(57)【要約】      （修正有）【課題】従来のシステムのサイズ、回転接合部、または製造の要求なしでカラービューを提供することができる新規のカラーＳＥＥプローブを提供する。【解決手段】少なくとも、第１の導波路１０８と、第２の導波路1１０と、回折素子１１４とを備える装置。第１の導波路は、第１の帯域を回折素子上に導き、第１の帯域が、ｍ次の非ゼロの次数で第１の角度範囲にわたって回折されるようにする。第２の導波路は、第２の帯域を回折素子上に導き、第２の帯域が、ｍ次の非ゼロの次数で第１の角度範囲にわたって回折されるようにする。第２の導波路は、第３の帯域を回折素子上に導き、第３の帯域が、ｎ次の非ゼロの次数で第１の角度範囲にわたって回折されるようにする。第１の帯域、第２の帯域および第３の帯域の波長は、互いに重なり合ない。ｍ次とｎ次とは互いに異なる。【選択図】図１
2018100955.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の導波路と、
第２の導波路と、
回折素子と、
を備える装置であって、
前記第１の導波路は、光の第１の波長帯域を前記回折素子上に導き、前記第１の波長帯域が、ｍ次の非ゼロの次数で第１の角度範囲にわたって回折されるようにし、
前記第２の導波路は、光の第２の波長帯域を前記回折素子上に導き、前記光の第２の波長帯域が、ｍ次の非ゼロの次数で前記第１の角度範囲にわたって回折されるようにし、
前記第２の導波路は、光の第３の波長帯域を前記回折素子上に導き、前記光の第３の波長帯域が、ｎ次の非ゼロの次数で前記第１の角度範囲にわたって回折されるようにし、
前記第１の波長帯域、前記第２の波長帯域および前記第３の波長帯域の波長は、互いに重なり合わず、
前記ｍ次と前記ｎ次とは互いに異なる、装置。
【請求項２】
前記第１の波長帯域は、前記第２の波長帯域と前記第３の波長帯域との間にある、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記光の第１の波長帯域は、第１の角度で前記回折素子上に入射し、
前記光の第２の波長帯域は、第２の角度で前記回折素子上に入射し、
前記光の第３の波長帯域は、前記第２の角度で前記回折素子上に入射する、
請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記光の第１の波長帯域は、緑色光を含み、
前記第２の波長帯域は、青色光を含み、
前記第３の波長帯域は、赤色光を含む、
請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記光の第１の波長帯域は、緑色光を含み、
前記第２の波長帯域は、赤色光を含み、
前記第３の波長帯域は、青色光を含む、
請求項１に記載の装置。
【請求項６】
ｎは、ｍ−１に等しい、請求項１に記載の装置。
【請求項７】
ｎは、ｍ＋１に等しい、請求項１に記載の装置。
【請求項８】
光学スプリッタを更に備え、
前記光学スプリッタは、光源からの光を、前記第１の導波路によって導かれる前記光の第１の波長帯域と、共に前記第２の導波路によって導かれる前記光の第２の波長帯域および前記第３の波長帯域とに分割する、請求項１に記載の装置。
【請求項９】
前記光源を更に含む、請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
被検体から光を収集するための第３の導波路を更に備え、前記被検体は、前記第１の角度範囲にわたって前記回折素子によって回折された、前記第１の波長帯域、前記光の第２の波長帯域、および前記第３の波長帯域を用いて照明されている、請求項１に記載の装置。
【請求項１１】
前記第３の導波路は、マルチモードファイバである、請求項１０に記載の装置。
【請求項１２】
前記第３の導波路は、前記収集された光を分光計に導く、請求項１０に記載の装置。
【請求項１３】
前記分光計を更に備える、請求項１２に記載の装置。
【請求項１４】
前記分光計は、前記収集された光を電気信号に変換する１つ以上の検出器を含み、前記電気信号は、次にデジタル信号に変換され、前記デジタル信号は、次に前記被検体の画像を生成するのに用いられる、請求項１３に記載の装置。
【請求項１５】
前記回折光は、前記第１の角度範囲によって形成されるラインに対して垂直に前記被検体にわたって走査される、請求項１０に記載の装置。
【請求項１６】
前記回折光は、平面画像を形成するように直線的に、または環状画像を形成するように回転して走査される、請求項１５に記載の装置。
【請求項１７】
前記回折光を走査する前記回折格子の後に配置される移動可能な光学素子を更に備える、請求項１６に記載の装置。
【請求項１８】
少なくとも前記回折格子を含む前記装置の部分は、前記回折光を走査するように動かされる、請求項１６に記載の装置。
【請求項１９】
前記第１の波長帯域は、５４０ｎｍの波長を有する光を含み、
前記第２の波長帯域は、４５０ｎｍの波長を有する光を含み、
前記第３の波長帯域は、６７５ｎｍの波長を有する光を含み、
前記ｍ次は、３または−３であり、
前記ｎ次は、２または−２であり、
ｓｇｎ（ｍ次）は、ｓｇｎ（ｎ次）に等しい、請求項１に記載の装置。
【請求項２０】
前記第１の波長帯域は、５４０ｎｍの波長を有する光を含み、
前記第２の波長帯域は、６７５ｎｍの波長を有する光を含み、
前記第３の波長帯域は、４５０ｎｍの波長を有する光を含み、
前記ｍ次は、２または−２であり、
前記ｎ次は、３または−３であり、
ｓｇｎ（ｍ次）は、ｓｇｎ（ｎ次）に等しい、請求項１に記載の装置。
【請求項２１】
ビームブロッカを更に備え、前記ビームブロッカは、前記第１の角度範囲内にない角度で前記回折素子を出る光が試料を照明することを防ぎ、前記第１の角度範囲内にある角度で前記回折素子を出る光が前記試料を照明することを可能にする、請求項１に記載の装置。
【請求項２２】
前記回折素子に入射するときの前記第１の導波路からの光の開口数は、前記回折素子に入射するときの前記第２の導波路からの光の前記開口数と異なる、請求項１に記載の装置。
【請求項２３】
回転スプリッタを更に備え、
前記回転スプリッタは、
前記光源から光を受信し、
前記光の第１の波長帯域を、光源から前記第１の導波路に導き、
前記光の第２の波長帯域および前記光の第３の波長帯域を、前記光源から前記第２の導波路に導き、
光が前記光源から前記第１の導波路および前記第２の導波路の双方に導かれることを可能にしながら、前記第１の導波路、前記第２の導波路および他の光学コンポーネントが、前記光源に対し回転することを可能にする、請求項１に記載の装置。
【請求項２４】
前記第１の導波路は、光の第４の波長帯域を前記回折素子上に導き、前記光の第４の波長帯域が、前記第１の角度範囲にわたって前記ｎ次の非ゼロの次数で回折されるようにし、
前記第１の波長帯域、前記第２の波長帯域、前記第３の波長帯域および前記第４の波長帯域の波長は、互いに重なり合わない、請求項１に記載の装置。
【請求項２５】
前記第１の波長帯域は、５４０ｎｍの波長を有する光を含み、
前記第２の波長帯域は、４５０ｎｍの波長を有する光を含み、
前記第３の波長帯域は、６７５ｎｍの波長を有する光を含み、
前記第４の波長帯域は、８１０ｎｍの波長を有する光を含み、
前記ｍ次は、３または−３であり、
前記ｎ次は、２または−２であり、
ｓｇｎ（ｍ次）は、ｓｇｎ（ｎ次）に等しい、請求項２４に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、スペクトル符号化内視鏡に関する。
【背景技術】
【０００２】
多くの場合、医療および研究上の理由から、被検体内から画像を得ることが有用であり、必要である。内視鏡または何らかの他の医療用プローブは、被検体の内部から画像を提供する能力を有する。被検体は、人間の患者とすることができる。異物の挿入により被検体に対し生じるリスクを考えると、プローブは可能な限り小さいことが好ましい。更に、容器、導管、針、切開口、亀裂等の小さな経路内で撮像する能力は、より小さなプローブサイズに更なる利点をもたらす。理想的な医療用プローブは、最小量の障害で、可能な限り多くの情報を提供する。
【０００３】
プローブによって収集される情報量を増大させる１つの方法は、スペクトル情報を用いて空間情報を符号化することである。内視鏡検査との関連で、これは、スペクトル符号化内視鏡検査（ＳＥＥ）と呼ばれ、ＳＥＥは、波長を用いて試料上の空間情報を符号化する。それによって、小さな直径の内視鏡プローブを通じて高分解能の撮像を行うことが可能になる。
【０００４】
ＳＥＥは、単一の光ファイバへの広い帯域幅の光入力を用いることによって達成することができる。ファイバの遠位端において、回折または分散光学素子（格子またはプリズム等）は、試料にわたって光を分散させ、そして光を検出システムに戻す。戻り光は、反射光、散乱光または蛍光とすることができる。戻り光は、分光計等の波長検出装置によって検出される。波長の関数として光強度を検出することによって、画像を再構成することができる。
【０００５】
ＳＥＥ技術および直径０．５ｍｍのＳＥＥプローブの原理が、例えば、Ｄ．ＹＥＬＩＮ、Ｉ．ＲＩＺＶＩ、Ｗ．Ｍ．ＷＨＩＴＥ、Ｊ．Ｔ．ＭＯＴＺ、Ｔ．ＨＡＳＡＮ、Ｂ．Ｅ．ＢＯＵＭＡ、Ｇ．Ｊ．ＴＥＡＲＮＥＹ、Ｔｈｒｅｅ−Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ  Ｍｉｎｉａｔｕｒｅ  Ｅｎｄｏｓｃｏｐｙ，Ｎａｔｕｒｅ，Ｏｃｔｏｂｅｒ  １９，２００６，Ｖｏｌｕｍｅ  ４４３，Ｐａｇｅ  ７６５，Ｎａｔｕｒｅ  Ｐｕｂｌｉｓｈｉｎｇ  Ｇｒｏｕｐ，Ｌｏｎｄｏｎ，ＵＫ，２００６（以後、Ｙｅｌｉｎ）に記載されている。ＹｅｌｉｎのＳＥＥプローブは、２次元および３次元の画像を生成する。Ｙｅｌｉｎの不利な点は、カラーＳＥＥ画像を得る方法を記載していないことである。
【０００６】
米国特許出願公開第２００７／０２３３３９６号（以後、'３９６）は、ＳＥＥ技法について記載している。'３９６は、スペクトル符号化共焦点顕微鏡（ＳＥＣＭ）と、スペクトル領域光干渉断層計（ＳＤ−ＯＣＴ）とを含む内視鏡について記載している。
【０００７】
米国特許出願公開第２００８／００１３９６０号（以後、'９６０）は、第２のＳＥＥ技法について記載している。
【０００８】
光強度を波長の関数として検出することによって、画像を再構築することができる。一方、波長情報を用いて空間ロケーションを符号化することによって、ＳＥＥ画像は、空間ロケーションを符号化するために波長情報の多くを利用し、したがって、重要な色情報が失われる場合がある。
【０００９】
従来の内視鏡検査は、赤緑青（ＲＧＢ）色情報を診断目的の手がかりとして用いる。例えば、米国特許第４，０７４，３０６号は、カラー画像を得る内視鏡を記載している。色は、長い間、異常を迅速に特定するための診断指標として用いられてきた。波長情報を用いて空間ロケーションを符号化することによって、非カラーＳＥＥ画像が、空間ロケーションを符号化するために色情報の多くを利用し、したがって、重要な色情報が失われる。このため、Ｙｅｌｉｎ、'３９６および'９６０の不利な点は、これらがカラーＳＥＥ画像を得る方法を記載していないことである。従来の内視鏡検査は、色情報を診断の手がかりとして用いるため、ＳＥＥからのカラー画像の形成が大きく必要とされている。
【００１０】
ＳＥＥプローブにおいてカラー撮像を行うための方法が提案されてきたが、これらは欠けている。論文ＤｏｎｇＫｙｕｎ  ＫＡＮＧ、Ｄｖｉｒ  ＹＥＬＩＮ、Ｂｒｅｔｔ  Ｅ．ＢＯＵＭＡ、Ｇｕｉｌｌｅｒｍｏ  Ｊ．ＴＥＡＲＮＥＹ、Ｓｐｅｃｔｒａｌｌｙ−Ｅｎｃｏｄｅｄ  Ｃｏｌｏｒ  Ｉｍａｇｉｎｇ，Ｏｐｔｉｃｓ  Ｅｘｐｒｅｓｓ，１７（１７）：１５２３９−１５２４７，Ａｕｇｕｓｔ  １９，２００９，Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｓｏｃｉｅｔｙ  ｏｆ  Ａｍｅｒｉｃａ，Ｗａｓｈｉｎｇｔｏｎ  ＤＣ，２００９（以後、Ｋａｎｇ）において、カラーＳＥＥ画像を得る方法が開示されている。この方法は、３つの異なる角度で格子に入射する３つのビームを用いて、卓上セットアップを用いてカラーＳＥＥ画像を得る。Ｋａｎｇは、各々が、赤色スペクトル帯域、緑色スペクトル帯域および青色スペクトル帯域のうちの１つを有する３つの光ビームが用いられた卓上セットアップを開示している。これらの光ビームは、３つの異なる角度で格子に入射し、結果として、３つ全てのスペクトル帯域について同じ回折角範囲が得られた。したがって、組織における各点が、３つのスペクトル帯域で照射された。Ｋａｎｇは、未来の内視鏡において３つの導波路を用いることも提案している。Ｋａｎｇの不利な点は、３つの導波路を必要とすることにより内視鏡のサイズが増大することである。更に、Ｋａｎｇにおいて開示されているシステムは、製造および組み立てが困難である。ｉｎ  ｖｉｖｏ撮像において用いるために、複数のファイバを、複数チャネル回転接合部に通さなくてはならない。複数のファイバは、プローブのサイズを増大させ、プローブの可撓性を低減させ、適用可能な用途の数およびそのような用途の侵襲性を低減させる。
【００１１】
カラーＳＥＥ画像を作成する別の手法が、米国特許出願公開第２０１１／０２３７８９２号（以後、'８９２）に記載された。'８９２において、スペクトル帯域（赤、緑および青）は、自由空間またはファイバにおいて分離されず、代わりに、３つ全ての帯域を含む広帯域光が回折素子上に入射する。回折格子および角度は、異なる次数の異なる波長帯域が、実質的に、試料の横方向の長さに沿って重なり合うように構成される。この方法の不利な点は、重なり合う角度を得るために、非常に高次の回折（４次、５次、６次）が必要であることである。
【００１２】
更に、小さな格子表面上の複数の格子パターンを含むカラーＳＥＥのための他の解決策は、製造し、ＳＥＥ装置に統合するのが困難でありおよび／または高価である可能性がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
必要とされているのは、過去のシステムの欠点を克服し、これにより、従来のシステムのサイズ、回転接合部、または製造の要求なしでカラービューを提供することができる新規のカラーＳＥＥプローブを提供する撮像システムである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
少なくとも１つの実施形態は、少なくとも、第１の導波路と、第２の導波路と、回折素子とを備える装置に関する。第１の導波路は、光の第１の波長帯域を回折素子上に導き、第１の波長帯域が、ｍ次の非ゼロの次数で第１の角度範囲にわたって回折されるようにすることができる。第２の導波路は、光の第２の波長帯域を回折素子上に導き、光の第２の波長帯域が、ｍ次の非ゼロの次数で第１の角度範囲にわたって回折されるようにすることができる。第２の導波路は、光の第３の波長帯域をｎ次の回折素子上に導き、光の第３の波長帯域が、ｎ次の非ゼロの次数で第１の角度範囲にわたって回折されるようにすることができる。第１の波長帯域、第２の波長帯域および第３の波長帯域の波長は、互いに重なり合わない。ｍ次とｎ次とは互いに異なる。
【００１５】
一実施形態において、第１の波長帯域は、第２の波長帯域と第３の波長帯域との間にある。
【００１６】
一実施形態において、光の第１の波長帯域は、第１の角度で回折素子上に入射することができる。光の第２の波長帯域は、第２の角度で回折素子上に入射することができる。光の第３の波長帯域は、第２の角度で回折素子上に入射することができる。
【００１７】
一実施形態において、光の第１の波長帯域は緑色光を含むことができ、第２の波長帯域は青色光を含むことができ、第３の波長帯域は赤色光を含むことができる。
【００１８】
一実施形態において、光の第１の波長帯域は緑色光を含むことができ、第２の波長帯域は赤色光を含むことができ、第３の波長帯域は青色光を含むことができる。
【００１９】
一実施形態において、ｎはｍ−１に等しくすることができる。
【００２０】
一実施形態において、ｎはｍ＋１に等しくすることができる。
【００２１】
一実施形態は、光学スプリッタを更に備えることができる。光学スプリッタは、光源からの光を、第１の導波路によって導かれる光の第１の波長帯域と、共に第２の導波路によって導かれる光の第２の波長帯域および第３の波長帯域とに分割することができる。
【００２２】
一実施形態は、光源を更に含むことができる。
【００２３】
一実施形態は、被検体から光を収集するための第３の導波路を更に備えることができ、被検体は、第１の角度範囲にわたって回折素子によって回折された、第１の波長帯域、光の第２の波長帯域、および第３の波長帯域を用いて照明されている。
【００２４】
一実施形態において、第３の導波路は、マルチモードファイバとすることができる。
【００２５】
一実施形態において、第３の導波路は、収集された光を分光計に導くことができる。
【００２６】
一実施形態は、分光計を更に備えることができる。
【００２７】
一実施形態において、分光計は、収集された光を電気信号に変換する１つ以上の検出器を含むことができ、電気信号は、次にデジタル信号に変換され、デジタル信号は、次に被検体の画像を生成するのに用いられる。
【００２８】
一実施形態において、回折光は、第１の角度範囲によって形成されるラインに対して垂直に被検体にわたって走査される。
【００２９】
一実施形態において、回折光は、平面画像を形成するように直線的に、または環状画像を形成するように回転して走査される。
【００３０】
一実施形態は、回折光を走査する回折格子の後に配置される移動可能な光学素子を更に備えることができる。
【００３１】
一実施形態において、少なくとも回折格子を含む装置の部分は、回折光を走査するように動かされる。
【００３２】
一実施形態において、第１の波長帯域は、５４０ｎｍの波長を有する光を含むことができ、第２の波長帯域は、４５０ｎｍの波長を有する光を含むことができ、第３の波長帯域は、６７５ｎｍの波長を有する光を含むことができ、ｍ次は、３または−３であり、ｎ次は、２または−２であり、ｓｇｎ（ｍ次）は、ｓｇｎ（ｎ次）に等しい。
【００３３】
一実施形態において、第１の波長帯域は、５４０ｎｍの波長を有する光を含み、第２の波長帯域は、６７５ｎｍの波長を有する光を含み、第３の波長帯域は、４５０ｎｍの波長を有する光を含み、ｍ次は、２または−２であり、ｎ次は、３または−３であり、ｓｇｎ（ｍ次）は、ｓｇｎ（ｎ次）に等しい。
【００３４】
一実施形態は、ビームブロッカを更に備えることができる。ビームブロッカは、第１の角度範囲内にない角度で回折素子を出る光が試料を照明することを防ぐことができ、第１の角度範囲内にある角度で回折素子を出る光が試料を照明することを可能にすることができる。
【００３５】
一実施形態において、回折素子に入射するときの第１の導波路からの光の開口数は、回折素子に入射するときの第２の導波路からの光の開口数と異なる。
【００３６】
一実施形態は、回転スプリッタを更に備えることができる。回転スプリッタは、光源から光を受信し、光の第１の波長帯域を、光源から第１の導波路に導き、光の第２の波長帯域および光の第３の波長帯域を、光源から第２の導波路に導き、光が光源から第１の導波路および第２の導波路の双方に導かれることを可能にしながら、第１の導波路、第２の導波路および他の光学コンポーネントが、光源に対し回転することを可能にする。
【００３７】
一実施形態において、第１の導波路は、光の第４の波長帯域を回折素子上に導くことができ、光の第４の波長帯域が、第１の角度範囲にわたってｎ次の非ゼロの次数で回折されるようにする。第１の波長帯域、第２の波長帯域、第３の波長帯域および第４の波長帯域の波長は、互いに重なり合わない。
【００３８】
一実施形態において、第１の波長帯域は、５４０ｎｍの波長を有する光を含み、第２の波長帯域は、４５０ｎｍの波長を有する光を含み、第３の波長帯域は、６７５ｎｍの波長を有する光を含み、第４の波長帯域は、８１０ｎｍの波長を有する光を含み、ｍ次は、３または−３であり、ｎ次は、２または−２であり、ｓｇｎ（ｍ次）は、ｓｇｎ（ｎ次）に等しい。
【００３９】
本明細書に組み込まれ、本明細書の一部をなす添付の図面は、例示的な実施形態を示す。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】一実施形態の図である。
【図２】光の帯域の図である。
【図３】一実施形態の一部分の図である。
【図４】一実施形態の一部分において回折されている光の図である。
【図５】一実施形態における回折角と入射角との間の関係の図である。
【図６】第１の入射角と第２の入射角との間の関係の図である。
【図７】一実施形態の図である。
【図８】一実施形態の一部分の図である。
【図９】一実施形態の一部分の図である。
【図１０】一実施形態の一部分の図である。
【図１１】一実施形態の一部分の図である。
【図１２】一実施形態の一部分において回折されている光の図である。
【図１３】一実施形態の一部分の図である。
【発明を実施するための形態】
【００４１】
実施形態は、添付の図面を参照して以下で説明される。類似の番号は、全体を通じて類似の要素を参照する。例示的な実施形態は、以下の図面を参照して詳細に説明される。以下の説明は単なる例証であり、本質的に例示的なものであり、いかなる形においても本開示およびその用途または使用を制限するように意図されるものではないことに留意されたい。実施形態において示されるコンポーネントおよびステップの相対的配置、数値表現および数値は、特に別段の指定がない限り、本開示の範囲を限定するものではない。当業者に既知の技法、方法およびデバイスは、詳細に論じられない場合がある。なぜなら、個々の当業者は、以下に論じる実施形態を可能にするためにこれらの詳細を知る必要がないためである。更に、人体の内部を調査するのに用いられる、以下に開示される内視鏡は、他の対象物を調査するのに用いられてもよい。
【００４２】
図１は、第１の実施形態、すなわち、従来技術のシステムについて上記で説明した問題に対処する内視鏡１００の図である。内視鏡１００は、広帯域光源１０２を含むか、またはこれに接続することができる。広帯域光源１０２は、複数の光源を含むことができるか、または単一の光源とすることができる。広帯域光源１０２は、レーザー、ＯＬＥＤ、ＬＥＤ、ハロゲンランプ、白熱灯、レーザーによってポンピングされたスーパーコンティニウム光源および／または蛍光灯のうちの１つ以上を含むことができる。広帯域光源１０２は、少なくとも３つの帯域に分割することができる光を提供する任意の光源とすることができ、各帯域は、光を与えるように更に分散され、次にこの光は、空間情報のスペクトル符号化のために用いられる。広帯域光源１０２は、内視鏡１００の他のコンポーネントに結合されたファイバまたは自由空間とすることができる。
【００４３】
広帯域光源１０２は、光を広帯域光源１０２からスプリッタ１０６に導くファイバ１０４に接続することができる。スプリッタ１０６は、広帯域光源１０２から入力ポート１０６ａを介して光を受信し、第１の出力ポート１０６ｂおよび第２の出力ポート１０６ｃを介して光を出力する。スプリッタ１０６は、受信した光を、光の波長に基づいて分割する。光の第１の帯域は、第１の出力ポート１０６ｂから送信される。光の第２の帯域および光の第３の帯域は、第２の出力ポートから送信される。光の第１の帯域は、図２に示すように、光の第２の帯域と光の第３の帯域との間にあるスペクトルを包含する。図２に示す光の帯域は、試料が光で照明される光の範囲を表す。各帯域における光の強度のスペクトル形状は、光源１０２、スプリッタ１０６、およびシステム１００内の他の光学部品に応じて決まる。強度のスペクトル形状は、較正中に補償することができる。光の帯域は、λＸ1…λＸN間の光のスペクトルを有し、Ｘは、第１の帯域、第２の帯域または第３の帯域を指す。波長λＸ1およびλＸNは、帯域Ｘごとのスプリッタ１０６後の光の最大強度のパーセンテージである閾値Ｂ％における光を表す。１つの実施形態において、Ｂ％は、任意の非ゼロ数（１％、１０％、５０％、９０％等）をとることができる。スプリッタ１０６は、光ファイバが結合された薄膜フィルタ、溶融ファイバカプラ、サーキュレータおよびファイバブラッググレーティングの組み合わせ、プレーナ導波路スプリッタ、または波長に従って光を分割する光学コンポーネントの何らかの他の組み合わせとすることができる。代替的な実施形態において、広帯域光源１０２およびスプリッタ１０６は、自由空間を介して結合される。１つの実施形態では、スプリッタは、緑色光を反射し、赤色光および青色光を透過する緑ダイクロイックミラーを含む。
【００４４】
スプリッタ１０６は、光の第１の帯域を、第１の出力ポート１０６ｂを介して第１の導波路１０８に結合する。スプリッタ１０６は、光の第２の帯域および第３の帯域を、第２の出力ポート１０６ｃを介して第２の導波路１１０に結合する。１つの実施形態において、第１の導波路１０８および第２の導波路１１０はシングルモードファイバである。
【００４５】
代替的な実施形態において、スプリッタ１０６は存在しない。代わりに、光源１０２は、少なくとも２つの光源１０２ａおよび１０２ｂを含む。第１の光源１０２ａからの光は、光の第１の帯域を第１の導波路１０８に結合する。第２の光源１０２ｂからの光は、第２の帯域および第３の帯域を第２の導波路１１０に結合する。第２の光源１０２ａは、単一の広帯域光源の後ろにノッチフィルタが続いたもの、または第２の帯域および第３の帯域の各々について１つずつの２つの別個の光源とすることができる。
【００４６】
第１の導波路１０８および第２の導波路１１０は、光学系１１２に結合される。光学系１１２は、１つ以上の光学コンポーネントを含むことができる。光学系は、グレーデッドインデックス（ＧＲＩＮ）レンズ１１２ａを含むことができる。光学系１１２は、導波路１０８および１１０の双方からの光をコリメートすることができる。光学系１１２は、導波路１０８および１１０からの光を回折格子１１４に透過する。光学系１１２は、ＧＲＩＮレンズ１１２ａと回折格子１１４との間にスペーサ１１２ｂも含むことができる。
【００４７】
回折格子１１４は光を分散する。格子がどの程度光を分散させるかは、多岐にわたる変数に依拠する。光の異なる波長は、格子を異なる回折角（θD）で出る。回折角θDは、光の波長（λ）、入射角（θI）、回折次数（ｍ）およびシステム１００内の光学コンポーネントの特性に応じて決まる。第２の帯域および第３の帯域の入射角（θIBR）は、第１の帯域の入射角（θIG）と異なる。回析格子１１４は、第１の帯域、第２の帯域および第３の帯域からの光が試料１１６上で互いに重なり合うように位置決めされる。光は、入射角θI、および各帯域に関連付けられた回折次数ｍ（ｍR，ｍG，ｍB）を互いに組み合わせて慎重に選択することによって、重なり合うようにすることができる。以下の図に示されるように、回折格子１１４は、透過格子である。代替的な実施形態は、実施形態の範囲を超えることなく、反射格子も含むことができる。
【００４８】
代替的な実施形態では、光学系１１２は、導波路１０８および１１０の双方からの光を部分的にコリメートして、光が試料１１６上に焦点を合わされるが、格子１１４において実質的にコリメートされるようにすることができる。１つの実施形態において、青色および赤色の照明光が第２のファイバ１１０を介して導かれ、緑色光が第１のファイバ１０８を介して導かれる。１つの実施形態において、回析次数（ｍR，ｍG，ｍB）は（３，３，２）である。
【００４９】
装置１００は、検出導波路１１８を含む。検出導波路１１８は、マルチモードファイバ、複数のマルチモードファイバ、ファイババンドル、ファイバテーパ、または何らかの他の導波路とすることができる。検出導波路１１８は、格子１１４によって分散された光によって照明された試料からの光を収集する。検出導波路１１８によって収集された光は、反射光、散乱光、および／または蛍光とすることができる。１つの実施形態において、検出ファイバ１１８は、格子１１４の前または後に配置することができる。検出導波路１１８は、試料１１６から分光計１２０に検出光を導く。
【００５０】
分光計１２０は、光を分散させ、検出光を検出導波路１１８から１つ以上の検出器に導く、１つ以上の光学コンポーネントを含むことができる。１つ以上の検出器は、線形アレイ、ＣＣＤ、複数のフォトダイオード、または光を電気信号に変換する何らかの他の方法とすることができる。分光計は、プリズム、格子またはグリズム等の１つのまたは分散コンポーネントを含むことができる。分光計１２０は、分光計が試料１１６からの検出光の強度および波長を測定することを可能にする、光学部品またはオプトエレクトロニクスコンポーネントを含むことができる。分光計１２０は、アナログ−デジタル変換器（ＡＤＣ）を含むことができる。
【００５１】
分光計１２０は、デジタル信号を画像プロセッサ１２２に送信することができる。画像プロセッサ１２２は、画像を処理するように構成される専用画像プロセッサまたは汎用プロセッサとすることができる。代替的な実施形態では、画像プロセッサ１２２はＡＤＣを含み、分光計１２０からアナログ信号を受信することができる。画像プロセッサ１２２は、ＣＰＵ、ＤＳＰ、ＦＰＧＡ、ＡＳＩＣまたは何らかの他の処理回路部のうちの１つ以上を含むことができる。画像プロセッサ１２２は、画像、データおよび命令を記憶するためのメモリを含むことができる。画像プロセッサ１２２は、赤色画像１２４ｒ、緑色画像１２４ｇ、および青色画像１２４ｂを含む複数の画像を生成する。次に、画像プロセッサ１２２は、赤色画像１２４ｒ、緑色画像１２４ｇおよび青色画像１２４ｂをカラー画像１２６に組み合わせる。
【００５２】
内視鏡１００の１つ以上のコンポーネントを、照明光のラインを走査するように回転または振動させて、照明光の２Ｄアレイを作成することができる。試料１１６にわたって格子１１４からのスペクトル符号化されたラインを走査することによって、２Ｄ画像を形成することができる。内視鏡１００は、内視鏡を回転させる接合部を含み、導波路１０８および１１０からの光を光学系１１２に結合することができる。代替的な実施形態は、格子１１４の後ろに光学コンポーネント（ミラー）を含み、この光学コンポーネントは、直線状にまたは円における円周状にスペクトル符号化された照明光のラインに実質的に垂直に、試料１１６にわたってスペクトル符号化された照明光のラインを回転または走査し、それによって環状画像を生成する。実質的とは、本発明の文脈では、内視鏡１００の位置合わせおよび／または検出許容範囲内を意味する。
【００５３】
一実施形態において、光の第１の帯域は、緑色光λＧ1…λＧNを含み、光の第２の帯域は、赤色光λＲ1…λＲNを含み、光の第３の帯域は、青色光λＢ1…λＢNを含む。１つの実施形態において、光帯域は、λＧ1…λＧNが５００ｎｍｍ〜５７５ｎｍであり、λＲ1…λＲNが６２２．５ｎｍ〜７３５ｎｍであり、λＢ1…λＢNが４１５ｎｍ〜４９０ｎｍである。
【００５４】
図３は、第１の導波路１０８、第２の導波路１１０、ＧＲＩＮレンズ１１２ａ、スペース１１２ｂ、格子１１４および検出ファイバ１１８の構成を示す内視鏡１００の一部の図である。図３に示すように、格子は、赤色帯域、緑色帯域および青色帯域が互いに重なり合って、照明光のライン３２８を形成するように光を分散させ、次に、この光が試料１１６のエリアにわたって走査される。一実施形態は、側方ビューの内視鏡とすることができ、その一部は、内視鏡の周りのエリアの環状画像を得るために回転されている。格子１１４は、ドライエッチング、ウェットエッチング、ナノインプリント、ソフトリソグラフィ、直接ルーリング等の１つ以上の技法を用いて製造することができる。格子１４４は、バイナリ格子とすることができる。一実施形態において、ＧＲＩＮレンズ１１２ａはボールレンズと交換される。照明ファイバ１０８および１１０を、ＧＲＩＮレンズ１１２ａの研磨された端部に取り付けることができる。ＧＲＩＮレンズ１１２ａと格子１１４との間に角度研磨スペーサ１１２ｂを位置決めすることができる。１つ以上の検出ファイバ１１８が、ＧＲＩＮレンズ１１２ａの側面に隣接しているか、近接しているか、または取り付けられてもよい。
【００５５】
１つの実施形態において、格子１１４は、スペーサ１１２ｂに隣接しているか、近接しているか、または取り付けられている。１つの実施形態において、格子は、また、検出ファイバ１１８に隣接しているか、近接しているか、または取り付けられている。１つの実施形態において、屈折率整合流体を、導波路１０８と、導波路１１０と、ＧＲＩＮレンズ１１２ａと、スペース１１２ａと、格子１１４と、導波路１１８とを含む光学コンポーネントのうちの１つ以上の間で用いることができる。
【００５６】
図４は、回折格子１１４の法線に対する２つの異なる角度θIBRおよびθIGにおいて、２つの入射ビームがスペーサ１１２ａ内をどのように進むかの図である。一実施形態において、青色、緑色および赤色の光が格子１１４によって試料１１６の方向において回折される。格子１１４は、青色光、緑色光および赤色光の照明ラインの少なくとも一部分が試料１１６上で重なり合うように設計される。照明ファイバからの青色光および赤色光は、共に、実質的に同じ角度θIBRで格子上に入射する。光がＧＲＩＮレンズ１１２ａおよびスペーサ１１２ｂを通って進むとき、青色光および赤色光は僅かに分散される可能性があるが、分散は最小限であり、画像プロセッサ１２２によって容易に補償される。第１の照明ファイバ１０８からの緑色光の入射角は、図４に示すように、異なる角度θIGにおいて入射する。加えて、青色光ｍBの回折次数は、赤色光ｍRの回折次数と異なる。以下の式（１）は、格子１１４の回折を記述するための一般方程式である。
【数１】
2018100955.tif 000003
【００５７】
１つの実施形態との関連において、式（１）の以下のパラメータは、以下のとおりである。スペーサ１１２ｂの屈折率はｎIであり、照明光が試料に入射する前の格子１１４の直後の媒体の屈折率はｎDであり、照明光がスペーサ１１２ｂ内にある間に格子１１４に入射する際の照明光の入射角はθIであり、照明光が格子１１４を出て試料を照明する際の照明光の回折角はθDであり、回折次数はｍであり、格子１１４の溝密度はＧであり、照明光の波長はλである。
【００５８】
式（１）は、以下の連立方程式（２）によって記述されるような３つの帯域における照明光の境界条件を記載するために適用することができる。
【数２】
2018100955.tif 000004
【００５９】
類似変数を解くことによって、式（２）は以下の式（３）に変換することができる。
【数３】
2018100955.tif 000005
【００６０】
式（３）の組において第１の式の同類項をまとめることによって、式（４）の組が得られる。式（４）の組は、所与の回折次数について、赤色帯域および青色帯域に制限を設ける。
【数４】
2018100955.tif 000006
【００６１】
一実施形態において、青色帯域の波長は、赤色帯域の波長の約２／３である。１つの実施形態において、｜ｍR｜は２であり、｜ｍB｜は３である。ここで、これらは共に同じ符号を有する。一実施形態において、青色帯域λＢ1…λＢNのための波長範囲は４１５ｎｍ〜４９０ｎｍであり、この場合、上記の式（４）によれば、赤色帯域λＲ1…λＲNのための波長範囲は、６２２．５ｎｍ〜７３５ｎｍである。格子１１４の溝密度Ｇが１１００ライン／ｍｍ（０．００１１ライン／ｎｍ）である所与の格子および光学系について、スペーサ１１２ｂは、１．５０３７の屈折率ｎIを有し、格子の外側の媒体は、媒体の屈折率ｎDが１であるような空気である。この場合、式（３）の組における第１の式は以下の式（５）に簡略化することができる。
【数５】
2018100955.tif 000007
【００６２】
式（５）において用いられる正弦関数は、−１と１との間の値のみを有することができるので、これはθIBRに対し制限を課す。式（５）において、これは、このシステムにおける式（５）のための有効範囲が、範囲（６）によって表されることを意味する。図４は、θIBR、θD1およびθIBR間の関係の図である。
【数６】
2018100955.tif 000008
【００６３】
より包括的には、任意の格子に適用される式（６）は、範囲（７）によって記載することができる。
【数７】
2018100955.tif 000009
【００６４】
式（２）の組の再定式化を用いて、θIBRとθIGとの間の関係を求めることができる。式（２）の組を、式（２ａ）の組に再配置することから開始することができる。
【数８】
2018100955.tif 000010
【００６５】
式（２ａ）を互いに代入して、緑色光の入射角と青色光および赤色光の入射角との間の関係を記述する式（８）の組が得られる。
【数９】
2018100955.tif 000011
【００６６】
一実施形態において、λＧ1…λＧNは５００ｎｍ〜５７５ｎｍであり、波長範囲が式（９）の組に従って青色範囲および赤色範囲と重なり合うように、３の回折次数（ｍG）と組み合わせて選択される。式（８）は、式（９）によって記述されるような回折次数に従って互いに比例するように波長範囲が設定されるべきであることを暗に意味する。
【数１０】
2018100955.tif 000012
【００６７】
式（５）において用いられた同じパラメータは、式（８）の組にも適用することができる。この場合、式（８）は、式（１０）になる。
【数１１】
2018100955.tif 000013
【００６８】
式（１０）を簡略化することによって、図６に示されるような使用方程式（１１）が得られる。式（１０ａ）は、２つのビームθIGおよびθIBR間の関係を記載する。式（１０）の組は、式（９）の境界条件に起因して、単一の式（１１）に縮約される。
【数１２】
2018100955.tif 000014
【００６９】
一実施形態において、回折格子に対する青色および赤色の照明光の入射角θIBRは、２７．２°となるように選択することができる。この場合、回折範囲θD1…θDNは、概ね４３．０°〜６３．４°である。波長範囲がこれらの同じ回折範囲で重なり合うためには、緑色光の入射角θIGは４０．１°となるべきである。一実施形態において、回折範囲θD1…θDN間で格子を出る光のみが試料１１６に入射するようにするために、空間フィルタは、格子１１４の後に配置することができる。
【００７０】
一実施形態において、格子１１４の溝深度は１．２２μｍとすることができ、格子１１４の溝開口幅は０．２９μｍとすることができる。設計により、波長λＢ1、λＧ1およびλＲ1のための回折角θD1は同じである。結果として、これらの３つの波長を有する光は、試料１１６上の１つのロケーションに入射する。同じようにして、波長λＢN、λＧNおよびλＲNの光は、全て同じ角度θDNにおいて回折され、全て試料１１６上の別のロケーションに入射する。このため、青色、緑色および赤色照明ラインは試料１１６の上で重なり合う。
【００７１】
上記で論じたように、検出導波路１１８は、検出導波路上に、照明光学部品と同じ格子１１４を有することができる。検出導波路１１８によって収集される光は、まず、格子１１４を通過することができ、この場合、格子は、光を回折し、より多くの光が検出導波路１１８によって収集されることを可能にすることができる。赤色、緑色および青色の照明光は、試料１１６によって部分的に反射され、および／または散乱される。検出導波路１１８は、格子１１４を通じて反射／散乱光の一部を収集することができる。
【００７２】
図１に戻ると、検出導波路１１８は、試料１１６から検出した光を分光計１２０に送達する。分光計１２０は、検出光から、３つの波長帯域（青色、緑色および赤色）の１Ｄスペクトルデータを得る。一実施形態において、単一の分光計の代わりに複数の分光計を用いることができる。プローブは、照明光のラインが試料１１６を走査するようにモータによって回転され、分光計１２０によって２Ｄデータ（スペクトルおよび時間）を得ることができる。画像プロセッサ１２２は、２Ｄデータから、赤色（１２４ｒ）、緑色（１２４ｇ）および青色（１２４ｂ）の３つの２Ｄ画像を生成することができる。この場合、１つの長さ次元は波長によって符号化され、別の長さ次元は時間によって符号化される。画像プロセッサは、３つの画像１２４から２Ｄカラー画像１２６を構築する。
【００７３】
導波路１０８、１１０および１１８は、シングルモードファイバ、マルチモードファイバ、ダブルクラッドファイバ、マルチコアファイバおよび／またはプレーナ導波路等とすることができる。
【００７４】
この手法を２つの導波路に用いて３つの重なり合う帯域を生成することにより、３導波路手法に関連付けられた問題のうちのいくつかを緩和する。第１の明らかな利点は、導波路数が低減し、これにより位置合わせが容易になることである。これはまた、プローブの直径も低減されることを可能にする。これによって、プローブの有用性が改善される。これによって、３つの導波路プローブに対する、格子と導波路との間のレンズのＮＡ要件も改善する。また、青色帯域と赤色帯域との間の波長比が概ね２：３であり、この手法において用いられる回折の次数は３次および２次であるので、低回折次数も用いることができる。格子のアスペクト比は、３ファイバ手法に必要とされる６次回折に用いられる格子よりも小さい。これにより、格子のより容易な製造が可能になる。
【００７５】
１つの実施形態において、試料１１６上に入射するときのＳＥＥプローブ照明光の焦点調節ＮＡは、０．１未満とすることができる。第２の実施形態において、試料１１６上に入射するときのＳＥＥプローブ照明光の焦点調節ＮＡは、０．０５未満である。第３の実施形態において、試料１１６上に入射するときのＳＥＥプローブ照明光の焦点調節ＮＡは、０．０２５未満である。
【００７６】
回折次数
一実施形態は、２つの異なるファイバを用いた２つのカラーチャネル間の入射角差の観点で説明することができる。一実施形態は、２つのカラーチャネルの２つの異なるファイバの入射角および他のパラメータが等しくないことについて説明することができる。
【００７７】
一実施形態は、波長の観点で、Ｂチャネル（青色）およびＲチャネル（赤色）との間の中央チャネルとして、Ｇチャネル（緑色）を含むことができる。ＢチャネルおよびＲチャネルは同じファイバを用いることができる。すなわち、θIB＝θIRである。Ｇチャネルは、ＢチャネルおよびＲチャネルと異なるファイバを用いることができる。
【００７８】
１つの実施形態では、ＢチャネルおよびＧチャネルに関連付けられる回折次数は同じであり、Ｒチャネルに関連付けられる回折次数は異なる。異なる実施形態において、ＲチャネルおよびＧチャネルに関連付けられる回折次数は同じであり、Ｂチャネルに関連付けられる回折次数は異なる。
【００７９】
一実施形態のための波長範囲設定
一実施形態において、青色チャネルと緑色チャネルとの間、または緑色チャネルと赤色チャネルとの間の被検体（組織）の同じロケーションに入射する光の波長差は、５０ｎｍよりも大きくなるべきである。そうでない場合、可視スペクトルを効果的に用いることが困難となる場合がある。
【００８０】
１つの実施形態において、回折次数（ｍR，ｍG，ｍB）は（２，３，３）であり、この場合、式（８）は、以下で式（１２）に説明されるようにこの実施形態を説明するように適応させることができる。ここで、変数λＸiは、試料上の重なり合う位置ｉに関連付けられた各帯域における光の波長を表す。
【数１３】
2018100955.tif 000015
【００８１】
別の実施形態において、回折次数（ｍR，ｍG，ｍB）は（２，２，３）であり、この場合、式（８）は、以下に式（１３）で示されるこの実施形態を説明するために適用することができる。
【数１４】
2018100955.tif 000016
【００８２】
式（１２）および式（１３）を組み合わせて、２つの導波路からの光の入射角間の関係および以下の式（１４）を説明することができる。
【数１５】
2018100955.tif 000017
【００８３】
式（１２）〜式（１３）は、共通パラメータΔλの観点で説明することができる。Δλは、式（１５）において以下で定義される。共通パラメータΔλは、分光計の分解能、格子の分散および／または試料の反射率の変動性に依拠して変動することができる。
【数１６】
2018100955.tif 000018
【００８４】
一実施形態において、共通パラメータΔλは、３０ｎｍ、５０ｎｍまたは７０ｎｍとすることができ、これは、試料の同じスポットに入射する少なくとも３つの波長のうちの２つの波長における差を説明している。式（１４）は、以下の式（１６）として、式（１５）の観点からより一般的に書き換えることもできる。
【数１７】
2018100955.tif 000019
【００８５】
上記の式（４）および式（９）は、一実施形態において用いられる波長帯域のエッジに対する制限のうちのいくつかを説明し、それに加えて、以下の関係（１７）によって示されるように、波長帯域のエッジは重なり合うべきでない。
【数１８】
2018100955.tif 000020
【００８６】
一実施形態において、スプリッタ１０６は、λＢNとλＧ1との間、およびλＧNとλＲ1との間に間隙が存在するように選択することができる。スプリッタ１０６は、送信／反射スペクトルにおける有限の傾斜を有するダイクロイックミラーまたは他のフィルタを含むことができる。例えば、１０ｎｍ、１５ｎｍまたは２０ｎｍは、有限の傾斜を考慮に入れるように、２つの波長間の間隙として設定することができる。
【００８７】
通常の実施形態において、約４００ｎｍ以下の波長は、この波長における通常の光学的材料（ガラス）の吸収に起因して、実際の使用には短すぎる。特に設計された材料を用いた特殊な実施形態は、約４００ｎｍ以下の波長のために用いることができる。一実施形態は、λＢ1を、４０５ｎｍ、４１０ｎｍまたは４１５ｎｍよりも大きくなるように設定することができる。
【００８８】
通常の実施形態は、ヘモグロビンを含む試料を見るのに用いられるように設計することができる。ヘモグロビンの吸収ベクトルは、試料の反射率に対し影響を有する約６００ｎｍの大きな傾斜を有する。スペクトルは、ロケーションの符号化に用いられるので、約６００ｎｍのこの傾斜は、ロケーションの符号化に約６００ｎｍの波長が用いられる場合、ＳＥＥの能力に影響を与える。したがって、一実施形態は、ロケーションを符号化するために約６００ｎｍの波長を用いることを回避することができる。ロケーションを符号化するのにいずれの波長範囲が用いられるかを選択する際に、試料の反射率の変化を考慮に入れて代替的な実施形態を設計することができる。
【００８９】
通常の実施形態において、λＢ1を４１５ｎｍに設定することができ、λＧ1を５００ｎｍに設定することができる。回折次数（ｍR，ｍG，ｍB）は（２，３，３）に設定することができる。式（４）に基づいて、λＲ1は６２２．５であるべきである。波長帯域エッジλＧ1は５００ｎｍに設定することができ、これにより、一実施形態が上記で参照された６００ｎｍの傾斜を回避することを可能にすることができる。一実施形態において、λＢNとλＧ1との間の間隙は１０ｎｍとすることができ、したがって、λＢNは４９０ｎｍに設定することができる。次に、全ての波長帯域が重なり合い、同じＦＯＶを有することを確実にする式（９）を用いて波長λＧNおよびλＲNを決定することができる。したがって、λＧNは５７５に設定され、λＲNは７３５に設定される。
【００９０】
波長帯域が設定されると、ダイクロイックミラー（または他のフィルタ）を、これらの波長帯域に基づいて選択することができる。対応する性能（例えば、透過率／反射率）は、カラーチャネル波長帯域ごとに十分な品質、例えば、＞５０％、＞７０％および＞９０％を有するべきである。
【００９１】
格子１１４以外の１つ以上の光学コンポーネント（ＧＲＩＮレンズ１１２ａおよびスペーサ１１２ｂ等）は、いくつかのクロマティック分散を有する。このクロマティック分散は、波長帯域のエッジの位置を僅かにシフトさせることができるが、このシフトは、最大でも１０ｎｍであるべきであり、通常の大きさの内視鏡の場合、より好ましくは１ｎｍまたは０．１ｎｍ未満であるべきである。クロマティックシフトの量は、光学コンポーネントの長さに比例する。
【００９２】
一実施形態の設計は、少なくとも６つの波長の設定を含む。各帯域の回折次数が選択されると、これらの波長のうちの３つは、式（４）および式（６）において定義された境界条件に依拠する。換言すれば、６つの波長を選択する際、３つの自由度が存在する。例えば、一実施形態において、回折次数の組み合わせを最初に求めることができる。次に、４つの波長（λＢ1，λＢN，λＧ1，λＧN）のうちの３つを選択することができる。６つの波長のうちの他の３つの波長は、選択された波長および式（４）および式（９）に基づいて決定される。波長は、青色チャネルと緑色チャネルとの間、および緑色チャネルと赤色チャネルとの間の波長間隙要件を満たすように選択される。波長境界は、４００ｎｍ未満等の一定の波長および約６００ｎｍのヘモグロビン勾配を回避するように選択することができるが、これらは要件ではなく、実施形態の用途に依拠して変化する。
【００９３】
フィルタ（例えば、ダイクロイックミラー）は、これらの波長帯域のための性能要件を満たすように選択される。例えば、透過率／反射率は５０％を超える。
【００９４】
この実施形態は、３つの波長帯域システムの観点から説明されたが、このシステムは、４波長または５波長帯域システムに拡張することができる。
【００９５】
第２の実施形態
図７は、前方ビューおよび回転接合部を含む第２の実施形態７００の図である。図７に示すＳＥＥシステム７００は、図１に示すＳＥＥシステム１００に実質的に類似している。ＳＥＥシステム７００は、プローブと、光源１０２と、分光計１２０と、画像プロセッサ１２２とを備える。ＳＥＥシステム１００の部分と実質的に類似しているかまたは同一のＳＥＥシステム７００の部分は詳細に論じられない。
【００９６】
第２の実施形態におけるプローブは、側方ビュープローブと対照的に、前方ビュープローブである。プローブは、光が順方向に回折されるように光を格子１１４に結合するスペーサ７１２ｂを備える。スペーサ７１２ｂは、反射面を含むことができるか、または光を格子１１４に導くための内部全反射を利用することができる。
【００９７】
第２の実施形態におけるプローブは、光源１０２とスプリッタ１０６との間にある回転接合部７２８によって連続的に回転させることもできる。回転接合部は、ボールレンズまたは何らかの他の光学回転接合部とすることができる。光源１０２と回転接合部７２８との間の接続は、自由空間結合またはファイバ結合とすることができる。回転接合部は、回転結合により単に照明光を供給してもよく、または照明光、電力および／または感覚信号ラインのうちの１つ以上を供給してもよい。
【００９８】
図８は、第２の実施形態７００において用いられるような前方ビューＳＥＥプローブの一部の図である。２つの照明導波路１１０および１０８をＧＲＩＮレンズ１１２ａの端面に取り付けることができる。角度研磨されたスペーサ７１２ｂをＧＲＩＮレンズ１１２ａの他方の端面に取り付けることができる。屈折率整合流体が、角度研磨スペーサ７１２ｂとＧＲＩＮレンズ１１２ａとの間に存在することができる。角度研磨スペーサ７１２ｂおよびＧＲＩＮレンズ１１２ａは、共に糊付けすることができる。角度研磨スペーサ７１２ｂおよびＧＲＩＮレンズ１１２ａを、特定の圧力で合わせて押圧することができる。角度研磨スペーサ７１２ｂの研磨表面のうちの１つは、照明導波路１１０および１０８からの光を曲げるミラーとして機能することができる。代替的な実施形態では、反射性コーティングを角度研磨スペーサ７１２ｂの表面のうちの１つ以上の上に配置することができる。
【００９９】
格子１１４は、角度研磨スペーサ７１２ｂの別の研磨表面上に作製することができる。格子１１４および角度研磨スペーサ７１２ｂを組み合わせて単一のグリズムにすることができる。１つの実施形態では、格子を、屈折率整合流体、糊により角度研磨スペーサ７１２ｂに取り付けることができ、および／または特定の圧力で合わせて押圧することができる。
【０１００】
第１の実施形態におけるように、青色光（波長λＢ1…λＢNを含む）および赤色光（λＲ1…λＲN）は、導波路のうちの１つ（１１０）に結合され、緑色光（λＧ1…λＧN）は他の導波路（１０８）に結合される。２つの照明ファイバは、ＧＲＩＮレンズ上で分離されるので、ファイバからの青色／赤色光および緑色光は、異なる角度で角度研磨スペーサ７１２ｂのミラー表面に入射し、このため、様々な角度で格子１１４上にも入射する。
【０１０１】
格子のパラメータ（屈折率，溝密度，溝深度，溝開口幅，回折次数）、スペーサ角度、ファイバのロケーション、およびＧＲＩＮレンズの開口数（ＮＡ）は、青色光、緑色光および赤色光の照明ラインが試料上で重なり合うように選択される。例えば、第１の実施形態のための全てのパラメータは、依然としてこの第２の実施形態に関連している。
【０１０２】
更に、角度研磨スペーサ７１２ｂの直径は、５００μｍとすることができる。ＧＲＩＮレンズ１１２ａの直径は、５００μｍとすることができる。プローブ軸とミラー表面の法線との間の角度は、５４．５°とすることができる。ＧＲＩＮレンズ１１２ａのＮＡは０．３４とすることができる。１つの実施形態では、ＧＲＩＮレンズ１１２ａの中心に対する導波路１０８のためのファイバオフセットΔｒGは＋１６５であり、ＧＲＩＮレンズ１１２ａの中心に対する導波路１１０のためのファイバオフセットΔｒBRは−１０μｍである。
【０１０３】
１つの実施形態において、試料におけるＳＥＥプローブの焦点調節ＮＡは、０．１未満とすることができ、または多くの場合、０．０５未満であり、多くの場合、０．０２５未満である。
【０１０４】
第２の実施形態のプローブ７００は、１つ以上の検出導波路１１８を含むことができる。１つの実施形態では、検出導波路１１８は回転されない。検出導波路１１８は、試料１１６から散乱／反射された光を収集し、光を分光計１２０に送達する。
【０１０５】
第２の実施形態のプローブ７００は、低い次数で回折された光が試料１１６を照明することを防ぐために、ビームブロッカ７３０を有することができる。例えば、３次／３次／２次回折が照明のための青色／緑色／赤色に用いられる場合、このビームブロッカ７３０を用いて、青色／緑色／赤色について２次／２次／１次（およびより低い次数）で回折される光をブロックすることができる。ビームブロッカ７３０は、そのような光が試料１１６を照明し、その後、試料によって吸収、散乱および／または反射されることを防ぐことができる。ビームブロッカ７３０は、照明光学部品と共に回転する。
【０１０６】
視界を増やすために、格子１１４と試料１１６との間に１つ以上の光学コンポーネントを追加することができる。光学部品は動かないものとすることができる。例えば、光学部品はレンズを含むことができる。
【０１０７】
第３の実施形態
図９は、スプリッタ１０６および回転接合部７２８が回転スプリッタ９２８に組み合わされるＳＥＥの代替的な実施形態の一部の図である。導波路１０４は、回転接合部９２８ａの固定された側９２８ａにおいて光源１０２に接続することができる。プローブに取り付けられた照明導波路１０８および１１０は、回転スプリッタ９２８の回転側９２８ｂにある。導波路１０４からの光は、レンズ９３２ａによってコリメートすることができる。コリメート光は、ダイクロイックミラー９３４によって２つの経路に分割される。ダイクロイックミラー９３４は、緑色の光に対し透過的であり、青色光および赤色光を反射する。緑色光は、レンズ９３２ｂを通って導波路１０８に結合される。青色光および赤色光は、ミラー９３６およびレンズ９３２ｃを通って導波路１１０に結合される。ダイクロイックミラー９３４、ミラー９３６およびレンズ９３２ｂ〜ｃは、共に照明導波路１０８および１１０に沿って回転される。回転軸は、導波路１０８の軸を中心とすることができ、ここで、照明は、レンズ９３２ｂによって導波路に最初に結合される。
【０１０８】
第４の実施形態
図１０は、図１に示すプローブ１００に実質的に類似したＳＥＥプローブにおいて高ＮＡレンズが用いられる一実施形態の一部の図である。高ＮＡシステムは、図７に示されるＳＥＥプローブに対し適用することもできる。図１０に示すように、別のレンズ１０１２ｄを、照明導波路１１０のうちの１つと、照明光のＮＡを変化させるためにスペーサ１１２ｂに取り付けられたコリメーションレンズ１０２１ａとの間に挿入することができる。１つの実施形態において、照明導波路１０８は、光を第１のレンズ１０１２ａに結合する。照明導波路１１０は、スペーサロッド１０１２ｃに結合することもできる。スペーサロッド１０１２ｃからの光は、高ＮＡレンズ１０１２ｄに結合することもできる。高ＮＡレンズ１０１２ｄからの光は、レンズ１０１２ａに結合することができる。第１のレンズ１０１２ａは、スペーサ１１２ｂに光を結合することができ、この光は次に格子１１４によって回折される。代替的な実施形態では、導波路１０８および１１０は切り替えられる。代替的な実施形態では、レンズ１０１２ａと導波路１０８との間に追加のスペーサロッドおよびレンズが加えられる。
【０１０９】
本出願人らは、格子１１４を照明光で埋めることが場合によっては有利であることを発見した。また、照明光が各導波路を独立して出る際に、照明光のスポットサイズを調整することも場合によっては有利である。これはより大きな設計自由度をもたらす。したがって、２つの照明導波路のうちの１つまたは各々について高ＮＡレンズを据えることが効果的である。
【０１１０】
第５の実施形態
図１１は、図７に示されるプローブと実質的に類似しているが、図１０に示す側方ビュー設計ではなく前方ビュー設計を用いた、高ＮＡレンズが導波路１０８または１１０のうちの１つにおいて用いられる一実施形態の一部の図である。高ＮＡレンズは、緑色光のＮＡを増大させるために、緑色光のための照明導波路１０８とコリメーションレンズ１０１２ａとの間にのみ挿入される。青色光および赤色光は、照明が試料の上で重なり合うのに十分大きい、緑色光に対する入射角の差を有するべきである。これによって、照明導波路１０８とスペーサ７１２ｂとの間の全ての照明光にわたってＮＡを増大させるのが困難になる可能性がある。青色光、赤色光および緑色光は、スペーサ７１２ｂのミラー表面による反射なしで直接格子１１４に当たるべきでない。人間の眼は、青色光／赤色光よりも、緑色光に対し感度が高い。したがって、画像内の緑色について青色および赤色よりも高い分解能を得るために、緑色光について青色光または赤色光よりもＮＡを大きくすることは妥当であり得る。１つの実施形態では、青色光および赤色光のＮＡは、レンズ１０１２ａに入射する際、０．１１とすることができ、緑色光のＮＡは、レンズ１０１２ａに入射する際、０．２７とすることができる。
【０１１１】
第６の実施形態
図１２は、４つのチャネルが用いられることを除いて他の実施形態に実質的に類似した別の実施形態の図である。４つのチャネルは、例えば、青色、緑色、赤色および赤外とすることができる。赤外情報を用いて、追加の赤外情報を、ＲＧＢカラー撮像と同時に提供することができる。また、これは、ＲＧＢ撮像におけるカラーマッチングの補償にも用いることができる。例えば、λＧ1…λＧNのための波長は５００ｎｍ〜５７５ｎｍとすることができ、λＲ1…λＲNは６２２．５ｎｍ〜７３５ｎｍとすることができ、λＢ1…λＢNは４１５ｎｍ〜４９０ｎｍとすることができ、赤外色λＩＲ1…λＩＲNは７５０ｎｍ〜８６２．５ｎｍとすることができる。
【０１１２】
一実施形態において、スプリッタ１０６は、光源１０２からの光を分割し、それによって、青色光および赤色光は、照明導波路１１０に結合され、緑色光および赤外光は照明導波路１０８に結合される。青色光の回折次数ｍBは、赤色光の回折次数ｍRと異なる。また、緑色光の回折次数ｍGは、赤外光の回折次数ｍIRと異なる。青色、緑色、赤色および赤外に用いられる回折の次数（ｍB，ｍG，ｍR，ｍIR）はそれぞれ、（３，３，２，２）とすることができる。
【０１１３】
導波路オフセット
図１３は、一実施形態の一部分の図である。一実施形態において、入射角θIGおよびθIBRは、ＧＲＩＮレンズ１１２ａの中心に対し、導波路（１０８，１１０）の中心のオフセットｙGおよびｙBRを調整することによって制御することができる。ＧＲＩＮレンズの直径（Ｄ）は５００μｍとすることができる。ＧＲＩＮレンズのピッチは約０．２５とすることができ、この場合、ＧＲＩＮレンズを出る光は、概ねコリメートすることができる。コリメート光とＧＲＩＮレンズ軸との間の角度θGRINは、以下の式（１２）を用いて計算することができる。
【数１９】
2018100955.tif 000021
【０１１４】
導波路ごとのθGRINの値は、θIG、θIBR、およびスペーサ１１２ｂの特性に基づいて計算することができる。次に、これを用いて、導波路ごとのオフセットを計算することができる。カラーレスファイバが導波路とＧＲＩＮレンズ１１２ａとの間に挿入されたとき等、導波路のエッジがＧＲＩＮレンズ１１２ａの前面上にないとき、ＧＲＩＮレンズピッチは、０．２５よりも僅かに小さくすることができる（例えば、０．２３）。光線追跡を用いて、オフセットのためのより正確な値を得ることができる。
【０１１５】
クロマティック分散
上記の説明において、光学系の光学コンポーネント（例えば、ＧＲＩＮレンズ１１２ａ、スペーサ１１２ｂ）を作製するのに用いられた光学材料のクロマティック分散が無視されている。クロマティック分散が存在する場合、光学経路における材料の屈折率は波長に応じて変化する。試料の同じロケーションに入射する照明光の波長の組み合わせは、上記で説明した組み合わせから僅かにシフトされる。そのような波長シフトは、画像プロセッサ１２２による画像再構成プロセス中に補償することができる。
【０１１６】
補償のために、撮像の前に較正ステップを適用することができる。例えば、そのパターンが既に知られている白黒の標的試料を用いて、標的の赤色（１２４ｒ）、緑色（１２４ｇ）および青色（１２４ｂ）の３つの２Ｄ画像を内視鏡１１０を用いて得ることができる。パターンは、グリッドパターンまたは同心円とすることができる。標的パターンおよび得られた３つの２Ｄ画像を比較することによって、波長と視野角との間の関係を求めることができる。この関係は、材料の分散に起因した任意の波長シフトを含むことができ、この関係が画像再構成中に適用されるとき、波長シフトは補償することができる。
【０１１７】
本発明は、例示的な実施形態を参照して説明されたが、本発明は、開示される例示的な実施形態に制限されないことが理解されよう。以下の特許請求の範囲の適用範囲は、全ての変更形態、等価な構造および機能を包含するように、最も広い解釈を与えられる。
【図１】
2018100955.tif 000022
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
2018100955.tif 000030
【図１０】
2018100955.tif 000031
【図１１】
2018100955.tif 000032
【図１２】
2018100955.tif 000033
【図１３】
2018100955.tif 000034
【外国語明細書】
2018100955000001.pdf