(57)【要約】  本発明は、短コヒーレンス干渉分光法および共焦検鏡法、ならびに、内視鏡短コヒーレンス干渉分光法および内視鏡共焦検鏡法のための光源として特に使用され得る広帯域スペクトルを発生させるための装置に関する。本装置は、波長λｐの短い光パルスを発生させるためのレーザ、特にレーザ・ダイオード、および、波長λｐの付近での群速度のゼロ分散および異常分散を有する高い非線形性の微小構造光ファイバ（１）、ならびに、微小構造光ファイバ内に光パルスを結合するための手段を含む。
2008501130.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
広帯域スペクトルを有する光源（８）であって、
波長λｐの短い光パルスを発生するためのレーザ（２）と、
前記波長λｐの付近における群速度のゼロ分散および異常分散を有する微小構造光ファイバ（１）と、
前記微小構造光ファイバ（１）内に前記光パルスを結合するための手段（３）と、を含む光源（８）。
【請求項２】
前記微小構造光ファイバ（１）は放射強度に依存する屈折率ｎを有し、ここで、前記波長λｐにおいてｎ（Ｉ）＝ｎ０＋ｎ２＊Ｉであり、ここで、ｎ２≧２＊１０−２０［ｃｍ２／Ｗ］である請求項１に記載の光源（８）。
【請求項３】
前記微小構造光ファイバ（１）は非線形光学材料を含む請求項１または２に記載の光源（８）。
【請求項４】
前記微小構造光ファイバ（１）は、多成分ガラス、多成分ガラス・セラミック、単結晶材料、多結晶材料、プラスチック母材複合材、および／または、液晶材料から形成された少なくとも１つの材料を含む請求項２または３に記載の光源（８）。
【請求項５】
前記光学材料は等方性および／または異方性の特性を有する請求項４に記載の光源（８）。
【請求項６】
前記微小構造光ファイバ（１）は少なくとも１つの非酸化物系多成分ガラスを含む請求項４または５に記載の光源（８）。
【請求項７】
前記非酸化物系多成分ガラスは少なくともＡｓおよびＳｎを含むカルコゲニド・ガラスである請求項６に記載の光源（８）。
【請求項８】
前記微小構造光ファイバ（１）は少なくとも１つの酸化物系多成分ガラスを含む請求項４または５に記載の光源（８）。
【請求項９】
前記酸化物系多成分ガラスは、アルカリ金属（Ｌｉ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ、Ｋ２Ｏ、Ｒｂ２Ｏ、Ｃｓ２Ｏ）からなるグループの少なくとも１つの要素、および／または、アルカリ土類金属（ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯ）からなるグループの少なくとも１つの要素を有するケイ酸塩ガラスを含む請求項８に記載の光源（８）。
【請求項１０】
前記酸化物系多成分ガラスは、Ａｌ２Ｏ３、Ｂ２Ｏ３、ＰｂＯ、ＺｎＯ、ＴｉＯ２、ＴｈＯ２、ＺｒＯ２、Ｌａ２Ｏ３、ＣｅＯ２、および／または、Ｐ２Ｏ５のグループの少なくとも１つのさらなる要素を有する請求項９に記載の光源（８）。
【請求項１１】
前記酸化物系多成分ガラスは、成分ＳｉＯ２およびＰｂＯ、ならびに、成分Ａｌ２Ｏ３、Ｂ２Ｏ３、ＴｉＯ２、ＴｈＯ２、Ｌａ２Ｏ３、ＢａＯ、Ｌｉ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ、または、Ｋ２Ｏの少なくとも１つを有する重いフリント・ガラスを含む請求項１０に記載の光源（８）。
【請求項１２】
前記多成分ガラスは、
重量で２４．５％のＳｉＯ２と、
重量で７４．５％のＰｂＯと、
重量で０．４％のＮａ２Ｏと、
重量で０．６％のＫ２Ｏと、を有するＳＦ５７からなる請求項１１に記載の光源（８）。
【請求項１３】
前記微小構造光ファイバ（１）は、少なくとも１つの酸化物系多成分ガラス・セラミックを含む請求項４または５に記載の光源（８）。
【請求項１４】
前記多成分ガラス・セラミックはニオブ酸ストロンチウム、リン酸水素カリウム（ＫＴＰ）、ＢＢＯ、ＬＢＯ、ＬｉＩＯ３、ＬｉＮｂＯ３、ＫｎｂＯ３、ＡｇＧａＳ３、ＡｇＧａＳｅ２、ＰＰＬＮ、および／または、ＢａＴｉＯ３から形成された少なくとも１つの結晶相を有する請求項１３に記載の光源（８）。
【請求項１５】
前記微小構造光ファイバ（１）は、特にファイバ・コア（１．１）がニオブ酸ストロンチウム、リン酸水素カリウム（ＫＴＰ）、ＢＢＯ、ＬＢＯ、ＬｉＩＯ３、ＬｉＮｂＯ３、ＫｎｂＯ３、ＡｇＧａＳ３、ＡｇＧａＳｅ２、ＰＰＬＮ、または、ＢａＴｉＯ３から形成された少なくとも１つの単結晶材料を含む請求項４または５に記載の光源（８）。
【請求項１６】
前記微小構造光ファイバ（１）は、特に前記ファイバ・コア（１．１）がニオブ酸ストロンチウム、リン酸水素カリウム（ＫＴＰ）、ＢＢＯ、ＬＢＯ、ＬｉＩＯ３、ＬｉＮｂＯ３、ＫｎｂＯ３、ＡｇＧａＳ３、ＡｇＧａＳｅ２、ＰＰＬＮ、および／または、ＢａＴｉＯ３から形成された少なくとも１つの多結晶材料を含む請求項４または５に記載の光源（８）。
【請求項１７】
前記微小構造光ファイバ（１）は酸化物系多成分ガラス、および、ＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート）系、ＰＣ（ポリカーボネート）系、ＰＡ（ポリアミド）系、または、ＰＥ（ポリエチレン）系のプラスチックから形成されたプラスチック母材複合材を含む請求項４または５に記載の光源（８）。
【請求項１８】
前記微小構造光ファイバ（１）は、特に前記ファイバ・コア（１．１）がポリマ主鎖内または前記主鎖から枝分かれしている側鎖内にメソゲン基を有する少なくとも１つのポリマ部分を有する請求項４または５に記載の光源（８）。
【請求項１９】
前記微小構造光ファイバ（１）は前記ファイバの長さに沿って延長するファイバ・コア（１．１）、および、前記ファイバ・コア（１．１）の周囲に配列された構造ファイバ被覆を有する請求項１乃至１８に記載の光源（８）。
【請求項２０】
前記ファイバ・コア（１．１）は硬い本体を含み、前記ファイバ被覆は前記ファイバ・コア（１．１）に平行に延長する空洞構造を含む請求項１９に記載の光源（８）。
【請求項２１】
前記ファイバ・コア（１．１）は硬い柱状部を含み、前記ファイバ被覆は前記硬い柱状部の周囲に均一に配列されたチューブ（１．２）を含む請求項２０に記載の光源（８）。
【請求項２２】
前記ファイバ・コア（１．１）は１μｍ乃至４μｍの直径を有し、前記チューブ（１．２）は２μｍ乃至８μｍの直径を有する請求項２１に記載の光源（８）。
【請求項２３】
前記微小構造光ファイバ（１）は米国特許出願した０３ＳＧＬ０３０８ＵＳＰによる赤外延線工程を使用して生産され得る請求項１９乃至２２のいずれか１項に記載の光源（８）。
【請求項２４】
前記レーザ（２）は短い光パルスを発生させるためのレーザ・ダイオード（２）を含む請求項１乃至２３のいずれか１項に記載の光源（８）。
【請求項２５】
前記レーザ・ダイオード（２）の前記光パルスは１ピコ秒乃至１０ナノ秒、好ましくは１０ピコ秒乃至１００ピコ秒のパルス持続時間を有する請求項２４に記載の光源（８）。
【請求項２６】
前記レーザ・ダイオード（２）の前記光パルスは５００ｎｍ≦λｐ≦１，８００ｎｍの範囲にあり、好ましくは前記波長λｐ＝１，０６５ｎｍである前記波長λｐを有する請求項２４または２５に記載の光源（８）。
【請求項２７】
前記広帯域スペクトルは４００ｎｍ乃至２，０００ｎｍ、好ましくは７００ｎｍ乃至１，３００ｎｍの波長領域を含む請求項２３から２６のいずれか１項に記載の光源（８）。
【請求項２８】
前記光パルスを前記微小構造光ファイバ（１）に結合するための前記手段（３）は、位置決め部（４、５）、および、ビームを合焦させるための画像形成光学系、好ましくは顕微鏡対物レンズ（６）からなる自由ビーム光学系を含む請求項１乃至２７のいずれか１項に記載の光源（８）。
【請求項２９】
前記光パルスを前記微小構造光ファイバ（１）に結合するための前記手段（３）は結合光導波管およびプラグ接続部を含む請求項１乃至２７のいずれか１項に記載の光源（８）。
【請求項３０】
前記プラグ接続部は前記結合光導波管と前記微小構造光ファイバ（１）を互いに平行に位置合わせする誘導部を有する請求項２９に記載の光源（８）。
【請求項３１】
前記プラグ接続部は、好ましくは金属から作成されたフェルールを有する請求項３０に記載の光源（８）。
【請求項３２】
前記光パルスを前記微小構造光ファイバ（１）に結合するための前記手段（３）は結合光導波管とスプライス接続部を含む請求項１乃至２７のいずれか１項に記載の光源（８）。
【請求項３３】
短コヒーレンス干渉計のための光源（８）としての用途により定義される請求項１乃至３２のいずれか１項に記載の光源（８）。
【請求項３４】
ＯＣＴ、特に内視鏡ＯＣＴのための光源（８）としての用途により定義される請求項３３に記載の光源（８）。
【請求項３５】
画像形成内視鏡法における用途により定義される請求項１乃至３３のいずれか１項に記載の光源（８）。
【請求項３６】
共焦顕微鏡、特に内視鏡共焦顕微鏡のための光源（８）としての用途により定義される請求項１乃至３３のいずれか１項に記載の光源（８）。
【請求項３７】
蛍光顕微鏡のための光源（８）としての用途により定義される請求項１乃至３３のいずれか１項に記載の光源（８）。
【請求項３８】
請求項１乃至３２のいずれか１項に記載の光源（８）により定義される短コヒーレンス測定機器。
【請求項３９】
請求項１乃至３２のいずれか１項に記載の光源（８）により定義される内視鏡。
【請求項４０】
請求項１乃至３２のいずれか１項に記載の光源（８）により定義される短コヒーレンス断層撮影デバイスを有する内視鏡。
【請求項４１】
前記短コヒーレンス断層撮影デバイスは前記内視鏡内に配列され、かつ、好ましくは画像形成デバイス、光誘導ファイバ、および／または、電子的な検出器が設けられている請求項３８に記載の短コヒーレンス断層撮影デバイス（ＯＣＴ）を有する内視鏡。
【請求項４２】
請求項１乃至３２のいずれか１項に記載の光源（８）により定義される共焦顕微鏡。
【請求項４３】
請求項１乃至３２のいずれか１項に記載の光源（８）により定義される共焦顕微鏡を有する内視鏡。
【請求項４４】
約３５０ｎｍ乃至７９０ｎｍの前記光源（８）の波長領域により規定される請求項４１または４２に記載の共焦顕微鏡。
【請求項４５】
請求項１乃至３２のいずれか１項に記載の光源（８）により定義される蛍光顕微鏡。
【請求項４６】
約２５０ｎｍ乃至１，２００ｎｍの前記光源（８）の波長領域により規定される請求項４５に記載の蛍光顕微鏡。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、短コヒーレンス干渉分光法用および内視鏡検査用の各デバイス、特に光学的生検用特殊デバイスのための光源として特に使用され得る広帯域スペクトルを発生するための装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
多くの医療用実用例の場合、内視顕微鏡法、すなわち、内視鏡と顕微鏡を組合せたものの使用には大きな利点がある。なぜなら、例えば、組織構造に関した重要な情報が内視顕微鏡が関与することによって直接に得られ得るからである。さらに、内視鏡と光学的コヒーレンス断層撮影用の機器との組合せも、特に多くの事例において非常に有用である。なぜなら、これにより、組織学的な事実を取得することも可能だからである。
【０００３】
内視鏡の手段により人体内部で従来の生検を行なっている外科医が内視鏡のチャンネルを介して顕微鏡の支援を得て組織を直接に観察する可能性を持てば、その外科医は、より焦点の合った、かつ、より効率的な方法でその生検を行なうことができる。
【０００４】
内視顕微鏡の望ましいさらなる展開は、顕微鏡の代わりに光学的コヒーレンス断層計（ＯＣＴ）を使用することであるが、消化器病学の分野の臨床研究は、コヒーレンス断層撮影のためにこれまでに使用された機器を使用しては、しかしながら、この目的は達成され得ないことを示している。なぜなら、設計の制限もしくは不安定な動作のいずれかのため、または、その他、稼動およびメンテナンスの費用の理由のために、短いコヒーレンス長および広帯域スペクトルを備えた適した光源がこれまで利用可能ではなかったからである。
【０００５】
例えば、三次元表面形状の記録において、および、一般に、光学的コヒーレンス断層計（ＯＣＴ）においては、短いコヒーレンス長および広帯域スペクトルを備えた光源も必要である。ＯＣＴは、散乱性媒質中の表面および構造物の断層撮影を目視可能にする非侵襲的画像形成法を構成している。近赤外領域の光は、この光の持つ組織内へのより大きな貫通深度のために、例えば生物学的組織の検査のために使用されている。
【０００６】
測定原理は、構造物の散乱能および深さ方向の位置を高分解能で決定する光学的干渉分光計に基づいている。ＯＣＴの分解能は、中でも、使用されている光源に依存する。ＯＣＴでは、組織中に散乱された光子が、その光子の干渉能力に基づいて濾過されている。これは、可能な最短のコヒーレンス長（しかし、＞０）および近赤外領域の広帯域スペクトルを備えた光ビームを必要とする。ビームの方向での三次元分解能は、時間または縦方向のコヒーレンスとも呼ばれる使用光のコヒーレンス長に相当する。コヒーレンス長が長くなればなるほど、情報が後方散乱される体積領域も大きくなる。最近のＯＣＴシステムでは、分解能が最大１０マイクロメートルとなっている。
【０００７】
約１０マイクロメートルの分解能は、例えば、近赤外領域で発光する超放射発光ダイオードを使用した市販のＯＣＴ機器を使用して到達され得る。これらのダイオードは、同等のレーザ・ダイオードより低い光効率を有するが、そのコヒーレンス長は短く、かつ、したがって、機器の良好な分解能を可能にする。
【０００８】
しかし、多くの実用例、例えば、腫瘍の治療法において、細胞レベルにおける改善された分解能が必要とされているが、市販の機器を使用しても達成され得ない。
【０００９】
さらに、強力な極端に短い光パルスを非線形光媒体中に結合することにより、所謂スーパーコンティニュームを発生することが知られている。
【００１０】
この状況において、フォトニック結晶ファイバ（ＰＣＦ）は益々関心が深まっている。このファイバは、ファイバ・コアと、Ｊ．Ｃ．Ｋｎｉｇｈｔ外の「Ｏｐｔｉｃｓ  Ｌｅｔｔｅｒｓ」（Ｖｏｌ．２１、Ｎｏ．１９、第１５頁乃至第４７頁（１９９６年１０月））において開示されている如くの周期的構造体（光子バンド・ギャップ・ファイバ）、または、コアを取り囲み、ファイバの長さに沿って延びる米国特許第５、８０２、２３６号明細書により開示されている非周期的構造体を備えた微小構造ファイバ被覆とから例えば形成された微小構造ファイバを含む。ファイバ被覆の適した構造および配置およびファイバ・コアの寸法決定は、ファイバ中の放射線の屈折率導波を引き起こす。ファイバ・コアとファイバ被覆の間に有効屈折率差（５％乃至２０％）を採用することにより、放射線はコア中に高強度で集中され得る。このファイバは、典型的に、微小構造シリコン酸化物ファイバを含む。
【００１１】
自己位相変調などのスーパーコンティニュームの発生に不可欠な第三次非線形効果（χ（３））は、強いピーク強度を持つ短い光パルスの場合にのみ発生する。Ｒａｎｋａ、Ｗｉｎｄｅｌｅｒ及びＳｔｅｎｚの「Ｏｐｔｉｃｓ  Ｌｅｔｔｅｒｓ」（Ｖｏｌ．２５、Ｎｏ．２５（２０００年））により実施された調査は、微小構造シリコン酸化物ファイバにおいてスーパーコンティニュームを発生させるために非線形プロセスを活性化させるための十分に強い場の強度がフェムト秒レーザ・パルスを使用して達成され得ることを示している。
【００１２】
光パルスの強度がファイバの断面積に対するパルス・パワーの比に対応するため、および、パルス・パワーがパルスの持続時間に対するパルス・エネルギーの比により決定されるため、非線形効果を達成するためには、技術的に実施可能なことの状況において、パルスの持続時間を短縮すること、および／または、例えばレーザの反復周波数を増大させることによりパルス・エネルギーを増加させること、および／または、ファイバのコアの断面積を低減することのいずれかが可能である。
【００１３】
可視領域および近赤外領域を網羅する出力スペクトルは、例えば米国特許第６、０９７、８７０号明細書に説明されているように異常な散乱を持つ微小構造シリコン酸化物ファイバにおいては約２マイクロメートルのコア直径を使用して、かつ、チタニウム・サファイア・レーザからの１００フェムト秒のレーザ・パルス（典型的なパルス・エネルギーが１乃至１２ｎＪでパルス・パワーが約８ｋＷ）を使用して達成され得る。ファイバを介したパルスの伝播のために、ファイバの幾何学形状（コア／被覆構造）は、群速度のゼロ分散がほぼレーザ・パルスの波長にある形で、レーザ・パルスの波長に適合されなければならない。
【００１４】
したがって、短コヒーレンス干渉分光法に対して使用されている測定装置の分解能はＴｉサファイア・レーザを使用することにより高められ得る。しかし、そのようなレーザは、大型で、使いにくく、不安定、かつ、高価であり、ならびに、したがって、ＯＣＴ機器または他の市販の短コヒーレンス測定機器のための光源における使用のためには適さない。
【００１５】
フォトニック結晶ファイバ（ＰＣＦ）は、この状況において益々関心が深まっている。このファイバは、ファイバ・コアと、例えばＪ．Ｃ．Ｋｎｉｇｈｔ外の「Ｏｐｔｉｃｓ  Ｌｅｔｔｅｒｓ」（Ｖｏｌ．２１、Ｎｏ．１９、第１５頁乃至第４７頁（１９９６年１０月））において開示されている如くの周期的構造体（光子バンド・ギャップ・ファイバ）、または、コアを取り囲み、ファイバの長さに沿って延びる米国特許第５、８０２、２３６号明細書により開示されている非周期的構造体を備えた微小構造ファイバ被覆とから例えば形成された微小構造ファイバからなる。ファイバ中の放射線の屈折率導波は、ファイバ被覆の適切な構造および設計ならびにファイバ・コアの適切な寸法決定からもたらされる。ファイバ・コアとファイバ被覆の間の屈折率の有効差（５％乃至２０％）の手段により、放射線はコア中に高強度で集中され得る。このファイバは、典型的に、微小構造シリコン酸化物ファイバからなる。
【００１６】
スーパーコンティニューム（ｓｕｐｅｒｃｏｎｔｉｎｕｕｍ）の発生に重要である自己位相変調などの第三次非線形効果（χ（３））は、強いピーク強度の短い光パルスの場合にのみ出現する。Ｒａｎｋａ、Ｗｉｎｄｅｌｅｒ、Ｓｔｅｎｚの「Ｏｐｔｉｃｓ  Ｌｅｔｔｅｒｓ」（Ｖｏｌ．２５、Ｎｏ．２５（２０００年））における調査は、微小構造シリコン酸化物ファイバにおいてスーパーコンティニュームを発生させるために非線形プロセスを活性化させるための十分に強い場の強度を達成するために、フェムト秒レーザ・パルスが使用され得ることを示している。
【００１７】
光パルスの強度がパルス・パワーとファイバの断面積の比に対応するため、および、パルス・パワーがパルスの持続時間に対するパルス・エネルギーの比により決定されるため、非線形効果を達成するためには、パルスの持続時間が短縮され得る、ならびに／または、例えばレーザの反復周波数を上昇させることにより、および／もしくは、ファイバのコアの断面積を低減することにより、技術的可能性の範囲内でパルス・エネルギーが上昇され得るのいずれかである。
【００１８】
可視領域および近赤外領域を網羅する出力スペクトルは、米国特許第６、０９７、８７０号明細書に説明されているように異常な散乱を持つ微小構造シリコン酸化物ファイバにおいては約２マイクロメートルのコア直径の支援を得て、かつ、チタニウム・サファイア・レーザの１００フェムト秒のレーザ・パルス（典型的なパルス・エネルギーが１乃至１２ｎＪでパルス・パワーが約８ｋＷ）の支援を得て達成され得る。ファイバを介してパルスを伝播させるために、この場合、ファイバの幾何学形状（コア／被覆構造）を、群速度のゼロ分散がほぼレーザ・パルスの波長に存在する形で、レーザ・パルスの波長と調整されなければならない。
【００１９】
したがって、短コヒーレンス干渉分光法において使用されている測定装置の分解能はＴｉサファイア・レーザを使用することにより高められ得る。しかし、そのようなレーザは、大型で、場所を取り、不安定、かつ、費用集約的であり、ならびに、したがって、ＯＣＴ機器または他の市販の短コヒーレンス測定機器のための光源における使用のためには適さない。
【００２０】
米国特許出願公開第２００５／００２４７１９号明細書は、いくつかの複合光源、特にレーザ光源、および、フォトニック・ファイバを備えた複雑な構成の共焦顕微鏡を記載している。
【００２１】
国際公開第ＷＯ０３／０９６９００号明細書は、生体内の皮膚層からの後方散乱された光が記録される共焦光学的断層撮影を記載している。光ファイバにより発生された点光源が使用され、白色または赤外光で動作されている。しかし、このような光源は低い光強度のみを有し、この理由のために、比較的長い記録時間または雑音のいずれかにより劣化させられた画質が許容されなければならない。
【００２２】
誘導されたファイバに進入する光の角度を大きくするために、日本国特許公開第２００４−３４４２０９号明細書は内視鏡におけるフォトニック・ファイバの使用を記載している。
【００２３】
フォトニック・ファイバは、それ自体では日本国特許公開第２００５−０２５０１８号明細書においても述べられている。
【特許文献１】米国特許第５８０２２３６号明細書
【特許文献２】米国特許第６０９７８７０号明細書
【特許文献３】米国特許出願公開第２００５／００２４７１９号明細書
【特許文献４】国際公開第ＷＯ０３／０９６９００号明細書
【特許文献５】特開平２００４−３４４２０９号
【特許文献６】特開平２００５−０２５０１８号
【特許文献７】米国特許出願公開第２００５／０２７４１４９号明細書
【非特許文献１】Ｊ．Ｃ．Ｋｎｉｇｈｔ外、「Ｏｐｔｉｃｓ  Ｌｅｔｔｅｒｓ」（Ｖｏｌ．２１、Ｎｏ．１９、第１５頁乃至第４７頁（１９９６年１０月））
【非特許文献２】Ｒａｎｋａ、Ｗｉｎｄｅｌｅｒ、Ｓｔｅｎｚ、「Ｏｐｔｉｃｓ  Ｌｅｔｔｅｒｓ」（Ｖｏｌ．２５、Ｎｏ．２５（２０００年））
【非特許文献３】Ｂａｒｋｏｕ、Ｂｒｏｅｎｇ、および、Ｂｊａｒｋｌｅｖ、「Ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ  ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ  ｏｆ  ｐｈｏｔｏｎｉｃ  ｂａｎｄｇａｐ  ｑｕｉｄｉｎｇ  ｆｉｂｅｒｓ」（Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｆｉｂｅｒ  Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ  Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ、ｐａｐｅｒ  ＦＧ５、１９９９年）
【非特許文献４】Ｒ．Ｄ．Ｍｅａｄｅ、Ａ．Ｍ．Ｒａｐｐｅ、Ｋ．Ｄ．Ｂｒｏｍｍｅｒ、Ｊ．Ｄ．Ｊｏａｎｎｏｐｏｕｌｏｓ、および、Ｏ．Ｌ．Ａｌｅｒｈａｎｄ、「Ａｃｃｕｒａｔｅ  ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ  ａｎａｌｙｓｉｓ  ｏｆ  ｐｈｏｔｏｎｉｃ  ｂａｎｄ−ｇａｐ  ｍａｔｅｒｉａｌｓ」（Ｐｈｙｓ．Ｒｅｖ．Ｖ  ４８、８４３４−８４３７（１９９３年））
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２４】
したがって、本発明の目的は、短いコヒーレンスを備えた単純で安定な広帯域光源を提供することである。
【００２５】
本発明の他の目的は、特に、高いレベルの測定精度を可能にする光学的生検のための特殊デバイスのための、特にＯＣＴおよび内視鏡検査デバイスのための短コヒーレンス干渉分光測定機器のための単純かつ安定な光源を提供することである。
【００２６】
この目的は請求項１に請求されている装置により達成される一方、有利な改良がさらなる請求項において与えられている。
【００２７】
したがって、本発明の目的は、低いコヒーレンスの単純で安定した広帯域光源を利用可能とすることである。
【００２８】
本発明のさらなる目的は、特に、高い測定精度を可能にする光学的生検のための特殊デバイスのための、特にＯＣＴおよび内視鏡検査デバイスのための短コヒーレンス干渉分光測定機器のための単純かつ安定な光源を利用可能にすることである。
【課題を解決するための手段】
【００２９】
この目的は請求項１に請求されている如くの装置の支援を得て達成される一方、有利な改良がさらなる請求項において与えられている。
【００３０】
内視顕微鏡の重要なさらなる展開である顕微鏡の代わりに光学的コヒーレンス断層撮影を使用することは、この発明的光源およびこれらの医療用光学デバイスにおける同光源の使用により、経済的に実用的かつ技術的に有利の双方とされる。
【００３１】
光学的コヒーレンス断層撮影の使用は、この場合、これらの画像形成法が、事前の組織抽出の必要性なしに、病理学的組織学の組織切片と同様の組織切片を可能にするという最大の利点を有する。
【００３２】
消化器病学の分野の臨床研究は、細胞の規模の、つまり約１乃至２μｍである画像の光学的分解能、特に縦方向分解能のこの目的のための必要性があることを示している。しかし、この品質は今まで使用されてきたコヒーレンス断層撮影のための機器の支援を得ては適切に達成されなかった。
【００３３】
本明細書において、縦方向の分解能は、例えば検査される組織などの観察される物体の表面に対してしばしば実質的に直角に配列される光学機器の光軸の方向、または、ビームの伝播の主方向のビーム方向における分解能として理解されている。
【００３４】
したがって、光学コヒーレンス断層計（ＯＣＴ）においては、使用されているコヒーレンス断層撮影の縦方向コヒーレンス長に匹敵する厚さを基本的に有する組織学的な組織切片またはそれと非常に似通った観察されている物体の二次元画像、特に検査される組織の生体内画像が作成される。
【００３５】
これらの縦方向分解能の要件は、本発明により提供される光源の支援を得て通常の手術に適した形で達成される。
【００３６】
ここで非常に重要であることは、この光源および光学機器の安定した動作だけでなく、重要な役割は稼動およびメンテナンスの分野における費用により果たされる。
【００３７】
さらに、光源の良好な空間的な大きさ、または、その他の空間的なコヒーレンスと共に、より強い光強度の手段により、以前に達成可能であった画像よりも優れた画像が得られ得る。
【００３８】
空間またはその他で横方向コヒーレンスとして本明細書において理解されていることは、特に干渉分光計において、未だに目視可能なコントラストが画像視野の内部に存在する画像視野の横方向の広がりに影響を及ぼす光源の特性である。
【００３９】
基本的に点状であり、かつ、広帯域スペクトルを発生する本発明による光源は、波長λｐの短い光パルスを発生するためのレーザ、および、波長λｐの付近（すなわち、λｐから約±２０％の可能な偏差を持つ付近）における群速度のゼロ分散および異状分散を有する微小構造光ファイバ、ならびに、光パルスを微小構造光ファイバ内に結合する手段を含む。
【００４０】
好ましくは、はっきりした非線形の光学特性を有する、すなわち、ファイバの非線形係数が好ましくはｎ２≧２＊１０−２０［ｃｍ２／Ｗ］である内部結合された光パルスλｐの波長において放射強度に依存する屈折率ｎ（Ｉ）＝ｎ０＋ｎ２＊Ｉを有する微小構造光ファイバの場合、ピコ秒の領域における光パルスを有するレーザ・ダイオードを使用してさえ、広帯域スペクトルを発生することが可能である。
【００４１】
このことは、例えば、広帯域スペクトルを発生するために、微小構造ファイバ中への入力パルスとしてフェムト秒のパルスを発生するために今まで必要とされてきた複雑かつ高価なサファイア・レーザを不要とする。
【００４２】
ファイバの光学的非線形性は、一方ではファイバの構造により決定されるが、他方ではファイバの材料によっても決定され、したがって、微小構造光ファイバは、好ましくは、材料の高い非線形係数χ（３）を持つ非線形性光学材料からなる。この係数は、ファイバの幾何学形状とともに、ファイバの上述した非線形係数ｎ２を決定する。
【００４３】
大きなχ（３）を持つ微小構造光ファイバに対する適した材料は、好ましくは、多成分ガラス、多成分ガラス・セラミック、単結晶材料、多結晶材料、プラスチック母材複合材、および／または、液晶材料から形成された材料である。ファイバは、複数のこれらの材料から構成されてもよい。
【００４４】
さらなる適した実施形態において、光学材料は、等方性および／または異方性の特性を有してもよい。
【００４５】
さらなる有利な実施形態において、微小構造光ファイバは、少なくとも１つの非酸化物系多成分ガラス、特に少なくともＡｓおよびＳｎを含むカルコゲニド・ガラスを含む。
【００４６】
微小構造光ファイバに対するさらなる適した材料は、少なくとも１つの酸化物系多成分ガラス、特にアルカリ金属（Ｌｉ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ、Ｋ２Ｏ、Ｒｂ２Ｏ、Ｃｓ２Ｏ）からなるグループの少なくとも１つの要素、および／または、アルカリ土類金属（ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯ）からなるグループの少なくとも１つの要素を有するケイ酸塩ガラスを含む材料である。
【００４７】
以下の要素、すなわち、Ａｌ２Ｏ３、Ｂ２Ｏ３、ＰｂＯ、ＺｎＯ、ＴｉＯ２、ＴｈＯ２、ＺｒＯ２、Ｌａ２Ｏ３、ＣｅＯ２、および、Ｐ２Ｏ５の少なくとも１つのさらなる代表要素を含むことも酸化物系多成分ガラスに対しては好ましい。
【００４８】
ＳｉＯ２およびＰｂＯ、ならびに、成分、Ａｌ２Ｏ３、Ｂ２Ｏ３、ＴｉＯ２、ＴｈＯ２、Ｌａ２Ｏ３、ＢａＯ、Ｌｉ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ、または、Ｋ２Ｏの少なくとも１つを有する重いフリント・ガラス、特に重量で２４．５％のＳｉＯ２、重量で７４．５％のＰｂＯ、重量で０．４％のＮａ２Ｏ、および、重量で０．６％のＫ２Ｏを持つＳＦ５７は、微小構造ファイバのための大きなχ（３）を持つ特に適した材料である。
【００４９】
さらなる適した実施形態において、微小構造光ファイバは、ニオブ酸ストロンチウム、リン酸水素カリウム（ＫＴＰ）、ＢＢＯ、ＬＢＯ、ＬｉＩＯ３、ＬｉＮｂＯ３、ＫｎｂＯ３、ＡｇＧａＳ３、ＡｇＧａＳｅ２、ＰＰＬＮ、および／または、ＢａＴｉＯ３の結晶相を有する少なくとも１つの酸化物系多成分ガラス・セラミック、または、酸化物系多成分ガラスから形成されたプラスチック母材複合材およびＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート）系、ＰＣ（ポリカーボネート）系、ＰＡ（ポリアミド）系、または、ＰＥ（ポリエチレン）系のプラスチックを含むことができる。
【００５０】
さらに、特にファイバ・コアは、ニオブ酸ストロンチウム、リン酸水素カリウム（ＫＴＰ）、ＢＢＯ、ＬＢＯ、ＬｉＩＯ３、ＬｉＮｂＯ３、ＫｎｂＯ３、ＡｇＧａＳ３、ＡｇＧａＳｅ２、ＰＰＬＮ、もしくは、ＢａＴｉＯ３から形成された少なくとも１つの単結晶材料、または、ニオブ酸ストロンチウム、リン酸水素カリウム（ＫＴＰ）、ＢＢＯ、ＬＢＯ、ＬｉＩＯ３、ＬｉＮｂＯ３、ＫｎｂＯ３、ＡｇＧａＳ３、ＡｇＧａＳｅ２、ＰＰＬＮ、および／もしくは、ＢａＴｉＯ３から形成された多結晶材料、または、ポリマ主鎖内またはこの主鎖から枝分かれしている側鎖内にメソゲン基を有するポリマ部分を有する液晶を含むことができる。
【００５１】
結合された光パルスの可能な最小強度を持つファイバ中の（例えば、自己位相変調などの）非線形効果を達成する目的の微小構造ファイバの材料に関した要求に加えて、広帯域スペクトルを発生するためのファイバの幾何学形状にも、特定の要求が課せられている。ファイバに結合される光パルスの波長λｐおよびファイバの幾何学形状はファイバを介した光パルスの伝播を決定する。この目的のために、幾何学形状、特にファイバの断面は、微小構造ファイバ中に光パルスの波長λｐの付近における群速度のゼロ分散および光パルスの異常分散を生成する設計を有する。
【００５２】
この目的のための微小構造光ファイバは、好ましくは、ファイバの長さに沿って延長するファイバ・コアおよびファイバ・コアの周囲に配列された構造ファイバ被覆を有し、この場合、ファイバ・コアは硬い本体を特に含み、ファイバ被覆はファイバ・コアに平行に延長する空洞構造を含む。
【００５３】
特に本説明の以下の部分においてより詳細に対応される微小構造ファイバを製造する目的として、もしファイバ・コアが硬い柱状部を含み、ファイバ被覆が、六角形構造を好ましくは形成するように、硬い柱状部の周囲に均一に配列されたチューブを含んでいれば、有利である。
【００５４】
ファイバ・コアの可能な最小断面は非線形効果を活性化するために必要である。この目的のために、本発明の好ましい実施形態において、ファイバ・コアは１μｍ乃至４μｍの直径を有し、ファイバ被覆の周囲のチューブは２μｍ乃至８μｍの直径を有する。
【００５５】
微小構造光ファイバ、特に上述の材料を含み、および／または、上述の小さな寸法を有するものは、好ましくは、「Ｈｏｔｆｏｒｍｅｄ  Ａｒｔｉｃｌｅｓ  ａｎｄ  Ｍｅｔｈｏｄ  ａｎｄ  Ａｐｐａｒａｔｕｓ  ｆｏｒ  ｈｏｔ−ｆｏｒｍｉｎｇ」と題された同日に出願された同じ出願人の名における出願（出願人の内部参照番号０３ＳＧＬ０３０８ＵＳＰ、米国特許出願公開第２００５／０２７４１４９号明細書）による赤外延線工程を使用して生産され、この出願の開示の内容はその全体が参照により組み込まれている。この方法は、延線操作中に低温において準均一な温度分布およびファイバの断面にわたる加熱（＜０．５Ｋ／ｍｍ）で「困難な」材料からなる対応する母材から高精度微小構造ファイバを延線し、効果的かつ正確な製造を可能にすることを可能にする。
【００５６】
広帯域スペクトルを発生するために必要である所望の非線形効果を発生させるために、結合される光パルスは適切に大きな強度を有していなければならない。ファイバの非線形性が大きい、特にｎ２≧２＊１０−２０［ｃｍ２／Ｗ］であり、微小構造ファイバのファイバ・コアの断面が小さく、特に１μｍ乃至４μｍの直径であれば、ファイバに結合される短い光パルスを発生させるためにレーザ・ダイオードが使用されることが好ましい。なぜなら、レーザ・ダイオードの光パルスの強度は、これらの条件下で既に十分であるからである。
【００５７】
１ピコ秒乃至１０ナノ秒、好ましくは１０ピコ秒乃至１００ピコ秒のパルス持続時間を有し、かつ、５００ｎｍ≦λｐ≦１，８００ｎｍの範囲にあり、好ましくは波長λｐ＝１，０６５ｎｍである波長λｐを持つ光パルスを発光するレーザ・ダイオードの場合、これらの光パルスを微小構造ファイバに結合することにより、４００ｎｍ乃至２，０００ｎｍ、特に７００ｎｍ乃至１，３００ｎｍの波長範囲を持つ広帯域スペクトルを発生させることが可能となる。これらの波長範囲内のスペクトルは、光学的コヒーレンス断層計（ＯＣＴ）に特に適している。なぜなら、これらの波長を持つ光は、検査される組織中に容易に貫通できるからである。
【００５８】
本発明の１つの適した実施形態において、光パルスを微小構造光ファイバに結合するための手段は、位置決め部、および、ビーム合焦のための画像形成光学系、好ましくは顕微鏡対物レンズを含む自由ビーム光学系を含む。
【００５９】
光パルスを微小構造光ファイバに結合するためのさらなる適した手段は、結合用光導波管、および、この結合用光導波管を微小構造ファイバに接続するためのプラグ接続部を含む。
【００６０】
可能な最小損失で光パルスを結合するために、プラグ接続部は、好ましくは、結合用光導波管と微小構造光ファイバを互いに平行に配向する誘導部を有する。
【００６１】
この性質の誘導部は、好ましくは、フェルールとして設計されている。このフェルールはプラグ接続部内の小さな高精度の誘導チューブであり、同接続部は接続されるファイバの双方の終端部を、それらの終端部が正確に軸に沿って互いに位置合わせされるように保持し、かつ、同時にそれらを保護する。このリングは様々な材料、例えば、ガラス、セラミック、プラスチック、または、金属から作成することができる。
【００６２】
さらなる有利な実施形態において、光パルスを微小構造光ファイバに結合するための手段は、結合用光導波管、および、結合用光導波管と微小構造ファイバが恒久的に連結されるスプライス接続部を含む。
【００６３】
本発明による光源は、短コヒーレンス干渉分光計のための光源、特に、ＯＣＴならびに共焦検鏡法および蛍光検鏡法に対する光源として使用される。
【００６４】
特別な長所は、内視鏡、特に短コヒーレンス断層撮影デバイスを有する内視鏡である短コヒーレンス断層計（ＯＣＴ）での使用の場合における光源により提供される。なぜなら、この組合せが、生体内での内視鏡による組織学的検査および／または光学的生検を初めて可能にしているからである。
【００６５】
蛍光顕微鏡において、レーザの代わりに、このような光源を広帯域放射線源として使用することも、有利である。この光源の好ましい波長領域は、本明細書で２５０ｎｍ乃至１，２００ｎｍである。
【００６６】
共焦顕微鏡を有する内視鏡において短コヒーレンス光源を使用することも非常に有利である。この場合、光源の特に好ましい波長領域は、約３５０ｎｍ乃至７９０ｎｍに広がり、かつ、細胞の状態が生体内で検査されることを可能にする。
【００６７】
本発明は、以下の図面を参照して、より詳細に説明されている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００６８】
一般に、コヒーレンス断層撮影のための機器の光学的分解能の品質は、（縦方向コヒーレンスに対応した）所謂コヒーレンス長または使用されている光源の光学的帯域幅に主に応じたものである。
【００６９】
以下に詳細に説明されるような微小構造光ファイバに基づく広帯域光源は、例外的に短いコヒーレンス長により有利に区別される。
【００７０】
細胞レベルの分解能はこのような光源の使用により達成され、それにより、光学的生検、特に生体内での光学的生検の方法の手段により従来の生検を支持する可能性が提供される。
【００７１】
ドイツ連邦共和国における現在の法的位置に基づき、消化器病学の臨床分野における光学的生検は、今後数年で従来の生検に取って代わる必要はほとんどない。しかし、外科医は少なくとも抽出が全く必要であるか否かを決定するために、組織の抽出前でさえ画像形成法を使用することができる。
【００７２】
そのため、消化器内視鏡による生検はより少ない組織切片を使用して、かつ、そのため、患者にはより親切な方法で実施することもできる。
【００７３】
さらに、抽出される組織部分、したがって、組織学的に検査される組織部分の数は大幅に低減され、これに、今度は、費用の低減が伴う。したがって、設備の獲得における余分の費用が、患者に対するより低い検査費用および短縮された予後回復を介して迅速に償還されることを結果的に可能にする。
【００７４】
広帯域光源の上述の使用に加えて、この光源は、内視顕微鏡法のためにも使用することができる。内視顕微鏡法の場合、組織細胞中の蛋白質の自己蛍光励起の目的のために共焦検鏡法の原理を利用することは普通である。
【００７５】
蛍光励起の目的に対する共焦照明を備えた顕微鏡は、異なった光波長の１つまたは複数のレーザを光源として通常使用しており、このことは稼動およびメンテナンスの高い費用につながっている。
【００７６】
本明細書の微小構造光ファイバに基づく広帯域光源は、蛍光励起の目的のためにいくつかのレーザの機能を引き継ぐことができる。
【００７７】
白熱電球または白色光を発する発光ダイオードなどの他の広帯域光源は、過剰に低い空間的コヒーレンスのために共焦検鏡法には貧弱に適しているのみである。
【００７８】
以下、先ず図２が参照される。図２は実施例の方法により示されている本発明による光源（８）の模式的構造を示している。光源はレーザ・ダイオード（２）、光パルスと微小構造光ファイバ（１）を結合するための手段（３）を含む。
【００７９】
レーザ・ダイオード（２）は、光パルス内に結合するための手段（３）の方向に波長λｐ＝１，０６５ｎｍの光パルスを発する。
【００８０】
図２によれば、光パルス内に結合するための手段（３）は、光パルスを合焦させ、かつ、光パルスを微小構造光ファイバ（１）内に結合する顕微鏡対物レンズ（６）に光パルスを差向けるために、絞り（４）およびミラー（５）を含む。
【００８１】
図１に断面が模式的に示されている微小構造光ファイバ（１）は、硬い柱状部として設計されているファイバ・コア（１．１）、および、ファイバ・コア（１．１）の周囲に均一に配列され、かつ、ファイバ被覆を形成しているチューブ（１．２）を含む。チューブ（１．２）は、六角形構造を形成するような形で、ファイバ・コア（１．１）の周囲のいくつかの層に配列されている。このタイプの構造上の配列は、パルスが微小構造光ファイバ（１）を介して伝播することを可能にする。
【００８２】
ファイバの材料は重量で２４．５％のＳｉＯ２、重量で７４．５％のＰｂＯ、重量で０．４％のＮａ２Ｏ、および、重量で０．６％のＫ２Ｏを含むＳＦ５７である。
【００８３】
微小構造の大きさのオーダは、レーザ・ダイオード（２）の光パルスの波長λｐ＝１，０６５ｎｍおよびファイバ材料の材料非線形係数χ（３）に、微小構造光ファイバ（１）が波長λｐの付近の群速度のゼロ分散および異常分散を有する形で適合される。
【００８４】
ファイバの幾何学形状の構成は、それ自体は当業者に知られており、かつ、例えば、Ｂａｒｋｏｕ、Ｂｒｏｅｎｇ、および、Ｂｊａｒｋｌｅｖの「Ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ  ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ  ｏｆ  ｐｈｏｔｏｎｉｃ  ｂａｎｄｇａｐ  ｑｕｉｄｉｎｇ  ｆｉｂｅｒｓ」（Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｆｉｂｅｒ  Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ  Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ、ｐａｐｅｒ  ＦＧ５、１９９９年）において、および、Ｒ．Ｄ．Ｍｅａｄｅ、Ａ．Ｍ．Ｒａｐｐｅ、Ｋ．Ｄ．Ｂｒｏｍｍｅｒ、Ｊ．Ｄ．Ｊｏａｎｎｏｐｏｕｌｏｓ、および、Ｏ．Ｌ．Ａｌｅｒｈａｎｄの「Ａｃｃｕｒａｔｅ  ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ  ａｎａｌｙｓｉｓ  ｏｆ  ｐｈｏｔｏｎｉｃ  ｂａｎｄ−ｇａｐ  ｍａｔｅｒｉａｌｓ」（Ｐｈｙｓ．Ｒｅｖ．Ｖ  ４８、８４３４−８４３７（１９９３年））において説明されている。
【００８５】
ファイバ・コア（１．１）の直径は２．８μｍ、チューブ（１．２）の直径は２．９μｍ、微小構造光ファイバ（１）の総直径は１２５μｍである。
【００８６】
上述の如くの重いフリント・ガラスからのこの微小構造光ファイバ（１）の正確な製造は、米国特許出願公開第２００５／０２７４１４９号明細書（０３ＳＧＬ０３０８ＵＳＰ号明細書）による赤外延線工程を使用して実施される。
【００８７】
結合された光パルスが一旦微小構造光ファイバ（１）を通過すれば、この光パルスは実質的に均一な強度を持つ７００ｎｍ乃至１，３００ｎｍの出力スペクトルを有する。この出力スペクトルは分光計（７）を使用して記録された。
【００８８】
この装置は、単純な構造、および、ＯＣＴ機器で例えば使用され得る短いコヒーレンスを備えた安定かつ広帯域の光源（８）を提供する。この装置は実施例の方法により選択され、その結果、本発明の範囲内でさらなる実施形態が可能となっている。
【００８９】
図３はＯＣＴ装置内の本発明による光源（８）の使用を示している。ＯＣＴ装置は７００ｎｍ乃至１，３００ｎｍの範囲のスペクトルを備えた光を発する光源（８）を含む。この光は、コリメータ（１０）を介し、光導波管および２×２カプラ（９）を介して検査される生物学的試料（１５）上に広げられ、続いて、レンズ（１１）を介して参照ミラー（１６）上に広げられる。試料（１５）から散乱され、かつ、反射された光および参照ミラー（１６）から反射された光は、２×２カプラ（９）を介して、重畳された形で検出器部（１２）に供給される。検出器部（１２）は重畳体のスペクトルを決定し、かつ、モニタ（１４）上に画像としてこのスペクトルを表示するために電子演算部（１３）を使用する。
【００９０】
以下、図４が参照される。同図は短コヒーレンス断層撮影デバイスを有する内視鏡または、短コヒーレンス断層計（１７）を有する内視鏡を示し、この場合、本発明により、かつ、フォトニック・ファイバ１を有する光源（８）が使用されている。加えて、光源８は、フォトニック・ファイバ１の出口端部１．３の下流にレンズ２０を有することができ、フォトニック・ファイバ１の支援により、端部１、３から実質的に点状の形で出現する光は平行にされる。
【００９１】
ファイバ１の入口端部１．４上にレーザ光を合焦させるためのさらなるレンズ２１も同様に任意で設けられ得る。
【００９２】
レンズ２０の支援を得て生成された平行ビームは、続いて、ビーム・スプリッタ２５において２つの成分ビーム２７、２９に分割され、成分ビーム２７は、例えば検査される組織などのサンプル１５上に差向けられ、検査され、かつ、再帰反射される。成分ビーム２９は反射器３１により再帰反射される。
【００９３】
２つの反射された成分ビームは、さらなるレンズ３５の手段により光検出器３７に供給される光ビーム３３を形成するためにビーム・スプリッタ２５において結合され、それにより、検査される組織１５の画像が、干渉分光計の第２の成分ビーム上に重畳された形で検出器３７上に生成される。
【００９４】
検出器３７は光学的に獲得された画像データを電子的に変換された形で、図４に示されていない評価部に中継する。評価部の内部では、これらの画像データが、個々の組織の深さに割当てられた形で、取り込まれ、記録され、かつ、再生されることが可能である。
【００９５】
光源８、ビーム・スプリッタ２５、ならびに、反射器３１、および、再帰反射性または後方散乱性のサンプル１５は、マイケルソン干渉計装置をまとまって形成し、その結果は組み合わされたビーム３３における２つの反射された成分ビーム２７、２９間の干渉となる。
【００９６】
干渉計の２つの成分ビーム２７、２９間の干渉に実質的により、検査される組織１５のこの画像は、２つの成分ビーム２７、２９がコヒーレンス長または縦方向コヒーレンスより小さい光路長差を有する組織１５の点においてのみコントラストを示す。
【００９７】
組織１５の内部の画像形成された領域の深さは、ビーム・スプリッタ２５を基準として組織１５を動かすことにより、および／または、ミラー３１を動かすことにより設定され得る。
【００９８】
これにより、縦方向のコヒーレンス長の厚さを実質的に有する組織学的な組織切片に似通った二次元の映像を、組織の様々な深さに対して編集することが可能となる。
【００９９】
自身の深さに割当てられることにより、これらの二次元の映像が、三次元断層撮影映像を形成するために評価部内で組立てられることが可能となる。本明細書において、位置符号化器の支援を得て（図４には示されていない）線形移動の手段によりミラー３１のみを移動し、かつ、組織１５に内視鏡をあてがうことに例えばより可能とされるものである組織１５を基準とした内視鏡の距離を変化させないことは有利となり得る。
【０１００】
好ましい実施形態において、短コヒーレンス断層計１５は、例えば、内視鏡のヘッド内に完全に収容され得る。しかし、例えば、レーザ・ダイオードは内視鏡のヘッドの外部に配置され得、ヘッド内に配列された干渉計装置のための照明は、フォトニック・ファイバ１を介して供給され得る。
【０１０１】
ＯＣＴに対する応用の領域は、特に医療において、特に胃、腸、血管、または、皮膚の検査に対する、例えば、ガンの早期診断である。
【０１０２】
これらの場合、異なった屈折率を持つ材料間の界面（膜、細胞層、器官の境界）における反射が、好ましくは切片ごとの形で測定され、かつ、このようにして、切片ごとの形で得られたデータのコンピュータに支援された評価により、三次元画像が再構築される。本発明による光源（８）の大きな帯域幅のために、サブマイクロメータの範囲における分解能が可能となり、それにより、細胞の下位構造を生成することが可能となる。
【０１０３】
図５は本発明による光源８が利用されている場合の共焦顕微鏡３８を有する内視鏡を示している。
【０１０４】
光源８の前面に設置された絞り３９の手段により、点光源が生成されている。点光源からの光は、ビーム・スプリッタ４１により曲げられ、かつ、対物レンズ４３の手段によりサンプル１５上に合焦される。フォトニック・ファイバから出現する光が既に実質的に点状であるため、絞り３９は、図５に示された例示的実施形態の修正においては省略もされ得る。
【０１０５】
光ビームの焦点は、コンピュータ４５により制御されている走査部４２の手段により、サンプル１５に沿って横方向に走査される。
【０１０６】
再帰反射された光は、さらなる絞り４０上に合焦され、通過する光は光検出器４４の支援を得て検出される。続いて、位置および強度のデータからコンピュータ４５において画像が計算される。
【０１０７】
この場合の共焦装置は、検査されるサンプルの横方向の断層映像を生成し、いくつかのこのような画像から三次元再構築像を計算することが可能である。特に、この装置の支援を得て蛍光測定を実施することも可能である。
【０１０８】
この場合、ビーム・スプリッタ４１として、特に波長が選択された形で動作する二色性ミラーが使用され得る。
【０１０９】
このような蛍光顕微鏡の場合、光源（８）は約２５０ｎｍ乃至１，０２０ｎｍの波長領域を有し得る。
【０１１０】
顕微鏡３８は、十分に小さな設計であれば、例えば、内視鏡のヘッド内に完全に収容され得る。
【０１１１】
しかし、同様に、顕微鏡の一部のみが内視鏡のヘッド内に配列されることも可能である。例えば、対物レンズ４３および走査部４２が同ヘッド内に配列され得る一方、光はビーム・スプリッタ４１から内視鏡チューブを介して走査部に誘導される。より良い理解の目的のために、本実施形態の様々な構成部分が、好ましい実施形態の上述の詳細な説明において大きさが正しく示されていなかったことを、完全性のために述べられ得よう。
【図面の簡単な説明】
【０１１２】
【図１】微小構造光ファイバを模式的に示す図である。
【図２】本発明による光源を示す図である。
【図３】ＯＣＴ装置の模式的構造を示す図である。
【図４】本発明による光源が使用されている場合の短コヒーレンス断層撮影デバイスを有する内視鏡を示す図である。
【図５】本発明による光源が使用されている共焦顕微鏡を有する内視鏡を示す図である。
【図１】
2008501130.tif 000003
【図２】
2008501130.tif 000004
【図３】
2008501130.tif 000005
【図４】
2008501130.tif 000006
【図５】
2008501130.tif 000007
【手続補正書】
【提出日】平成18年4月1日(2006.4.1)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
波長λｐの短い光パルスを発生するためのレーザ（２）と、
前記波長λｐの付近における群速度のゼロ分散および異常分散を有する微小構造光ファイバ（１）と、
前記微小構造光ファイバ（１）内に前記光パルスを結合するための手段（３）とを含む、広帯域スペクトルを有する光源（８）であって、前記微小構造光ファイバ（１）が放射強度に依存する屈折率ｎを有し、ここで、前記波長λｐにおいてｎ（Ｉ）＝ｎ０＋ｎ２＊Ｉであり、ここで、ｎ２≧２＊１０−２０［ｃｍ２／Ｗ］である光源（８）。
【請求項２】
前記微小構造光ファイバ（１）は非線形光学材料を含む請求項１に記載の光源（８）。
【請求項３】
前記微小構造光ファイバ（１）は、多成分ガラス、多成分ガラス・セラミック、単結晶材料、多結晶材料、プラスチック母材複合材、および／または、液晶材料から形成された少なくとも１つの材料を含む請求項１または２に記載の光源（８）。
【請求項４】
前記光学材料は等方性および／または異方性の特性を有する請求項３に記載の光源（８）。
【請求項５】
前記微小構造光ファイバ（１）は少なくとも１つの非酸化物系多成分ガラスを含む請求項３または４に記載の光源（８）。
【請求項６】
前記非酸化物系多成分ガラスは少なくともＡｓおよびＳｎを含むカルコゲニド・ガラスである請求項５に記載の光源（８）。
【請求項７】
前記微小構造光ファイバ（１）は少なくとも１つの酸化物系多成分ガラスを含む請求項３または４に記載の光源（８）。
【請求項８】
前記酸化物系多成分ガラスは、アルカリ金属（Ｌｉ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ、Ｋ２Ｏ、Ｒｂ２Ｏ、Ｃｓ２Ｏ）からなるグループの少なくとも１つの要素、および／または、アルカリ土類金属（ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯ）からなるグループの少なくとも１つの要素を有するケイ酸塩ガラスを含む請求項７に記載の光源（８）。
【請求項９】
前記酸化物系多成分ガラスは、Ａｌ２Ｏ３、Ｂ２Ｏ３、ＰｂＯ、ＺｎＯ、ＴｉＯ２、ＴｈＯ２、ＺｒＯ２、Ｌａ２Ｏ３、ＣｅＯ２、および／または、Ｐ２Ｏ５のグループの少なくとも１つのさらなる要素を有する請求項８に記載の光源（８）。
【請求項１０】
前記酸化物系多成分ガラスは、成分ＳｉＯ２およびＰｂＯ、ならびに、成分Ａｌ２Ｏ３、Ｂ２Ｏ３、ＴｉＯ２、ＴｈＯ２、Ｌａ２Ｏ３、ＢａＯ、Ｌｉ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ、または、Ｋ２Ｏの少なくとも１つを有する重いフリント・ガラスを含む請求項９に記載の光源（８）。
【請求項１１】
前記微小構造光ファイバ（１）は、少なくとも１つの酸化物系多成分ガラス・セラミックを含む請求項３または４に記載の光源（８）。
【請求項１２】
前記多成分ガラス・セラミックはニオブ酸ストロンチウム、リン酸水素カリウム（ＫＴＰ）、ＢＢＯ、ＬＢＯ、ＬｉＩＯ３、ＬｉＮｂＯ３、ＫｎｂＯ３、ＡｇＧａＳ３、ＡｇＧａＳｅ２、ＰＰＬＮ、および／または、ＢａＴｉＯ３から形成された少なくとも１つの結晶相を有する請求項１１に記載の光源（８）。
【請求項１３】
前記微小構造光ファイバ（１）は、特にファイバ・コア（１．１）がニオブ酸ストロンチウム、リン酸水素カリウム（ＫＴＰ）、ＢＢＯ、ＬＢＯ、ＬｉＩＯ３、ＬｉＮｂＯ３、ＫｎｂＯ３、ＡｇＧａＳ３、ＡｇＧａＳｅ２、ＰＰＬＮ、または、ＢａＴｉＯ３から形成された少なくとも１つの単結晶材料を含む請求項３または４に記載の光源（８）。
【請求項１４】
前記微小構造光ファイバ（１）は、特に前記ファイバ・コア（１．１）がニオブ酸ストロンチウム、リン酸水素カリウム（ＫＴＰ）、ＢＢＯ、ＬＢＯ、ＬｉＩＯ３、ＬｉＮｂＯ３、ＫｎｂＯ３、ＡｇＧａＳ３、ＡｇＧａＳｅ２、ＰＰＬＮ、および／または、ＢａＴｉＯ３から形成された少なくとも１つの多結晶材料を含む請求項３または４に記載の光源（８）。
【請求項１５】
前記微小構造光ファイバ（１）は酸化物系多成分ガラス、および、ＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート）系、ＰＣ（ポリカーボネート）系、ＰＡ（ポリアミド）系、または、ＰＥ（ポリエチレン）系のプラスチックから形成されたプラスチック母材複合材を含む請求項３または４に記載の光源（８）。
【請求項１６】
前記微小構造光ファイバ（１）は、特に前記ファイバ・コア（１．１）がポリマ主鎖内または前記主鎖から枝分かれしている側鎖内にメソゲン基を有する少なくとも１つのポリマ部分を有する請求項３または４に記載の光源（８）。
【請求項１７】
前記微小構造光ファイバ（１）は前記ファイバの長さに沿って延長するファイバ・コア（１．１）、および、前記ファイバ・コア（１．１）の周囲に配列された構造ファイバ被覆を有する請求項１乃至１６に記載の光源（８）。
【請求項１８】
前記ファイバ・コア（１．１）は硬い本体を含み、前記ファイバ被覆は前記ファイバ・コア（１．１）に平行に延長する空洞構造を含む請求項１７に記載の光源（８）。
【請求項１９】
前記ファイバ・コア（１．１）は硬い柱状部を含み、前記ファイバ被覆は前記硬い柱状部の周囲に均一に配列されたチューブ（１．２）を含む請求項１８に記載の光源（８）。
【請求項２０】
前記ファイバ・コア（１．１）は１μｍ乃至４μｍの直径を有し、前記チューブ（１．２）は２μｍ乃至８μｍの直径を有する請求項１９に記載の光源（８）。
【請求項２１】
前記微小構造光ファイバ（１）は米国特許出願した０３ＳＧＬ０３０８ＵＳＰによる赤外延線工程を使用して生産され得る請求項１７乃至２０のいずれか１項に記載の光源（８）。
【請求項２２】
前記レーザ（２）は短い光パルスを発生させるためのレーザ・ダイオード（２）を含む請求項１乃至２１のいずれか１項に記載の光源（８）。
【請求項２３】
前記レーザ・ダイオード（２）の前記光パルスは１ピコ秒乃至１０ナノ秒、好ましくは１０ピコ秒乃至１００ピコ秒のパルス持続時間を有する請求項２２に記載の光源（８）。
【請求項２４】
前記レーザ・ダイオード（２）の前記光パルスは５００ｎｍ≦λｐ≦１，８００ｎｍの範囲にあり、好ましくは前記波長λｐ＝１，０６５ｎｍである前記波長λｐを有する請求項２２または２３に記載の光源（８）。
【請求項２５】
前記広帯域スペクトルは４００ｎｍ乃至２，０００ｎｍ、好ましくは７００ｎｍ乃至１，３００ｎｍの波長を含む請求項２１から２４のいずれか１項に記載の光源（８）。
【請求項２６】
前記光パルスを前記微小構造光ファイバ（１）に結合するための前記手段（３）は、位置決め部（４、５）、および、ビームを合焦させるための画像形成光学系、好ましくは顕微鏡対物レンズ（６）を含む自由ビーム光学系を含む請求項１乃至２５のいずれか１項に記載の光源（８）。
【請求項２７】
前記光パルスを前記微小構造光ファイバ（１）に結合するための前記手段（３）は結合光導波管およびプラグ接続部を含む請求項１乃至２５のいずれか１項に記載の光源（８）。
【請求項２８】
前記プラグ接続部は前記結合光導波管と前記微小構造光ファイバ（１）を互いに平行に配向する誘導部を有する請求項２７に記載の光源（８）。
【請求項２９】
前記プラグ接続部は、好ましくは金属から作成されたフェルールを有する請求項２８に記載の光源（８）。
【請求項３０】
前記光パルスを前記微小構造光ファイバ（１）に結合するための前記手段（３）は結合光導波管とスプライス接続部を含む請求項１乃至２５のいずれか１項に記載の光源（８）。
【請求項３１】
短コヒーレンス干渉計のための光源（８）としての用途により定義される請求項１乃至３０のいずれか１項に記載の光源（８）。
【請求項３２】
ＯＣＴ、特に内視鏡ＯＣＴのための光源（８）としての用途により定義される請求項３１に記載の光源（８）。
【請求項３３】
画像形成内視鏡法における用途により定義される請求項１乃至３１のいずれか１項に記載の光源（８）。
【請求項３４】
共焦顕微鏡、特に内視鏡共焦顕微鏡のための光源（８）としての用途により定義される請求項１乃至３１のいずれか１項に記載の光源（８）。
【請求項３５】
蛍光顕微鏡のための光源（８）としての用途により定義される請求項１乃至３１のいずれか１項に記載の光源（８）。
【請求項３６】
請求項１乃至３０のいずれか１項に記載の光源（８）により定義される短コヒーレンス測定機器。
【請求項３７】
請求項１乃至３０のいずれか１項に記載の光源（８）により定義される内視鏡。
【請求項３８】
請求項１乃至３０のいずれか１項に記載の光源（８）により定義される短コヒーレンス断層撮影デバイスを有する内視鏡。
【請求項３９】
前記短コヒーレンス断層撮影デバイスは前記内視鏡内に配列され、かつ、好ましくは画像形成デバイス、光誘導ファイバ、および／または、電子的な検出器が設けられている請求項３６に記載の短コヒーレンス断層撮影デバイス（ＯＣＴ）を有する内視鏡。
【請求項４０】
請求項１乃至３０のいずれか１項に記載の光源（８）により定義される共焦顕微鏡。
【請求項４１】
請求項１乃至３０のいずれか１項に記載の光源（８）により定義される共焦顕微鏡を有する内視鏡。
【請求項４２】
約３５０ｎｍ乃至７９０ｎｍの前記光源（８）の波長領域により規定される請求項３９または４０に記載の共焦顕微鏡。
【請求項４３】
請求項１乃至３０のいずれか１項に記載の光源（８）により定義される蛍光顕微鏡。
【請求項４４】
約２５０ｎｍ乃至１，２００ｎｍの前記光源（８）の波長領域により規定される請求項４３に記載の蛍光顕微鏡。
【国際調査報告】
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