(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
波長０．９μｍにおいて、カットオフ波長から外れた近赤外波長域においてコントラストが高まるコントラスト波長特性を有するようＮ．Ａ．およびコア径のパラメータを定め、かつ、コア径を小さくし、カットオフ波長が波長０．７μｍとなるように、Ｎ．Ａ．を０．４に、コア径を２．０μｍに、コア／クラッド径比を１．５に、それぞれ定めたことを特徴とする、上記コントラストが高まる近赤外波長域において画像伝送するための近赤外用石英系イメージファイバ。
【請求項２】
波長０．９μｍにおいて、カットオフ波長から外れた近赤外波長域においてコントラストが高まるコントラスト波長特性を有するようＮ．Ａ．およびコア径のパラメータを定め、かつ、コア径を小さくし、カットオフ波長が波長０．７μｍとなるように、Ｎ．Ａ．を０．４に、コア径を２．０μｍに、コア／クラッド径比を１．５に、それぞれ定めた石英系イメージファイバにより構成されることを特徴とする、上記コントラストが高まる近赤外波長域において画像伝送するための極細径内視鏡。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明は、近赤外用の石英系イメージファイバ、とくに直径１ｍｍ以下の極細径とするのに好適な近赤外用石英系イメージファイバおよびそれを用いた極細径内視鏡に関する。
【０００２】
【従来の技術】
イメージファイバは多数のコアのそれぞれにより画素の光を伝達することによって画像そのものを伝送する画像伝送媒体であって、ファイバスコープや内視鏡などに利用されている。極細径内視鏡は、直径が１ｍｍ以下（通常３００μｍ程度）の極細径イメージファイバにより構成されており、その細径性から生体のさまざまな部位の観察に用いられている。とくに、乳腺、尿管、胆管、血管などの細い体腔に挿入され、それらの医学的な診断に役立てられている。このような内視鏡による観察は、可視光の画像について行なうのが従来では一般的である。
【０００３】
ところで、波長０．６μｍ〜１．２μｍの赤色から近赤外の波長域の光は、生体での透過性に優れ、またヘモグロビン等の吸収スペクトルも存在することから、生体機能の解明のための情報を得る手段として有用であることが知られている。すなわち、ヘモグロビンや、ミオグロビン、チトクロームオキシダーゼ等の生体物質は０．７μｍ〜１．２μｍの波長域に吸収スペクトルを持っており、たとえばヘモグロビンでは、酸素が結合している状態で波長０．９３μｍに吸収ピークを持ち、酸素が結合していない状態で０．７６μｍ、０．９０５μｍに吸収ピークを持つので、この吸収スペクトル変化により細胞に酸素が十分存在しているか不足しているかの情報を得ることができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の石英系イメージファイバは、近赤外域において、損失は低い値であるものの、コントラストが悪いという性質がある。そのため、このような従来の石英系イメージファイバは、近赤外の波長域の光による観察および生体機能検査の用途には不向きであり、これを用いて近赤外の波長域の光による観察および生体機能検査を行なうならば、十分な画質の画像が得られないという問題があった。
【０００５】
この発明は、上記に鑑み、使用波長域を近赤外域へ拡大ないしシフトして近赤外域での観察および生体機能情報の取得に寄与できるよう改善した、近赤外用石英系イメージファイバを提供することを目的とする。
【０００６】
また、この発明は、上記の近赤外用石英系イメージファイバを用いた極細径内視鏡を提供することをも目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、この発明による近赤外用石英系イメージファイバにおいては、波長０．９μｍにおいて、カットオフ波長から外れた近赤外波長域においてコントラストが高まるコントラスト波長特性を有するようＮ．Ａ．およびコア径のパラメータを定め、かつ、コア径を小さくし、カットオフ波長が波長０．７μｍとなるように、Ｎ．Ａ．を０．４に、コア径を２．０μｍに、コア／クラッド径比を１．５に、それぞれ定めていることが特徴となっており、もっぱら上記コントラストが高まる近赤外波長域において画像伝送するためのものとなっている。
【００１０】
波長０．９μｍにおいて、カットオフ波長から外れた近赤外波長域においてコントラストが高まるコントラスト波長特性を有するようＮ．Ａ．およびコア径のパラメータを定め、かつ、コア径を小さくし、カットオフ波長が波長０．７μｍとなるように、Ｎ．Ａ．を０．４に、コア径を２．０μｍに、コア／クラッド径比を１．５に、それぞれ定めた石英系イメージファイバにより構成することによって、もっぱら上記コントラストが高まる近赤外波長域において画像伝送するための極細径内視鏡を得るようにしてもよい。
【００１１】
【作用】
従来の石英系イメージファイバについてコントラストの波長特性を測定して見たところ、波長０．６μｍよりも長い波長域のある部分で著しく低下しており、それはカットオフ波長に依存していることがわかった。すなわち、カットオフ波長付近でコントラストの低下が見られた。これから、イメージファイバのパラメータを、カットオフ波長が近赤外域の使用波長域外に存在するように、つまりその使用波長域より短い側か長い側に存在するように定めれば、カットオフ波長から外れた近赤外波長域においてコントラストが高まるコントラスト波長特性を持たせることができる。このカットオフ波長を決めるパラメータは、Ｎ．Ａ．（開口数）およびコア径である。こうしてカットオフ波長が定められ、そのカットオフ波長から外れた近赤外波長域においてコントラストが高まるコントラスト波長特性を持つ石英系イメージファイバは、もっぱらそのコントラストが高まる近赤外波長域において画像伝送するためのものとして有効である。
【００１２】
コア径を小さくして、イメージファイバのカットオフ波長から長波長側に外れた近赤外波長域においてコントラストが高まるコントラスト波長特性を有するようにして、もっぱら上記コントラストが高まる近赤外波長域において画像伝送するための近赤外用石英系イメージファイバを得るようにすれば、多画素・極細径の石英系イメージファイバを得ることができる。
【００１３】
Ｎ．Ａ．は実際上それほどの自由度はなく、また近赤外域では可視領域よりもクラッド厚が必要であるため、Ｎ．Ａ．を０．３〜０．５程度に、コア径を０．５μｍ〜３μｍ程度に、コア／クラッド径比を１．５〜５程度に、それぞれ定めて、近赤外波長域においてコントラストが高まるコントラスト波長特性を有するとともにカットオフ波長が波長０．６μｍ〜１．２μｍの波長域よりも短波長側となるようにすることによって、もっぱら上記コントラストが高まる近赤外波長域において画像伝送するための、現実的な、多画素・極細径の石英系イメージファイバを得ることができる。
【００１４】
カットオフ波長から外れた近赤外波長域においてコントラストが高まるコントラスト波長特性を有するようＮ．Ａ．およびコア径のパラメータを定めた石英系イメージファイバにより構成することによって、もっぱら上記コントラストが高まる近赤外波長域において画像伝送するための極細径内視鏡を得るようにすれば、その近赤外域のコントラストが高まる使用波長域でコントラストの良好な画像を得ることができるので、生体内の微小部位の深部血管像や生体機能の２次元画像を得るのに好適である。
【００１５】
【実施例】
以下、この発明の好ましい一実施例について図面を参照しながら詳細に説明する。この発明の一実施例にかかる石英系イメージファイバは、二酸化珪素にゲルマニウムをドープして屈折率の高いコアを形成したもので、コア部は二酸化ゲルマニウムを添加した二酸化珪素となっており、その屈折率差は＋３％、クラッド部はフッ素を添加した二酸化珪素であり、その屈折率差は−１％となっている。そして、Ｎ．Ａ．は０．４、コア径は２．０μｍ、コア／クラッド径比は１．５、画素数（コア数）は６０００で、直径は５００μｍとなっている。
【００１６】
このイメージファイバのカットオフ波長は０．７μｍであり、単色光照明下でコントラスト波長特性を測定してみたところ図１の太い実線ａのようになった。この図１において、点線ｂおよび細い実線ｃは参考例としてあげたもので、通常の石英系イメージファイバの測定データである。
【００１７】
なお、上記の実施例にかかる石英系イメージファイバのサンプル（測定データａを得たサンプル）をＡ、測定データｂ，ｃを得た石英系イメージファイバのサンプルをＢ，Ｃとし、それらの諸元を示すと、つぎの表のようになる。
0004104677.tif 000002
【００１８】
【表１】
0004104677.tif 000003
【００１９】
つぎに、イメージファイバの損失波長特性を測定してみたところ、いずれのサンプルについても図２のような測定結果が得られた。この図２から、石英系イメージファイバは近赤外域において非常に良好な損失特性を有することがわかる。
これらの図１、図２の測定データから、一般に、石英系イメージファイバは近赤外域において非常に良好な損失特性を有するものの、コントラストは波長によって大きく変化し、近赤外域ではコントラストの低下が著しいことが見出せる。そして、図１からは、各サンプルとも、そのカットオフ波長付近において、コントラストが低下する傾向が見られる。
【００２０】
このことは、逆に言うなら、カットオフ波長を、近赤外域の使用する波長域からはずせば、その使用波長域ではコントラストを良好にすることができるとの結論を導く。事実、カットオフ波長が０．７μｍとなっているサンプルＡのイメージファイバでは、０．９μｍでコントラストが高くなっているので、波長０．９μｍ域を使用波長域とすればよいことになる。
【００２１】
このように、イメージファイバのカットオフ波長が、近赤外域の使用する波長域外に存在するように、イメージファイバを設計すれば、そのイメージファイバは近赤外域の使用波長域で良好なコントラストの画像伝送に用いることができる。この場合、カットオフ波長を決めるパラメータとしては、Ｎ．Ａ．およびコア径があり、またカットオフ波長をシフトさせる方向は使用波長域の短波長側と長波長側とが考えられる。
【００２２】
カットオフ波長を長波長側へシフトさせる場合、Ｎ．Ａ．を上げるか、コア径を太くすることになる。しかし、Ｎ．Ａ．を上げることは実際上むずかしく、また、コア径を大きくすることは、イメージファイバ全体の直径を大きくすることか、画素数の減少につながる。
【００２３】
これに対して、ＬＰ11カットオフ波長を短波長側へシフトさせると使用波長域ではシングルモード状態で光が伝搬することになる。このようにカットオフ波長を短波長側へシフトさせるにはＮ．Ａ．を下げるか、コア径を細くすればよい。Ｎ．Ａ．は実際上あまり自由度がないので、コア径を小さくすることになるが、そうすると画素数の多い、細径のイメージファイバを得ることができる。
【００２４】
また、近赤外域では、使用波長域に対応して、通常の可視領域よりも、クラッドの厚さを大きくすることが必要であることも、考慮しなければならない。
【００２５】
そこで、これらの考察から、上記の一実施例として挙げたイメージファイバ以外に、極細径の近赤外用石英系イメージファイバとしては、各パラメータとして、Ｎ．Ａ．を０．３〜０．５程度に、コア径を０．５μｍ〜３μｍ程度に、コア／クラッド径比を１．５〜５程度に、それぞれ定めることがよいと考えられる。このように石英系イメージファイバの各パラメータを定めらるなら、通常の可視領域用の石英系イメージファイバと同様の材料、製作方法で、カットオフ波長を波長０．６μｍ〜１．２μｍ内の使用波長域よりも短波長側にシフトさせた石英系イメージファイバを容易に製造できる。
【００２６】
そして、このように近赤外域の使用波長域で良好なコントラストの画像を伝送できるイメージファイバを用いて極細径内視鏡を構成すれば、生体内の微小部位に差し入れて、深部の血管像や、生体機能の２次元画像を得ることができ、医学的診断に大きく役立てることができる。
【００２７】
【発明の効果】
以上実施例について説明したように、この発明の近赤外用石英系イメージファイバによれば、近赤外光の画像をコントラスト良好に伝送することができる。また、通常の可視領域用の石英系イメージファイバと同様の材料、製作方法で、極細径の近赤外用石英系イメージファイバを容易に製造できるとともに、機械的、化学的信頼性が高い。さらに、この近赤外用石英系イメージファイバを用いて構成した極細径内視鏡は、深部の血管像や生体機能２次元画像を得ることができ、医学上の寄与度が大きい。
【図面の簡単な説明】
【図１】コントラスト波長特性を示すグラフ。
【図２】損失波長特性を示すグラフ。
【符号の説明】
ａ                  サンプルＡ（本発明の一実施例）の特性
ｂ                  サンプルＢ（参考例）の特性
ｃ                  サンプルＣ（参考例）の特性
【図１】
0004104677.tif 000004
【図２】
0004104677.tif 000005