(57)【要約】      （修正有）【課題】近接場光による微小スポットの照明光の照射と、更に広い範囲への照明光の照射を切り替えて行う。【解決手段】照明光を導光する導光部４と、該導光部４の先端を被覆し、所定の閾値より高い強度の照明光Ｌを透過し、閾値以下の強度の照明光Ｌの透過を阻止する材質の薄膜からなる透過部材６とを備え、該透過部材６に、該透過部材６を厚さ方向に貫通し、径方向の最大寸法が照明光Ｌの波長より小さい１つ以上の微小開口７が設けられている照射プローブ１を提供する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
照明光を導光する導光部と、
該導光部の先端を被覆し、所定の閾値より高い強度の照明光を透過し、前記閾値以下の強度の照明光の透過を阻止する材質の薄膜からなる透過部材とを備え、
該透過部材に、該透過部材を厚さ方向に貫通し、径方向の最大寸法が前記照明光の波長より小さい１つ以上の微小開口が設けられている照射プローブ。
【請求項２】
前記導光部が導光部材により構成され、
該導光部材の先端面が、先端に向かって漸次先細になるテーパ面を備え、
前記微小開口が前記テーパ面の先端に配置されている請求項１に記載の照射プローブ。
【請求項３】
前記導光部が導光部材により構成され、
該導光部材の先端面が、先端に向かって漸次先細になるテーパ面を備え、
前記微小開口が前記テーパ面に複数配置されている請求項１に記載の照射プローブ。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれかに記載の照射プローブと、
該照射プローブにより前記照明光が照射されることにより被写体から戻る戻り光を検出する光検出部とを備える観察プローブ。
【請求項５】
前記光検出部が、前記導光部の基端側に配置され、
前記透過部材が、前記照明光の照射により被写体から戻る前記照明光とは異なる波長の戻り光を透過する波長特性を有する請求項４に記載の観察プローブ。
【請求項６】
前記被写体から戻る戻り光を受光する受光部の先端が前記導光部の先端に対して半径方向に隣接して配置され、
前記光検出部が、前記受光部の基端側に配置されている請求項４に記載の観察プローブ。
【請求項７】
前記受光部の先端の半径方向外方に全周にわたって前記導光部の先端が配置され、
前記微小開口が、前記受光部の先端を全周にわたって取り囲む環状に形成されている請求項６に記載の観察プローブ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、照射プローブおよび観察プローブに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、照明光を射出する位置に配置された薄膜に微小開口を形成しておき、その微小開口から近接場光（エバネッセント光）を染み出させることにより、自己集光作用によって形成される光スポットより更に小さな光スポットの照明光を被写体に照射する技術が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−１６９０９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１の技術による近接場光の観察では、微小開口近傍の約数十〜数百ｎｍの領域しか観察することができないという不都合がある。内視鏡等の観察装置においては、微小スポットにおける近接場光の観察のみならず、例えば、血中のグルコースや赤血球内のヘモグロビンのようなサイズの大きな対象についての成分濃度測定や血管内壁などを対象にした観察も必要となる。
【０００５】
本発明は上述した事情に鑑みてなされたものであって、近接場光による微小スポットの照明光の照射と、更に広い範囲への照明光の照射を切り替えて行うことができる照射プローブおよび観察プローブを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明は以下の手段を提供する。
本発明は、照明光を導光する導光部と、該導光部の先端を被覆し、所定の閾値より高い強度の照明光を透過し、前記閾値以下の強度の照明光の透過を阻止する材質の薄膜からなる透過部材とを備え、該透過部材に、該透過部材を厚さ方向に貫通し、径方向の最大寸法が前記照明光の波長より小さい１つ以上の微小開口が設けられている照射プローブを提供する。
【０００７】
本発明によれば、導光部を基端側から先端に向かって導光されてきた、所定の閾値より高い強度の照明光は、導光部の先端を被覆するように配置された透過部材を透過して、先端から射出される。一方、所定の閾値以下の強度の照明光は透過部材を透過することができずに遮断されるが、その一部のみが微小開口から染み出すエバネッセント光として導光部の先端から射出される。
【０００８】
すなわち、微小開口の径方向の最大寸法より長い波長の照明光を照射する場合に、照明光の強度を切り替えるだけで、導光部の先端全体からの広い範囲にわたる高強度の照明光を用いた照明と、微小開口近傍に染み出す極めて微小の光スポットの低強度の照明光を用いた照明とを切り替えて行うことができる。
【０００９】
上記発明においては、前記導光部が導光部材からなり、該導光部材の先端面が、先端に向かって漸次先細になるテーパ面を備え、前記微小開口が前記テーパ面の先端に配置されていてもよい。
このようにすることで、透過部材を構成する薄膜の厚さを比較的厚く形成しても、導光部材内を導光される低強度の照明光が、テーパ面の先端まで容易に導光され、先端に配置された微小開口から外部に染み出させることができる。
【００１０】
また、上記発明においては、前記導光部が導光部材からなり、該導光部材の先端面が、先端に向かって漸次先細になるテーパ面を備え、前記微小開口が前記テーパ面に複数配置されていてもよい。
このようにすることで、導光部材の先端面が、導光部材の長手方向に直交する平坦面により構成されている場合と比較して、先端面に備えられたテーパ面により先端面の面積が拡大されており、微小開口を複数設けることにより、エバネッセント光からなる照明光の照射面積を広げることができる。
【００１１】
また、本発明は、上記いずれかの照射プローブと、該照射プローブにより前記照明光が照射されることにより被写体から戻る戻り光を検出する光検出部とを備える観察プローブを提供する。
本発明によれば、照射プローブによって、被写体に２種類の照明光が切り替えて照射され、照射の結果被写体から戻る戻り光が光検出部により検出される。これにより、照明光の強度を切り替えるだけで、被写体に対して２種類の観察を行うことができる。
【００１２】
上記発明においては、前記光検出部が、前記導光部の基端側に配置され、前記透過部材が、前記照明光の照射により被写体から戻る前記照明光とは異なる波長の戻り光を透過する波長特性を有していてもよい。
このようにすることで、照明光を照射することにより被写体から戻る戻り光が、透過部材を透過して導光部内を照明光とは逆方向に導光され、導光部の基端側に配置された光検出部により検出される。照明光を導光する導光部と戻り光を導光する導光部を共通化して細径化することができる。
【００１３】
また、上記発明においては、前記被写体から戻る戻り光を導光する受光部の先端が前記導光部の先端に対して半径方向に隣接して配置され、前記光検出部が、前記受光部の基端側に配置されていてもよい。
このようにすることで、導光部内を導光されてきた照明光が先端から照射されると、照明光が照射された被写体から戻る戻り光は、導光部の先端に隣接する受光部の先端により受光され、受光部内を導光されて、基端側に配置されている光検出部により検出される。これにより、照明光の照射位置近傍において戻り光を検出することができる。
【００１４】
また、上記発明においては、前記受光部の先端の半径方向外方に全周にわたって前記導光部の先端が配置され、前記微小開口が、前記受光部の先端を全周にわたって取り囲む環状に形成されていてもよい。
このようにすることで、半径方向外方の導光部内を導光されてきた照明光が環状の先端から被写体に向けて射出され、被写体からの戻り光は、半径方向の中央の受光部の先端において受光される。導光部の先端と受光部の先端とを同軸に配置することで、スペース効率を向上して細径化することができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、近接場光による微小スポットの照明光の照射と、更に広い範囲への照明光の照射を切り替えて行うことができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一実施形態に係る照射プローブを示す先端部の縦断面図である。
【図２】図１の照射プローブの先端に設けられる透過部材の透過率特性のグラフを示す図である。
【図３】図１の照射プローブにより（ａ）閾値Ｉ０より高強度の照明光、（ｂ）閾値Ｉ０以下の低強度の照明光を被写体に照射する状態を示す縦断面図である。
【図４】図１の照射プローブの第１の変形例を示す縦断面図である。
【図５】図１の照射プローブの第２の変形例を示す縦断面図である。
【図６】図１の照射プローブの第３の変形例を示す縦断面図である。
【図７】図１の照射プローブの第４の変形例を示す縦断面図である。
【図８】図１の照射プローブの第５の変形例を示す縦断面図である。
【図９】図１の照射プローブの第６の変形例を示す縦断面図である。
【図１０】本発明の一実施形態に係る観察プローブを示す先端部の縦断面図である。
【図１１】図１０の観察プローブの第１の適用例を示す縦断面図である。
【図１２】図１０の観察プローブの第２の適用例を示す縦断面図である。
【図１３】図１０の観察プローブの変形例を示す先端側から見た図である。
【図１４】図１０の観察プローブにより（ａ）閾値Ｉ０以下の低強度の照明光、（ｂ）閾値Ｉ０より高強度の照明光を被写体に照射する状態を示す縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明の一実施形態に係る照射プローブ１について、図面を参照して以下に説明する。
本実施形態に係る照射プローブ１は、図１に示されるように、コア２の周りにクラッド３を有する光ファイバ（導光部、導光部材）４と、該光ファイバ４の先端面５を被覆する薄膜からなる透過部材６とを備えている。
【００１８】
光ファイバ４の先端面５は、コア２の半径方向の中央に配置された平坦面５ａと、該平坦面５ａの周囲に先端に向かって先細になるテーパ状に形成されたテーパ面５ｂとを備えている。
透過部材６は、図２に示されるように、所定の閾値Ｉ０より高い高強度の照明光を透過し、閾値Ｉ０以下の低強度の照明光を吸収する過飽和吸収効果を有する材質により構成されている。
【００１９】
透過部材６の材質としては、フタロシアニン誘導体、ナフタロシアニン誘導体、シアニン色素、キノン色素等を挙げることができる。これらの透過部材６は、例えば、５５０ｎより長い波長帯域で吸収効果を有している。また、１５００ｎｍの近赤外域付近で吸収特性を有する材質として、カーボンナノチューブが挙げられる。近赤外光はヘモグロビンや水分子による吸収の影響が少ないため、特に生体計測に適している。
【００２０】
透過部材６は、光ファイバ４の先端面５の内、平坦面５ａを被覆せず、その周囲のテーパ面５ｂ全体を被覆している。これにより、透過部材６には、平坦面５ａに対応する位置に、平坦面５ａと同じ大きさで、透過部材６を厚さ方向に貫通する微小開口７が形成されている。微小開口７の直径寸法は、照明光の波長より小さく設定されている。
【００２１】
図中、符号８は光ファイバ４の基端側に配置され照明光を発生する光源、符号９は、該光源８からの照明光の強度を調節して光ファイバ４に入射させる強度調節部である。
【００２２】
このように構成された本実施形態に係る照射プローブ１の作用について以下に説明する。
本実施形態に係る照射プローブ１を用いて被写体Ａに対して照明光を照射するには、図３に示されるように、照射プローブ１の先端の平坦面５ａを被写体Ａの表面に押し当てて、光ファイバ４の基端側に接続した光源８からの照明光を光ファイバ４に入射させる。
【００２３】
光ファイバ４内を導光されてきた照明光は、コア２の先端面５を被覆している透過部材６に入射される。図２に示されるように、照明光の強度が閾値Ｉ０より高い場合には、透過部材６の透過率が急激に増大するので、図３（ａ）に示されるように、照明光Ｌが透過部材６を透過して、広範囲にわたって被写体Ａに照射される。
【００２４】
一方、照明光の強度が閾値Ｉ０以下の場合には、透過率はほとんどゼロとなって、ほとんどの照明光Ｌは透過部材６に吸収される。透過部材６には、コア２の先端の平坦面５ａに対応する位置に微小開口７が設けられ、該微小開口７の直径寸法は照明光Ｌの波長より小さく設定されているので、照明光Ｌの一部が微小開口７から被写体Ａ側に染み出すことにより、微小開口７近傍のみに局在するエバネッセント光ＬＥが発生する。
【００２５】
このように、本実施形態に係る照射プローブ１によれば、被写体Ａに比較的広範囲にわたって高強度の照明光Ｌを照射したい場合には、強度調節部９により閾値Ｉ０を超える強度に調節された照明光Ｌを光ファイバ４に入射させ、被写体Ａの表面のごく限られた領域に低強度の照明光Ｌを照射したい場合には、強度調節部９により閾値Ｉ０以下の強度に調節された照明光Ｌを光ファイバ４に入射させるだけで済む。すなわち、光ファイバ４に入射させる照明光Ｌの強度を切り替えるだけで、２種類の異なる照明方法で被写体Ａを照射することができるという利点がある。
【００２６】
また、本実施形態に係る照射プローブ１によれば、光ファイバ４のコア２の先端面５に微小開口７に向かって先細になるテーパ面５ｂを設けたので、透過部材６が比較的厚く形成されている場合においても、光ファイバ４内を導光されてきた照明光Ｌを微小開口７まで容易に到達させることができる。また、テーパ面５ｂの先端の平坦面５ａにおいて被写体Ａに密着させるので、光ファイバ４の横断面全体を接触させる場合と比較して接触面積が少なくて済み、安定した密着状態を維持することができるという利点もある。
【００２７】
なお、本実施形態においては、光ファイバ４のコア２のほぼ全体にテーパ面５ｂを設け、コア５の中央に微小開口７を設けることとしたが、これに代えて、図４に示されるように、コア２の一部にテーパ面５ｂを設けてもよい。また、図５に示されるように、複数のテーパ面５ｂを設け、各テーパ面５ｂの先端に配置される複数の微小開口７を設けることにしてもよい。また、透過部材６の膜厚を数十ｎｍ程度に構成できれば、図６に示されるように、テーパ面５ｂを設けずに、１以上の微小開口７を設けることにしてもよい。
【００２８】
また、導光部として光ファイバ４のような導光部材を例示したが、これに限定されるものではなく、図７に示されるように光ファイバ４の先端から射出される光を集光する集光光学系１０の先端面１０ａに１以上の微小開口７を備える透過部材６を配置してもよい。
【００２９】
また、図８に示されるように、光ファイバ４の先端に設けたテーパ面５ｂを被覆する透過部材６に、テーパ面５ｂの部分に多数の微小開口７を設けることにしてもよい。テーパ状に形成することで、光ファイバ４の先端面５の面積が拡大されているので、その位置に多数の微小開口７を設けることにより、低強度の照明光ＬＥも広い範囲に照射することができる。
【００３０】
さらに、図９に示されるように、光ファイバ４のコア２として、透過部材６の外面に接触する被写体（例えば、血液等の流体）Ａの屈折率より低い屈折率を有する材質を使用することにより、透過部材６を透過する照明光Ｌをコア２と被写体Ａとの境界面において広がる方向に屈折させることができ、より広範囲に照明光Ｌを照射することができるという利点がある。例えば、このような構成は、血管壁等にできたプラーク等を対象にした光計測に適している。
【００３１】
次に、本発明の一実施形態に係る観察プローブ２０について、図面を参照して以下に説明する。
本実施形態に係る観察プローブ２０の説明において、図１に示した照射プローブ１と構成を共通とする箇所には同一符号を付して説明を省略する。
【００３２】
本実施形態に係る観察プローブ２０は、透過部材６の材質において図１の照射プローブ１と相違するとともに、図１０に示されるように、観察プローブ２０の基端側に配置され、観察プローブ２０内を伝播して戻る戻り光Ｆを照明光Ｌの光路から分岐するダイクロイックミラー２１と、該ダイクロイックミラー２１により分岐された戻り光Ｆを検出する光検出器２２とを備えている点において、図１の照射プローブ１と相違している。
【００３３】
本実施形態においては、照明光Ｌとしては、被写体Ａ内に存在する蛍光物質を励起する励起光（以下、励起光Ｌとも言う。）が用いられ、蛍光物質が励起されることにより発生する蛍光（以下、蛍光Ｆとも言う。）が戻り光Ｆとして検出される。透過部材６は、励起光Ｌの波長帯域の光については、閾値Ｉ０の前後の強度において透過率が大きく変化するが、被写体Ａにおいて発生する蛍光Ｒの波長帯域（励起光Ｌとは異なる波長帯域）の光については強度に拘わらず透過する特性を有する材質により構成されている。
【００３４】
このように構成された本実施形態に係る観察プローブ２０の作用について、以下に説明する。
本実施形態に係る観察プローブ２０を用いて被写体Ａの蛍光観察を行うには、光源８から発せられた励起光Ｌの強度を強度調節部９によって閾値Ｉ０より大きな強度に調節し、光ファイバ４に入射させる。光ファイバ４内を導光された高強度の励起光Ｌは、光ファイバ４の先端面５を被覆している透過部材６を透過して広範囲にわたり、被写体Ａに照射され被写体Ａ内の蛍光物質を励起する。
【００３５】
蛍光物質が励起されることにより被写体Ａにおいて発生した蛍光Ｆは、全方向に発せられるが、その一部が透過部材６に入射する。透過部材６は、蛍光Ｆの波長帯域の光については透過する波長特性を有しているので、蛍光Ｆは透過部材６を透過して光ファイバ４のコア２内に入射し、コア２内を励起光Ｌとは逆方向に導光される。そして、蛍光Ｆは、光ファイバ４の基端側において、ダイクロイックミラー２１によって励起光Ｌの光路から分岐され、光検出器２２により検出される。
【００３６】
一方、光源８から発せられた励起光Ｌの強度を強度調節部９によって閾値Ｉ０以下の強度に調節して光ファイバ４に入射させると、光ファイバ４内を導光された低強度の励起光Ｌは、光ファイバ４の先端面５を被覆している透過部材６を透過することができずに吸収される。そして、励起光Ｌの一部が、透過部材６に設けられた微小開口７から被写体Ａ側に染み出して、エバネッセント光ＬＥが被写体Ａの表面近傍のみに照射される。
【００３７】
これにより、被写体Ａの表面近傍に存在している蛍光物質が励起されることによって蛍光Ｆが発生する。発生した蛍光Ｆは、全方向に発せられるが、その一部が透過部材６に入射する。透過部材６は、蛍光Ｆの波長帯域の光については、その強度に拘わらず透過する波長特性を有しているので、蛍光Ｆは透過部材６を透過して光ファイバ４のコア２内に入射し、コア２内を励起光Ｌとは逆方向に導光される。そして、光ファイバ４の基端側において、ダイクロイックミラー２１によって励起光Ｌの光路から分岐され、光検出器２２により検出される。
【００３８】
このように、本実施形態に係る観察プローブ２０によれば、励起光Ｌの強度を切り替えて照射するだけで、２種類の異なる観察方法により被写体Ａを観察することができるという利点がある。この場合において、本実施形態によれば、励起光Ｌを導光するための光ファイバ４と蛍光Ｆを導光するための光ファイバ４とを共通化しているので、極めて細径に構成することができるという利点がある。
【００３９】
なお、本実施形態においては導光部として単一の光ファイバ４を例示したが、これに代えて、図１１に示されるように、血管内カテーテル２３の先端に透過部材６（図中、微小開口７は図示を省略している。）を配置したものを採用してもよい。また、図１２に示されるように、内視鏡２４の挿入部２４ａに設けられた光測定部として本実施形態に係る観察プローブ２０を用いることにしてもよい。図中、符号２５は、より広範囲な観察を行うための照明光を導光するライトガイド、符号２６は、通常観察用のＣＣＤ等の撮像素子、符号２７は、蛍光観察用のＣＣＤ等の撮像素子である。
【００４０】
また、本実施形態に係る観察プローブ２０においては、透過部材６の材質を設定することにより、励起光Ｌと蛍光Ｆの導光部材としての光ファイバ４を共通化したが、これに代えて、図１３および図１４に示されるように、励起光Ｌを導光するコア２の中心に、蛍光Ｆを導光するコア（受光部）２８を配置し、そのコア２８の先端面２８ａの半径方向外方に先端面２８ａを取り囲む円環状の微小開口７を設けることにしてもよい。
【００４１】
このように構成することで、図１４（ａ）に示されるように、閾値Ｉ０以下の強度を有する励起光Ｌを照射すると、低強度の励起光Ｌは透過部材６により遮断される一方、円環状の微小開口７から染み出して被写体Ａの表面のみに局所的にエバネッセント光ＬＥが照射される。そして、エバネッセント光ＬＥの照射により被写体Ａの表面において発生した蛍光Ｆは、微小開口７の半径方向内方に配置されているコア２８の先端面２８ａに入射してコア２８内を基端側に導光され、基端側に配置されている光検出器２２により検出される。
【００４２】
また、図１４（ｂ）に示されるように、閾値Ｉ０より大きい強度を有する励起光Ｌを照射すると、高強度の励起光Ｌは透過部材６を透過して、被写体Ａに対して広範囲に照射される。そして、広範囲において発生した蛍光Ｆがコア２の半径方向内方に配置されているコア２８の先端面２８ａに入射してコア２８内を基端側に導光され、基端側に配置されている光検出器２２により検出される。
【００４３】
励起光Ｌを導光するコア２と蛍光Ｆを導光するコア２８とを同軸に配置して、円環状の微小開口７を構成することにより、空間を有効に利用して細径の観察プローブ２０を構成することができるという利点がある。また、蛍光Ｆを受光するコア２８の周囲に全周にわたってエバネッセント光ＬＥを射出する微小開口７を設けたので、被写体Ａにおいて発生した蛍光を効率よく捉えることができる。
【符号の説明】
【００４４】
Ａ  被写体
Ｆ  蛍光（戻り光）
Ｉ０  閾値
Ｌ  照明光、励起光（照明光）
１  照射プローブ
４  光ファイバ（導光部、導光部材）
５  先端面
５ｂ  テーパ面
６  透過部材
７  微小開口
２０  観察プローブ
２２  光検出部
２８  コア（受光部）
２８ａ  先端面（先端）
【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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【図９】
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【図１０】
2012187274.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
2012187274.tif 000014
【図１３】
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【図１４】
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