the prism 12 has a positive refracting power, so that it has a function of condensing excitation light. Furthermore, by filling the space from the excitation light exit surface 12c of the photoacoustic waveguide 100c of the photoacoustic wave detection device 100 to the transducer 11a with the prism glass material 13 (solid medium), it is not necessary to fill the device with water, and no waterproof mechanism is required. It becomes. In addition, it is possible to increase the distance from the internal reflection surface to the sample SMP, and it is possible to increase the numerical aperture (NA) of the photoacoustic wave when the same working distance (working distance) is assumed.
  • NA numerical aperture
  • the light source 10 projects excitation light onto the specimen SMP.
  • the light source 10 emits collimated light (pulse light).
  • the emitted collimated light passes through the hollow portion of the cylindrical transducer 11a.
  • the collimated light that has passed through is incident on the prism 12.
  • the prism 12 is a right-angle prism, and has an excitation light incident surface 12a, an internal reflection surface 12b, and an excitation light emission surface 12c.
  • the excitation light incident surface 12a is a surface that guides excitation light emitted from the light source 10 (excitation light emitting unit) to the inside of the prism 12 by transmission.
  • the internal reflection surface 12b bends the optical path by approximately 90 degrees by internal reflection of the excitation light incident from the excitation light incident surface 12a.
  • the excitation light emission surface 12c emits the excitation light reflected by the internal reflection surface 12b to the outside by transmission.
  • the prism 12 desirably has only one internal reflection surface 12b. Thereby, the photoacoustic wave detection apparatus 100 can be reduced in size. Moreover, since the internal reflection surface 12b that reflects the photoacoustic wave is an interface between the prism glass material 13 (glass) and air, the reflectance can be increased. For this reason, a photoacoustic wave can be detected efficiently.
  • the excitation light incident surface 12a of the prism 12 is a surface having optical power with respect to the excitation light.
  • the excitation light incident surface 12a has a concave shape.
  • the hollow cylindrical transducer 11 a is joined to the surface of the prism 12 on the excitation light incident surface 12 a side so as to surround the excitation light incident on the prism 12.
  • the condensing performance of the excitation light can be optically enhanced. Further, it is advantageous to secure the sound collection area of the transducer 11a and enhance the sound collection effect.
  • the internal reflection surface 12b is preferably a concave reflection surface that reflects the optical axis of the light source 10 that is a light projecting optical system between 80 degrees and 92 degrees. Thereby, the excitation light is condensed by the concave reflecting surface, and the prism 12 for collecting the photoacoustic wave is advantageously reduced in size.
  • the internal reflection surface 12b is desirably a concave reflection surface that reflects the optical axis of the light source 10 that is a light projecting optical system between 80 degrees and 88 degrees.
  • the concave reflecting surface desirably has a shape that is plane-symmetric with respect to a plane including the optical axis of the light source 10 that is the light projection optical system before and after reflection, and a non-rotationally symmetric surface shape, for example, an anamorphic shape or a cylindrical shape. .
  • a non-rotationally symmetric surface shape for example, an anamorphic shape or a cylindrical shape.
  • the concave reflecting surface has a rotationally symmetric quadric surface shape. Therefore, it becomes conjugate between the focal points of the two surfaces, or collimated light is condensed at the focal point of the surface, which is advantageous in securing the condensing performance of the excitation light.
  • the concave reflecting surface has a rotationally symmetric paraboloid shape.
  • the acoustic wave can be substantially collimated and reflected to the transducer 11a side.
  • high detection sensitivity can be obtained by providing power to the internal reflection surface 12b so that a wavefront of a photoacoustic wave substantially parallel to the transducer 11a is incident.
  • the excitation light exit surface 12c of the prism 12 is an entrance window. Thereby, the number of parts which comprise photoacoustic wave detection device 100 can be reduced.
  • the photoacoustic wave detection device 100 has a medium that mediates from the excitation light exit surface 12c (incident window) to the specimen SMP.
  • the excitation light emitted to the outside from the excitation light emission surface 12c is incident on the sample SMP via the extendable container 15 filled with water 15a that is a photoacoustic wave transmission medium.
  • the container 15 is formed of a member that is optically transparent to excitation light and has flexibility. As a result, the attenuation of the photoacoustic wave generated from the sample SMP can be reduced and propagated.
  • the thickness of the container 15 in the Z direction can be changed by controlling the amount of the water 15a. As a result, scanning with the focused spot in the depth direction of the sample SMP becomes possible.
  • the excitation light incident on the specimen SMP is condensed at one point by the optical action of the prism 12 having a positive refractive power.
  • a photoacoustic wave is generated if an absorbing material is present at the focused spot position.
  • the generated photoacoustic wave travels backward in the optical path of the excitation light.
  • the scanning of the focused spot can be performed by rotationally driving the transducer 11a and the prism 12 together by the motor 14. Thereby, since it is not necessary to move a contribution optical system, it becomes possible to scan easily.
  • the motor 14 (prism member rotating mechanism) is arranged on the side where the excitation light is incident with respect to the prism 12, and rotates the prism 12 to deflect the light projecting direction of the excitation light. This is advantageous for photoacoustic wave detection for a tubular specimen SMP such as an inner wall of a blood vessel.
  • the photoacoustic wave reflected by the internal reflection surface 12b of the prism 12 is reflected in the direction of the light source 10 as a substantially parallel photoacoustic wave by the concave shape of the internal reflection surface 12b.
  • the internal reflection surface 12b is a surface having a function of an acoustic lens.
  • the photoacoustic wave emitted from the prism 12 is incident on the transducer 11 a bonded to the prism 12.
  • the output signal from the transducer 11a is sent to the calculation / control unit 28 (FIG. 4B).
  • the calculation / control unit 28 images the absorption characteristics in the sample SMP.
  • the apparatus can be reduced in size.
  • the prism 12 has a positive refracting power, so that it has a function of condensing excitation light. Furthermore, it is not necessary to fill the apparatus with water or the like by filling the prism glass material 13 (solid medium) from the excitation light exit surface 12c (incident window) of the photoacoustic wave guide to the transducer 11a in the photoacoustic waveguide.
  • FIG. 2A is a diagram illustrating a schematic configuration of the photoacoustic wave detection device 110 according to the second embodiment.
  • the same parts as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
  • the excitation light emitting unit includes a light source 16 and an optical fiber 17 that emits the guided excitation light.
  • the optical fiber 17 is disposed between the light source 16 and the prism 12.
  • the motor 20 rotates the gear mechanism 22 via the wire 21. By this rotation, the transducer 11b and the prism 12 are rotated together.
  • the incident window is a cover glass CG.
  • the lubricant 29 is filled between the prism 12 and the cover glass CG. Thereby, the rotational drive of the prism 12 can be performed smoothly.
  • the lens 18 (condensing position changing lens) guides the diverging excitation light emitted from the optical fiber 17 to the hollow portion of the transducer 11b.
  • the position of the lens 18 can be changed by the lens driving unit 19. By changing the position of the lens 18 in the optical path between the light source 16 and the prism 12, the condensing position of the excitation light can be changed.
  • the transducer 11b is composed of three (plural) transducers 11b1 (channel CH1), 11b2 (channel CH2), and 11b3 (channel CH3) that are formed by annular lamination. It is an array.
  • 3A and 3B show a state in which the position of the lens 18 is changed, and the condensing position of the excitation light is changed from the excitation light exit surface 12c of the prism 12 to the distances Z1 and Z2.
  • FIG. 3C shows the timing at which the photoacoustic wave generated from the vicinity of the focal position of the internal reflection surface 12b having the function of the acoustic lens (position at the distance Z1 shown in FIG. 3A) reaches the three channels CH1, CH2, and CH3.
  • FIGS. 3C and 3D the horizontal axis T represents time.
  • the photoacoustic wave (spherical wave) generated in the vicinity of the focal position is converted into substantially parallel by the internal reflection surface 12b and is incident on the three transducers 11b1, 11b2, and 11b3. For this reason, as shown in FIG. 3C, the photoacoustic waves generated from the vicinity of the focal position are detected at the same time by the three channels CH1, CH2, and CH3.
  • the lens 18 when the lens 18 is moved and condensed at a distance Z2 closer to the focal position (distance Z1), the photoacoustic waves are shifted in time to the three channels CH1, CH2, and CH3, respectively. To reach. By measuring the time delay of the photoacoustic wave in each channel, the position in the Z direction can be obtained.
  • the excitation light can be condensed at a desired position in the Z direction by moving the lens 18.
  • the detection position can be changed in the Z (depth) direction of the sample SMP, and the photoacoustic wavefront is detected by different transducers to be detected to detect the photoacoustic wave so as to correspond to the depth of the sample SMP. Can be detected.
  • FIGS. 4A and 4B are diagrams illustrating a schematic configuration of an endoscope system 200 according to the third embodiment.
  • the endoscope system 200 includes a gripping part 23, an insertion part 24 extending in the longitudinal direction of the gripping part 23, and a columnar tip constituent part 25 provided on the distal end side of the insertion part 24.
  • the endoscope system 200 includes the photoacoustic wave detection devices 100 and 110 according to the first embodiment and the second embodiment.
  • the prism 12 is disposed in the tip configuration part 25, and the excitation light incident surface 12 a of the prism 12 faces the grip part 23. Thereby, the front-end
  • the water supply unit 27 can send water to the container 15 or suck water from the container 15 through the universal cord 26 through the tube 26a.
  • the size of the container 15 in the Z direction that is, the interval between the photoacoustic wave detection device 100 and the specimen SMP can be adjusted.
  • the excitation light emitted from the light source 16 is guided by the optical fiber 17.
  • the calculation / control unit 28 controls the driving amounts of the motors 14 and 20 and the lens driving unit 19 via the signal line 26b. Further, the calculation / control unit 28 performs imaging of the specimen by processing the photoacoustic wave signals detected by the transducers 11a and 11b.
  • Modification 5A and 5B are diagrams illustrating a schematic configuration of an endoscope system 210 according to a modified example.
  • a detection tool 220 having the photoacoustic wave detection device 100 at the tip is inserted into the forceps channel of the endoscope system 210.
  • the photoacoustic wave can be detected by the small photoacoustic wave detection apparatus 100.
  • the present invention is useful for a small-sized photoacoustic wave detection device capable of detecting photoacoustic waves with high sensitivity and an endoscope system having the same.

Abstract

投光光学系と、光音響波検出系と、を有する光音響波検出装置１００であって、投光光学系は、励起光を発する光源１０と、光源１０から発する励起光を透過により内部に導く励起光入射面１２ａと、励起光入射面１２ａより入射した励起光を内部反射により反射する内部反射面１２ｂと、内部反射面１２ｂにて反射した励起光を透過により外部へ射出する励起光射出面１２ｃを有し正の屈折力をもつプリズム１２と、を有し、光音響波検出系は、プリズム１２と、プリズム１２の励起光射出面１２ｃを通過後、内部反射面１２ｂにて反射し、プリズム１２から射出した光音響波を検知するトランスデューサ１１ａと、を有し、光音響波検出系は、励起光射出面１２ｃからトランスデューサ１１ａまでの光路がプリズム１２を含むプリズム硝材１３により満たされている。

Description

光音響波検出装置及びこれを有する内視鏡システム
　本発明は、光音響波検出装置及びこれを有する内視鏡システムに関するものである。
　光音響波とは、物質に吸収波長域の光を照射した際に生じる熱弾性過程にて発生する弾性波の一種である。そのため、光音響波は、吸収特性をイメージングする手法として注目されている。また、光音響波は、超音波の一種で、光に比べて散乱の影響を受けにくい特徴を有していることから、生体内部のイメージング手段として適用されている。
　光音響波を検出信号としてイメージングに適用する光音響波検出装置では、観察対象物の吸収波長域に合わせたパルス光を励起光として用い、該励起光を対物レンズにより集光して標本内を集光スポットにより走査し、これにより各集光スポット位置で発生する光音響波をトランスデューサ等で検出する手法が用いられている。かかる光音響波検出装置によると、標本を集光スポットで走査した際に、集光スポット位置に吸収物質が存在すると光音響波が発生するので、その光音響波を検出することにより、標本内の吸収特性をイメージングすることができる。
　このような光音響波検出装置として、例えば特許文献１に開示のものが知られている。近赤外波長域のレーザ光源からのレーザ光は、ファイバーカップラーを通って、対物レンズに達する。対物レンズからの光はフォーカスされて超音波トランスデューサを透過し、外部から回転駆動される光・超音波回転ミラーで反射されて血管内壁の組織に照射される。血管内壁の組織内部で光が集光し、その集光位置から光音響波が発生する。光音響波は、光・超音波回転ミラーで反射され、検出器に到達する。検出器に到達した光音響波に基づいて、レーザ光源の吸収する分布が求まる。
特開２００５－２２４３９９号公報
　従来技術の構成において、検出される光音響波は高周波数であるため、空気中では減衰が激しい。このため、検出器と標本との間には、水などの光音響波の減衰が少なくなる媒介物質が必要となる。水などの媒介物質が光音響波検出装置の近傍に存在すると、水深状態においても光音響波検出装置の故障を防止するため、防水対策が必要となる。そして、防水対策のため、光音響波検出装置が大型化してしまう。また、光音響波検出装置を内視鏡に適用すると、内視鏡の先端部に光源、スキャンのための駆動機構を配置する必要を生ずる。このため、スキャン部から先端が長くなってしまう。さらに、従来の光音響波検出装置は、音響レンズを有していない。このため、音波に対する感度が低いものであった。
　本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、防水対策が不要で小型な、高感度に光音響波を検出できる光音響波検出装置及びこれを有する内視鏡システムを提供することを目的とする。
　上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、励起光を被検物へ投光する投光光学系と、投光光学系により投光される励起光により励起されて発せられる被検物の光音響波を投光のための光路を逆にたどり光音響波センサ部にて検出する光音響波検出系と、を有する光音響波検出装置であって、投光光学系は、励起光を発する励起光射出部と、励起光射出部から発する励起光を透過により内部に導く励起光入射面と、励起光入射面より入射した励起光を内部反射により反射する内部反射面と、内部反射面にて反射した励起光を透過により外部へ射出する励起光射出面を有し正の屈折力をもつプリズム部材と、を有し、光音響波検出系は、プリズム部材と、プリズム部材の励起光射出面を通過後、内部反射面にて反射し、プリズム部材から射出した光音響波を検知する光音響波センサ部と、を有し、光音響波検出系は、励起光射出面から光音響波センサ部までの光路がプリズム部材を含む固体媒質により満たされていることを特徴とする。
　また、本発明は、把持部と、把持部の長手方向に延在する挿入部と、挿入部の先端側に設けられた円柱状の先端構成部と、を有する内視鏡システムであって、内視鏡システムは、先端構成部に上述の光音響波検出装置を有し、先端構成部には、プリズム部材が配置され、プリズム部材の励起光入射面は把持部の側を向けていることを特徴とする。
　本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、防水対策が不要で小型な、高感度に光音響波を検出できる光音響波検出装置及びこれを有する内視鏡システムを提供できるという効果を奏する。
第１実施形態に係る光音響波検出装置の概略構成を示す図である。 第２実施形態に係る光音響波検出装置の概略構成を示す図である。 第２実施形態に係る光音響波検出装置の概略構成を示す他の図である。 第２実施形態に係る光音響波検出装置の概略構成を示す別の図である。 第２実施形態に係る光音響波検出装置の概略構成を示すさらに他の図である。 第２実施形態における検出された光音響波を示す図である。 第２実施形態における検出された光音響波を示す他の図である。 第３実施形態に係る光音響波検出装置の概略構成を示す図である。 第３実施形態に係る光音響波検出装置の概略構成を示す他の図である。 変形例に係る光音響波検出装置の概略構成を示す図である。 変形例に係る光音響波検出装置の概略構成を示す他の図である。
　以下、本実施形態に係る光音響波検出装置及びこれを有する内視鏡システムについて、図面を用いて、このような構成をとった理由と作用を説明する。なお、以下の実施形態によりこの発明が限定されるものではない。
（第１実施形態）
　図１は、第１実施形態に係る光音響波検出装置１００の概略構成を示す図である。
　光音響波検出装置１００は、励起光を被検物へ投光する投光光学系と、投光光学系により投光される励起光により励起されて発せられる標本ＳＭＰ（被検物）の光音響波を投光のための光路を逆にたどりトランスデューサ１１ａ（光音響波センサ部）にて検出する光音響波検出系と、を有する。投光光学系は、励起光を発する光源１０（励起光射出部）と、光源１０（励起光射出部）から発する励起光を透過により内部に導く励起光入射面１２ａと、励起光入射面１２ａより入射した励起光を内部反射により反射する内部反射面１２ｂと、内部反射面１２ｂにて反射した励起光を透過により外部へ射出する励起光射出面１２ｃを有し正の屈折力をもつプリズム１２（プリズム部材）と、を有する。光音響波検出系は、プリズム１２（プリズム部材）と、プリズム１２（プリズム部材）の励起光射出面１２ｃを通過後、内部反射面１２ｂにて反射し、プリズム１２（プリズム部材）から射出した光音響波を検知するトランスデューサ１１ａ（光音響波センサ部）を有し、光音響波検出系は、励起光射出面１２ｃからトランスデューサ１１ａ（光音響波センサ部）までの光路がプリズム１２（プリズム部材）を含むプリズム硝材１３（固体媒質）により満たされている。
　これにより、励起光の光路と光音響波路を重ねることで光音響波の検出を行う構成の小型化が行える。また、プリズム１２を正の屈折力とすることで励起光の集光機能を持たせられる。さらに、光音響波路のうち光音響波検出装置１００の励起光射出面１２ｃからトランスデューサ１１ａまでをプリズム硝材１３（固体媒質）により満たすことで装置内に水などを満たす必要がなく、防水機構が不要となる。また、内部反射面から標本ＳＭＰまでの距離を長くすることが可能となり、同じ作動距離（Ｗｏｒｋｉｎｇ　Ｄｉｓｔａｎｃｅ）を想定した場合、光音響波の開口数（ＮＡ）を大きくすることが可能となる。
　さらに具体的な説明を続ける。光源１０は、励起光を標本ＳＭＰへ投光する。本実施形態では、光源１０は、コリメート光（パルス光）を射出する。射出されたコリメート光は、円筒形状のトランスデューサ１１ａの中空部分を通過する。通過したコリメート光は、プリズム１２に入射する。
　プリズム１２は、直角プリズムであり、励起光入射面１２ａと、内部反射面１２ｂと、励起光射出面１２ｃを有する。励起光入射面１２ａは、光源１０（励起光射出部）から発する励起光を透過によりプリズム１２の内部に導く面である。内部反射面１２ｂは、励起光入射面１２ａより入射した励起光を内部反射により、光路を略９０度折り曲げる。励起光射出面１２ｃは、内部反射面１２ｂにて反射した励起光を透過により外部へ射出する。
　プリズム１２は、内部反射面１２ｂを１面のみ有することが望ましい。こにより、光音響波検出装置１００を小型化できる。また、光音響波を反射する内部反射面１２ｂがプリズム硝材１３（ガラス）と空気の界面であるために、反射率を高くできる。このため、効率良く光音響波を検出できる。
　プリズム１２の励起光入射面１２ａは励起光に対して光学パワーを持つ面である。本実施形態では、励起光入射面１２ａは凹面形状を有する。なお、励起光入射面１２ａを平面とし、光源１０側に凹面を向けた凹平負レンズを励起光入射面１２ａに接合する構成とすることもできる。また、中空円筒形状のトランスデューサ１１ａは、プリズム１２に入射する励起光の周囲を囲んでプリズム１２の励起光入射面１２ａ側の面に接合されている。
　これにより、励起光の集光性能を光学的に高めることができる。また、トランスデューサ１１ａの集音面積を確保して、集音効果も高めることに有利となる。
　内部反射面１２ｂは、投光光学系である光源１０の光軸を８０度から９２度の間で反射する凹面反射面であることが望ましい。これにより、凹面の反射面により励起光の集光を行うとともに、光音響波を集音するプリズム１２の小型化にも有利となる。
　また、内部反射面１２ｂは、投光光学系である光源１０の光軸を８０度から８８度の間で反射する凹面反射面であることが望ましい。光音響波を効率良く反響（反射）させるには鋭角反響（反射）させることが好ましい。上述の角度とすることで光音響波検出装置１００の小型化と、光音響波の集光効率の向上と、の両立に一層有利となる。
　凹面反射面は、反射前後の投光光学系である光源１０の光軸を含む平面に対して面対称な形状、且つ非回転対称な面形状、例えば、アナモフィック形状、シリンドリカル形状を有することが望ましい。これにより、直交する２方向での偏芯収差を低減し、光音響波の収差を大きく減少させることが可能となる。
　また、凹面反射面は、回転対称二次曲面形状を有することが望ましい。これにより、２つの面の焦点間で共役となる、若しくは、平行光を面の焦点に集光するので励起光の集光性能の確保に有利となる。
　また、凹面反射面は、回転対称放物面形状を有することが望ましい。これにより、音響波をほぼコリメートにしてトランスデューサ１１ａ側へ反射させることができる。特に、トランスデューサ１１ａに略平行な光音響波の波面が入射するように、内部反射面１２ｂにパワーを持たせることで、高い検出感度を得られる。
　プリズム１２の励起光射出面１２ｃは入射窓であることが望ましい。これにより、光音響波検出装置１００を構成する部品点数を削減できる。
　ここで、光音響波検出装置１００は、励起光射出面１２ｃ（入射窓）から標本ＳＭＰまでを媒介する媒介物を有する。例えば、励起光射出面１２ｃから外部へ射出した励起光は、光音響波伝達媒質である水１５ａが充填されている伸縮可能な容器１５を介して標本ＳＭＰへ入射する。容器１５は、励起光に対して光学的に透明で、かつ柔軟性を有する部材で形成されている。この結果、標本ＳＭＰから生じた光音響波の減衰を小さく抑えて伝播させることができる。
　また、水１５ａの量を制御することで、容器１５のＺ方向の厚さを変えることができる。これにより、標本ＳＭＰの深さ方向の集光スポットによる走査が可能となる。
　標本ＳＭＰに入射した励起光は、正の屈折力を有するプリズム１２の光学的な作用により、１点に集光される。標本ＳＭＰを集光スポットで走査した際に、集光スポット位置に吸収物質が存在すると光音響波が発生する。発生した光音響波は、励起光の光路を逆に進行する。
　集光スポットの走査は、モータ１４により、トランスデューサ１１ａとプリズム１２とを一体として回転駆動することで行うことができる。これにより、投稿光学系を移動させる必要がないために、容易に走査することが可能となる。
　モータ１４（プリズム部材回動機構）は、プリズム１２よりも励起光が入射する側へ配置され、プリズム１２を回動させて励起光の投光方向を偏向する。これにより、血管内壁などの管状の標本ＳＭＰを対象として光音響波検出に有利となる。
　プリズム１２の内部反射面１２ｂで反射した光音響波は、内部反射面１２ｂの凹面形状により略平行な光音響波として、光源１０の方向へ反射される。換言すると、内部反射面１２ｂは、音響レンズの機能を有する面である。
　プリズム１２を射出した光音響波は、プリズム１２に接合されているトランスデューサ１１ａに入射する。トランスデューサ１１ａからの出力信号は、演算・制御部２８（図４Ｂ）に送られる。演算・制御部２８は、標本ＳＭＰ内の吸収特性をイメージングする。
　本実施形態によれば、励起光の光路と光音響波路とを重ねることで光音響の検出を行うため、装置を小型化できる。また、プリズム１２を正の屈折力とすることで励起光の集光機能を持たせられる。さらに、光音響波路のうち光音響波検出装置１００の励起光射出面１２ｃ（入射窓）からトランスデューサ１１ａまでをプリズム硝材１３（固体媒質）により満たすことで装置内に水などを満たす必要がない。
（第２実施形態）
　図２Ａは、第２実施形態に係る光音響波検出装置１１０の概略構成を示す図である。第１実施形態と同一の部分には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
　本実施形態では、励起光射出部は、光源１６と、導光された励起光を射出する光ファイバ１７とで構成されている。光ファイバ１７は、光源１６とプリズム１２との間に配置されている。これにより、光音響波検出装置１１０の検出機構の小型化にいっそう有利となる。また、光源１６を標本ＳＭＰから遠ざけることができるので、光源１６の発熱による標本ＳＭＰへの影響を抑えられる。
　また、モータ２０は、ワイヤ２１を介して、歯車機構２２を回転させる。この回転により、トランスデューサ１１ｂと、プリズム１２とが一体となり回転する。
　また、入射窓はカバーガラスＣＧであることが望ましい。このとき、プリズム１２とカバーガラスＣＧとの間は、潤滑剤２９が充填されている。これにより、プリズム１２の回転駆動を円滑に行うことができる。
　また、レンズ１８（集光位置変更レンズ）は、光ファイバ１７から射出された発散する励起光をトランスデューサ１１ｂの中空部分へ導く。レンズ１８は、レンズ駆動部１９により、位置を可変にすることができる。光源１６と、プリズム１２との間の光路においてレンズ１８の位置を変えることにより、励起光の集光位置を変えることができる。
　さらに、図２Ｂに示すように、トランスデューサ１１ｂは、輪帯積層して構成される３つ（複数）のトランスデューサ１１ｂ１（チャンネルＣＨ１）、１１ｂ２（チャンネルＣＨ２）、１１ｂ３（チャンネルＣＨ３）から構成されるトランスデューサアレイである。
　図３Ａ、３Ｂは、それぞれレンズ１８の位置を変え、励起光の集光位置をプリズム１２の励起光射出面１２ｃから距離Ｚ１、Ｚ２に変えた状態を示している。
　３つのチャンネルＣＨ１、ＣＨ２、ＣＨ３で検出される光音響波について説明する。図３Ｃは、音響レンズの機能を有する内部反射面１２ｂの焦点位置近傍（図３Ａで示す距離Ｚ１の位置）から生じた光音響波が、３つのチャンネルＣＨ１、ＣＨ２、ＣＨ３に到達するタイミングを示す図である。ここで、図３Ｃ、３Ｄにおいて、横軸Ｔは、時間を示す。
　焦点位置近傍で生じた光音響波（球面波）は、内部反射面１２ｂにより、略平行に変換されて３つのトランスデューサ１１ｂ１、１１ｂ２、１１ｂ３に入射する。このため、図３Ｃに示すように、焦点位置近傍から生じた光音響波は、３つのチャンネルＣＨ１、ＣＨ２、ＣＨ３により、同一の時刻に検出される。
　これに対して、レンズ１８を移動して焦点位置（距離Ｚ１）よりも近傍の距離Ｚ２に集光させた場合、光音響波は、３つのチャンネルＣＨ１、ＣＨ２、ＣＨ３に、それぞれ時間的にずれて到達する。各チャンネルにおける光音響波の時間的な遅れを測定することで、Ｚ方向の位置を求めることができる。
　このように、本実施形態では、レンズ１８を移動することで、Ｚ方向の所望の位置へ励起光を集光できる。このため、検出位置を標本ＳＭＰのＺ（深さ）方向に変更可能とし、検出する輪帯状の異なるトランスデューサにて光音響波面を検出することで、光音響波を標本ＳＭＰの深さに対応させて検出できる。
（第３実施形態）
　図４Ａ、４Ｂは、第３実施形態に係る内視鏡システム２００の概略構成を示す図である。
　内視鏡システム２００は、把持部２３と、把持部２３の長手方向に延在する挿入部２４と、挿入部２４の先端側に設けられた円柱状の先端構成部２５と、を有する。内視鏡システム２００は、第１実施形態、第２実施形態に係る光音響波検出装置１００、１１０を有する。先端構成部２５には、プリズム１２が配置され、プリズム１２の励起光入射面１２ａは把持部２３の側を向けている。これにより、内視鏡システム２００の挿入部２４の先端構成部２５を小型できる。
　また、図４Ｂに示すように、ユニバーサルコード２６を介して、水供給部２７は、チューブ２６ａにより、容器１５へ水を送出すること、または容器１５の水を吸引することができる。これにより、容器１５のＺ方向の大きさ、即ち光音響波検出装置１００と標本ＳＭＰとの間隔を調整できる。また、光源１６から射出された励起光は、光ファイバ１７により導光される。
　演算・制御部２８は、信号線２６ｂを介して、モータ１４、２０、レンズ駆動部１９の駆動量を制御する。また、演算・制御部２８は、トランスデューサ１１ａ、１１ｂにより検出された光音響波の信号を処理することで、標本のイメージングを行う。
（変形例）
　図５Ａ、５Ｂは、変型例に係る内視鏡システム２１０の概略構成を示す図である。図５Ａにおいて、内視鏡システム２１０の鉗子チャンネルに光音響波検出装置１００を先端に有する検出用具２２０を挿通する。本例においても、小型な光音響波検出装置１００にて、光音響波を検出できる。
　以上、本発明の種々の実施形態について説明したが、本発明は、これらの実施形態のみに限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で、これら実施形態の構成を適宜組合せて構成した実施形態も本発明の範疇となるものである。
　以上のように、本発明は、防水対策が不要で小型な、高感度に光音響波を検出できる光音響波検出装置及びこれを有する内視鏡システムに有用である。
　１０　光源
　１１ａ、１１ｂ　トランスデューサ
　１１ｂ１、１１ｂ２、１１ｂ３　トランスデューサ
　１２　プリズム
　１２ａ　励起光入射面
　１２ｂ　内部反射面
　１２ｃ　励起光射出面
　１３　プリズム硝材
　１４　モータ
　１５　容器
　１５ａ　水
　１６　光源
　１７　光ファイバ
　１８　レンズ
　１９　レンズ駆動部
　２０　モータ
　２１　ワイヤ
　２２　歯車機構
　２３　把持部
　２４　挿入部
　２５　先端構成部
　２６　ユニバーサルコード
　２６ａ　チューブ
　２６ｂ　信号線
　２７　水供給部
　２８　演算・制御部
　２９　潤滑剤
　ＣＧ　カバーガラス
　１００、１１０　光音響波検出装置 
　２２０　検出用具
　２００、２１０　内視鏡システム
　ＳＭＰ　標本

Claims (16)

  1. 　励起光を被検物へ投光する投光光学系と、
    　前記投光光学系により投光される前記励起光により励起されて発せられる被検物の光音響波を投光のための光路を逆にたどり光音響波センサ部にて検出する光音響波検出系と、
    を有する光音響波検出装置であって、
    　前記投光光学系は、
    　前記励起光を発する励起光射出部と、
    　前記励起光射出部から発する前記励起光を透過により内部に導く励起光入射面と、
    　前記励起光入射面より入射した前記励起光を内部反射により反射する内部反射面と、
    　前記内部反射面にて反射した前記励起光を透過により外部へ射出する励起光射出面を有し正の屈折力をもつプリズム部材と、を有し、
    　前記光音響波検出系は、
    　前記プリズム部材と、
    　前記プリズム部材の前記励起光射出面を通過後、前記内部反射面にて反射し、前記プリズム部材から射出した前記光音響波を検知する前記光音響波センサ部と、を有し、
    　前記光音響波検出系は、前記励起光射出面から前記光音響波センサ部までの光路が前記プリズム部材を含む固体媒質により満たされていることを特徴とする光音響波検出装置。
  2. 　前記励起光射出面は入射窓であることを特徴とする請求項１に記載の光音響波検出装置。
  3. 　前記入射窓はカバーガラスであることを特徴とする請求項２に記載の光音響波検出装置。
  4. 　前記プリズム部材は内部反射面を１面のみ有することを特徴とする請求項１～３のいずれか１項に記載の光音響波検出装置。
  5. 　前記内部反射面は、前記投光光学系の光軸を８０度から９２度の間で反射する凹面反射面であることを特徴とする請求項４に記載の光音響波検出装置。
  6. 　前記内部反射面は、前記投光光学系の光軸を８０度から８８度の間で反射する凹面反射面であることを特徴とする請求項４に記載の光音響波検出装置。
  7. 　前記凹面反射面は、反射前後の前記投光光学系の光軸を含む平面に対して面対称な形状であり、且つ非回転対称な面形状を有することを特徴とする請求項５または６に記載の光音響波検出装置。
  8. 　前記凹面反射面は、回転対称二次曲面形状を有することを特徴とする請求項５または６に記載の光音響波検出装置。
  9. 　前記凹面反射面は、回転対称放物面形状を有することを特徴とする請求項５または６に記載の光音響波検出装置。
  10. 　前記プリズム部材の前記励起光入射面は前記励起光に対して光学パワーを持つ面であり、
    　前記光音響波センサ部は、前記プリズム部材に入射する励起光の周囲を囲んで前記プリズム部材の励起光入射側の面に接合されることを特徴とする請求項１から９のいずれか１項に記載の光音響波検出装置。
  11. 　前記投光光学系は、前記励起光射出部と前記プリズム部材との間に動作により前記励起光の集光位置を変更可能とする集光位置変更レンズを有し、
    　さらに、前記光音響波センサ部は、輪帯積層して構成される複数のトランデューサアレイであることを特徴とする請求項１０に記載の光音響波検出装置。
  12. 　前記励起光射出部は、光源と、導光された励起光を射出する光ファイバとで構成され、前記光ファイバは、前記光源と前記プリズム部材との間に配置されていることを特徴とする請求項１から１１のいずれか１項に記載の光音響波検出装置。
  13. 　前記励起光射出部は、パルス光を射出する光源であることを特徴とする請求項１～１１のいずれか１項に記載の光音響波検出装置。
  14. 　前記プリズム部材よりも励起光が入射する側へ配置され、前記プリズム部材を回動させて励起光の投光方向を偏向するプリズム部材回動機構を有することを特徴とする請求項１から１３のいずれか１項に記載の光音響波検出装置。
  15. 　光音響波検出装置の入射窓から前記被検物までを媒介する媒介物を有することを特徴とする請求項１から１４のいずれか１項に記載の光音響波検出装置。
  16. 　把持部と、
    　前記把持部の長手方向に延在する挿入部と、
    　前記挿入部の先端側に設けられた円柱状の先端構成部と、
    を有する内視鏡システムであって、
    　前記内視鏡システムは、前記先端構成部に請求項１～１５のいずれか１項に記載の光音響波検出装置を有し、
    　前記先端構成部には、前記プリズム部材が配置され、前記プリズム部材の前記励起光入射面は前記把持部の側を向けていることを特徴とする内視鏡システム。
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