(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
前方視のためのスペクトル符号化内視鏡検査（ＳＥＥ）プローブであって、
導光要素と、
屈折率分布レンズまたはマイクロレンズを備える光集束要素と、
光反射要素と、
格子要素と、
を備え、
前記プローブは３５０〜５００μｍの範囲の直径を有し、かつ、前記光集束要素を介して前記導光要素から提供される光の伝播の方向に沿って延在するように規定されるプローブ光軸を有し、
前記プローブの基端から光の伝搬の方向に、前記光集束要素が前記導光要素の後に提供され、前記光反射要素が前記光集束要素の後に提供され、前記格子要素が前記光反射要素の後に提供され、
前記導光要素は光源からの光を導くように構成され、前記光集束要素は前記導光要素からの光を集束するように構成され、前記光反射要素は前記光集束要素からの光を反射するように構成され、前記格子要素は前記光反射要素からの光を回折するように構成され、
前記光反射要素及び前記格子要素の少なくとも１つは、前記光反射要素によって反射された光が、前記プローブ光軸と平行ではない前記格子要素に対して入射するように、及び、前記光が前記格子要素を透過する時に少なくとも１つの回折光が前記プローブ光軸とほぼ平行に前記格子要素から前方向に直接的に伝播するように、前記プローブ光軸に対して角度を付けて位置付けられるＳＥＥプローブ。
【請求項２】
前記光反射要素及び前記格子要素は、前記光が前記導光要素を透過した時に少なくとも２つの回折光が第１の波長及び第２の波長を有する前記格子要素から伝播するように前記プローブ光軸に対して角度を付けられ、前記第１の波長は前記第２の波長より短く、前記第２の波長を有する前記回折光は前記第１の波長を有する前記回折光より前記プローブ光軸に平行に伝播する請求項１記載のＳＥＥプローブ。
【請求項３】
前記光反射要素及び前記格子要素は、前記光が前記導光要素を透過する時に少なくとも２つの回折光が第１の波長及び第２の波長を有する前記格子要素から伝播するように前記プローブ光軸に対して角度を付けられ、前記第１の波長は前記第２の波長より短く、前記第１の波長を有する前記回折光は前記第２の波長を有する前記回折光より前記プローブ光軸に平行に伝播する請求項１記載のＳＥＥプローブ。
【請求項４】
前記光反射要素は、所定の角度を超える入射角で前記導光要素から前記光を受け入れるように構成され且つ位置付けられる請求項１記載のＳＥＥプローブ。
【請求項５】
前記少なくとも１つの回折光は、前記プローブ光軸から１°未満の角度を有する請求項１記載のＳＥＥプローブ。
【請求項６】
前記光反射要素はミラーを備える請求項１記載のＳＥＥプローブ。
【請求項７】
導光要素は、複数のクラッドを有する光ファイバを備える請求項１記載のＳＥＥプローブ。
【請求項８】
前記光集束要素は、屈折率分布（ＧＲＩＮ）レンズを備える請求項１記載のＳＥＥプローブ。
【請求項９】
屈折率分布レンズの長手方向部分は除去された区間を有する請求項８記載のＳＥＥプローブ。
【請求項１０】
前記光集束要素はスペーサを更に備える請求項８記載のＳＥＥプローブ。
【請求項１１】
前記光反射要素及び前記格子要素は、単一要素として一体的に組み合わされる請求項１記載のＳＥＥプローブ。
【請求項１２】
前記プローブ光軸に沿う方向に前記光集束要素と前記光反射要素との間に位置付けられる遮光要素であり、前記光集束要素から射出する前記光を少なくとも部分的に遮断するように構成される遮光要素を更に備える請求項１記載のＳＥＥプローブ。
【請求項１３】
前記導光要素は、中心から外れた位置で前記光集束要素に光接続される請求項１記載のＳＥＥプローブ。
【請求項１４】
前記プローブは、回転接合部に取り付けられる内視鏡プローブである請求項１記載のＳＥＥプローブ。
【請求項１５】
前記導光要素、前記光集束要素、前記光反射要素又は前記格子要素の少なくとも１つの少なくとも一部分を囲むシースを更に備える請求項１記載のＳＥＥプローブ。
【請求項１６】
前記光が前記導光要素を透過する時に少なくとも２つの追加の回折光が前記格子要素から伝播し、前記少なくとも２つの追加の回折光は、前記プローブ光軸の両側で前記プローブ光軸に対してほぼ同一の角度で伝播する請求項１記載のＳＥＥプローブ。
【請求項１７】
前記光が前記導光要素を透過する時、１次の前記回折光は前記プローブ光軸に関してほぼ対称的に配置される請求項１６記載のＳＥＥプローブ。
【請求項１８】
第１の波長から第２の波長の範囲の波長を含む前記光が前記導光要素を透過する時、前記プローブ光軸に対して１次回折した前記第２の波長で提供される前記光の伝播角度は、１次回折した前記第１の波長で提供される前記光の伝播角度と比較して前記プローブ光軸の反対側においてほぼ同様である請求項１記載のＳＥＥプローブ。
【請求項１９】
前記１次回折した第１の波長で提供される前記光の前記伝播角度は、異なる次数で回折した第２の波長で提供される前記光の伝播角度とほぼ同様である請求項１８記載のＳＥＥプローブ。
【請求項２０】
請求項１から１９のいずれか１項に記載のＳＥＥプローブと、
前記プローブから少なくとも１つの電磁放射を受ける光強度検出器と、
前記プローブに前記光を提供する広帯域光源と、
を備える撮像装置。
【請求項２１】
サンプルの色画像を生成するために請求項１から１９のいずれか１項に記載のＳＥＥプローブを制御する方法であって、
回転手段により、前記プローブ光軸の周りで前記プローブを回転させることと、
検出器により、各回転毎に前記サンプルの複数の画像を得ることと、
プロセッサにより、前記色画像を生成するために前記複数の画像を合成することと、
を備える方法。
【請求項２２】
前記複数の画像を得ることは、前記プローブの各回転毎に少なくとも２つの画像を得ることを備え、
前記合成することは、前記少なくとも２つの画像からのデータを合成することを備え、各画像は前記サンプルの領域に対応し、前記領域は前記プローブ光軸の周りにほぼ対称的に中心を置かれた円の領域である請求項２１記載の方法。
【請求項２３】
前記複数の画像を得ることは、前記プローブの各回転毎に少なくとも３つの画像を得ることを備え、
前記合成することは、前記少なくとも３つの画像からのデータを合成することを備え、各画像は前記サンプルの領域に対応し、前記領域は前記プローブ光軸の周りにほぼ対称的に中心を置かれた円の領域である請求項２１記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、一般に、例示的な内視鏡検査のための装置及び方法に関し、特に前方方向の情報を得るための例示的なスペクトル符号化内視鏡プローブ、画像を取得するための例示的な方法及び内視鏡を製造する例示的な方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
医療用プローブは、患者の体内から画像を提供する機能を有する。異物の挿入による人体への潜在的な被害を考慮すると、プローブは可能な限り小さいのが好ましい。更に、小血管、小さな管、小さな針、亀裂等の小さな経路内で撮像する機能は、プローブのサイズが小さいことを必要とする。
【０００３】
１つの有用な医療用プローブは、１ｍｍ未満の直径のプローブを介して高解像度撮像を行える小型内視鏡技術であるスペクトル符号化内視鏡検査（「ＳＥＥ」）を採用している。ＳＥＥにより、広帯域光はファイバの先端の格子により回折され、サンプル上に分光スペクトルを生成する。サンプルから戻ってくる光は、分光計を使用して検出される。分解可能な各波長は、サンプル上の異なる点からの反射率に対応する。ＳＥＥ技術の原理及び０．５ｍｍすなわち５００μｍの直径のＳＥＥプローブについては、Ｄ．Ｙｅｌｉｎ他のＮａｔｕｒｅ  第４４３巻、７６５ページ（２００６年）で説明されている。ＳＥＥは２次元及び３次元で高画質の画像を生成できる。
【０００４】
ＳＥＥプローブの製造に対する技術的な課題の１つは、前方視ＳＥＥ撮像（正面視ＳＥＥ撮像とも呼ばれる）を行うことであった。以前は、前方視撮像に対して、ＤＰ  ＧＲＩＳＭ（ｄｏｕｂｌｅ−ｐｒｉｓｍ  ｇｒａｔｉｎｇ  ｐｒｉｓｍ）を利用するＳＥＥプローブ設計が提案されていた（Ｄｏｃｋｅｔ  Ｎｏ．２９０１−１６３１２）。以前の論文（Ｏｐｔｉｃｓ  Ｅｘｐｒｅｓｓ、１１（２）、１２０〜１２４ページ、２００３年）では、ＤＰ−ＧＲＩＳＭを使用するスペクトル符号化共焦点顕微鏡法（ＳＥＣＭ）が証明された。しかし、プローブの直径は１０ｍｍであり、ＤＰ  ＧＲＩＳＭをＳＥＥプローブで使用できるサイズに小型化するには多くの課題がある。
【０００５】
よって、上記で示した問題の少なくとも一部に対応し且つ／又はそれらを克服し、それにより前方方向を見ることができる新しいＳＥＥプローブ及び例えば小型の光学系における撮像のためにそのようなプローブを使用する装置を提供することが有益となりうる。
【発明の概要】
【０００６】
従って、その目的のために、本開示の例示的な一実施形態に従って前方視撮像を行う小型内視鏡に対する装置、システム及び方法が提供される。そのような例示的な実施形態によると、前方視撮像を行うＳＥＥプローブを製造するために、装置、方法及びシステムが提供される。
【０００７】
本開示の特定の例示的な実施形態によると、基端から先端に対して、導光要素と、光集束要素と、光反射要素と、格子要素とを備えるプローブが提供される。プローブ光軸は、光集束要素を介する導光要素からの光の伝播の方向にとして規定される。この例示的なプローブの場合、光反射要素及び格子要素は、光が格子要素に対して透過する時に少なくとも１つの回折光がほぼプローブ光軸に沿って格子要素から伝播可能であるように位置付けられる。いくつかの例示的な実施形態において、回折光は、プローブ光軸から１°未満で格子要素から伝播可能である。
【０００８】
本開示のいくつかの例示的な実施形態において、光反射要素は、角度を付けられた反射側面を有するスペーサの一部であるか、あるいはそれを含みうる。角度を付けられた反射側面は、格子に対する入射角を、波長の少なくとも１つがレンズの光軸に平行に伝播するような角度にする。ＳＥＥプローブは、前方視からの組織の２次元画像を取得するために３６０°回転可能である。
【０００９】
別の例示的な実施形態によると、追加のファイバは、ＳＥＥ照明光学系と共に使用可能である。この例示的な実施形態において、組織からの反射光は、追加のファイバにより集められ、プローブからの背景信号を著しく低減できる。
【００１０】
本開示の更に他の例示的な実施形態において、ＳＥＥプローブは、組織上に２つのスペクトル符号化照明を有するように構成可能であり、一方の照明はＳＥＥプローブの回転軸に対して他方の照明の反対側にある。この例示的な実施形態は、２つ以上の波長で組織を撮像することを可能にし、これにより組織の色画像が提供される。
【００１１】
本開示の更に他の例示的な実施形態において、カラー撮像の方法が提供される。ここで、ＳＥＥプローブはプローブ光軸に関して回転可能であり、少なくとも２つの画像が回転ごとに得られる。そのような２つ以上の画像は、単一の色画像に合成される。
【００１２】
本開示のこれらの目的、特徴及び利点、並びに他の目的、特徴及び利点は、添付の図面及び特許請求の範囲と併せて本開示の例示的な実施形態の以下の詳細な説明を読むことにより明らかとなるだろう。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
本開示の更なる目的、特徴及び利点は、本開示の例となる実施形態を示す添付の図面と併せて以下の詳細な説明から明らかとなるだろう。
図中、特に指定のない限り、同一の図中符号は、図示する実施形態の同様の特徴、素子、要素又は部分を示すために使用される。更に、本開示については図面を参照して詳細に説明するが、図示する例示的な実施形態と関連して説明する。添付の特許請求の範囲により規定される本開示の真の趣旨の範囲から逸脱せずに、説明される例示的な実施形態に対して変更及び変形を行えることを意図する。
【図１】図１は、本開示の例示的な一実施形態における例示的なＳＥＥプローブを示す図である。
【図２】図２は、図１に示すプローブにより得られる視野の例示的な例を示す図である。
【図３】図３は、本開示の例示的な一実施形態における光学シミュレーションソフトウェアであるＺＥＭＡＸにおいて生成される例示的な照射を示す図である。
【図４Ａ】図４Ａは、本開示の例示的な一実施形態における正面視ＳＥＥプローブを示す図である。
【図４Ｂ】図４Ｂは、本開示の別の例示的な実施形態における正面視ＳＥＥプローブを示す図である。
【図４Ｃ】図４Ｃは、図４Ａ及び／又は図４Ｂに示す本開示の例示的な実施形態の正面視ＳＥＥプローブによる光の回折方法の例示的な例を示す図である。
【図５】図５は、照明及び検出のためにダブルクラッドファイバを使用する本開示の例示的な更なる一実施形態における例示的なＳＥＥプローブを示す図である。
【図６】図６は、検出のために追加のファイバを使用する本開示の例示的な更に別の実施形態における例示的なＳＥＥプローブを示す図である。
【図７Ａ】図７Ａは、本開示の例示的な一実施形態における例示的な案内管及び／又は針を示す側面図である。
【図７Ｂ】図７Ｂは、図７Ａに示す例示的な案内管又は針を示す正面図である。
【図８】図８は、照明及び検出のために異なる回折次数を使用する本開示の更なる例示的な一実施形態における例示的なＳＥＥプローブを示す図である。
【図９Ａ】図９Ａは、本開示における正面視ＳＥＥプローブの例示的な変形例を示す図である。
【図９Ｂ】図９Ｂは、本開示における正面視ＳＥＥプローブの例示的な変形例を示す図である。
【図９Ｃ】図９Ｃは、本開示における正面視ＳＥＥプローブの例示的な変形例を示す図である。
【図１０Ａ】図１０Ａは、本開示における正面視ＳＥＥプローブの例示的な変形例を示す図である。
【図１０Ｂ】図１０Ｂは、本開示における正面視ＳＥＥプローブの例示的な変形例を示す図である。
【図１０Ｃ】図１０Ｃは、本開示における正面視ＳＥＥプローブの例示的な変形例を示す図である。
【図１１】図１１は、２色撮像を行える本開示の別の例示的な実施形態における例示的なＳＥＥプローブを示す図である。
【図１２】図１２は、本開示の種々の例示的な実施形態におけるＳＥＥプローブにより得られる２色画像の例の集合を示す図である。
【図１３】図１３は、３色撮像を行える本開示の更なる例示的な一実施形態における例示的なＳＥＥプローブを示す図である。
【図１４】図１４は、本開示の種々の例示的な実施形態におけるＳＥＥプローブにより３つのモノクロ画像から得られる３色画像の例の集合を示す図である。
【図１５】図１５は、本開示の例示的な一実施形態におけるＳＥＥ装置を示す図である。
【図１６】図１６は、正面視ＳＥＥプローブの例示的な一実施形態を使用する撮像装置の例示的な一実施形態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
図１は、本開示におけるＳＥＥプローブの例示的な一実施形態を示す図である。この例示的なＳＥＥプローブは、光ファイバ１０、集束レンズ１２、スペーサ１４及び回折格子１６を含みうる。広帯域光（又は他の電磁放射）は、ファイバ１０に結合又は提供され、レンズ１２により集束される。スペーサ１４の一方側は、傾斜研磨され、光反射要素１３を提供するように反射面として動作可能である。レンズ１２の後の光（又は他の電磁放射）は、光反射要素１３の傾斜研磨された面により反射され、格子１６に入射可能になる。傾斜研磨された面は、例えば金属又は誘電体コーティングを有することができ、これによりその反射率を増加できる。光（又は他の電磁放射）は格子要素１６により回折され、波長λ１、λ２及びλ３に対するＸ１、Ｘ２及びＸ３として図１に示すように、各波長λは組織１８の固有の空間位置に集束される。従って、光（又は他の電磁放射）は、一点にではなく線２０（図１においてスペクトル符号化ラインとして示される）に集束される。光の波長のうちの１つは、図１にλ１として示すように、レンズの光軸に平行に伝播可能である。レンズ１２に対するファイバ１０の場所及び角度は、照明光の波長の少なくとも１つが格子１６の後にレンズの光軸と同一直線上になるように調整される。組織１８により反射される光（又は他の電磁放射）は、ファイバ１０に結合されるか又は戻され、その後、分光計（不図示）に射出される。分光計において、戻ってくる光（又は他の電磁放射）のスペクトルは読み出され、コンピュータ（不図示）を使用して組織の線画像を生成するために使用可能である。例示的なＳＥＥプローブは、例えばレンズ１２及び／又はスペーサ１４を回転させることにより、あるいは当業者により理解されるべきである他の方法により、矢印２２で示されるようにレンズの光軸に沿って回転走査される。
【００１５】
図２は、図１に示す例示的なＳＥＥプローブにより得られる視野を示す。例えば、スペクトル符号化ラインの一端における回転軸に対してスペクトル符号化ライン２０を回転させることにより、円形領域が撮像される。この円形領域はＳＥＥプローブにほぼ垂直に配置されるため、図１に示す例示的なＳＥＥプローブは前方視撮像を行える。
【００１６】
図３は、生成される本開示の例示的な一実施形態における光学シミュレーションソフトウェアであるＺＥＭＡＸを使用して生成される放射の例を示す。そのような例を生成するために、例えば屈折率分布（（a gradient index）ＧＲＩＮ）レンズ３４（ＳＲＬ、ＧｏＦｏｔｏｎ；長さ＝３．４８ｍｍ；直径＝０．３５ｍｍ）は、本開示の別の例示的な実施形態に従って集束レンズとして使用可能である。２０００本／ｍｍの溝密度を有する回折格子１６も使用可能である。この例示的な構成において、３９０〜８２０ｎｍのスペクトルバンドは７５°の画角を生成できる。３９０ｎｍの光の伝播角度はＧＲＩＮレンズ３４の光軸に平行になりうる。
【００１７】
本開示の特定の例示的な実施形態における例示的な正面視ＳＥＥプローブは、図４Ａ及び図４Ｂに示すようにプローブ内に光反射要素を有することができる。例えば図４Ａに示すように、光（又は他の電磁放射）は、光ファイバ１０により案内される。光ファイバ１０は、例えばシングルモードファイバ、多（a-few）モードファイバ又はマルチモードファイバであるか、あるいはそれを含みうる。ファイバ１０のファイバクラッドの外径は、典型的には１２５μｍでありうるが、要望に応じて変更されてもよい。光は、一般に可視スペクトル中にある種々の波長の組合せであり、紫外線又は近赤外線、あるいは他の範囲に及んでもよい。波長の例示的な範囲は、典型的には４００ｎｍから８００ｎｍでありうる。光（又は他の電磁放射）は、光集束要素を透過した後に多少集束可能である。光は、光集束要素を透過する時、入力波長に対して透明な媒質中を伝播できる。
【００１８】
ファイバ１０は、光集束要素１２に直接接続可能であり、且つ／あるいはオプションの透明インサート１７は光ファイバ１２と光集束要素１２との間に挿入されてもよい。インサート１７は、ガラスロッド、すなわちいわゆるコアレスファイバであるか、あるいはガラスロッドやコアレスファイバを含みうる。小型化するために、屈折率分布（ＧＲＩＮ）レンズは、ＧＲＩＮレンズの直径が例えば３５０μｍほどの小ささでありうるため、光集束要素１２の選択肢として使用可能である。透明媒質は、光集束要素１２と格子１６との間に配置可能であり、スペーサ１４として機能しうる。このスペーサ１４は、例えば空気、ガラス又はエポシキでありうる。いくつかの例示的な実施形態において、アングルカットＧＲＩＮレンズは、光集束要素１２及びスペーサ１４の結合体として使用可能である。
【００１９】
本開示の特定の例示的な実施形態によると、インサート１７及びスペーサ１４は、単一の要素として提供可能であり、且つ／あるいは一体的に組み合わされてもよい。スペーサ１４の一端は角度を付けられ、例えば金属又は誘電体コーティングを含むことにより反射面１３が提供される。格子１６は、例えばホログラフィック格子等を含む一般的な溝格子、ブレーズド回折格子又は体積格子等の種々の形態を有することができる。光（又は他の電磁放射）は、格子１６により回折され、物体（例えば、組織）に到達する。別の光ファイバは、物体からの散乱光を検出するための図４Ａ又は図４Ｂの例示的なＳＥＥプローブに束ねられ、且つ／あるいはＳＥＥプローブ内に束ねられる。
【００２０】
図４Ａは、光反射要素１３及び遮光要素１１を更に有する本開示の別の例示的な実施形態における例示的なプローブを示す図である。遮光要素１１は、光集束要素１２のほぼ下半分を遮光できる。光反射要素１３は、例えばミラーであるか、あるいはミラーを含みうる。スペーサ１４が十分に高い屈折率（例えば、１．３５より高い）を有する場合、光反射要素１３の研磨された面は、全反射の特性によりミラーとして機能しうる。動作を明確にするために、図４Ａはインサート１７の後の概略的な光線追跡結果を更に示す。例えば遮光要素１１の上方の光束は、光反射要素１４に影響を及ぼし、反射され且つ格子１６を照明する。格子１６は、前方方向に、すなわち基準軸に沿って光を回折する。本明細書で説明する基準軸は、光が光集束要素１２の第１の面でその軸に沿って曲がらないような軸として規定される（これに限定されない）。
【００２１】
従って、この例示的な実施形態において説明される例示的なプローブは、光反射要素から反射する光が全反射されるように構成可能である。全反射は、内部反射の場合に発生する。光は、屈折率ｎｉの媒質から屈折率ｎｔの媒質に伝播すると仮定される。ここで、ｎｉ＞ｎｔである。角度θｃはｓｉｎθｃ＝ｎｔ／ｎｉと定義される。入射角が角度θｃ以上である場合、入射光は全反射され、境界はミラーのように挙動しうる。
【００２２】
図４Ｂは、別の例示的な実施形態におけるプローブの別の例示的な構成を示す。図４Ｂの例示的な構成において、ファイバ１０は、光集束要素１２の中心から下方向にオフセットされる。この例示的な構成により、光は上方向に向けられ、光反射要素１３に影響を及ぼす。オプションのインサート１７は、光集束要素１２とスペーサ１４との間に挿入され、全ての光がミラー１３に影響を及ぼすようにしてもよい。この例示的な実施形態によると、遮光要素１１は、図５Ｂに示す例示的な実施形態にオプションとして追加可能である。
【００２３】
そのような例示的なプローブの例示的な特徴の１つは、長い波長ほど基準軸の方向の近くで回折されることである。例えば３つの波長λ１、λ２及びλ３（λ３＞λ２＞λ１）は、図４Ａに示す例示的なプローブに案内される。格子１６の後、回折光は図４Ｃに示すような外観を有しうる。
【００２４】
本開示の更なる例示的な実施形態によると、光集束要素１２はＧＲＩＮレンズであるか、あるいはそれを含みうる。例示的なＧＲＩＮレンズにより、光束はほぼ正弦パスに従う。ＧＲＩＮレンズのピッチは、１ピッチを伝播した光線が正弦パスの軌道の１サイクルを伝播するように判定される。従って、１ピッチの長さのＧＲＩＮレンズ及び２ピッチの長さのＧＲＩＮレンズは同一の光学特性を有する。例えば、ＧｐはＧＲＩＮレンズの１ピッチを表す。いくつかの実施形態において、ＧＲＩＮレンズを含む正面視ＳＥＥプローブは、長さが（０．５ｋ＋０．２５）Ｇｐ＋０．１Ｇｐより長く且つ（０．５ｋ＋０．２５）Ｇｐ＋０．３Ｇｐより短いＧＲＩＮレンズを有する。ここで、ｋはゼロ又は正の整数である。いくつかの例示的な実施形態において、ＧＲＩＮレンズの長さは、０．３５Ｇｐより長く且つ０．５５Ｇｐより短い。この例示的な結果は、正面視ＳＥＥプローブ設計に対する構成の判定を容易にし、その製造を簡易化するのを支援する。
【００２５】
あるいは、マイクロレンズ等の他の集束要素がＧＲＩＮレンズの代わりに使用可能である。
【００２６】
図５は、本開示の更に別の例示的な実施形態におけるプローブを示す図である。この例示的な実施形態において、光ファイバは、ダブルクラッドファイバ（ＤＣＦ）４０であるか、あるいはそれを含みうる。ＤＣＦ４２のコアは、照明４４のために使用可能であり、ＤＣＦ４６の内側クラッドは検出４８のために使用可能である。この例示的なプローブは、大径内側クラッド４６を検出開口として使用してスペックル雑音を低減するために使用可能である。
【００２７】
図６は、本開示の更に別の例示的な実施形態におけるプローブを示す図である。この例示的な実施形態において、更なる光ファイバ（例えば、検出ファイバ）５０は、組織から反射される光を集めるために使用可能である。そのような例示的なプローブを使用して、照明及び／又は検出に対して２つの別個の光路を有することによりプローブ自体から生成される背景信号を阻止できる。例えば照明ファイバ１０、レンズ１２、スペーサ１４及び格子１６から構成される照明光学系５２は回転可能であるが、検出ファイバ５０は静止している。検出ファイバ５６の受け入れ角度は、スペクトル符号化ライン２０により形成される画角以上でありうる。検出ファイバ５０は、高いＮＡを有するマルチモードファイバである可能性があり、これは効果的な集光のために比較的大きな導波領域を有することができる。検出ファイバ５０は、例えばファイバ自体のＮＡが十分に高くない場合には、サンプル空間上の受け入れ角度を増加するために先端に屈折素子を有することができる。
【００２８】
図７Ａ及び図７Ｂは、それぞれ本開示の別の例示的な実施形態における例示的な案内管（a guiding tube）及び／又は針を示す側面図及び正面図である。この例示的な実施形態において、案内管又は針６０は、照明光学系５２及び検出ファイバ５０を入れるために使用可能である。案内管又は針６０は複数の管腔を有することができ、且つ／あるいは管腔のうちの１つが照明光学系５２を収納するために使用可能である。別の管腔は、検出ファイバ５０を収納するために使用可能である。案内管又は針６０内では、照明光学系５２は回転走査されて２次元画像を提供する。ここで、照明光学系６２の画角は、例えば回転するために２倍になる。案内管又は針６０は、例えば金属管及び／又は半可撓性高分子管から成るか、あるいはそれを含みうる。
【００２９】
図８は、本開示の更に別の例示的な実施形態におけるプローブを示す図である。この例示的な実施形態において、検出ファイバ５０は、格子１６の背後に配置される。検出ファイバ５０は、例えば、高いＮＡを有するマルチモードファイバであって、効果的な集光のために比較的大きな導波領域を有するマルチモードファイバでありうるか、あるいはかかるマルチモードファイバを含みうる。プローブは、２つ（又はそれ以上）のスペーサを有することができる。例えば、レンズ１２の隣にスペーサ（スペーサ１４）を有し、格子１６と検出ファイバ５０との間に別のスペーサ（スペーサ１５）を有する。レンズ１２からの照明光４４は、スペーサ１４の表面により反射され、スペーサ１５に入射し、スペーサ１５上にある格子１６により組織１８に向けて１次回折方向に回折される。組織１８からの反射光は、格子１６により０次回折方向に回折され、スペーサ１５を介して検出ファイバ５０により集められる。例えば照明ファイバ１０、レンズ１２、スペーサ１４、スペーサ１５、格子１６及び検出ファイバ５０から成る光学系は、図８の回転方向２２により示されるように共に回転される。この例示的な実施形態によると、プローブの直径は、検出ファイバが照明光学系の外側に配置される例示的な実施形態のプローブの直径より小さく規定される。
【００３０】
いくつかの例示的な実施形態において、遮光要素を挿入する代わりに又はそれに加えて、ＧＲＩＮレンズ及び／又は他の集束要素が半分に切断されるか、あるいは光軸に沿って切り取られる。例えば光集束要素は、切断されるか、研削されるか、あるいは約半分に分割される。
【００３１】
切り取られた光集束要素を使用する１つの利点は、そのような例示的な構成がプローブにおいて更なる空間を提供できることでありうる。例えば３５０μｍの直径のＧＲＩＮレンズが使用され、レンズの下半分が除去され、最大１７５μｍの高さの更なる空間が得られる（図９Ａを参照）。この更なる空間は、例えば検出ファイバの配置のために使用可能であり、そのため例示的な正面視ＳＥＥプローブを小型化するのを支援できる。図９Ａ〜図９Ｃは、本開示の特定の例示的な実施形態における種々の正面視ＳＥＥプローブの例を示す。追加の空間が必要とされない場合、ＧＲＩＮレンズの一部分が図９Ｂに示すように遮断される。図９Ｃにおいて、検出ファイバ５０は、底部がカットオフされるＧＲＩＮレンズの底部で束ねられ、より小さい直径のプローブの形成を潜在的に可能にする。
【００３２】
光軸からの２つの角度（例えば、光集束要素及び分光要素の位置付け）は、一般に僅かに異なってもよい。これを図１０Ａ〜図１０Ｃに示す。図１０Ａにおいて、例えばミラーは３８°であり、格子は４０°である。従って、集束素子の分割のために、光吸収体を添加するか又は集束素子を半分に切断し、５０％より僅かに小さくなるのが有益だろう。
【００３３】
図１１は、本開示の更に別の例示的な実施形態におけるプローブを示す図である。この例示的な実施形態において、スペクトル符号化ラインが視野の中心の上下に延びる。動作スペクトルのほぼ中心における波長は、レンズの光軸に平行に伝播するように構成される。組織１８の上半分は、動作スペクトルの短い方の半分により照明され、組織１８の下半分は、動作スペクトルの長い方の半分により照明される。例示的なＳＥＥプローブを回転させることにより、動作スペクトルの短い方の半分及び長い方の半分により視野全体が撮像される。例えば、格子１６は２５００本／ｍｍの溝密度を有することができ、スペクトルの短い方の半分が４４８〜５６０ｎｍであり、スペクトルの長い方の半分が５６０〜８００ｎｍでありうる。これらの例示的なパラメータにより、例示的なＳＥＥプローブは±２１°の画角を撮像でき、組織１８は、それぞれが赤色及び緑色の一方をほぼ表せる２つの波長によりサンプリングされる。この２色撮像機能は、組織１８の血管系を可視化するのに有用でありうる。他の例示的な実施形態において、スペクトルの２つの部分への異なる分離がスペクトルの異なる点において実現される。
【００３４】
図１２は、本開示の種々の例示的な実施形態におけるＳＥＥプローブにより得られる２色画像の例の集合を示す図である。例えばモノクロ画像は、動作スペクトルの短い方の半分に対応しうる第１のスペクトル符号化ライン９０を走査することにより得られる。別のモノクロ画像は、動作スペクトルの長い方の半分に対応しうる第２のスペクトル符号化ライン９２を走査することにより得られる。例示的な（例えば、２つの）モノクロ画像は合成され、図１２の右側に示すような２色画像を生成できる。図１２において、波長λ１及びλ３で光により撮像された点９４により例示されるように、各点は光の２つの波長により撮像されている。
【００３５】
図１３は、本開示の更なる例示的な一実施形態におけるプローブを示す図である。この例示的な実施形態において、格子１６は、異なる回折次数を使用して２つの波長の光を同一方向に向けることができる。短い波長λ１の光は２次回折により点ｘ１に向けられる。長い波長λ４の光は１次回折により同一の点ｘ１に向けられる。この例示的な構成により、組織１８の各点は少なくとも３つの異なる波長により撮像できる。
【００３６】
例えば格子１６は、１２５０本／ｍｍの溝密度を有することができ、第１のスペクトルは４３９〜５００ｎｍであり、第２のスペクトルは５００〜５７５ｎｍであり、第３のスペクトルは８７８〜１０００ｎｍでありうる。これらのパラメータにより、例示的なＳＥＥプローブは±１４°の画角を撮像でき、組織１８の各点は、それぞれ青色スペクトル、緑色スペクトル及びＮＩＲスペクトルをほぼ表せる３つの波長により撮像される。赤色領域及びＮＩＲ領域の双方における組織１８の吸収係数は青色領域及び緑色領域と比較して非常に小さいため、ＮＩＲスペクトルにより得られる画像は画像の赤色チャネルを表すために使用できる。
【００３７】
図１４は、本開示の更なる例示的な実施形態におけるＳＥＥプローブにより３つのモノクロ画像から得られる３色画像の例の集合を示す。例えばモノクロ画像は、動作スペクトルの短い方の半分に対応しうる第１のスペクトル符号化ライン９０を走査することにより得られる。別のモノクロ画像は、動作スペクトルの長い方の半分に対応しうる第２のスペクトル符号化ライン９２を走査することにより得られる。更に別のモノクロ画像は、第３のスペクトル符号化ライン９６を走査することにより得られる。モノクロ画像は合成され、ＲＧＢ画像等の３色画像を生成できる。図１４の下部にこれを示す。図１４において、波長λ１、λ３及びλ４で光により撮像された点９８により例示されるように、色画像の各点は光の３つの波長により撮像される。
【００３８】
他の例示的な実施形態において、２つ、３つ又は４つのモノクロ画像が形成され且つ合成され、多色画像を生成又は形成する（例えば、特にプログラムされ且つ構成されたコンピュータにより）。従って、２階調画像が提供及び／又は生成され、例えば血液と組織とを区別するか、あるいは３階調画像が提供されてフルカラー画像を作成できる。
【００３９】
図１５は、本開示の例示的な一実施形態におけるＳＥＥプローブから画像を取得するシステムを示す図である。例えば光源７０は、広帯域スペクトル（又は他の電磁放射）の光を出力する。波長の範囲は、４００ｎｍ〜８００ｎｍの可視領域内となりうる。しかし、他の波長が使用されてもよい。例示的な撮像システムにおいて、光は、照明ファイバと呼ばれるファイバ７２に直接案内されるか又はファイバ７２内に提供される。照明ファイバ７２は、接合部７４に接続され、更に別の照明ファイバ１０に案内される（且つ／又はそれと関係付けられる）。照明ファイバ１０の端部において、例示的なＳＥＥプローブを取り付けられる。物体（例えば、組織）から戻る散乱光は検出ファイバ５０により集められる。検出ファイバ５０は、接合部７４により別の検出ファイバ８０に接続される。検出ファイバ８０は検出器７６に接続され、検出器７６において選択された波長の強度が検出される。この例示的な機能は、例えば分光計により実行される。例えば機械走査ユニット７８を介して回折方向に垂直なプローブを機械的に走査することにより、物体の２次元画像を得られる。機械的な走査は、例えばＧａｌｖｏスキャナ又はモータが照明ファイブ１０及び検出ファイバ５０と共にプローブを回転させることにより実行される。
【００４０】
いくつかの例示的な実施形態において、広帯域光を照明ファイバ７２に案内する代わりに、光はまず所定の波長λ１、λ２、．．．λＮに分解される。例えば、波長λｉ（１≦ｉ≦Ｎ）の光は照明ファイバ７２に入力される。入力光は、接合部７４、照明ファイバ１０、プローブ、検出ファイバ５０、接合部７４、検出ファイバ８０及び検出器７６を介して提供される。オプションとして、入力光が波長λｉを有するため、検出器７６は光検出器等の単純な光強度検出器であるか、あるいはそれを含みうる。ｉを１からＮに変更することにより、１次元の線画像を得られる。その線を機械的に走査することにより、物体の２次元画像を取得できる。
【００４１】
オプションの接合部７４の１つの役割は、照明ファイバ１０及び検出ファイバ５０を含むプローブを取り外し可能にすることでありうる。この例示的な機能により、プローブは使い捨て可能になり、従って、人体に挿入される衛生的なプローブとなる。
【００４２】
上述し且つ図示した種々の例示的なＳＥＥプローブは、基準軸に沿って光を偏向し、前方視を容易にできる。例示的なプローブは、静止して保持されてもよく又は回転されてもよい。ここで、プローブの回転は、２次元正面視画像並びに色画像を取得するのに特に有用である。
【００４３】
例えば、検出ファイバ５０が正面視型ＳＥＥプローブに取り付け可能であるため、プローブの連続した回転により、照明ファイバ及び検出が絡まる可能性がある。従って、いくつかの例示的な実施形態において、プローブは例えば前後に＋／−約３６０°回転可能である可能性がある。他の例示的な実施形態において、例示的なプローブは前後に＋／−約１８０°回転可能である。更なる例示的な実施形態において、例えば９０°又は２７０°等の他の回転角度が使用可能である。
【００４４】
種々の例示的な実施形態によると、マルチクラッドファイバが利用可能である。マルチクラッドファイバは、光伝播方向に依存して種々のコア直径を有するかのように機能しうる。従って、そのようなマルチクラッドファイバは、照明ファイバ及び検出ファイバとして使用可能である。マルチクラッドファイバが「回転接合部」に接続される場合、プローブの連続した回転が行われる。
【００４５】
図１６は、本開示の別の例示的な実施形態における撮像システムを示す図である。この例示的な撮像システムは、例えば本明細書における種々の例示的な実施形態において説明されるような例示的なプローブと共に使用できる。本明細書で説明した例示的な正面視ＳＥＥプローブは、２つの例示的な種類に分類される。一方の種類は、照明ファイバ及び検出ファイバを使用できる。他方の種類は、例えばマルチクラッドファイバであってもよい１つのファイバのみを使用できる。２種類のうちのいずれか一方が図１６に示す例示的な撮像システムにおいて使用できる。
【００４６】
例えば図１６の撮像システムを動作させるために、ユーザ（例えば、医者、看護師又は技術者）は、例示的な正面視ＳＥＥプローブを接合部７４に接続できる。正面視ＳＥＥプローブが接合部７４に接続される場合、コンピュータユニット／構成８２は、特に２つの正面視ＳＥＥプローブのいずれが接続されるかを検出及び／又は判定するようにプログラム及び構成され、コンピュータメモリに情報を格納できる。コンピュータユニット／構成８２は、中央処理装置、メモリ、入出力インタフェース及びデータ記憶装置を含みうる。データ記憶装置において、ユーザが撮像システムを動作させるために判定及び種々の機能を実行するように中央処理装置を構成するソフトウェアがプリインストールされる。
【００４７】
例示的な動作において、ユーザは例示的な正面視ＳＥＥプローブをシース（図１７においては不図示）内に配置でき、そのような配置／構成を人体の所定の位置に挿入できる。シースのみが人体に事前に挿入されてもよく、正面視ＳＥＥプローブをそのシース内に挿入できる。例示的なプローブは、人体内を観察するために使用可能であり、関節鏡検査及び血管内視鏡等の内視鏡として機能する。
【００４８】
コマンドは、ユーザインタフェースユニット／構成８４を介してコンピュータユニット／構成８２に送信される。タッチパネル画面は、ユーザインタフェースユニット／構成８４の一部として含まれうるが、キーボード、マウス、ジョイスティック、ボールコントローラ及びフットペダルがユーザインタフェースユニット／構成８４と共に含まれうる。ユーザは、ユーザインタフェースユニット８４を使用して例示的な正面視ＳＥＥプローブを介して人体内を観察するためにコマンドを起動させることができる。例えば、ユーザがコマンドを入力した場合、コマンドは実行するために中央処理装置に送信される。
【００４９】
線走査及び点走査の双方が使用可能である。線走査の場合、コンピュータユニット／構成８２が人体内を観察するためのコマンドを受信した場合、コンピュータユニット／構成８２は光源７０に信号を送信するように構成され、特にそのような信号を送信させられる。光源７０は、広帯域発光又はアークランプを実現できる超連続レーザであるか、あるいはそれを含みうる。例えば、光源は、４００ｎｍ〜８００ｎｍの範囲の波長の放射を連続的に提供できる。しかし、他の範囲も考慮される。光源７０が中央処理装置から信号を受信すると、光源は広帯域光（又は他の放射）を生成でき、これは照明ファイバ７２に結合される。
【００５０】
広帯域光は、照明ファイバ７２に伝播し、接合部７４に到達する。例示的な正面視ＳＥＥプローブが照明ファイバ及び検出ファイバを有する場合、照明ファイバ７２により案内される光は、別の照明ファイバ１０に接続される。正面視ＳＥＥプローブがマルチクラッドファイバを使用する場合、照明ファイバ７２により案内される光は、マルチクラッドファイバのコアのみが入力光を案内するようにマルチクラッドファイバ８６に接続される。光は、プローブを介して提供され、物体を照明する。物体からの散乱光はプローブにより集められる。
【００５１】
正面視ＳＥＥプローブが照明ファイバ１０及び検出ファイバ５０を有する場合、散乱光は検出ファイバ５０に入射し、接合部７４において検出ファイバ８０に接続される。正面視ＳＥＥプローブがマルチクラッドファイバのみを有する場合、散乱光は内側クラッドに伝播するように設計されてもよく、伝播した光は接合部７４において検出ファイバ８０に結合される。
【００５２】
検出ファイバ５０は、光を検出器７６に中継できる。分光計７６等の検出器は、所定の波長で強度を測定できる。検出された強度は、コンピュータユニット／構成８２により取得され、オプションとしてそのメモリに格納される。
【００５３】
コンピュータユニット／構成８２は、雑音低減、座標歪補正及びコントラスト強調等の例示的な画像処理を適用するようにプログラムされる。画像処理が実行された後又はその実行中、データはコンピュータユニット／構成８２からディスプレイ８８に送信される。いくつかの例示的な実施形態において、液晶ディスプレイがディスプレイ８８になりうる。ディスプレイ８８は、例えば本開示の種々の例示的な実施形態に従って線走査により得られた画像を表示できる。ディスプレイ８８は、観察日、観察される人体の部分、患者名及びオペレータ名等の画像以外の情報も表示できる。
【００５４】
本明細書で説明するＳＥＥプローブの使用の特定の例示的な実施形態によると、コンピュータユニット／構成８２は、機械走査ユニット／構成７８に別のコマンドを送信できる。このコマンドにより、機械走査ユニット７８は、コンピュータユニット／構成８２により基準軸を中心に所定量δθだけ例示的な正面視ＳＥＥプローブを回転させられる。回転後、線走査が完了したと考えられ、画像データがディスプレイ８８に送出されて表示される（すなわち、δθの回転に関する情報と共に）。このステップを繰り返すことにより、２次元正面視画像を提供できる。
【００５５】
正面視ＳＥＥプローブが照明ファイバ１０及び検出ファイバ５０を有するいくつかの例示的な実施形態において、コンピュータユニット／構成８２は、累積角度の絶対値の合計が３６０°（又は１８０°等）より大きくなった後に回転方向が反転するようなコマンドを送出するように構成及びプログラムされてもよい。例示的な正面視ＳＥＥプローブがマルチクラッドファイバのみを有する場合、コンピュータユニット／構成８２はプローブを回転し続けるコマンドを送出できる。正面視ＳＥＥプローブの回転を維持することは、例えば回転の遅延の低減を減少することを含むいくつかの利点を有しうる。例えば、プローブが完全な硬質でない可能性があるため、機械走査ユニット／構成７８及び正面視ＳＥＥプローブの回転角度は異なる可能性がある。例示的なプローブが前後に回転される場合、その差は時間の経過に伴って一定ではない可能性がある。しかし、プローブが一貫して回転される場合、回転の遅延はほぼ一定である。従って、２次元画像の歪は少なくなる。
【００５６】
例示的な正面視ＳＥＥプローブが３６０・ｎ°／秒で回転される場合、フレームレートはｎフレーム／秒となりうる。いくつかの例示的な実施形態において、ｎは３０、４５、又は６０より大きい。従って、そのような例示的な方法で、本開示におけるプローブの例示的な実施形態を使用してリアルタイムの２次元正面視を得られる。
【００５７】
本開示の他の例示的な実施形態において、点走査が使用できる。コンピュータユニット／構成８２が観察のためのコマンドを受信した場合、コンピュータユニット／構成８２は、光源７０に信号を送信するようにプログラム及び構成される。広帯域光（又は他の放射）が分散され、選択された波長が照明ファイバ７２に結合される。光の選択された波長は、コンピュータユニット／構成８２により判定される。
【００５８】
例示的な線走査処理と同様に、物体からの散乱光は検出器７６に到達する。この例示的な実施形態において、検出器７６は分光計である必要はない。その代わり、検出器７６は、光検出器等の点光強度検出器であるか、あるいはそれを含みうる。検出された強度は、線走査の１つの点における強度であり、メモリに格納される。
【００５９】
コンピュータユニット／構成８２は、光源７９の選択された波長を変更でき、線走査の別の点における光の強度を判定するために使用される。所定の範囲（例えば、４００ｎｍ〜８００ｎｍ）で波長を変更することにより、線画像を得られる。コンピュータユニット／構成８２は、得られたデータに画像処理手順を適用でき、ディスプレイ８８に表示されるそのようなデータを送出する。
【００６０】
コンピュータユニット／構成８２は、２次元正面視画像を得るために、光の波長の選択、機械走査ユニット７８の回転及び散乱光強度の検出を同期するようにプログラム及び構成される。上述した例示的なデータ取得処理は、本明細書で説明するように点走査と呼ばれる。そのような例示的な点走査により、分光計が利用される必要はないため、コスト削減が実現できる。
【００６１】
本開示の特定の例示的な実施形態によると、例示的なＳＥＥプローブは前方方向の観察を容易にでき、これにより種々の内視鏡システムに付加価値を与えられる。例えば、本開示の種々の例示的な実施形態におけるＳＥＥプローブは、ｉｎ  ｖｉｖｏアプリケーションにおいて有用でありうる。例示的なプローブは、ｉｎ  ｖｉｖｏを使用するために小さいサイズで構成され、画像データを取得するより複雑で侵襲的な手順を必要としうる他の大きな従来のプローブより有利である。更に、本明細書で説明される例示的なＳＥＥプローブは、従来のプローブが大きすぎて適合しない手、指、足及び他の体の部分等、従来の内視鏡ではアクセスできない場所での撮像に有用でありうる。
【００６２】
例示的な実施形態は可視光を使用して説明されるが、本開示の例示的な実施形態は可視光の使用に限定されない。例えば、ＩＲ光又はＵＶ光、並びに他の電磁放射が使用されてもよい。
【００６３】
説明を参照すると、開示される例を完全に理解するために特定の詳細を説明する。他の例において、本開示を不必要に長くしないように、周知の方法、手順、要素及び回路については詳細に説明していない。
【００６４】
素子又は部分が別の素子又は部分「の上にある」、「に対向する」、「に接続される」又は「に結合される」と示される場合、それは他の素子又は部分の真上にあるか、他の素子又は部分に対向するか、他の素子又は部分に接続又は結合されるか、あるいは仲介する素子又は部分が存在してもよい。これに対して、素子が別の素子又は部分「の真上にある」、「に直接接続される」又は「に直接結合される」と示される場合、仲介する素子又は部分は存在しない。用語「及び／又は」は、使用される場合、関連する列挙された項目のうちの１つ以上のいずれか及び全ての組み合わせを含む。
【００６５】
「下」、「真下」、「下方」、「下部」、「上方」、「上部」、「近位」及び「遠位」等の空間的に相対的な用語は、種々の図面に示すように１つの素子又は特徴の別の素子又は特徴に対する関係を説明するために説明を容易にするために使用されてもよい。しかし、空間的に相対的な用語は、図面に示す向きに加えて使用中又は動作中のデバイスの異なる向きを含むことを意図する。例えば図中のデバイスが回転される場合、他の素子又は特徴の「下方」又は「真下」にあると説明される素子は、その他の素子又は特徴の「上方」に向けられるだろう。従って、「下方」等の相対的な空間の用語は、上方及び下方の双方の向きを含みうる。デバイスは、別の方法で向けられてもよく（９０°だけ又は他の向きに回転させられてもよく）、本明細書で使用される空間的な相対的な記述子はそれに従って解釈される。同様に、相対的な空間的な用語「近位」及び「遠位」は、必要に応じて交換可能であってもよい。
【００６６】
本明細書で使用される用語「約」は、例えば１０％内、５％内、あるいはそれ以下を意味する。いくつかの実施形態において、用語「約」は計測誤差内を意味してもよい。
【００６７】
第１、第２、第３等の用語は、種々の素子、要素、領域、部分及び／又は区間を説明するために本明細書において使用されてもよい。これらの素子、要素、領域、部分及び／又は区間はこれらの用語により限定されるべきではないことが理解されるべきである。これらの用語は、一方の素子、要素、領域、部分又は区間を他方の領域、部分又は区間から区別するためだけに使用されていてもよい。従って、以下において説明される第１の素子、要素、領域、部分又は区間は、本明細書の教示から逸脱することなく第２の素子、要素、領域、部分又は区間と呼ぶことができる。
【００６８】
本明細書で使用される専門用語は、特定の実施形態を説明するためだけのものであり、本開示を限定することを意図しない。本明細書で使用されるように、特に明示されない限り、単数形は複数形も含むことを意図する。「含む」という用語は、本明細書で使用される場合、記載される特徴、数字、ステップ、動作、素子及び／又は要素の存在を特定するが、明示されない１つ以上の他の特徴、数字、ステップ、動作、素子、要素及び／又はそれらの集合の存在又は追加を除外しないことが更に理解されるべきである。
【００６９】
図示する実施形態を説明する際、理解しやすいように特定の専門用語が採用される。しかし、本開示の明細書の開示は、そのように選択された特定の専門用語に限定されることを意図せず、特定の各素子が同様に動作する全ての技術的な等価物を含むことが理解されるだろう。
【００７０】
更なる特定の例について、以下の実施形態において説明する。
【００７１】
［例１］
図４Ａは、光反射要素を含む本開示の例示的な一実施形態における例示的なＳＥＥプローブを示す。理解しやすくするために、インサート１７は除去される。光集束要素１２に対して、ＧＲＩＮレンズが使用される。ファイバ１０は、ＧＲＩＮレンズの中心に直接接続される。ＧＲＩＮレンズの大よその屈折率分布は以下のように書ける。
（式２）  Ｎ（ｒ）＝Ｎ０（１−Ａ／２＊ｒ２）
式中、ｒはＧＲＩＮレンズの中心からのラジアル距離である。市販されているＧＲＩＮレンズは５５０ｎｍの波長でＮ０＝１．６１及びＡ＝０．１７８１を有することができ、そのようなＧＲＩＮレンズは以下において使用される。ＧＲＩＮレンズの長さは４．０ｍｍに設定可能である。スペーサ１４に対しては、５５０ｎｍの波長で１．５１８１の屈折率を有する市販されているガラスが使用される。
【００７２】
光反射要素１３はスペーサ１４を研磨することにより形成される。研磨された面と基準軸との間の角度は約３７．５°又は厳密に３７．５°に設定される。格子は、約５５０ｎｍ又は厳密に５５０ｎｍの周期を有することができ、スペーサ１４の表面に形成される。格子と基準軸との角度も約３７．５°又は厳密に３７．５°に設定される。遮光要素１１は、ＧＲＩＮレンズの下半分に入射する光を遮断できる。
【００７３】
光線追跡は、４５０、５５０、６５０及び７５０ｎｍの波長で行われた。上記パラメータは、７５０ｎｍの波長の光が基準軸に沿って偏向されるように選択された。基準軸に向けて偏向される対象の波長の光に対して、以下の式が満足されるべきである。
（式３）  ｎ１ｓｉｎ（π／２−θ１−θｇ−２θｍ）−ｎ２ｓｉｎ（π／２−θｇ）＝λｓ／Λ
式中、
ｎ１：格子の屈折率
ｎ２：格子の後の物質（例えば、空気）の屈折率
θ１：光反射要素に入射する前の基準軸からの光線の角度（下向きに進む場合、θ１＜０）
θｍ：光反射要素の表面と基準軸との間の角度
θｇ：光反射要素の表面と基準軸との間の角度
λｓ：対象となる波長
Λ：格子のピッチ
【００７４】
約７５０ｎｍ又は厳密に７５０ｎｍの波長が式３をほぼ満足するようにパラメータが選択されるため、約７５０ｎｍ又は厳密に７５０ｎｍの波長の光は基準軸に沿って偏向されてもよい。
【００７５】
２次元画像は、本明細書で開示される処理を使用する等、このプローブを回転させることにより得られる。
【００７６】
［例２］
ミラー及び格子の組合せは、ファイバの光軸に向けられる分光された光を実現するために使用された。図１０Ａ〜図１０Ｃは、プローブの例示的な実施形態の概略図を示す。
【００７７】
例えばミラー正面視ＳＥＥプローブは、プローブの先端にミラーを有することができる。ＧＲＩＮレンズを透過した光は、ミラーに入射する。反射光は格子に入射する。この例示的な方法において、光は光軸に平行に（ｚ方向）偏向される。
【００７８】
図１０Ａに示すように、ミラーにより反射されずに格子に直接入射する光を回避するために、ファイバはオフセットされる。この例において、ミラーは約３８°又は厳密に３８°であり、格子は約４５０ｎｍ又は厳密に４５０ｎｍのピッチで約４０°又は厳密に４０°である。ファイバは０．１１ｎｍオフセットされる。図１０Ｂにおいて、光吸収体が追加可能であり、光吸収体は、格子に伝播するがミラーには伝播しない光を遮断する。図１０Ｂに示す例示的なプローブは、ミラー面の傾斜角が格子の傾斜角と同一の角度になるように設計される。これにより遠位プローブの製造を簡易化できる。図１０Ｃは、約３８°又は厳密に３８°のミラー、約４５°又は厳密に４５°の格子、並びに約４５０ｎｍ又は厳密に４５０ｎｍのピッチを有するように設計される例示的なプローブを示す。
【００７９】
［例３］
光吸収体の変形例を有する例も利用可能である。例えば図９Ａに示すように、ＧＲＩＮレンズの底部は存在しない。下半分は、例えばその半分を研磨又は切り取ることにより除去可能である。プローブが回転される時の重量又はモーメントのバランスを考慮すると、図９Ｃに示すように（例えばファイバ５０に対して）検出ファイバ１０が除去された空間に取り付け可能である。これは、合計のプローブヘッド体積を減少する利点も有しうる。図９Ａ及び図９Ｃに示す固体部分は、ＧＲＩＮレンズ上に切れ目を入れ、黒色エポキシ等の光吸収物質又はあらゆる不透明物質を充填することにより作成される。
【００８０】
反射角を臨界屈折角より大きく設計することにより、ミラーは全反射を使用して単純に表面を研磨することにより形成される。従って、表面のコーティングは必要ない。更に、例えばより長い波長の光はｚ方向の近くで回折される。
【００８１】
本明細書で使用されるように、ほぼ平行に伝播する光又は例えばほぼ同様の角度を有する光等の「ほぼ」という用語は、角度の差分が１５°未満、より詳細には１０°未満、より詳細には５°未満、より詳細には３°未満、より詳細には２°未満、又はより詳細には１°未満であることを意味する。
【００８２】
上記は本開示の原理を示したにすぎない。説明した例示的な実施形態に対する種々の変形及び変更は、本明細書の教示を考慮して当業者には明らかとなるだろう。実際には、本開示の例示的な実施形態における構成、システム及び方法は、あらゆるＳＥＥシステム又は他の撮像システム、例えば本明細書に参考として全ての内容が取り入れられている米国特許第７，８４３，５７２号公報、米国特許第８，１４５，０１８号公報、米国特許第６，３４１，０３６号公報、米国特許第７，７９６，２７０号公報、米国特許出願公開第２００８／００１３９６０号明細書及び米国特許出願公開第２０１１／０２３７８９２号明細書に説明されるシステムと共に使用可能である。明示的に図示しないか又は本明細書で説明しないが、本開示の原理を実施し、従って本開示の趣旨の範囲内である多くのシステム、構成及び方法を当業者が考案できることは理解されるだろう。更に、従来技術の知識が本明細書に参考として明示的に取り入れられない範囲で、本明細書に全ての内容が明示的に取り入れられている。本明細書で参照された全ての発行物は、本明細書に参考として全ての内容が取り入れられる。
【００８３】
以下の非限定的な参考文献のリストが提供される。
【００８４】
Ｃ．Ｐｉｔｒｉｓ、Ｂ．Ｅ．Ｂｏｕｍａ、Ｍ．Ｓｈｉｓｋｏｖ及びＧ．Ｊ．ＴｅａｒｎｅｙのＯＰＴＩＣＳ  ＥＸＰＲＥＳＳ  第１１巻、１２０〜１２４ページ（２００３年）
【００８５】
Ｍ．Ｓｈｉｓｈｋｏｖ、Ｇ．Ｊ．Ｔｅａｒｎｅｙ、Ｂ．Ｅ．Ｂｏｕｍａ、Ｄ．Ｙｅｌｉｎ及びＮ．Ｉｆｔｉｍｉａの米国特許第８，１４５，０１８号公報
【００８６】
Ｄ．Ｙｅｌｉｎ、Ｉ．Ｒｉｚｖｉ、Ｗ．Ｍ．Ｗｈｉｔｅ、Ｊ．Ｔ．Ｍｏｔｚ、Ｔ．Ｈａｓａｎ、Ｂ．Ｅ．Ｂｏｕｍａ及びＧ．Ｊ．Ｔｅａｒｎｅｙの「Ｔｈｒｅｅ−ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ  ｍｉｎｉａｔｕｒｅ  ｅｎｄｏｓｃｏｐｙ」Ｎａｔｕｒｅ  第４４３巻、７６５ページ（２００６年）
【００８７】
本開示について例示的な実施形態を参照して説明したが、本開示は開示した例示的な実施形態に限定されないことが理解されるだろう。以下の特許請求の範囲の範囲は、そのような変更、並びに等価の構造及び機能の全てを含むように広範に解釈されるべきである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図５】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図９Ｃ】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１０Ｃ】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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