(57)【要約】      【課題】  専用の光学部材の位置決めを考慮することなく、かつ確実にトラップ力を効率良く発生させる光ピンセットの機構を提供する。      【解決手段】  レーザ光を射出する光源部と、該レーザ光が入射され、該レーザ光を該対象物に向けて伝搬させる導波路と、該導波路から射出されたレーザ光を該対象物近傍に集光させる対物光学系とを有した光ピンセットの機構であって、該対物光学系に入射されるレーザ光の強度分布が輪帯状分布となるよう該導波路の端部を形成する。【選択図】      図４
2005144281.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光を対象物近傍に集光させることにより該対象物を捕捉する光ピンセットの機構において、
レーザ光を射出する光源部と、
前記レーザ光が入射され、該レーザ光を前記対象物に向けて伝搬させる導波路と、
前記導波路から射出されたレーザ光を前記対象物近傍に集光させる対物光学系と、を有し、
前記導波路の端部は、前記対物光学系に入射されるレーザ光の強度分布が輪帯状分布となるよう形成されていること、を特徴とする光ピンセットの機構。
【請求項２】
レーザ光を対象物近傍に集光させることにより該対象物を捕捉する光ピンセットの機構において、
レーザ光を射出する光源部と、
前記レーザ光が入射され、該レーザ光を前記対象物に向けて伝搬させる導波路と、
前記導波路から射出されたレーザ光を前記対象物近傍に集光させる対物光学系と、を有し、
前記導波路の端部は、前記対物光学系に、前記対象物近傍に輪帯状の強度分布を有したレーザ光を集光させるように形成されていること、を特徴とする光ピンセットの機構。
【請求項３】
前記導波路は、前記レーザ光を伝搬させる伝搬媒体を有し、
前記伝搬媒体の端部は、光軸方向の断面が周辺部から中心部に掛けて徐々に突出した形状であること、を特徴とする請求項１または請求項２のいずれかに記載の光ピンセットの機構。
【請求項４】
前記導波路は、前記レーザ光を伝搬させる伝搬媒体を有し、
前記伝搬媒体の端部は、光軸方向の断面が周辺部から中心部に掛けて徐々に引っ込んだ形状であること、を特徴とする請求項１または請求項２のいずれかに記載の光ピンセットの機構。
【請求項５】
前記光源部から前記対象物までの間の光路に配置され、前記レーザ光の中心部分を遮光する遮光手段をさらに有したこと、を特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の光ピンセットの機構。
【請求項６】
前記遮光手段は、前記導波路の端部の中心部分を遮光した遮部材であること、を特徴とする請求項５に記載の光ピンセットの機構。
【請求項７】
前記導波路は、光ファイバであること、を特徴とする請求項１から請求項６のいずれかに記載の光ピンセットの機構。
【請求項８】
前記導波路に入射するレーザ光は、ガウシアン分布を有していること、を特徴とする請求項１から請求項７のいずれかに記載の光ピンセットの機構。
【請求項９】
レーザ光を対象物において集光させることにより該対象物を捕捉する光ピンセットの機構に利用される光ファイバにおいて、
入射されるレーザ光を前記対象物に向けて伝搬させる伝搬媒体を有し、
前記伝搬媒体の射出端は、入射されたレーザ光の強度分布を輪帯状分布に変換するよう形成されていること、を特徴とする光ファイバ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、レーザ光を対象物に照射することにより該対象物を捕捉する光ピンセットの機構及び該機構に利用される光ファイバに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、対象物（例えば数十ｎｍから数十μｍ程度の微小な誘電体粒子や細胞等）にレーザ光を照射することにより該対象物を捕捉する光ピンセットと呼ばれる技術が知られている。該技術は、例えば医療関係では、細胞操作や細胞融合等の分野において種々の研究がなされている。以下に、該技術を概説する。
【０００３】
光ピンセットで対象物を捕捉する為には、先ず、対物レンズにより所定波長（対象物の大きさ（長さ）に比べて小さい（短い）波長）のレーザ光を該対象物近傍に集光させる。対象物近傍に集光されたレーザ光は、該対象物表面において、その一部が反射し、一部が屈折する。このとき対象物近傍に集光されるレーザ光、すなわち粒子である光子は、運動量を有している。そのため上述の反射及び屈折により該光子の運動量が変化すると、該変化分の運動量は、運動量保存則により対象物を捕捉する力（以下、トラップ力と称する）に変換される。
【０００４】
上記トラップ力は、基本的に、対象物に対して対物レンズの焦点位置近傍へと向かう方向の力として該対象物に作用する。従って、対象物は、対物レンズの焦点位置近傍において捕捉される。また、光ピンセットの機能（光源や対物レンズを含む装置など）を移動させると、該対物レンズの焦点位置も該移動に伴って移動する。このときトラップ力は常に対物レンズの焦点位置近傍に向かって力を及ぼしている為、結果、対象物もトラップ力の作用により移動する。すなわち光ピンセットの技術を利用すると、対象物を捕捉するだけでなく、該対象物を自在に操作（移動）することができる。
【０００５】
非特許文献１によると、レーザ光の中心部よりも該レーザ光の周辺部の方が、対象物を捕捉する為のトラップ力に効率良く変換される。すなわち光線自体のエネルギーが同等であっても、レーザ光の中心部の光線に比べて該レーザ光の周辺部の光線の方が、大きなトラップ力として対象物に作用する。そのため非特許文献１では、強度分布がガウシアン分布であるレーザ光を円錐状のプリズムであるアキシコンプリズムにより輪帯状分布に変換することにより、対象物を捕捉する際のエネルギー効率を向上させている。すなわち非特許文献１によると、小さなレーザパワーで大きなトラップ力を生み出すことが可能である。なお、アキシコンプリズムは、該プリズムに入射した全ての光線を光軸に向かって屈折させる。その結果、該プリズムの光軸近傍に入射した光線は、該プリズムの周辺部に入射した光線よりも該光軸から離れて進行していく。そのため周辺部に比べて中心部の強度が高いガウシアン分布を有したレーザ光がアキシコンプリズムに入射すると、該レーザ光は、中心部に比べて周辺部の強度が高い輪帯状分布を有したレーザ光に変換されて該プリズムから射出される。
【非特許文献１】会誌「光学」（第２４巻）、１９９５年７月、日本光学会、４０８頁から４１４頁
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら非特許文献１の如く光トラップの機構にアキシコンプリズムを追加すると、部品点数の増加だけでなく、該プリズムと他の機能（例えば光源部や光ファイバ等）との位置決めの問題も発生する。光トラップの機構は、微小な対象物を捕捉・操作するものである為、非常に高い精度が要求される。
【０００７】
例えばアキシコンプリズムを設計置に対して精度良く位置決めできなかった場合、該プリズムに対するレーザ光の入射位置は、該プリズムの位置ずれ分移動する。このようにアキシコンプリズムの位置決め精度の低さに起因して該プリズムに対するレーザ光の入射位置がずれた場合、レーザ光の中心部がアキシコンプリズムの周辺部に入射し、レーザ光の周辺部がアキシコンプリズムの中心部に入射し得る。これらの如くレーザ光が該プリズムに入射した場合、対物レンズは、輪帯状分布のレーザ光を集光させることができない。つまり上述の場合、アキシコンプリズムを配置したことによるエネルギー効率の向上を期待できない。また、アキシコンプリズムから射出するレーザ光の強度分布が製造者の意図でない為、アキシコンプリズムを配置させない場合と比べてさらにエネルギー効率を低下させてしまう恐れもある。
【０００８】
また、アキシコンプリズムを光トラップの機構に追加すると、該機構の先端部は、該プリズムを配置した分大型化する。ところが、例えば患者の体腔内に挿入して作業を行う装置に該機構を組み込む場合、該機構先端部の大型化は、該患者への負担となり、良好な診断・治療の妨げとなる。
【０００９】
そこで、本発明は上記の事情に鑑み、上述の如き光学部材の位置決めを考慮することなく、かつ確実にレーザ光のエネルギーを効率良く利用することができる光ピンセットの機構及び該機構に利用される光ファイバを提供することを目的とする。また、該機構の先端部を大型化させることなく、レーザ光のエネルギーを効率良く利用することができる光ピンセットの機構を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の課題を解決する本発明の一態様に係る光ピンセットの機構は、レーザ光を対象物近傍に集光させることにより該対象物を捕捉する機構であって、該レーザ光を射出する光源部と、該レーザ光が入射され、該レーザ光を該対象物に向けて伝搬させる導波路と、該導波路から射出されたレーザ光を該対象物近傍に集光させる対物光学系とを有しており、該導波路の端部は、該対物光学系に入射されるレーザ光の強度分布が輪帯状分布となるよう形成されている。すなわち本発明によると、レーザ光の強度分布を輪帯状分布に変換するにあたって、特別な光学部品を必要としない。従って、構造の単純化、低コスト化、省スペース化を達成できる。また、該光学部品が必要ないことから、該光学部品の位置決めがそもそも必要なくなる。そのため製造工程を簡略化させ、かつ機構毎の性能を安定させることができる。
【００１１】
また、上記課題を解決する本発明の一態様に係る光ピンセットの機構は、レーザ光を対象物近傍に集光させることにより該対象物を捕捉する機構であって、該レーザ光を射出する光源部と、該レーザ光が入射され、該レーザ光を該対象物に向けて伝搬させる導波路と、該導波路から射出されたレーザ光を該対象物近傍に集光させる対物光学系とを有しており、該導波路の端部は、該対物光学系に、該対象物近傍に輪帯状の強度分布を有したレーザ光を集光させるように形成されている。
【００１２】
上記光ピンセットの機構において導波路は、レーザ光を伝搬させる伝搬媒体を有している。該伝搬媒体の端部は、光軸方向の断面が周辺部から中心部に掛けて徐々に突出した形状であってもよい。また、該伝搬媒体の端部は、光軸方向の断面が周辺部から中心部に掛けて徐々に引っ込んだ形状であってもよい。
【００１３】
また、上記光ピンセットの機構は、光源部から対象物までの間の光路に配置され、レーザ光の中心部分を遮光する遮光手段をさらに有したものであってもよい。このとき該遮光手段は、導波路の端部の中心部分を遮光した遮光部材であることが好ましい。
【００１４】
また、上記光ピンセットの機構において導波路は、光ファイバであることが好ましい。
【００１５】
また、上記光ピンセットの機構において導波路に入射するレーザ光は、ガウシアン分布を有していることが好ましい。
【００１６】
また、上記課題を解決する本発明の一態様に係る光ファイバは、レーザ光を対象物において集光させることにより該対象物を捕捉する光ピンセットの機構に利用されるものであって、入射されるレーザ光を該対象物に向けて伝搬させる伝搬媒体を有しており、該伝搬媒体の射出端は、入射されたレーザ光の強度分布を輪帯状分布に変換するよう形成されている。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の光ピンセットの機構は、導波路の先端部において、該導波路中を伝搬していたレーザ光の強度分布を輪帯状分布に変換する機能を果たす。従って、特別な光学部品（例えばアキシコンプリズム）を必要とすることなく効率良くトラップ力を発生させることができる。そのため、構造の単純化、低コスト化、省スペース化を達成できる。さらに、レーザ光の強度分布を輪帯状分布に変換するにあたって、光学部品を高精度に位置決めする必要がない。従って、製造工程を簡略化させ、かつプローブ毎の性能を安定させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
図１は、本発明の実施形態に用いられる内視鏡システム１０の構成を模式的に示した図である。内視鏡システム１０は、体腔内を観察する為の電子内視鏡装置と、該体腔内の細胞を捕捉する為の機構である光ピンセット機構を有した装置（以下、光ピンセットプローブ装置と称する）から構成されている。内視鏡システム１０を使用して対象物（例えば細胞）を捕捉する際には、術者は、電子内視鏡装置により体腔内の細胞を観察し、該細胞の状態及び位置等を確認しながら光ピンセットプローブ装置により該細胞を捕捉する。以下に、図１を用いて、この内視鏡システム１０の構成及び作用を説明する。
【００１９】
内視鏡システム１０に備えられている電子内視鏡装置は、体腔内に挿入され、該体腔内の対象物を撮像する電子内視鏡３００と、該電子内視鏡３００から出力されてくる画像信号に所定の処理を施す画像処理機能、及び該対象物を照明する照明機能を兼ね備えたプロセッサ４００と、プロセッサ４００から出力されてくる映像信号をその画面上に表示するモニタ５００から構成されている。術者は、該電子内視鏡装置を使用することにより患者の体腔内の状態等を観察する。
【００２０】
図２は、本発明の実施形態に用いられる電子内視鏡３００の先端部３５０を拡大して示した拡大図である。以下に、図１及び図２を用いて、電子内視鏡装置の構成及び作用を説明する。
【００２１】
電子内視鏡３００は、自己をプロセッサ４００に接続させる為の接続部を備えている。電子内視鏡３００は、該接続部から先端部３５０近傍に掛けて、対象物を照明する為の照明光を導光する図示しないライトガイドを有している。接続部は、プロセッサ４００側に備えられた照明装置から射出された照明光をライトガイドに入射させる為のファイバジャック３１２と、自己と該プロセッサ４００とを電気的に接続する為のケーブルジャック３１４を有している。ファイバジャック３１２はプロセッサ４００が備えているファイバジャック４１２に接続され、ケーブルジャック３１４はプロセッサ４００が備えているケーブルジャック４１４に接続される。
【００２２】
図２に示すように先端部３５０の前面には２つの照明窓３５２が備えられている。プロセッサ４００側に備えられた照明装置から射出された照明光は、ファイバジャック４１２、ファイバジャック３１２、及び電子内視鏡３００の長手方向に沿って配置されたライトガイドを介して、照明窓３５２から射出し、対象物を照明する。
【００２３】
また、電子内視鏡３００は、先端部３５０に、図示しない固体撮像素子を備えている。また、その長手方向に沿って、該固体撮像素子とプロセッサ５００とを電気的に接続させる図示しない電気ケーブルを備えている。該電気ケーブルで伝送される信号は、プロセッサ４００が出力する該固体撮像素子を駆動する為の駆動パルスであったり、該固体撮像素子が出力する画像信号であったりする。なお、先端部３５０に備えられている固体撮像素子は、例えばＣＣＤである。また、このような電子内視鏡に用いられるＣＣＤには、該内視鏡の細径化を達成する為に、蓄積部を備えないフレームトランスファー型ＣＣＤが採用されている。
【００２４】
図２に示すように先端部３５０の前面には観察窓３５４が備えられている。観察窓３５４の後ろには図示しない対物光学系が配置されており、該対物光学系の像側焦点位置には、ＣＣＤが配置されている。対象物から反射してくる照明光は、観察光として、観察窓３５４を介して対物光学系に入射し、該対物光学系によりＣＣＤ上で集光される。該集光された観察光はＣＣＤが有する各受光素子に受光され、各受光素子は、受光量に応じた電荷を蓄積し、画像信号として出力する。この画像信号は、上記電気ケーブル、ケーブルジャック３１４、及びケーブルジャック４１４を介してプロセッサ４００に出力される。
【００２５】
また、電子内視鏡３００は、さまざまな処置具を電子内視鏡３００内部に挿入する為の鉗子差込口３２２を備えている。この鉗子差込口３２２は、生体組織の止血や採取等さまざまな処置を行うための鉗子や、生体組織を電子内視鏡３００と別の倍率で観察したりその断層像を観察したりする為のプローブ等が挿入される部位である。術者は、手術内容に応じてさまざまな処置具をこの鉗子差込口３２２に挿入することができる。本実施形態において、鉗子差込口３２２には、対象物を捕捉し操作する為の光ピンセットプローブ１００が挿入される。
【００２６】
鉗子差込口３２２と先端部３５０とを繋いでいる挿入部可撓管３３２内部にはその長手方向に沿って、鉗子チャンネル３５６が備えられている。この鉗子チャンネル３５６の一端は鉗子差込口３２２であって、もう一端は先端部３５０の前面に形成されている穴部である。すなわち、この鉗子チャンネル３５６は、鉗子差込口３２２と先端部３５０との間に形成されている円筒状の通路であり、該鉗子差込口３２２に挿入された処置具は、図２に示すように、その先端部分が先端部３５０の前面から僅かに突出するようにセットされる。
【００２７】
また、電子内視鏡３００は、鉗子差込口３２２近傍に、該電子内視鏡３００を操作する為の操作部３４２を備えている。この操作部３４２は、先端部３５０の根本近傍を湾曲させる操作ノブを複数備えている。術者は、該操作ノブを操作することにより、該先端部３５０前面の向きを自在に変更させることができる。従って、術者は、操作部３４２を操作することにより、狭い管状の体腔内であっても対象物をさまざまな角度から観察できる。また、この操作部３４２は、鉗子チャンネル３５６にセットされている処置具を操作する機能も有している。
【００２８】
このように構成された電子内視鏡３００により生成された画像信号は、プロセッサ４００に出力され、該プロセッサ４００において所定の処理が施される。該所定の処理が施された画像信号は、映像信号としてモニタ５００に出力され、該モニタ５００の表示画面上において体腔内の映像として表示される。次に、プロセッサ４００で行われる画像処理のプロセスを概説する。
【００２９】
ＣＣＤによって得られた対象物の画像信号は、プロセッサ４００に備えられている初段信号処理部（不図示）に送信される。この初段信号処理部は、送信された画像信号を増幅させ、サンプリング、ホールド等の処理を行う。そして、この画像信号をデジタル信号に変換させる。変換されたデジタル信号は、さらに、初段信号処理部が有しているマルチプレクサによりＣＣＤの駆動と同期して切り替えられ、Ｒ、Ｇ、Ｂの各色の画像信号に分離されて、ＲＧＢメモリ（不図示）が有している各メモリに出力される。
【００３０】
ＲＧＢメモリはＲ、Ｇ、Ｂの各色に対応した３つのフレームメモリであるＲメモリ、Ｇメモリ、Ｂメモリを備えており、初段信号処理部に分離された各色の画像信号は、それぞれ対応するフレームメモリに格納される。
【００３１】
プロセッサ４００に備えられているタイミングジェネレータ（不図示）は、ＲＧＢメモリの各フレームメモリに格納されている画像信号を同時に読み出すためのタイミング信号を送信する。このタイミング信号は、例えば、１秒当たり３０フレームから構成される動画がモニタ上において表示できるタイミングで送信される。すなわち、このタイミングジェネレータは、ＲＧＢメモリの各フレームメモリに格納されている画像信号を１秒当たり３０フレーム、同時に読み出すタイミング信号を送信する。このタイミング信号に基づき、各色の画像信号は同時に読み出されて、後段信号処理部（不図示）に出力される。
【００３２】
後段信号処理部は、この信号をアナログ信号に変換させ、さらにこのアナログ信号をモニタ５００に表示させるためのコンポジットビデオ信号や、Ｙ／Ｃ信号、ＲＧＢビデオ信号に変換する。そして、これらのビデオ信号がモニタ５００に出力されると、モニタ５００の表示画面上に、電子内視鏡３００により撮像された対象物の映像が表示される。次に、電子内視鏡３００にセットされた光ピンセットプローブ１００について説明する。
【００３３】
図３は、本発明の実施形態の光ピンセットプローブ装置の全体構成を示したブロック図である。内視鏡システム１０に備えられている光ピンセットプローブ装置は、鉗子チャンネル３５６に挿通されるプローブであって、対象物１を捕捉し操作する為の光ピンセットプローブ１００と、対象物１を捕捉し操作する為のレーザ光２２２を光ピンセットプローブ１００に供給する光源装置２００から構成されている。以下に、図３を用いて、この光ピンセットプローブ装置の構成及び作用を説明する。
【００３４】
光ピンセットプローブ装置は、上述した光ピンセットの機構を組み込んだ装置であって、主に体腔内の細胞（ここでは対象物１）を捕捉し操作する為に利用される装置である。光ピンセットプローブ装置を利用する場合、術者は、上述したように電子内視鏡３００の鉗子チャンネル３５６内に該装置をセットし、電子内視鏡３００の操作部３４２及び光源装置２００を操作することにより光ピンセットプローブ１００を操り、対象物１を捕捉し操作する。先ず、光ピンセットプローブ装置の構成を説明する。
【００３５】
光ピンセットプローブ１００は、側視型のプローブであって、接続部１１０と、シングルモード光ファイバ１２０と、コリメートレンズ１３０と、スキャンミラー１４０と、対物レンズ１５０から構成されている。
【００３６】
接続部１１０は、光ピンセットプローブ１００と光源装置２００とを接続する為のコネクタである。シングルモード光ファイバ１２０は、コア径が数μｍ程度の細いファイバであって、該プローブ１００の長手方向に沿って接続部１１０から光ピンセットプローブ１００先端部近傍に掛けて配置されたファイバである。コリメートレンズ１３０は、シングルモード光ファイバ１２０の端部前面に配置された光ファイバであって、入射する発散光を平行光に変換する機能を果たす。スキャンミラー１４０は、周知のメカニズム（静電駆動、電磁駆動等）により自己に備えられたミラーを回動させ、所望の方向にレーザ光を偏向させる機能を果たす。対物レンズ１５０は、捕捉・操作対象である対象物１においてレーザ光を集光させる機能を果たす。
【００３７】
また、光源装置２００は、制御部２１０と、レーザダイオード２２０と、コリメータレンズ２３０と、シングルモード光ファイバ２４０と、接続部２５０と、駆動部２６０から構成されている。
【００３８】
制御部２１０は、光源装置２００全体の制御を司り、本実施形態では主にレーザダイオード２２０と駆動部２６０を駆動制御する機能を果たす。レーザダイオード２２０は、対象物１の大きさ（長さ）より短い波長のレーザ光２２２（例えばλ＝１μｍ以下）を発光する光源部である。コリメートレンズ２３０は、レーザダイオード２２０の前面に配置されたレンズであって、入射する発散光を平行光に変換する機能を果たす。シングルモード光ファイバ２４０は、シングルモード光ファイバ１２０と同様にコア径が数μｍ程度の細いファイバであって、コリメートレンズ２３０前面から接続部２５０に掛けて配置されたファイバである。駆動部２６０は、スキャンミラー１４０を駆動させる為のドライバであり、電気ケーブルにより該ミラー１４０と接続されている。
【００３９】
次に、光ピンセットプローブ装置の動作及び作用を説明する。先ず、光ピンセットプローブ装置の電源（または光源装置２００の電源）が投入されると、制御部２１０から出力される駆動信号に応じてレーザダイオード２２０が発光する。このときレーザダイオード２２０から出力されるレーザ光２２２は、発散光であり、該レーザ光２２２の光路上に配置されたコリメータレンズ２３０により平行光に変換される。平行光に変換されたレーザ光２２２は、シングルモード光ファイバ２４０の端部に入射する。
【００４０】
術者が光ピンセットプローブ装置を利用する場合、光ピンセットプローブ１００と光源装置２００は、互いの接続部により接続される。接続部１１０と接続部２５０とが接続されている場合、シングルモード光ファイバ１２０とシングルモード光ファイバ２４０は、１本の光ファイバの如く互いの端部が連結している。従って、シングルモード光ファイバ２４０の端部に入射したレーザ光２２２は、シングルモード光ファイバ１２０に入射し、該ファイバ１２０端部から射出する。
【００４１】
図４は、本発明の実施形態の光ピンセットプローブ１００内部の構成であって、シングルモード光ファイバ１２０の先端部近傍の構成を拡大して示した拡大図である。図４によると、シングルモード光ファイバ１２０は、コア部１２２と、クラッド部１２４と、コア先端部１２６から構成されている。
【００４２】
コア部１２２は、円柱状の透明材料からなり、レーザ光２２２を伝搬させる性質を有している。クラッド部１２４は、該コア部１２２の側面部を覆うように形成され、該コア部１２２より低い屈折率を有している。コア先端部１２６は、該クラッド部１２４よりコリメートレンズ１３０側に突出した部分である。なお、上述したシングルモード光ファイバ１２０の各構成要素は、例えば石英ガラス、多成分ガラス、ポリマー等の材料から形成されている。また、各構成要素は、光軸Ｏを中心とした、回転対称の形状を有している。また、言うまでもなく、コア部１２２及びコア先端部１２６は、単一の構成部品であって、便宜上それぞれに要素名を付与したに過ぎない。具体的には、コア先端部１２６は、シングルモード光ファイバ１２０を製造する際に、コア部１２２の一端を、周知のエッチング技術により円錐状に尖らせて加工を施したものである。
【００４３】
シングルモード光ファイバ２４０から射出され、シングルモード光ファイバ１２０の後端部に入射したレーザ光２２２は、コア部１２２内で伝搬され、コア先端部１２６により後述の如くその強度分布が変換されてコリメートレンズ１３０に入射する。以下に、コア先端部１２６によるレーザ光２２２の強度分布変換について詳説する。
【００４４】
図５は、光路上の各ポイントにおけるレーザ光２２２の強度分布を示した強度分布図である。図５（Ａ）は、図４のＡ−Ａ断面におけるレーザ光２２２の強度分布を示した強度分布図である。また、図５（Ｂ）は、図４のＢ−Ｂ断面におけるレーザ光２２２の強度分布を示した強度分布図である。なお、図４に示したレーザ光２２２のうち、太線で示した光線は強度が高く、細線で示した光線は強度が低い。
【００４５】
上述したように、レーザダイオード２２０から射出したレーザ光２２２は、コリメートレンズ２３０により平行光に変換され、さらに、図示しない整形レンズにより光軸Ｏと直交する断面が略円状の光束に整形される。そのためレーザ光２２２は、シングルモード光ファイバ１２０に入射する際には光軸Ｏを中心とした略円状の光束となっている。
【００４６】
レーザ光２２２は、Ａ−Ａ断面、すなわちシングルモード光ファイバ１２０に入射する前は、図５（Ａ）に示すように、その中心部の強度が高く、周辺部に向かって徐々に強度が低くなる、いわゆるガウシアン分布を有している。該レーザ光２２２は、ガウシアン分布を有した状態でシングルモード光ファイバ１２０に入射し、強度分布を変えることなくコア先端部１２６に向かってコア部１２２内で伝搬されていく。
【００４７】
コア先端部１２６に到達したレーザ光２２２の各光線は、該コア先端部１２６から射出する際にそれぞれ屈折される。このときコア先端部１２６は、レーザ光２２２の各光線を、同一の屈折力で光軸Ｏに向かって屈折させる。従って光軸Ｏを通過した後、各光線は、該光軸Ｏから徐々に離れる方向に進行していく。また、このとき、レーザ光２２２中心部の光線は、該レーザ光２２２周辺部の光線よりも先に光軸Ｏを通過する。従って、各光線が光軸Ｏを通過した後は、レーザ光２２２中心部の光線（図４の太線）がレーザ光２２２周辺部の光線（図４の細線）よりも光軸Ｏから離れた状態で進行していく。すなわち、コア先端部１２６の作用によりレーザ光２２２の強度分布は、中心部の強度が高いガウシアン分布から周辺部の強度が高い輪帯状分布に変換される。
【００４８】
コア先端部１２６で屈折したレーザ光２２２は、上述の状態でコリメートレンズ１３０に入射し、該レンズ１３０の作用により平行光に変換される。このときレーザ光２２２（図４のＢ−Ｂ断面）は、図５（Ｂ）の如き強度分布、すなわち輪帯状の強度分布を有し、該分布の状態でスキャンミラー１４０に向かって進行していく。
【００４９】
レーザ光２２２は、スキャンミラー１４０により対物レンズ１５０側に偏向される。術者は、光源装置２００の操作により該ミラーを回動させ、該ミラー１４０によるレーザ光２２２の偏向方向を微調整することができる。術者が光源装置２００に備えられた操作部（不図示）を操作すると、制御部２１０は、該操作に応じた制御信号を駆動部２６０に出力する。駆動部２６０は、入力された制御信号に基づいてスキャンミラー１４０に駆動信号を送信する。スキャンミラー１４０は、受信した駆動信号に基づいて回動し、自己に向かって進行してくるレーザ光２２２をその回動角に応じた方向に偏向する。
【００５０】
対物レンズ１５０は、スキャンミラー１４０側から入射したレーザ光２２２（輪帯状分布を有する平行光）を、捕捉及び操作する対象である対象物１近傍において集光させる。このときレーザ光２２２が集光した位置、すなわち対物レンズ１５０の焦点位置近傍に向かって対象物１を捕捉する力、つまりトラップ力が作用する為、該対象物１は、該焦点位置近傍において捕捉される。また、術者が上述の如き操作（スキャンミラー１４０の回動）を実行すると、該回動に伴い対物レンズ１５０の焦点位置も移動する。このときトラップ力が作用する位置も移動する為、対象物１は、該トラップ力の作用により操作（言い換えると移動）される。
【００５１】
また、対象物１近傍に集光されるレーザ光２２２は、輪帯状分布を有している。上述したように、レーザ光２２２の中心部よりも、該レーザ光２２２の周辺部の方が、対象物１を捕捉する為のトラップ力に効率良く変換される。従って、本実施形態の光ピンセットプローブ１００を利用すると、レーザダイオード２２０の出力が低い場合であっても、大きなトラップ力を発生させることができる。また、本実施形態の光ピンセットプローブ１００によると、従来の光ピンセットの機構と異なり、効率良くトラップ力を発生させる為に特別な光学部品を必要しない。従って、構造の単純化、低コスト化、省スペース化を達成できる。さらに、レーザ光２２２の強度分布をガウシアン分布から輪帯状分布に変換するにあたって、光学部品を高精度に位置決めする必要がない。従って、製造工程を簡略化させ、かつプローブ毎の性能を安定させることができる。
【００５２】
以上が本発明の実施形態である。本発明はこれらの実施形態に限定されるものではなく様々な範囲で変形が可能である。
【００５３】
図６は、別の実施形態の光ピンセットプローブ内部の構成であって、シングルモード光ファイバ１２０ｚの先端部近傍の構成を拡大して示した拡大図である。なお、この実施形態の光ピンセットプローブにおいて、図３から図５に示す上述の実施形態の光ピンセットプローブ１００と同一の構成には、同一の符号を付してここでの詳細な説明は省略する。
【００５４】
図６によると、シングルモード光ファイバ１２０ｚは、コア部１２２ｚと、クラッド部１２４から構成されている。コア部１２２ｚは、円柱状の透明材料からなり、コア部１２２と同様にレーザ光２２２を伝搬させる性質を有している。図６に示すようにコア部１２２ｚは、その先端形状がクラッド部１２４前面よりも後端側に円錐状に窪んでいる。
【００５５】
以下に、別の実施形態の光ピンセットプローブの動作及び作用を説明する。
【００５６】
上述した実施形態の光ピンセットプローブ１００と同様にシングルモード光ファイバ２４０から射出され、シングルモード光ファイバ１２０ｚの後端部に入射したレーザ光２２２は、コア部１２２ｚ内で伝搬され、コア部１２２ｚ先端面により後述の如くその強度分布が変換されてコリメートレンズ１３０に入射する。以下に、コア部１２２ｚ先端面によるレーザ光２２２の強度分布変換について詳説する。
【００５７】
レーザ光２２２は、Ａ−Ａ断面、すなわちシングルモード光ファイバ１２０ｚに入射する前は、上述した実施形態と同様に、図５（Ａ）の如きガウシアン分布を有している。該レーザ光２２２は、ガウシアン分布を有した状態でシングルモード光ファイバ１２０ｚに入射し、強度分布を変えることなくコア部１２２ｚ先端面に向かってコア部１２２ｚ内を伝搬していく。
【００５８】
コア部１２２ｚ先端面に到達したレーザ光２２２の各光線は、コア部１２２ｚ先端面から射出する際にそれぞれ屈折される。このときコア部１２２ｚ先端面は、レーザ光２２２の各光線を、同一の屈折力で光軸Ｏから徐々に離れる方向に屈折させる。従って、コア部１２２ｚ先端面から射出した後、各光線は、光軸Ｏから徐々に離れる方向に進行していき、コリメートレンズ１３０に入射する。このとき各光線は、コリメートレンズ１３０の周辺部のみに入射し、該レンズ１３０の中心部には入射しない。すなわちレーザ光２２２は、コア部１２２ｚ先端面の作用により、その強度分布がガウシアン分布から輪帯状分布に変換される。
【００５９】
コア部１２２ｚ先端面で屈折したレーザ光２２２は、上述の状態でコリメートレンズ１３０に入射し、該レンズ１３０の作用により平行光に変換される。このときレーザ光２２２（図６のＣ−Ｃ断面）は、図７の如き強度分布、すなわち輪帯状の強度分布を有し、該分布の状態でスキャンミラー１４０に向かって進行していく。
【００６０】
別の実施形態の光ピンセットプローブによると、レーザ光２２２を輪帯状分布に変換する手段がクラッド部１２４前面より窪んでいる為、光ピンセットプローブをさらに小型化させることができる。
【００６１】
図８は、さらに別の実施形態の光ピンセットプローブ内部の構成であって、シングルモード光ファイバ１２０ｙの先端部近傍の構成を拡大して示した拡大図である。なお、この実施形態の光ピンセットプローブにおいて、図３から図５に示す上述の実施形態の光ピンセットプローブ１００と同一の構成には、同一の符号を付してここでの詳細な説明は省略する
【００６２】
図８によると、シングルモード光ファイバ１２０ｙは、コア部１２２ｙと、クラッド部１２４と、アパーチャ１２８から構成されている。コア部１２２ｙは、円柱状の透明材料からなり、コア部１２２と同様にレーザ光２２２を伝搬させる性質を有している。図８に示すようにコア部１２２ｙはその先端形状が光軸Ｏと直交する平面形状となっており、該先端面は、クラッド部１２４前面と同一平面上に位置している。また、アパーチャ１２８は、上記先端面上に備えられた遮光部材であり、光軸Ｏを含む領域を遮光している。該アパーチャ１２８は、上記先端面上に、接着された部材であってもよいし、蒸着された金属材であってもよいし、塗布された塗料であってもよい。
【００６３】
以下に、さらに別の実施形態の光ピンセットプローブの動作及び作用を説明する。
【００６４】
上述した実施形態の光ピンセットプローブ１００と同様にシングルモード光ファイバ２４０から射出され、シングルモード光ファイバ１２０ｙの後端部に入射したレーザ光２２２は、コア部１２２ｙ内で伝搬され、コア部１２２ｙ先端面において後述の如くその強度分布が変化してコリメートレンズ１３０に入射する。以下に、コア部１２２ｙ先端面におけるレーザ光２２２の強度分布変化について詳説する。
【００６５】
レーザ光２２２は、Ａ−Ａ断面、すなわちシングルモード光ファイバ１２０ｙに入射する前は、上述した実施形態と同様に、図５（Ａ）の如きガウシアン分布を有している。該レーザ光２２２は、ガウシアン分布を有した状態でシングルモード光ファイバ１２０ｙに入射し、強度分布を変えることなくコア部１２２ｙ先端面に向かってコア部１２２ｙ内を伝搬していく。
【００６６】
コア部１２２ｙ先端面に到達したレーザ光２２２は、コア部１２２ｚ先端面から射出する際にその一部が遮光される。具体的には、このときレーザ光２２２は、光軸Ｏを含む中心部がアパーチャ１２８により遮光され、他の部分（周辺部）は略減衰することなく射出する。すなわちレーザ光２２２は、アパーチャ１２８の作用によりその強度分布がガウシアン分布から輪帯状分布に変換される。このときレーザ光２２２（図８のＤ−Ｄ断面）は、図７に示した輪帯状分布と同様の強度分布を有し、該分布の状態でスキャンミラー１４０に向かって進行していく。
【００６７】
さらに別の実施形態の光ピンセットプローブによると、コア部１２２ｙに特殊な加工（図４のコア先端部１２６、図６のコア部１２２ｚ先端面）を施す必要がない。
【００６８】
なお、アパーチャ１２８は、レーザ光２２２の中心部を遮光する機能を果たすのであれば、レーザダイオード２２０から対物レンズ１５０までの間の光路のいずれ配置されていてもよい。
【００６９】
また、上述した全ての実施形態においてレーザ光２２２を伝搬する光ファイバはシングルモードのファイバであるが、これをマルチモードのファイバに置き換えることも想定できる。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】本発明の実施形態に用いられる内視鏡システムの構成を模式的に示した図である。
【図２】本発明の実施形態に用いられる電子内視鏡先端部を拡大して示した拡大図である。
【図３】本発明の実施形態の光ピンセットプローブ装置の全体構成を示したブロック図である。
【図４】本発明の実施形態の光ピンセットプローブ内部の構成であって、シングルモード光ファイバの先端部近傍の構成を拡大して示した拡大図である。
【図５】本発明の実施形態の光ピンセットプローブ内を進行するレーザ光の光路上の所定のポイントにおけるレーザ光の強度分布を示した強度分布図である。
【図６】別の実施形態の光ピンセットプローブ内部の構成であって、シングルモード光ファイバの先端部近傍の構成を拡大して示した拡大図である。
【図７】別の実施形態の光ピンセットプローブ内を進行するレーザ光の光路上の所定のポイントにおけるレーザ光の強度分布を示した強度分布図である。
【図８】さらに別の実施形態の光ピンセットプローブ内部の構成であって、シングルモード光ファイバの先端部近傍の構成を拡大して示した拡大図である。
【符号の説明】
【００７１】
１０  内視鏡システム
１００  光ピンセットプローブ
１２０  シングルモード光ファイバ
１２２  コア部
１２４  クラッド部
１２６  コア先端部
【図１】
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【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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