(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の光学開口を有するファイバでない光学素子、
第１及び第２の端部を有する内視鏡検査プローブであって、該プローブの長さ方向に沿って光を伝搬するよう構成された複合ＧＲＩＮレンズからなり、該複合ＧＲＩＮレンズが中継ＧＲＩＮレンズ及び該中継ＧＲＩＮレンズに直列に結合された対物ＧＲＩＮレンズを含み、該対物ＧＲＩＮレンズが該中継ＧＲＩＮレンズよりも短いピッチを有し、該第１の端部が該第１の光学開口からの光を受けるように配置されている内視鏡検査プローブ、及び
サンプル内の光によって発生した多光子吸収事象に応答して該第１の端部から発せられる光の特性値を測定するように構成され、出力信号を該サンプルの多光子結像のために生成するよう構成された検出器
を含む装置。
【請求項２】
該複合ＧＲＩＮレンズが長さ１センチメートルまたはそれよりも長い請求項１に記載の装置。
【請求項３】
該複合ＧＲＩＮレンズがさらに、
該中継ＧＲＩＮレンズの反対側の端部に該対物ＧＲＩＮレンズのように直列に結合された結合ＧＲＩＮレンズからなり、
該結合ＧＲＩＮレンズが該中継ＧＲＩＮレンズよりも短いピッチを有する請求項１に記載の装置。
【請求項４】
該対物ＧＲＩＮレンズのピッチが該中継ＧＲＩＮレンズのピッチよりも少なくとも５倍短い請求項３に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本出願は２００１年８月８日出願の米国仮出願第６０／３１０９１７号の特典を主張するものである。
【０００２】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光学的内視鏡検査法に関する。
【０００３】
【従来の技術】
多光子結像法はサンプルの非線形の光学特性を利用してサンプルの画像を作り出す。多光子結像法の１つのタイプは、光を走査させることでサンプル中で二光子吸収が生じる結果としてサンプルの一部に蛍光を生じさせる二光子蛍光顕微鏡法である。その他のタイプの多光子結像法は他の多光子過程、例えば三光子蛍光、第二または第三調波発生、およびラマン吸収を使用して画像を作り出す。これらの多光子法はサンプルの走査画像の作成を可能にする。
【０００４】
非線形光学特性に基づいた結像技術はいくつかの共通した特徴を有する。１つの共通特徴は作成される画像がサンプルの化学組成によって決まることである。したがって、その画像はサンプルの化学組成に関するデータ、すなわち線形光学処理に基づく結像技術を通して入手することのできないデータの抽出を可能にする。また別の共通特徴は線形光学処理に基づく結像技術よりも低いエネルギーの光子を使用することである。非線形の光学的処理のために複数の光子が励起エネルギーを供給するので、より低いエネルギーの光子が使用される。低エネルギーの光子は、生物学的組織のような稠密なサンプル媒体中を通常はより一層透過する長波長を有する。また別の共通特徴は線形光学処理に基づく結像技術で使用されるよりも小さな光学断面を有することである。小さな光学断面は、普通、線形光学処理に基づく結像技術よりも高い照射強度を必要とする。高い照射強度のために、非線形光学結像システムは、通常、超高速パルス・レーザ、例えばフェムト秒パルスまたはピコ秒パルス・レーザに依存する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
そのような超高速パルス・レーザ源から入るパルスは結像装置内で生じる分散および非線形光学処理による劣化に弱い。分散および非線形光学処理は光学パルスの一時的でスペクトル性の変化を生じる。これらの劣化効果はサンプル中で多光子を発生させるパルスの性能を低下させる。分散は前もって補償することはできるが、非線形光学処理は、普通、事前の補償の対象にならない。その理由で、非線形光学処理は多光子結像技術と対立し、多光子結像法で光学的内視鏡を使用することを妨げてきた。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
単一モードの光ファイバでの非線形光学処理による劣化は多光子結像法での光学パルスの使用を妨げるものである。そのような劣化を回避するために、プローブの様々な実施形態ではグレーデッドインデックス（ＧＲＩＮ）のレンズ、すなわち半径方向に屈折率の勾配を有するレンズを使用してサンプルに照射光を供給する。ＧＲＩＮレンズは単一モード光ファイバよりも大きな芯径を有する。ＧＲＩＮレンズの大きな芯径は光強度を低下させ、それによって非線形光学処理のための断面は単一モード光ファイバまたは単一モード・ファイバのアレーに基づくプローブのそれと同じ大きさでなくなる。
【０００７】
一態様では、本発明は光学素子、ＧＲＩＮレンズ、および検出器を含む装置を特徴とする。この光学素子は第１の光学開口を有する。ＧＲＩＮレンズは第１および第２の端部を有する。ＧＲＩＮレンズの第１の端部は第１の光学開口から入る光を受けるように配置される。検出器は、ＧＲＩＮレンズの第２の端部からの光で照射されるサンプル内に多光子吸収が生じるのに応答して、ＧＲＩＮレンズの第１の端部から発せられる光の特性値を計測するように構成される。
【０００８】
いくつかの実施形態は長いＧＲＩＮレンズ、すなわち１センチメートルよりも長いものを使用する。これらのＧＲＩＮレンズはサンプルの外側に位置する端面で照射光を受け、サンプルの表面より下に深く入った第２の端面から光を発射するのに充分なほど長い。
【０００９】
また別の態様では、本発明はサンプルの領域を走査するための方法を特徴とする。この方法は、サンプルの領域近辺へのＧＲＩＮレンズの第１の端面の位置決め、ＧＲＩＮレンズの第２の端面への光の伝播、第２の端面上の光の入射位置または角度の走査を含む。この走査および伝播は一緒に実行されてサンプルの領域の走査を生じる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
様々な実施形態がサンプルまたは身体に挿入するために設計されたプローブ、すなわち内視鏡検査プローブを含む。内視鏡検査プローブはサンプルを照射および走査するのに使用する光を輸送し、サンプルが発する光を収集する。この発光はサンプルの部分の走査画像を作成するのに使用される。
【００１１】
図１ＡはＧＲＩＮレンズ４に基づく内視鏡検査プローブ２を示す。ＧＲＩＮレンズ４はサンプル１０の内部にレーザ光パルスを供給する。レーザ光パルスはサンプル１０の走査多光子画像を作成するための照明を提供する。ＧＲＩＮレンズ４は円筒断面と半径方向に勾配のついた屈折率プロファイルを有する。例示的なＧＲＩＮレンズ４は約０．１２５ミリメートル（ｍｍ）から約３ｍｍまでの範囲の直径を有する円筒レンズと光学ＧＲＩＮファイバを含む。
【００１２】
ＧＲＩＮレンズ４は、その半径方向の変化が内部を伝播する光線５を曲げるような屈折率プロファイルを有する。例示的な屈折率プロファイルは、ＧＲＩＮレンズ４の軸からの距離に依存して放物線または双曲線状割線を有する。ＧＲＩＮレンズ４の内側で、光線５はＧＲＩＮレンズの中心軸についてほぼ正弦波形の径路をたどる。
【００１３】
ここで、ＧＲＩＮレンズのピッチ長さは、ＧＲＩＮレンズ内の光線軌道の全区間でレンズ軸に沿って測定したレンズ長さを称する。ピッチ長さ１のＧＲＩＮレンズでは、光ビームの直径はレンズを通って伝播する間で２回の全振動を経験する。ＧＲＩＮレンズについては、ピッチは光ビームの幅に２回の全振動を生じるレンズ材料の長さであり、それゆえにピッチ長さはピッチの単位での長さである。もしも第１のＧＲＩＮレンズが第２のＧＲＩＮレンズよりも短いピッチ長さを有する場合、第１のＧＲＩＮレンズは第２のＧＲＩＮレンズよりも強く光線を曲げる。
【００１４】
様々な内視鏡検査プローブがＧＲＩＮレンズの伝播および収束特性を使用して輸送光パルスへの不要な非線形効果を低減させる。特に、ＧＲＩＮレンズ内での光ビームの直径の正弦波形変化は、光強度が少なくとも光線径路の部分に沿って、すなわちＧＲＩＮレンズの中心軸から離れた径路部分に沿って低くなっていくことを意味する。非線形の影響は高い光強度を必要とするので、そのような影響はＧＲＩＮレンズでは単一モード光ファイバでよりも起こりにくいものであり、なぜならＧＲＩＮレンズ内の光線径路の一部が通常は光強度の弱い領域にあるからである。この理由のため、非線形の影響は、同じ長さの単一モード光ファイバにおいてよりも少ない変化しかＧＲＩＮレンズ内のパルス波形に生じさせない。
【００１５】
内視鏡検査プローブ２を使用するために、照明光ビーム３がＧＲＩＮレンズ４に収束される。照明光ビーム３はサンプル１０の外部にあるＧＲＩＮレンズ４の端面上または付近で焦点のくびれ部分６を形成する。ＧＲＩＮレンズ４は、内視鏡検査プローブがＧＲＩＮレンズ４の他方の端面付近で第２の焦点くびれ部分８を形成するビーム３’を発するように、１／２ピッチよりもわずかに短い長さを有する。第２の焦点くびれ部分８はサンプル１０の表面よりも下で、ＧＲＩＮレンズ４の端面から距離ｆのところに位置する。距離ｆは多光子結像の間で走査される焦点面からのＧＲＩＮレンズ４の端面の距離を規定する。
【００１６】
ＧＲＩＮレンズ４によって照明されるのに応答して、サンプルのスポットが光を発射する。この発光の一部はＧＲＩＮレンズ４によって収集され、その光が２色性平板７に供給される。２色性平板７は照明光を透過させてサンプル１０による発光を反射する。したがって、２色性平板７はＧＲＩＮレンズ４がサンプル１０から収集した光を外部の光学検出器９へと方向転換させる。検出器９は収集された発光の光学特性、例えば強度または位相を計測する。測定された特性はサンプル１０の発光部分の走査画像を作成するためのデータを供給する。
【００１７】
多光子吸収は高い光強度を必要とするので、光強度の弱い領域ではそのような出来事は起こりにくい。内視鏡検査プローブ２については、焦点くびれ部分６、８、すなわち相対光強度の高い領域から離れたサンプル１０の領域で多光子の事象が起こることは殆どない。こうして、多光子吸収はサンプル１０の焦点スポットに位置する部分からの発光を引き起こす。焦点スポットで、ビームはくびれｗ、およびレイリー範囲ｚを有する。ｗおよびｚの量は多光子結像法でそれぞれ横方向および深さ方向の解像度を決定する。
【００１８】
例示的なＧＲＩＮレンズ４は１／２ピッチよりも短いかまたは等しい長さＬを有する。長さＬは図１Ａの内視鏡検査プローブ２がサンプル１０に挿入され得る深さを決定する。通常の１／２ピッチのレンズは約５００ミクロンから５センチメートルまでの範囲の値の長さＬを有する。Ｌは１センチメートルまたはそれ以上であることが好ましい。
【００１９】
ピッチ長さが１／２よりも短いＧＲＩＮレンズは、ビーム収束のせいで光強度が相対的に高くなる内部焦点くびれを持たない。したがって、１／２よりも短いピッチのＧＲＩＮレンズは内部光強度が低いままであり、ＧＲＩＮレンズ内側での不本意な非線形の影響を低減させる。さもなければ、そのような影響はＧＲＩＮレンズによって伝播される光学パルスの品質を劣化させ、したがって、多光子走査のためのそのようなパルスの品質を劣化させる。
【００２０】
いくつかの内視鏡検査プローブは１／２よりも長いピッチを備えたＧＲＩＮレンズを使用する。これらの内視鏡検査プローブはサンプル表面の下のより深くに位置する領域を画像化することが可能であり、なぜならＧＲＩＮレンズの供給する照明光がさらに長いからである。しかし、長いＧＲＩＮレンズは少なくとも１つの内部焦点くびれをもまた有し、すなわちＧＲＩＮレンズの内側に有する内部焦点くびれで、相対的に増大した光強度に起因して多光子の事象がさらに生じ易くなる。それでもやはり、光強度はＧＲＩＮレンズ内の内部焦点くびれ部分でしか高くならないので、同じ長さの単一モード光ファイバの場合よりも非線形の影響が引き起こすパルスの劣化は長いＧＲＩＮレンズでは少ない。単一モード光ファイバでは光強度はファイバの全長に沿って高い。単一モード光ファイバでなくてＧＲＩＮレンズを使用することは走査対象のサンプル１０にパルスを供給している間の照明パルスの広がりを減少させる。
【００２１】
長いＧＲＩＮレンズは自己位相変調のような不本意な非線形の影響のわずかな増大を生じるが、長いＧＲＩＮレンズはさらに長い内視鏡検査プローブの作製を可能にする。例示的なＧＲＩＮレンズは、非線形処理を通して短い光学パルスの重大な劣化を伴なわずに３０から２００ミリメートルの長さの内視鏡を作り出す。多光子の影響がＧＲＩＮレンズの短い焦点くびれ領域に限定されるので、低い劣化しか生じない。
【００２２】
図１Ｂは約０．７５から約１の間のピッチ長さを備えたＧＲＩＮレンズ４’に基づいた長めの内視鏡検査プローブ２’を示している。このＧＲＩＮレンズ４’は円筒状ＧＲＩＮレンズまたはＧＲＩＮ光ファイバのいずれかである。ＧＲＩＮレンズ４’は内部焦点くびれ部１１およびサンプル１０内に位置する外部焦点くびれ部８’を有する。ＧＲＩＮレンズ４’は図１ＡのＧＲＩＮレンズ４よりも長いので、ＧＲＩＮレンズ４’は光学パルスの一層の色度分散を生じる。この色度分散は当業者に知られている事前の補償技術によって低減することができる。
【００２３】
ＧＲＩＮレンズでは、ビーム直径の振動的変化はＧＲＩＮの長さと共に減衰する。したがって焦点収束性能はＧＲＩＮレンズの長さが増すにつれて劣化する。そのような劣化を低減するために、いくつかの内視鏡検査プローブは弱めのＧＲＩＮレンズ、すなわち長いピッチ、例えば約１ミリメートルと１デシメートルの間のピッチを備えたＧＲＩＮレンズを使用する。弱めのＧＲＩＮレンズに基づいた内視鏡検査プローブは長くすることができ、それでもＧＲＩＮレンズのわずか数倍のピッチでしかない長さを有する。そのような内視鏡検査プローブはパルス劣化が生じる２、３箇所の内部焦点くびれ部を含む。それでもやはり、これらの弱めのＧＲＩＮレンズもまた長いレイリー範囲および焦点深度を有する。長い焦点深度とレイリー範囲は外部焦点くびれ部で達成可能な最大光強度および画像の深度選択性、すなわち光学的に区分化した画像を作る性能を低下させる。長い焦点深度はまた、ＧＲＩＮレンズの端部に近い、すなわち数百ミクロン以内にあるサンプルの領域の画像化にとっても望ましくない。
【００２４】
図１Ｃは弱めのＧＲＩＮレンズに付随する問題のいくつかを克服するために複合ＧＲＩＮレンズを使用する内視鏡検査プローブ２”を示している。複合ＧＲＩＮレンズは中継ＧＲＩＮレンズ１４、すなわち弱めのＧＲＩＮレンズ、および対物ＧＲＩＮレンズ１６、すなわち比較的強めのＧＲＩＮレンズを直列に組み合わせる。中継および対物ＧＲＩＮレンズ１４、１６は円筒状ＧＲＩＮレンズまたはＧＲＩＮ光ファイバである。中継ＧＲＩＮレンズ１４は対物ＧＲＩＮレンズ１６よりも長い、例えば５倍以上長いピッチを有する。対物ＧＲＩＮレンズ１６は中継ＧＲＩＮレンズよりも強めであり、短めの焦点距離ｆ’を有しており、例えばｆ’≦１ｍｍである。中継ＧＲＩＮレンズ１４はやはり対物ＧＲＩＮレンズ１６よりも内視鏡検査プローブ２”の長い部分を形成する。例示的な中継ＧＲＩＮレンズ１４は少なくとも０．５ｃｍの長さであり、好ましくは少なくとも１から５ｃｍまたはそれ以上、またはもっと長くて例えば５から１００ｃｍの長さである。
【００２５】
データ収集の間で、対物ＧＲＩＮレンズ１６はサンプル１０の表面の下に配置される。対物ＧＲＩＮレンズ１６は顕微鏡の対物レンズと同様の方式で焦点くびれ部８”で照明光を収束させる。対物ＧＲＩＮレンズ１６は小さい外部焦点くびれｗ’および小さな焦点深度２ｚ’を生じ、すなわちｗ’と２ｚ’はそれぞれ約１ミクロンおよび約３ミクロンよりも小さい。小さいｗ’と２ｚ’の値は焦点くびれ部８”で高い照明強度、すなわち多光子結像と深さ方向区分化にとって充分に高い強度を生み出す。
【００２６】
対物ＧＲＩＮレンズ１６は中継ＧＲＩＮレンズ１４よりも強めであるので、対物ＧＲＩＮレンズ１６は中継ＧＲＩＮレンズ１４よりも高い開口数を有する。したがって、対物ＧＲＩＮレンズ１６によって収集された光のいくぶんかは中継ＧＲＩＮレンズ１４に伝播することができない。特に、中継ＧＲＩＮレンズ１４の受光角度よりも界面１７に対して直角のベクトルと大きな角度をなす収集光はその中に伝播しない。励起光については逆のことが言える、すなわち中継レンズ１４から供給される光は対物レンズ１６の受光コーンを満たすことがないであろう。こうして、対物ＧＲＩＮレンズ１６の開口数は内視鏡検査プローブ２”のための最大画像解像度をそれ自体で固定することはない。
【００２７】
図１Ｄは、外部光源への結合が中継ＧＲＩＮレンズ１４の特性によって有意に制限されることのない内視鏡検査プローブ２”’を示している。この内視鏡検査プローブ２”’は中継ＧＲＩＮレンズ１４’を結合ＧＲＩＮレンズ１５’と対物ＧＲＩＮレンズ１６’に直列に組み合わせている。結合および対物ＧＲＩＮレンズ１５’、１６’は中継ＧＲＩＮレンズ１４’よりも大きな開口数を有する。それでもやはり、結合または対物ＧＲＩＮレンズ１５’、１６’で集められた光は、界面１９’、１７’で光が視準されるので、中継ＧＲＩＮレンズ１６との界面１９’、１７’で有意に損失されることはない。界面１７’、１９’に入射する光を視準するために、界面１７’および界面１９’はそれぞれ焦点くびれ部８”および焦点くびれ部６に対してフーリエ共役となるように構成される。光は界面１７’、１９’で視準されるので、結合および対物ＧＲＩＮレンズ１５’、１６’によって集められる光の全体のコーンが中継ＧＲＩＮレンズ１４’に伝播する。この理由のため、対物ＧＲＩＮレンズ１６’の開口数が単独で画像の解像度を決定する。同様に、結合ＧＲＩＮレンズ１５’の開口数が単独で内視鏡検査プローブ２”’と外部パルス・レーザ源（図示せず）との間の結合効率を決定する。特に、結合ＧＲＩＮレンズ１５’の開口数は、より大きい開口数のレンズがパルス・レーザ源からの光ビームを内視鏡検査プローブ２”’の端面に収束させるときでさえ、有意の挿入損失が生じないように選択することができる。
【００２８】
いくつかの内視鏡検査プローブはサンプルの領域をプローブに対して横方向に走査する。
【００２９】
図１Ｅは、プローブ２ＩＶに対して横方向にサンプル１０の部分を走査する内視鏡検査プローブ２ＩＶを示している。プローブ２ＩＶは中継ＧＲＩＮレンズ１８、対物ＧＲＩＮレンズ２０、および光学プリズム２２を含む。光学プリズム２２は内視鏡検査プローブ２ＩＶの中心軸に対して或る角度で配向する面２３を有する。例示的な面角度は約１５度から約７５度までの範囲である。面２３の角度付けは、プリズム２２が照明ビームを内視鏡検査プローブ２ＩＶの軸に対して或る角度で方向転換させる原因となり、それによってサンプル１０の横方向部分を照射する。プリズム２２もまた、サンプル１０の同じ横方向領域から発せられる光を集める。プローブ２ＩＶをその軸に関して回転させることにより、操作者は内視鏡検査プローブ２ＩＶによって照明および結像されるサンプル１０の横方向領域を変えることができる、すなわちビームのくびれ部８ＩＶの横方向位置を変えることによって可能となる。
【００３０】
多光子結像システムは画像データを獲得するためにサンプルの領域を走査するので、これらの結像システムは画像化されるサンプルの領域にわたって照明スポットを走査する。
【００３１】
図２Ａおよび２Ｂは単純なＧＲＩＮレンズ、すなわち図１Ａおよび１Ｂのプローブ２、２’に基づいた内視鏡検査プローブでサンプルを走査する方法を描いている。当業者にとって、これらの方法を図１Ｃ、１Ｄ、および１Ｅの内視鏡検査プローブ２”、２”’、２ＩＶでサンプルの走査を可能にするために適用するのは明白であろう。
【００３２】
図２Ａでは、収束された光ビームがＧＲＩＮレンズ４Ｖの外部端面を走査する。外部端面上の各々の光のスポット６ＩＶ、６Ｖから、ＧＲＩＮレンズ４Ｖはサンプル１０の平面１２Ｖで光の第２の焦点収束スポット８ＩＶ、８Ｖを作り出す。したがって、ＧＲＩＮレンズ４Ｖの外部端面を走査すると、サンプル１０の平面１２Ｖでの部分の走査が生じる。例示的なＧＲＩＮレンズ４Ｖは１／４から１／２モジュロ半整数の範囲の合計ピッチを有する。ＧＲＩＮレンズ４Ｖの開口数は、多光子過程を励起する光が外部端面で損失しないように、外部端面に入射する光のコーン全体を受光するのに充分なほど大きくなければならない。
【００３３】
解像度を維持するための結合レンズの必要性を回避する別の走査方法が図２Ｂに示されている。図２Ｂでは、ＧＲＩＮレンズ４ＶＩの外面上での視準照明ビーム３ＶＩ、３ＶＩＩの入射角度のピボット旋回が走査を生じる。準照明ビーム３ＶＩ、３ＶＩＩの入射配向の方向１８と１８’との間のピボット旋回は、焦点収束されたスポットがＧＲＩＮレンズ４ＶＩの焦点面１２ＶＩ上で点８ＶＩから点８ＶＩＩまでサンプル１０を走査するきっかけとなる。照明光ビームがＧＲＩＮレンズ４ＶＩの外面に当たる面積は走査を生じるピボット旋回動作の間でほぼ一定のままである。例示的なＧＲＩＮレンズ４ＶＩは０から１／４モジュロ半整数の範囲のピッチ長さを有する。
【００３４】
図３は二光子吸収を使用してサンプル４０の一部分の走査画像を作成する走査システム１９を示している。この走査システム１９はサンプル４０で二光子吸収を生じるのに必要とされる高い強度の光学パルスを供給するパルス・レーザ２０を含む。例示的なパルス・レーザ２０はフェムト秒またはピコ秒パルス長を発生する超高速パルスＴｉサファイヤ・レーザである。パルス・レーザ２０は色度分散を事前に補償するコンペンセータ２２に光学パルスを送信する。コンペンセータ２２は事前に補償をかけた光学パルスを光学供給システムに送り、これが内視鏡検査プローブ３８にそのパルスを送信する。この内視鏡検査プローブ３８は中継ＧＲＩＮレンズ３７および対物ＧＲＩＮレンズ３９を含み、例えば図１Ｃの内視鏡検査プローブ２”である。内視鏡検査プローブ３８は高い強度の光学パルスを走査対象のサンプル４０の部分に供給する。
【００３５】
コンペンセータ２２は一対のブルースター角プリズム２４、２６、反射器２７、およびピックオフ・ミラー２８を含む。コンペンセータ２２は、光が各々のプリズム２４、２６を２回通過するダブル・パス装置として機能する。ピックオフ・ミラー２８はコンペンセータ２２から入る事前に補償されたパルスのビームの一部を方向転換させ、光学供給システムにビームの方向転換部分を送る。
【００３６】
光学供給システムは一対のｘ方向とｙ方向のビーム偏向器３０、レンズ３２、３４の望遠鏡状の対、２色性ミラー４２、および挿入レンズ３６を含む。
【００３７】
例示的なｘ，ｙ方向ビーム偏向器３０は検流計で制御されるミラー、音響光学偏向器、および電気光学偏向器を含む。ｘ方向およびｙ方向のビーム偏向器３０は直角の横方向にビームを操縦し、それによってサンプル４０の部分の二次元走査を生じる。プログラム可能なコンピュータ５０はビーム偏向器３０により発生されるｘ方向およびｙ方向のビーム偏向を制御する。したがって、コンピュータ５０はビーム方向に対して横方向にサンプル走査を制御する。
【００３８】
ビーム偏向器３０から、光学パルスは拡幅照明ビーム３５を生み出すためにビーム直径を拡大するレンズ３２、３４の望遠鏡状の対を通過する。拡幅ビーム３５は２色性ミラー４２を通過し、挿入レンズ３６、すなわち高開口数レンズに伝播される。拡幅ビーム３５の直径は挿入レンズ３６の入射瞳と一致する。挿入レンズ３６は拡幅照明ビーム３５を内視鏡検査プローブ３８の外部端面上または近辺でスポットに焦点収束させる。
【００３９】
結像システム１９は内視鏡検査プローブ３８とサンプル４０の表面との間の距離、および挿入レンズ３６と内視鏡検査プローブ３８との間の距離を独立して調節することを可能にする二焦点メカニズム（図示せず）を有する。二焦点メカニズムは内視鏡検査プローブ３８自体を移動させることを必要としないでサンプル４０内のプローブ焦点面の深さの微調整を可能にする。
【００４０】
サンプル４０の部分は二光子吸収事象に応答して光を発する。内視鏡検査プローブ３８がこの発光の一部を再度収集し、挿入レンズ３６に収集した光を供給する。挿入レンズから、２色性ミラー４２が収集光を色度フィルタ４４へと方向転換させる。色度フィルタ４４はサンプル４０の放射スペクトルの外側にある波長を除去し、残りの光を収束レンズ４６に供給する。収束レンズ４６はこの残りの光を光強度検出器４８、例えば光増倍管またはアバランシェ・フォトダイオードに焦点収束させる。光強度検出器４８は受けた光の強度を示す電気信号を発生し、この電気信号をコンピュータ５０、すなわちデータ・プロセッサおよびコントローラに送信する。コンピュータ５０は光強度検出器４８からの強度データおよび照明ビーム３５のｘとｙ偏向のデータを使用してサンプル４０の走査画像を作成する。
【００４１】
図４は、図３のシステム１９でサンプル４０を画像化するための走査方法６０を描いたフローチャートである。方法６０はサンプル４０内に内視鏡検査プローブ３８の第１の端部を位置決めするステップを有する（ステップ６２）。方法６０はまた、パルス・レーザ２０から入る光、すなわちパルスを挿入レンズ３６および内視鏡検査プローブ３８の第２の端部に伝播させるステップをも有する（ステップ６４）。この伝播ステップは中継ＧＲＩＮレンズ３７の外部端面上での光の焦点収束、対物ＧＲＩＮレンズ３８への光の供給、および対物ＧＲＩＮレンズ３８の第２の端面からの光の発射を含む。この第２の端面はサンプル４０の内側に位置する。
【００４２】
方法６０はまた、中継ＧＲＩＮレンズ３７の外部端面上でレーザ光ビームの入射角度または入射位置のいずれかを走査するステップをも含む（ステップ６６）。入射レーザ光ビームを走査すると、対物ＧＲＩＮレンズ３９の第２の端面から発射される光によるサンプル４０の空間領域の走査が生じる。
【００４３】
方法６０はまた、走査されるのに応答してサンプル４０が発する光を同じ内視鏡検査プローブ３８で受けるステップをも含む（ステップ６８）。場合によってはある実施形態では、サンプル４０によって発せられる光が第２の光学的導管、例えば単一モード光ファイバや第２のＧＲＩＮレンズ（両方とも図示せず）によって収集される。方法６０はまた、内視鏡検査プローブ３８によって収集した光の強度または位相を光検出器４８内で測定するステップをも含む（ステップ７０）。光検出器４８は二光子吸収事象に応答してサンプル４０により発せられる光の特性、すなわちパルス・レーザ２０のそれよりも短い波長を有する光の特性を測定する。方法６０はまた、この発光の測定光学特性および走査サンプル領域の横方向座標からサンプル４０の走査画像、例えば強度走査画像を作成するステップをも含む（ステップ７２）。
【００４４】
この開示、図面、および特許請求範囲から、当業者にとっては本発明のその他の実施形態は明らかであろう。
【図面の簡単な説明】
【図１Ａ】１／２ピッチよりも短い長さのＧＲＩＮレンズを備えた内視鏡検査プローブの断面図である。
【図１Ｂ】１／２ピッチよりも長い長さのＧＲＩＮレンズを備えた内視鏡検査プローブの断面図である。
【図１Ｃ】複合ＧＲＩＮレンズを備えた内視鏡検査プローブの断面図である。
【図１Ｄ】複合ＧＲＩＮレンズを備えたまた別の内視鏡検査プローブの断面図である。
【図１Ｅ】複合ＧＲＩＮレンズとプリズムを備えた内視鏡検査プローブの断面図である。
【図２Ａ】内視鏡検査プローブの一方の面での入射光走査がどのようにしてサンプル内に位置する焦点面の走査を生じるかを示す図である。
【図２Ｂ】内視鏡検査プローブの一方の面での入射光の方向のピボット旋回がどのようにしてサンプル内に位置する焦点面の走査を生じるかを示す図である。
【図３】多光子内視鏡結像システムのブロック図である。
【図４】図３のシステムでサンプルを画像化するための方法を描いたフローチャート図である。
【図１Ａ】
0004149761.tif 000002
【図１Ｂ】
0004149761.tif 000003
【図１Ｃ】
0004149761.tif 000004
【図１Ｄ】
0004149761.tif 000005
【図１Ｅ】
0004149761.tif 000006
【図２Ａ】
0004149761.tif 000007
【図２Ｂ】
0004149761.tif 000008
【図３】
0004149761.tif 000009
【図４】
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