JP6720183B2 - レンズなし内視鏡イメージング向けの、光パルスの搬送・制御用装置、および内視鏡イメージングシステム - Google Patents

Description

本発明は、所謂「レンズなし」内視鏡イメージング向けの、光パルス搬送・制御用装置に関する。さらに、レンズなし内視鏡イメージングのシステム及び方法にも関しており、特に、非線形イメージングに関する。特に、人間又は動物等の生物内の器官の内視鏡検査に対し適用される。

内視鏡イメージングの開発・発展においては、自由空間用のイメージングシステムと比較して、特別な特徴を有する光学機械ファイバー装置の使用が必要とされる。

まず、医療用内視鏡の遠位端（即ち、試料がある側の、ファイバーの一端）に、光源と、焦点のあるレンズ（ｏｐｔｉｑｕｅ ｄｅ ｆｏｃａｌｉｓａｔｉｏｎ）と、カメラとを備える小型顕微鏡を設計することは、部品が嵩張るため実現不可能である。そのため、遠位端での内視鏡のサイズを制限しながら、光ファイバーの先端でイメージングを実現可能な解決策が求められている。

一方、内視鏡用の非線形イメージングに対する関心の高まりにより、ファイバーシステムとの互換性が必ずしもあるわけではないが、光強度の強い光パルスを使用可能なものが必要とされている。非線形イメージングの技術のなかには、例えば、２光子励起蛍光（ＴＰＥＦ）などがある。このイメージング技術については、特に、内視鏡での利用に関心が集まっている。なぜなら、光と物質の相互作用が焦点に制限され、従って焦点の外側で生じる背景信号がなく、そのため３次元空間分解能が光学断面を得られるレベルになるからである。ＴＰＥＦイメージングでは、さらに、生体組織等の散乱媒体へより深く貫通する近赤外波長の励起レーザーを用いることができる。その他の非線形過程も、内視鏡でさらなる情報を得るには有用であるだろう。例として、３光子励起蛍光（Ｔｈｒｅｅ−Ｐｈｏｔｏｎ Ｅｘｃｉｔｅｄ Ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｃｅ（３ＰＥＦ））、第２高調波発生（ＳＨＧ）、第３高調波発生（ＴＨＧ）、コヒーレント反ストークス・ラマン散乱（Ｃｏｈｅｒｅｎｔ Ａｎｔｉ−Ｓｔｏｋｅｓ Ｒａｍａｎ Ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ（ＣＡＲＳ））、誘導ラマン散乱（Ｓｔｉｍｕｌａｔｅｄ Ｒａｍａｎ Ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ（ＳＲＳ））などが挙げられる。

内視鏡の遠位端での全体のサイズを制限しつつ光ファイバーの先端でのイメージングを可能にする手法は数多くあり、これらの技術は、多かれ少なかれ非線形イメージングに適合されている。

第一の手法（Ｒｉｖｅｒａら，「Ｃｏｍｐａｃｔ ａｎｄ ｆｌｅｘｉｂｌｅ ｒａｓｔｅｒ ｓｃａｎｎｉｎｇ ｍｕｌｔｉｐｈｏｔｏｎ ｅｎｄｓｃｏｐｅ ｃａｐａｂｌｅ ｏｆ ｉｍａｇｉｎｇ ｕｎｓｔａｉｎｅｄ ｔｉｓｓｕｅ」，Ｐｒｏｃ．Ｎａｔ．Ａｃａｄ．Ｓｃｉ．ＵＳＡ，１０８，１７５９８ （２０１１）等に記載）は、シングルモード光ファイバーの遠位部を圧電くさび等を用いて振動させることを含み、この光ファイバーの先端はマイクロレンズを用いて試料内でイメージングを行う。この光ファイバーにより、光を該試料に照射し、該試料から来る信号を回収することが可能となる。この信号は、反射、蛍光、該試料内での非線形相互作用等により生じるものである。但し、ファイバーの先端に圧電方式のスキャナがあることにより、内視鏡の遠位部の小型化可能な直径（通常は、３ｍｍのオーダー）未満に制限される上に、光軸に沿ってイメージング平面を制御することが難しい。最終的には、この手法は、超短パルス（通常は１ピコ秒未満）を使用する必要がある非線形イメージングに限られることになる。実際、標準的な光ファイバーには前もって補償することが難しい強い分散があり、非線形効果を受けてしまうことになる。これは、ファイバーの先端に伝搬される光パルスの空間的及び時間的なプロファイルに影響を与える。

光ファイバー束（ファイバー３００００本まで包含可能）を用いることと、及び、近位端に配置されたスキャナによりファイバーを１本ずつ照射することは、一般的な手法である（例えば、Ｋｎｉｔｔｅｌら，「Ｅｎｄｏｓｃｏｐｅ−ｃｏｍｐａｔｉｂｌｅ ｃｏｎｆｏｃａｌ ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ ｕｓｉｎｇ ａ ｇｒａｄｉｅｎｔ ｉｎｄｅｘ−ｌｅｎｓ ｓｙｓｔｅｍ」，Ｏｐｔ．Ｃｏｍｍｕｎ．１８８，２６７（２００１）参照）。遠位部に位置するマイクロレンズにより、これらの光ファイバーは試料内でイメージングを行い、ファイバー束の光ファイバー群を順次スキャンすることにより、共焦点顕微鏡と同じ方法で画像を得ることができる。但し、前述の手法と同様に、全ての光は１本の光ファイバーのコア内を循環するが、ファイバー束の光ファイバー群に固有の非線形効果のため、最大ピーク出力は制限される。そのため、超短パルスを必要とし、従って高ピーク出力を必要とする非線形イメージングを実施することは困難である。

第三の手法は、所謂「レンズなし内視鏡法」であり、Ｃｉｚｍａｒらの「Ｅｘｐｌｏｉｔｉｎｇ ｍｕｌｔｉｍｏｄｅ ｗａｖｅｇｕｉｄｅｓ ｆｏｒ ｐｕｒｅ ｆｉｂｒｅ−ｂａｓｅｄ ｉｍａｇｉｍｇ」，Ｎａｔ．Ｃｏｍｍｕｎ．３，１０２７（２０１２）等に記載されている。この手法は、マルチモード光ファイバー即ちＭＭＦの使用に基づいている。ＭＭＦ光ファイバーは、コヒーレント光源により照射される。ＭＭＦファイバーの近位側（つまり、試料の反対側である光ファイバーの入口）では、空間波面変調器（「Ｓｐａｔｉａｌ Ｌｉｇｈｔ Ｍｏｄｕｌａｔｏｒ（ＳＬＭ）」）が該ファイバーの伝搬モードを操作することを可能にし、これらの伝搬モードのコヒーレント加算により、ＭＭＦファイバーの先端にどのような強度パターンでも形成することが可能となるようにする。ある実施形態では、共焦点顕微鏡の古典的な配置で得られる画像を得るために、ＭＭＦファイバーの先端に焦点を形成することと、試料をスキャンすることをを試みている。この技術は、ファイバーの近位部における入口の場を遠位部における出口の場に関連づける（逆向きの関連づけも含む）ファイバーの伝送行列の確定的な性質のために非常に強力である。この技術により、マルチモードファイバーの遠位側でいかなるレンズもなしでイメージングすることが可能となり、よって全体のサイズを縮小できる。但し、ファイバーの伝送行列は複雑であり、ＭＭＦ光ファイバーの曲率に強く依存する。このように、ＭＭＦ光ファイバーによる内視鏡イメージングは、ファイバーのあらゆる動きに対し感受性が非常に高い。さらに、マルチモードの性質のため、近位部で短パルスであっても遠位部では非常に長くなってしまい、非線形イメージングへの応用範囲は限られてしまう。

マルチモードファイバーを使用する技術と並行して、「レンズなし」方式の別の技術即ちシングルモード光ファイバー束を使用する技術も開発されている（例えば、Ｆｒｅｎｃｈら、米国特許８５８５５８７号参照）。この技術によれば、シングルモード光ファイバー束の近位側に配置された空間波面変調器（ＳＬＭ）により、光源が発した波面を、ファイバー束の遠位端で制御することができる。モードが１つしかないのでシングルモード光ファイバー内でモード分散がなく、また、マルチモードファイバーの場合と比べて、波長全域に亘る波長分散の効果を補償可能である。そのため、シングルモード光ファイバー束を使用することにより、短パルスを伝搬することができる。さらに、光エネルギーが全てのファイバーに分配される可能性があるので、高強度パルスの伝搬が可能となる。これにより、非線形内視鏡イメージングへの道が開かれた。

様々な文献に、シングルモード光ファイバー束に基づくレンズなし内視鏡法の変形例、特に、マルチコアファイバー（ＭＣＦ）に基づくものが開示されてきた。例として、電流測定装置を用いてＳＬＭの入口で様々な波面角度を付与することにより、光ファイバー束の遠位部での焦点の超高速スキャンを実現する方法が挙げられる。（例えば、Ｅ．Ｒ．Ａｎｄｒｅｓｅｎら「Ｔｏｗａｒｄ ｅｎｄｓｃｏｐｅｓ ｗｉｔｈ ｎｏ ｄｉｓｔａｌ ｏｐｔｉｃｓ： ｖｉｄｅｏ−ｒａｔｅ ｓｃａｎｎｉｎｇ ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ ｔｈｒｏｕｇｈ ａ ｆｉｂｅｒ ｂｕｎｄｌｅ」，Ｏｐｔ．Ｌｅｔｔ．Ｖｏｌ．３８，Ｎｏ．５（２０１３）参照）。Ｅ．Ｒ．Ａｎｄｒｅｓｅｎらによる以下の記事「Ｔｗｏ−ｐｈｏｔｏｎ ｌｅｎｓｌｅｓｓ ｅｎｄｓｃｏｐｅ」，Ｏｐｔ．Ｅｘｐｒｅｓｓ２１，２０７１３（２０１３）では、レンズなし内視鏡法における２光子非線形イメージングシステム（ＴＰＥＦ）の実験における実現可能性を、著者らは開示している。

図１Ａは、従来技術に記載されているレンズなし内視鏡イメージングシステム１００を概略的に示している。このイメージングシステム１００は、特に非線形イメージングにおいて利用され、非線形イメージングに適用される場合は、通常は、パルスＩ_０よりなる入射ビームを発するための発光源１０を備える。さらに、このシステム１００は、レンズ２１と検出器２０とを有する検出用光路を備える。検出用光路は、分離板２２により照射用光路から分離されている。前記イメージングシステム１００は、パルスＩ_０を搬送・制御する装置も備え、この装置は離れた分析対象物１０１を照射することができる。また、この搬送・制御用装置は、シングルモード光ファイバー束４０と、空間波面変調器（「ＳＬＭ」）３０を備える。シングルモード光ファイバー束４０の入口面４１と出口面４２は、図１Ａに拡大して示されている。空間波面変調器３０は、前記ファイバー束４０の近位端に配置されており、光源１０が発したビームの波面を制御することができる。ファイバー束４０の光ファイバーＦ_ｉに入射するよう意図された基本ビームＢ_ｉそれぞれに対して、空間光変調器は、位相関数Φ_０の入射波面上で、所定の位相の変化Φ_１（ｉ）を付与することができる。この位相関数Φ_１（ｉ）は、例えば、光ファイバー束内を伝搬した後、波が放物線状の位相Φ_２（ｉ）で出ていくようになっている。この放物線状の位相により、物理的なレンズが存在しなくても、ビームを遠位側で分析対象物１０１上に結像することが可能となる。つまり、「レンズなし内視鏡」が実現できる。さらに、空間光変調器は、各光ファイバーＦ_ｉがもたらすずれを補償することができる。

但し、本出願人は、非線形イメージングモード、例えば、超短パルス（通常は、パルス幅が１ピコ秒未満のパルス）をシングルモード光ファイバー束に入射した場合において、異なる光ファイバー内を伝播するこれらのパルスの群遅延により、試料上で光強度の損失を生じる可能性があることを示した。前述のファイバー束の遠位端における、パルスよりなる基本光ビームＢ_ｉを表す電磁場Ｅ^（ｉ）（ｔ）は、以下の形式で表される。

ここでは、ε（ｔ）＝Ｅ^（０）（ｔ）は、基準となるファイバーＦ_０内を伝搬する基本光ビームＢ_０を表す電磁場である。φ（ｉ）は、位相に関する項である。Δｘ（ｉ）は、基準ファイバーＦ_０内での基本光ビームＢ_０の伝播時間に対して定義される相対群遅延である。

入射ビームを搬送・制御する装置のみが記載されている図１Ｂに示すように、基本光ビームＢ_ｉを構成するパルスの群速度Ｘ_１（ｉ）は、空間光変調器３０からの出口において、且つ、ファイバー束４０の各光ファイバーＦ_ｉへの入射時において、一定である。言い換えると、相対群遅延は、ゼロ、又は、ほぼゼロである。一方、ファイバー束からの遠位出口では、関数Ｘ_２（ｉ）で表される異なる基本光ビームにおいて群速度が異なり、相対群遅延Δｘ（ｉ）がゼロではなくなることが観察される。これらの群遅延は、各シングルモード光ファイバーＦ_ｉによりもたらされるが、これは、ファイバーの製造過程において避けられない固有の不均一性から生じ、また、ファイバーの変形、移動、又は、その両方による応力で生じる不均一性からも生じる。この結果、ファイバー束４０からの遠位出口では、分析対象物１０１上に結像したパルスが時間的に広がってしまい、これによりピークの光強度の減少が生じ、その結果、非線形過程により発生した信号が減少する。

本発明は、ファイバー束のシングルモード光ファイバーにおける、パルスの群速度遅延を制御可能な、所謂「レンズなし」内視鏡イメージングシステムでの光パルスの搬送・制御用装置及び方法を提案する。本明細書に記載の装置及び方法は、ファイバー束の遠位端でのパルスのパルス幅の制御を可能にし、よって、超短パルス（通常は１ピコ秒未満）の伝送を必要とする非線形イメージングでの利用を実現する。

第１の態様によれば、１又は複数の実施形態は、レンズなし内視鏡イメージング向けの、少なくとも１つの波長を有する光パルスの搬送・制御用装置に関する。前記装置は、所定のパターンで配置されたＮ本のシングルモード光ファイバーの束を備える。また、前記装置は、パルスよりなる光ビームを近位端で受光することと、光ビームを遠位端で発することとを意図している。各シングルモード光ファイバーは、前記ファイバー束の基準用シングルモード光ファイバー内を伝搬するパルスの伝播時間に対して定められる相対群遅延値で特徴づけられる。

光パルスの搬送・制御用装置は、さらに、群速度制御用光学装置を備える。または、より正確には、前記光ファイバー束の近位端に配置された群遅延制御用光学装置を備える。前記光学装置は、所定数Ｍ個の波長板と、第１空間光変調器と、第２空間光変調器とを備える。
前記所定数Ｍ個の波長板の各波長板は、所定の遅延を生じることができる。
前記第１空間光変調器は、１又は複数の入射光ビームからＮ本の基本光ビームを形成するためのものである。各基本光ビーム（Ｂ_ｉ）は、動作中に、前記Ｍ個の波長板のうち一の波長板（Ｐ _i ）を通過して前記光ファイバーの１つに、前記一つの波長板により導入された遅延（δｔ _ｊ ）と、前記光ファイバー（Ｆ _ｉ ）の相対群遅延（Δｘ _ｉ ）との合計（δｔ _ｊ ＋Δｘ _ｉ ）の絶対値が最小となるように入射する。
前記第２空間光変調器は、前記Ｎ本の基本光ビームそれぞれの方向を、当該基本光ビームが対応するファイバーの入口面に垂直に当該光ファイバーを貫通するように変化させるためのものである。

Ｎ本のシングルモード光ファイバーの束は、シングルモード光ファイバーの集まりから構成することができ、通常は、規則的な態様か不規則な態様かを問わずファイバー束の形式に集められた数万〜１０万本のファイバーにより構成される。又は、シングルモードコアの組を有するマルチコアファイバーから構成してもよく、規則的な態様か不規則な態様いずれかに配置された少なくとも１００本のシングルモードコアであることが好ましい。

シングルモード光ファイバーの集まりを束にしたもの、又は、マルチコアファイバーのいずれであっても、本発明の目的は、カップリング（ｃｏｕｐｌａｇｅ）が可能な限り最小であるシングルモード光ファイバー束とすることであり、−２０ｄＢ／ｍ未満であれば有利である。

前記Ｍ個の波長板は、好ましくは、ある平面内に分散して配置されている。また、前記ある数Ｍ個の波長板の個数は、１個〜数１０個の間の数にすることができ、２個〜２０個の範囲にあることが好ましい。但し、いかなる場合においても、前記ファイバー束の前記ある数Ｎ本のシングルモード光ファイバーよりもかなり少なくなければならない。

このように、本明細書による搬送・制御用装置は、使用しているファイバー束によらず、且つ、ファイバー束が移動又は変形している場合であっても、ファイバー内のパルスの群遅延よりなる一群の値における標準偏差を最小化することができる。これは、前記ファイバー束の各ファイバーを通過するように意図された各基本光ビームを形成し、かつ、基本光ビームがそれぞれ適切な波長板を通過するようにそれぞれの変位を制御するように、各空間光変調器に簡易なプログラミングを施すことで可能となる。

さらに、本明細書による前記搬送・制御用装置では、前記空間光変調器の一方、又は、他方、又は、その両方をプログラミングすることにより、前記基本光ビームそれぞれに位相の変化を与えることが可能となる。これにより、前記ファイバー束の遠位端で所定の位相関数を適用することができ、又は、前記ファイバー束の前記ファイバーのそれぞれが生じる位相変化を補正することができ、又は、その両方を行うことができる。

さらに、本明細書に従う前記搬送・制御用装置では、波長が異なるパルスよりなるビームを搬送し制御することが可能となる。これは、パルスよりなる基本光ビームを、異なる波長で、前記ファイバー束の異なるファイバーのサブセットに確実に分散させるように、前記第１空間光変調器をプログラミングすることにより実現される。

前記空間光変調器は、膜又は変形可能なセグメントミラー（反射により動作する）、又は、反射又は透過により動作する液晶マトリクス、これらのいずれかを備えてもよい。

このように、前記群速度制御用光学装置は、反射又は透過のいずれか又はその両方により動作する構成要素を備えてもよい。但し、空間光変調器の技術では、反射を利用する配置のほうが選択肢が多い点で優位性はある。

１又は複数の実施形態によれば、前記群速度制御用光学装置は、中間焦点面とともに光学配置を構成する第１レンズ及び第２レンズを備える。前記波長板は、前記光学配置の前記中間焦点面に設けられる。前記第１空間光変調器は、前記第１レンズの対物焦点面に位置している。前記第２空間光変調器は、前記第２レンズの像焦点面に位置している。

１又は複数の実施形態によれば、前記群速度制御用光学装置は、レンズを備える。前記波長板は、前記第１空間光変調器の上流に位置する平面に設けられ、且つ、パルスよりなる入射ビームからＭ本の光ビームを形成するように適合されている。前記Ｍ本の光ビームはそれぞれ、所定の群遅延で特徴づけられるパルスにより構成されている。前記第１空間光変調器は、前記レンズの対物焦点面に配置されており、且つ、前記Ｍ本の光ビームを受光するように意図されている。前記第２空間光変調器は、前記レンズの像焦点面に位置している。

例えば、前記第１空間光変調器は、Ｍ個の領域より構成され、これらの領域上には、コンピュータで生成された複数のホログラムが形成される。前記複数のホログラムはそれぞれ、所定の群遅延で特徴づけられるパルスよりなる前記光ビームの１本を受光するように意図されている。

第２の態様によれば、１又は複数の実施形態は内視鏡イメージングシステムに関し、この内視鏡イメージングシステムは、光パルスの光源と、前記第１の態様による前記光源が発した前記パルスを搬送し制御する装置と、前記シングルモード光ファイバー束をその遠位端から近位端へ通過するよう意図された光の検出用光路とを備える。

１又は複数の実施形態によれば、光パルスの光源は、１ピコ秒未満のパルス幅で発するレーザー光源であり、１００フェムト秒から１ピコ秒の範囲のパルス幅であれば優位性を有する。

第３の態様によれば、１又は複数の実施形態は、所定のパターンで配置されたシングルモード光ファイバー束を用いた、非線形レンズなし内視鏡イメージング方法に関する。前記シングルモード光ファイバーはそれぞれ、前記ファイバー束の基準用シングルモード光ファイバー内を伝搬するパルスの伝播時間に対して定められる相対群遅延で特徴づけられている。
前記非線形レンズなし内視鏡イメージング方法は、
中間焦点面を有する光学配置を第２レンズとともに形成する第１レンズの対物焦点面に配置された第１空間光変調器により、所定の波長を有するパルスよりなる少なくとも１つの入射ビームを発する工程と、
前記第１空間光変調器において、前記入射光ビームから、前記光ファイバーの１つに入射するように意図されたＮ本の基本光ビームを形成する工程であって、各基本光ビームは、所定の遅延（δｔ _ｊ ）を導入するよう構成されて前記光学配置の前記中間焦点面（Σ _１ ）に配置されている所定の波長板を通過し、前記波長板（Ｐ_ｊ）により導入された前記遅延（δｔ_ｊ）と、前記光ファイバー（Ｆ_ｉ）の相対群遅延（Δｘ_ｉ）との合計（δｔ_ｊ＋Δｘ_ｉ）の絶対値が最小となるように前記光ファイバーのうちの一本に入る工程と、
前記Ｎ本の基本光ビームのそれぞれが、対応する光ファイバーの入口面に垂直に、当該光ファイバーを貫通するように、前記第２レンズの像焦点面に配置された第２空間光変調器を用いて、当該基本光ビームの方向を変化させる工程とを含む。

第４の態様によれば、１又は複数の実施形態は、所定のパターンで配置されたシングルモード光ファイバー束を用いた、非線形レンズなし内視鏡イメージング方法に関する。前記シングルモード光ファイバーはそれぞれ、前記ファイバー束の基準用シングルモード光ファイバー内を伝搬するパルスの伝播時間に対して定められる相対群遅延で特徴づけられている。前記非線形レンズなし内視鏡イメージング方法は、
所定の波長を有するパルスよりなる少なくとも１つの入射ビームを発し、波長板を用いて、前記入射ビームから、ある数Ｍ本の光ビームを形成する工程であって、前記Ｍ本の光ビームはそれぞれ、所定の群遅延で特徴づけられるパルスより構成される工程と、
第１レンズの対物焦点面内に配置された第１空間光変調器を用いて、前記Ｍ本の光ビームから、Ｎ本の基本光ビームを形成する工程であって、各基本光ビームは、当該基本光ビームを構成する光ビームの遅延と、前記基本光ビームを受光するように意図された当該光ファイバーの相対群遅延との合計の絶対値が最小となるように、前記光ファイバー（Ｆ_ｉ）の１つに入射するよう意図されている工程と、
前記Ｎ本の基本光ビームのそれぞれが、対応する光ファイバーの入口面に垂直に、当該光ファイバーを貫通するように、レンズの像焦点面内に配置された第２空間光変調器を用いて、当該基本光ビームの方向を変化させる工程とを含む。

好ましくは、前記ファイバー束の前記シングルモード光ファイバーの前記相対群遅延は、入射光ビームを構成するパルスの波長で特徴付けられる。

１又は複数の実施形態によれば、前記空間光変調器の一方、又は、他方、又は、その両方により、前記基本光ビームのそれぞれに位相の変化を与えることが可能となる。これにより、前記ファイバー束の遠位端で所定の位相関数を適用することができ、又は、前記ファイバー束のファイバーのそれぞれが生じる位相変化を補正することができ、又は、その両方を行うことができる。

１又は複数の実施形態によれば、特に、波長が異なるパルスが相互作用する非線形イメージングにおいて利用する場合では、前記方法は、異なる波長のパルスよりなる入射光ビームを発する工程を含む。このような例示的な実施例において、前記第１空間光変調器は、さらに、基本光ビームを、前記ファイバー束のファイバーの特定の異なるサブセットに分散させることができる。ファイバーの前記サブセットはそれぞれ、所定の波長のパルスよりなる光ビームを受光するよう意図されている。

本明細書に記載する非線形内視鏡イメージング方法は、あらゆる種類の非線形イメージングに応用することができ、特に、２光子蛍光及び自家蛍光の発生、ｎ光子蛍光及び自家蛍光の発生、第２高調波発生、第３高調波発生、ｎ次高調波発生、和周波発生、差周波発生、コヒーレントラマン信号の発生、過渡吸収信号の発生、屈折率過渡変動に応用することができる。
添付図面を参照して、例示のみのために示され限定されない次の説明を読むことにより、本発明がさらに十分に理解され、他の利点及び実施形態が明らかになる。

シングルモードファイバー束を使用した、所謂「レンズなし」内視鏡の概略図である（既出）。 超短パルスの場合の、ファイバーにおける群遅延の問題を説明する図である（既出）。 本明細書に従うレンズなし内視鏡イメージングシステムの一例を示す図である。 本明細書に従うレンズなし内視鏡イメージングシステムの一例を示す図である。 本明細書に従うレンズなし内視鏡イメージング方法の実施における、マルチコア光ファイバーの一例とその特徴を示す図である。 本明細書に従うレンズなし内視鏡イメージング方法の実施における、マルチコア光ファイバーの一例とその特徴を示す図である。 本明細書に従うレンズなし内視鏡イメージング方法の実施における、マルチコア光ファイバーの一例とその特徴を示す図である。 本明細書に従うレンズなし内視鏡イメージング方法の実施における、マルチコア光ファイバーの一例とその特徴を示す図である。 本明細書に従うレンズなし内視鏡イメージング方法を実施するための波長板の一例を示す図である。 図５Ａは、図３Ａに示すマルチコアファイバーにおける群遅延分散を説明する図であり、本明細書に従う内視鏡イメージング方法を実施する前のものである。図５Ｂは、図３Ａに示すマルチコアファイバーにおける群遅延分散を説明する図であり、本明細書に従う内視鏡イメージング方法を実施した後のものである。 本明細書に従う内視鏡イメージング方法を用いた場合と用いない場合における、図３Ａに示すマルチコアファイバーの出口において、焦点の空間的な現れ方を比較した主たる実験結果である。 本明細書の別の例に従う「レンズなし」内視鏡イメージングシステムの一例を示す図である。 本明細書の別の例に従う「レンズなし」内視鏡イメージングシステムの一例を示す図である。 本明細書の別の例に従う「レンズなし」内視鏡イメージングシステムの一例を示す図である。 シングルモードファイバーの束における群遅延を遠位測定する方法を示す。 シングルモードファイバーの束における群遅延を近位測定する方法を示す。

これらの図においては、同一の要素には同一の参照符号を付すものとする。

図２Ａ及び図２Ｂは、本明細書に従う「レンズなし」内視鏡イメージングシステム２００の概略と、その実施における原理とを示す。

このシステム２００は、通常は、照射用光路と検出用光路とを備える。照射用光路は、超短光パルスＩ_０を発する光源１０を含む。この超短光パルスＩ_０は、通常は１ピコ秒未満であり、例えば１００フェムト秒から１ピコ秒の間の長さを有する。また、検出用光路は、シングルモード光ファイバー束４０の遠位端から近位端へ通過するように意図された光を検出するよう適合されている。検出された光は、例えば、励起後の試料内での非線形過程で生じた光である。検出用光路は、レンズ２１と検出器２０とを備え、分離板２２により照射用光路から分離されている。この分離板２２には、検出波長（例えば、２光子蛍光）が照射波長と異なる非線形イメージング用途の場合は、ダイクロイックプレート等が用いられる。

システム２００は、光パルスの搬送・制御用装置も備える。本明細書によれば、光パルス搬送・制御用装置は、群速度を制御する光学装置５０又は群遅延制御（Ｇｒｏｕｐ Ｄｅｌａｙ Ｃｏｎｔｒｏｌ（ＧＤＣ））装置のいずれかと、Ｎ本のシングルモード光ファイバーＦ_ｉの束４０とを備える。さらに、好ましくは、光パルス搬送・制御用装置は、テレスコープ式の光学システム６０を備えこの光学システム６０は、群速度制御用光学装置５０から来たビームの寸法を、前記ファイバー束４０の入口面４１に合わせることができる。図２Ａの例では、検出用光路は、光源１０と群遅延制御装置５０との間に存在する。なお、検出用光路は、群遅延制御装置５０とファイバー束４０との間に存在してもよく、例えば、群遅延制御装置５０とテレスコープ６０との間に存在してもよい。

ファイバー束４０のうちのＮ本のシングルモード光ファイバーＦ_ｉは、所定のパターンに配置される。図２Ａ及び図２Ｂに示す例では、これらのシングルモード光ファイバーＦ_ｉは規則的な態様に配置されており、各ファイバーＦ_ｉは、例えば、マルチコアファイバー（Ｍｕｌｔｉ Ｃｏｒｅ Ｆｉｂｅｒ（ＭＣＦ））のコアを構成する。光ファイバー束４０は、近位側即ち入射光束を受けることを意図した側に位置する入口面４１と、遠位側即ち分析対象物１０１を照射するために出射される光ビームを発することを意図した側に位置する出口面４２とを有する。

ファイバー束の各光ファイバーＦ_ｉは相対的な群遅延Δｘ_ｉで特徴づけられ、この群遅延Δｘ_ｉは、ある光パルスよりなる基本光ビームＢ_ｉが当該ファイバーＦ_ｉを通過するのにかかる時間と、同じ光パルスよりなる基本光ビームが、ファイバー束内のファイバーから任意に選んだ基準ファイバーＦ_０を通過するのにかかる時間との差により定義される。相対群遅延Δｘ_ｉは、複数の光ファイバーＦ_ｉ内を伝搬する光パルスの相対遅延を表す。相対群遅延の特徴は、既知の特徴付け方法により実現可能であり、そのさらなる詳細は以下に記載する。

本明細書による装置、図２Ｂに一般的な態様を示す群速度制御用光学装置（５０）は、シングルモード光ファイバー束４０の近位端に設けられており、また、異なる基本光ビームＢ_ｉ同士の間の相対距離が光ファイバー束の遠位端において減少するように設計されている。このように、本明細書による群速度制御用光学装置５０は、ファイバー束４０のシングルモード光ファイバーＦ_ｉ内に入射するよう意図された基本光ビームＢ_ｉのそれぞれの領域において、装置群遅延を生じるように適合されている。この群遅延は、ファイバーＦ_ｉを特徴付ける群遅延Δｘ_ｉを、ファイバー束４０の出口における異なる基本光ビーム同士の相対群遅延がほとんどゼロとなり、前記ファイバー束内を伝搬するように意図されたパルスのパルス幅の少なくとも２分の１未満であるように、少なくとも部分的に補償する。図２Ｂに示すように、遠位端における群速度Ｘ_２（ｉ）の略均一な分散は、ファイバー束の近位端における群速度Ｘ_１（ｉ）の制御によって生じる。

図２Ａは、本明細書による群速度制御ＧＤＣ用光学装置の第１の例示的な実施形態を示す。

本例の群速度制御用光学装置５０は、焦点距離ｆ_１の第１レンズ５３と、焦点距離ｆ_２の第２レンズ５４とを備える。このレンズ５３とレンズ５４は、何らかの適宜な光学システムよって規定され、例えば、レンズ又はミラー又はその両方を使用する。これらの第１レンズ５３と第２レンズ５４は、中間焦点面（Σ_１）が第１レンズ５３の像焦点面と第２レンズ５４の対物焦点面とに一致する光学配置を構成するように配置される。

群速度制御用光学装置５０は、さらに、波長板Ｐ_ｊを所定数Ｍだけ備え、好ましくは２個〜２０個の波長板が、ある平面内に空間的に分散して配置される。この平面は、図２Ａの例では、中間焦点面（Σ_１）である。各波長板は、所定の遅延δｔ_ｊを生じることができるように設計されている。

速度制御装置ＧＤＣは第１空間光変調器５１も備えている。この第１空間光変調器５１は、ファイバー束４０のＮ本の各光ファイバーＦ_ｉ内に入射するよう意図されたＮ本の基本光ビームＢ_ｉを、光源１０が発したパルスＩ_０よりなる入射ビームから構成するように適合されている。図２Ａの例では、前記第１空間光変調器５１は、第１レンズ５３の対物焦点面に位置している。また、前記第１空間光変調器５１は、基本光ビームＢ_ｉそれぞれが適宜な波長板Ｐ_ｊを通過するように各基本光ビームＢ_ｉの方向を変化させるよう設計される。前述の適宜な波長板Ｐ_ｊは、遅延δｔ_ｊを付与するものであり、この遅延δｔ_ｊは、波長板Ｐ_ｊが生じる遅延δｔ_ｊと、前記基本光ビームＢ_ｉを受光するよう意図された光ファイバーＦ_ｉの相対群遅延Δｘ_ｉの合計が、光ファイバーＦ_ｉによらずほとんどゼロであるか、又は、パルスのパルス幅の少なくとも２分の１未満であるようになっている。実際は、波長板の個数Ｍは、ファイバー束４０のシングルモード光ファイバー（例えば、マルチコアファイバー）の個数Ｎよりもかなり小さく、多くの基本光ビームＢ_ｉは等しい遅延を付与されることになる。そして、値（δｔ_ｊ＋Δｘ_ｉ）全てのヒストグラムの分散が最小化するようにしている。ここでは、δｔ_ｊは、群遅延Δｘ_ｉで特徴づけられるファイバーＦ_ｉを通過することを意図されている基本光ビームＢ_ｉに付与される遅延を指す。以下にその一例を示す。

本明細書による速度制御装置５０は第２空間光変調器５２も備えており、この第２空間光変調器５２は、基本光ビームＢ_ｉのそれぞれが、対応する光ファイバーＦ_ｉ内にその入口面に垂直に貫通するように、Ｎ本の基本光ビームＢ_ｉのそれぞれの方向を変化させるよう適合されている。図２Ａの例では、第２空間光変調器５２は、第２レンズ５４の像焦点面に位置しており、第１空間光変調器５１で基本光ビームＢ_ｉそれぞれにもたらされた偏向を補償可能となっている。

図２Ａの簡略化した図においては、３本の基本光ビームＢ_１，Ｂ_２，Ｂ_３が示されている。これらのビームは、第１空間光変調器５１において入射ビームから構成され、この入射ビームは、光源１０が発したパルスＩ_０から構成される。ファイバー束４０の光ファイバーのうち、群遅延Δｘ_１と群遅延Δｘ_２でそれぞれ特徴づけられる光ファイバーＦ_１及びＦ_２（不図示）に入射するように意図されたビームＢ_１及びＢ_２は、第１空間光変調器５１により、その方向を変えられ、遅延δｔ_１の波長板Ｐ_１を通過するように第１レンズ５３によって結像される。一方、ファイバー束４０の光ファイバーのうち、群遅延Δｘ_３で特徴づけられるファイバーＦ_３（不図示）に入射するように意図されたビームＢ_３は、第１空間光変調器５１により、その方向を変えられ、遅延δｔ_２で特徴づけられる波長板を通って移動するように第１レンズ５３によって結像される。そして、これらの基本光ビームＢ_１，Ｂ_２，Ｂ_３は、第２レンズ５４により、第２空間光変調器５２へ送られる。この第２空間光変調器５２は偏向を付与し、この第２空間光変調器５２が付与する偏向は、第１空間光変調器５１により付与された偏向を、基本光ビームそれぞれがファイバー束４０の入口面４１に垂直な光軸に沿って出射するように補償する。ビームＢ_１，Ｂ_２，Ｂ_３は、それぞれ遅延δｔ_１，δｔ_１，δｔ_２を有する光パルスより構成され、シングルモード光ファイバーＦ_１，Ｆ_２，Ｆ_３を通過した後は、群速度の相対的な差がゼロとなり、又は減少する。

図２Ａの例では、第２空間光変調器５２の出口においては、基本光ビームＢ_ｉは、焦点面Σ_２上に結像されている。テレスコープ式の光学システム６０により、確実に１未満の倍率とすることが可能となり、焦点面Σ_２に形成される焦点は全て、ファイバー束４０の入口面４１の領域でファイバーＦ_ｉが形成するパターンに合わせられる。

別の態様では、第２空間光変調器５２の出口において基本光ビームＢ_ｉを焦点面Σ_２に結像することは、各基本光ビームＢ_ｉに放物線状の位相を付与する空間光変調器５２により実現される。あるいは、速度制御装置５０は、第２空間光変調器５２の出口に、各基本光ビームを確実に結像させるマイクロレンズのアレイ等の光学素子（不図示）を備えてもよい。

このように、図２Ａ及び図２Ｂに記載された速度制御装置５０は、簡易な態様で、ファイバー束４０の各シングルモード光ファイバーＦ_ｉでの群速度を制御することを可能にする。

言うまでもなく、この速度制御装置（即ちＧＤＣ）は、位相遅延を補償するのにも使用してよい。この位相遅延は、前に述べたようにファイバー束の各ファイバーを特徴付けるものである。また、この速度制御装置は、求める位相がファイバー束４０の遠位端で形成されるのを可能にする位相関数（例えば、焦点を形成するための放物線関数等）を、各基本光ビームに適用するのにも使用してよい。

図２Ａの例では、第１空間光変調器５１及び第２空間光変調器５２のうちのいずれか１つ又はその両方により、これらの関数を実現できる。

図２Ａの例では、第１空間光変調器及び第２空間光変調器のうちのいずれか１つ又はその両方が、反射により動作する膜又は変形可能なセグメントミラー、又は、反射又は透過により動作可能な液晶マトリクス、いずれかによる変調器により構成されてもよい。

図３乃至図６は、図２Ａに記載のイメージングシステムにより得られた主たる実験結果であり、本明細書による方法の有効性を示している。

この例では、光源は、１５０ｆｓのパルスを波長１．０３５μｍで発するフェムト秒レーザーである。パルス搬送・制御用装置は、マルチコアファイバーで構成されるシングルモード光ファイバー束を備える。

ここで使用するマルチコアファイバー４０は、図３Ａに記載されている。マルチコアファイバー４０は、規則的な態様で配置された１６９本のシングルモードコアＦ_ｉのセットを備えており、図３Ｂに示すように、中央のファイバーＦ_０から参照番号を付している。前述したように、このシングルモードコアＦ_ｉのそれぞれが、その近位端で基本光ビームＢ_ｉを受光するようになっており、この基本光ビームＢ_ｉは遠位端において当該コアを出口へ通過する。中央のコアＦ_０は、各シングルモードコアＦ_ｉを特徴づける群遅延Δｘ_ｉを決定する際の基準となるシングルモードファイバーとなる。この例では、前記マルチコアファイバーは、遠位端から近位端への光信号を回収するように適合された内部マルチモードシース４４も備える。図３Ａに示す例では、コア間の距離は１１．８μｍであり、各シングルモードコアにおけるあるモードの直径は３．６μｍ、対応する広がり角は０．１２ラジアンである。内部マルチモードシース４４の直径は、２５０μｍである。あるシングルモードコアＦ_ｉとそれに最も近い隣接シングルモードコアとの間のカップリング（ｃｏｕｐｌａｇｅ）の測定値は、−２５ｄＢより小さく、マルチコアファイバーに半径１２．５ｃｍの曲率が適用された場合と同じである。

マルチコアファイバー４０の各シングルモードコアの相対群遅延を特徴付けることは、図９及び図１０を用いて示す方法等の既知の方法を利用して実現される。図３Ｃでは、マルチコアファイバーの屈折率ｉのコアについて測定された相対群遅延Δｘ_ｉを示している。群遅延は、ある光パルスがファイバーＦ_ｉを通過するのにかかる時間と、同じ光パルスが基準ファイバーＦ_０を通過するのにかかる時間との差として定義される。図３Ｄは群遅延値全てのヒストグラムを示す。

図２Ａに示すように、マルチコアファイバー４０のＮ本のシングルモードコアに入射するように意図されたＮ本の基本光ビームを、速度制御装置５０によりＭ個のグループに分割することができる。そして、Ｍ個の遅延値が、これらＭ個のグループに、Ｍ個の波長板Ｐ_ｊを用いて付与される。

Ｍ個の波長板Ｐ_ｊは、例えば、厚さが等しいＭ−１個のガラス板を用いて形成されている。屈折率ｊを有する前記板はｊ個の孔を備えており、それぞれの孔は基本光ビーム群を通過させることができる。Ｍ個の遅延Δｔ_ｊをこの基本光ビーム群に付与することが可能な、Ｍ個の領域を備える遅延板を構成するために、前述のＭ−１個の板は重ねられている。また、前述の孔は、レーザー除去等により形成することができる。

図４は、厚さが略等しい２つの板５６，５７を用いて３枚の波長板Ｐ_１，Ｐ_２，Ｐ_３を実現させる様子を示している。板５６は２つの孔を有し、板５７は孔を１つのみ有する。これらの板は、前述の３個の波長板を定義する３個の領域を構成するように設けられており、これらの領域はそれぞれ、０ｘδｔ_ｇ，１ｘδｔ_ｇ，２ｘδｔ_ｇである遅延を付与する。ここで、δｔ_ｇは、板を通過するパルスにより生じた遅延である。

波長板は、その他既知の手段を用いて形成してもよい。例えば、直径が等しく長さが異なるＭ個のガラス棒を用いることもできる。これらの棒はそれぞれ、基本光ビーム群を通過させることができる。また、これらの棒は、例えば、対向して配置されており、Ｍ個の遅延δｔ_ｊを基本光ビームに付与することができる。棒の長さは、研磨等によって調整してもよい。波長板は、Ｍ個の領域に分割されたガラス板から構成されてもよい。微細加工により、これらの領域それぞれを凹ませ、厚さの異なるＭ個の領域を形成させる。また、微細エッチングについては、ドライエッチング（反応性イオンエッチング）やウェットエッチング（ＨＦ）でもよく、又は、集束したイオンビームを用いてもよい。

前述の空間光変調器については、波長板は透過又は反射のいずれでも動作可能である。

図３から図６の例に戻ると、このように、Ｎ本の基本光ビームＢ_ｉのそれぞれが、当該基本光ビームＢ_ｉが通過するよう意図されたファイバーＦ_ｉの相対群遅延Δｘ_ｉの値に応じて、３つの波長板Ｐ_１，Ｐ_２，Ｐ_３のうち１つを通過する。ＭはＮよりもかなり小さい数なので、多くの基本光ビームＢ_ｉが中間焦点面Σ_１において等しい遅延を付与されることになる。

図５Ａ及び図５Ｂでは、群速度制御装置がない場合（図５Ａ）と、群速度制御装置がある場合（図５Ｂ）とにおける相対群遅延の値全てをヒストグラムで示している。一方のヒストグラムから他方のヒストグラムへ、分散の明らかな減少が見られるが、これは、３つの異なる遅延値を生じる３つの板によるものである。

図６は、群速度の制御方法を用いた場合（左）と本願方法を用いない場合（右）における、マルチコアファイバーからの出口での焦点の空間的な現れ方を示している。下部の図は焦点の画像であり、上部の図は強度の空間的な分散である。再度述べるが、これらの主たる実験結果は、本明細書による方法によって実現された強度のゲインを示している。

図７は、本明細書の別の例によるレンズなし内視鏡イメージングシステムの一例を示す図である。

この例は、図２Ａと同じであるが、シングルモード光ファイバーがファイバー束４０内に不規則に配置されている場合を示している。これにより、本明細書によるパルス搬送・制御用装置及び方法が、不規則な態様に配置されたファイバーのファイバー束に適用されているのが分かる。

図８Ａは、本明細書の別の例によるレンズなし内視鏡イメージングシステムの一例を示す図である。

図８Ａでは、Ｍ＜＜Ｎであることを利用して、まず第一に、平行入射ビームのＭ個の部分ビーム同士の間の差分遅延を実現している。図８Ａでは、平行入射ビームは、δｔ_１又はδｔ_２いずれかの遅延を有する、Ｍ＝２個の部分ビームに分割される。前述のように、この遅延は、好ましくは、微細構造板により実現される。光ファイバー束のＮ本のファイバーにおいて、基本光ビーム部分に選択した遅延（ここではδｔ_１又はδｔ_２）を割り当てることが問題となる。この例では、好ましいことに、第１空間光変調器５１は、液晶マトリクスを備えている。例えば、ホログラムの付加的特定を利用する。
この性質、第１空間光変調器５１のＭ個の領域において、遅延δｔ_ｉに対応する入射ビームを異なる複数の方向に散乱することが可能な一セットのホログラムを生成するというものである。これらの異なる方向は、第２空間光変調器５２の平面内における焦点として出現し、この第２空間光変調器５２は、基本光ビームそれぞれが光ファイバーの入口面に垂直に貫通するように方向を変化させる。第１空間光変調器５１のＭ個の各領域に形成されるホログラムは、コンピュータが生成するホログラム、例えば「ＣＧＨ」等である。このようなホログラムについては、例えば、Ｌｉｅｓｅｎｅｒら，「Ｍｕｌｔｉ−ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ ｏｐｔｉｃａｌ ｔｗｅｅｚｅｒｓ ｕｓｉｎｇ ｃｏｍｐｕｔｅｒ−ｇｅｎｅｒａｔｅｄ ｈｏｌｏｇｒａｍｓ」、Ｏｐｔ．Ｃｏｍｍｕｎ．、１８５、７７（２０００）に記載されている。

図８Ｂは、図８Ａと類似のレンズなし内視鏡イメージングシステムの一例を示す図である。これは、２つの波長を有するパルスを利用する用途（非線形２ビームイメージング等）で用いられる。

この例によれば、ファイバー束４０の各ファイバーは、基本光ビームを所定の波長で搬送するよう意図されている。さらに、このファイバーの相対群遅延は、好ましくは、この波長で特徴付けられる。この例では、第１空間光変調器５１は、さらに、所定の波長のパルスよりなる基本光ビームを、ファイバー束４０のファイバーの特定のサブセットに分散させることができる。

図８Ｂに記載する例では、第１波長λ_１を有するビーム（一重の矢印で示す）は、例えば、それぞれが遅延δｔ_１及びδｔ_２で特徴づけられる２つの波長板Ｐ_１及びＰ_２を通過する。また、第２波長λ_２を有するビーム（二重の矢印で示す）は、それぞれが遅延δｔ_３及びδｔ_４で特徴づけられる２つの波長板Ｐ_３及びＰ_４を通過する。図８Ａの例と同様に、第１空間光変調器５１は、Ｎ本の基本光ビームを形成することを可能にする。所定の波長を有する基本光ビームはそれぞれ、当該基本光ビームが通過する波長板が生じる遅延で特徴づけられており、ファイバー束の事前に定めた光ファイバー内に入射するよう意図されている。例えば、ファイバー束のＮ／２本のファイバーが第１波長λ_１を有する基本光ビームを受光し、ファイバー束の残りのＮ／２本のファイバーが第２波長λ_２を有する基本光ビームを受光する。図８Ｂに示す例では、６本の基本光ビームが示されており、うち３本は波長λ_１を有し、残り３本は波長λ_２を有する。例えば、これら２つのファイバー群は、波長λ_１及び波長λ_２を搬送する各ファイバーがファイバー束の近位面でインターレースされるように選択されている。図８Ｂに記載する例では、基本光ビームが第２空間光変調器の下流で交互に波長λ_１と波長λ_２になることにより、前記インターレースが実現される。

図９及び図１０は、本明細書による光パルスの搬送・制御用装置において、ファイバー束４０で相対群遅延を特徴づける方法の例（マルチコアファイバーに特徴づける場合等）をいくつか示している。これらの方法は、スペクトル干渉法に関する既知の技術に基づくものである（例えば、Ｌｅｐｅｔｉｔら，「Ｌｉｎｅａｒ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ ｏｆ ｐｈａｓｅ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｂｙ ｆｅｍｔｏｓｅｃｏｎｄ ｓｐｅｃｔｒａｌ ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｒｙ ｆｏｒ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ ｉｎ ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ」，Ｊ．Ｏｐｔ．Ｓｏｃ．Ａｍ．Ｂ，１２（１２），２４６７（１９９５）参照）。図９は、群遅延を遠位測定するのに適切な方法を示している。図１０は、群遅延を近位測定するのに適切な方法を示しており、この場合は、ファイバー束の遠位端へのアクセスは不要である。

図９に示すように、群遅延を特徴付ける方法では、ファイバー分光器９０と空間光変調器９１を使用する。基準ファイバーＦ_０内を伝搬するパルスの伝播時間に対して定められるファイバーＦ_ｉの相対群遅延Δｘ_ｉについては、その測定方法は、以下の工程を含む。光ファイバーＦ_ｉとＦ_０に入射するように意図された基本光ビームＢ_ｉとＢ_０のみが、形成される。これらのビームはそれぞれ、光ファイバーＦ_ｉとＦ_０を通過する。ファイバー束４０の遠位端から出射する際に、ビームＢ_ｉとＢ_０は、発散して空間的に重なる。ほぼ全域が重なっている平面内で、光ファイバー９２が各ビームの一部を回収する。この光ファイバー９２は、回収した光を中継し、スペクトル分析器９０へ送る。このスペクトルは正弦波変調（曲線９４）より構成され、この正弦波変調の周期は（Δｘ_ｉ）^−１に等しい。つまり、望ましい値はΔｘ_ｉであることが分かる。実際は、ビームＢ_ｉ又はＢ_０から生じたものではない背景信号を全て除去するために、スペクトルは位相シフト干渉法の原理を用いて計測され、位相シフト干渉法の技術に従って空間光変調器９１を用いてビームＢ_ｉの位相が（Ｂ_０に対して）スキャンされる（例えば、Ｂｒｕｎｉｎｇら，「Ｄｉｇｉｔａｌ Ｗａｖｅｆｒｏｎｔ Ｍｅａｓｕｒｉｎｇ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｅｒ ｆｏｒ Ｔｅｓｔｉｎｇ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｓｕｒｆａｃｅｓ ａｎｄ Ｌｅｎｓｅｓ」，Ａｐｐｌ．Ｏｐｔ．１３（１１），２６９３（１９７６），ｅｑｕａｔｉｏｎｓ（３−６）参照）。

図１０に示すように、ファイバー束４０の遠位部にアクセスせずにΔｘ_ｉを測定することも可能となる。実際に、ファイバー束と大気の間の境界面における屈折率の差により、基本光ビームＢ_０とＢ_ｉの約３％はファイバー束の遠位面で反射される。ファイバー束４０の近位端から出射する反射ビームＢ’_０及びＢ’_ｉは、分離板９６（半反射板や偏光スプリッタキューブ等）により、光ファイバー９２へ送ることができる。測定については、前に述べたように行われる。この場合、パルスがファイバー束内を循環するので、測定値は（２Δｘ_ｉ）^−１となる。

例示的な実施形態の詳細を幾つか記載したが、所謂「レンズなし」内視鏡イメージングにおける光パルス搬送・制御用装置、レンズなし内視鏡イメージングシステム及び方法は、それとはさらに異なる態様、その改変及び改良を含む。このことは当業者にとって自明な形で明らかとなるものであり、これらの異なる態様、改変、改良が以下の請求項により定義される発明の範囲に含まれるものであることが理解される。

Claims (10)

1. レンズなし内視鏡イメージング向けの、装置少なくとも１つの第１波長を有する光パルスの搬送・制御用装置であって、
   所定のパターンで配置されたＮ本のシングルモード光ファイバー（Ｆ_ｉ）の束（４０）と、
   群速度制御用光学装置（５０）とを備え、
   前記Ｎ本のシングルモード光ファイバー（Ｆ_ｉ）の前記束（４０）は、パルス（Ｉ_０）よりなる光ビームを近位端で受光し、光ビームを遠位端で発するように構成されており、
   前記Ｎ本のシングルモード光ファイバー（Ｆ_０）のそれぞれについて、前記ファイバー束（４０）の基準用シングルモード光ファイバー（Ｆ_０）内を伝搬するパルスの伝播時間に対する相対群遅延値（Δｘ_ｉ）が定められており、
   前記群速度制御用光学装置（５０）は、前記光ファイバー束の近位側に設けられており、
   前記群速度制御用光学装置（５０）は、
   複数であるＭ個の波長板（Ｐ_ｊ）と、
   第１空間光変調器（５１）と、
   第２空間光変調器（５２）と、
   位相制御装置とを備え、
   前記Ｍ個の波長板（Ｐ_ｊ）の各波長板は、所定の遅延（δｔ_ｊ）を生じさせるように構成されており、
   前記第１空間光変調器（５１）は、光源より放出された１又は複数の入射光ビームから、光学パルスを備えた複数であるＮ本の基本光ビーム（Ｂ_ｉ）を形成するように構成されており、
   各基本光ビーム（Ｂ_ｉ）は、動作中に、前記Ｍ個の波長板のうち一の波長板（Ｐ _i ）を通過して前記光ファイバーの１つに、前記一つの波長板により導入された遅延（δｔ _ｊ ）と、前記光ファイバー（Ｆ _ｉ ）の相対群遅延（Δｘ _ｉ ）との合計（δｔ _ｊ ＋Δｘ _ｉ ）の絶対値が最小となるように入射し、
   前記第２空間光変調器（５２）は、前記Ｎ本の基本光ビーム（Ｂ_ｉ）のそれぞれの方向を、当該基本光ビーム（Ｂ_ｉ）が対応する光ファイバーの入口面に垂直に当該光ファイバー（Ｆ_ｉ）を貫通するように変化させるためのものであり、
   前記位相制御装置は、前記空間光変調器（５１、５２）の一方、又は、他方、又は、その両方をプログラミングする手段を備え、当該プログラミングする手段は、前記ファイバー束（４０）の遠位端で所定の位相関数を適用することができ、又は、前記ファイバー束（４０）のファイバーのそれぞれが生じる位相変化を補正することができ、又は、その両方を行うことができるように構成されていることを特徴とする光パルスの搬送・制御用装置。
2. 請求項１に記載の光パルスの搬送・制御用装置であって、
   前記群速度制御用光学装置（５０）は、中間焦点面（Σ_１）とともに光学配置を構成する第１レンズ（５３）と第２レンズ（５４）とを備え、
   前記波長板（Ｐ_ｊ）は、前記光学配置の前記中間焦点面（Σ_１）に設けられており、
   前記第１空間光変調器（５１）は、前記第１レンズ（５３）の対物焦点面に位置しており、
   前記第２空間光変調器（５２）は、前記第２レンズ（５４）の像焦点面に位置していることを特徴とする光パルスの搬送・制御用装置。
3. 請求項１に記載の光パルスの搬送・制御用装置であって、
   前記群速度制御用光学装置（５０）は、レンズ（５８）を備え、
   前記波長板は、前記第１空間光変調器（５１）の上流に位置する平面に設けられており、且つ、パルス（Ｉ_０）よりなる入射ビームから、Ｍ本の光ビームを形成するように適合されており、
   前記Ｍ本の光ビームはそれぞれ、所定の群遅延（δｔ_ｊ）で特徴づけられるパルスにより構成されており、
   前記第１空間光変調器（５１）は、前記レンズ（５８）の対物焦点面に配置されて、且つ、前記Ｍ本の光ビームを受光するように意図されており、
   前記第２空間光変調器（５２）は、前記レンズ（５８）の像焦点面に位置していることを特徴とする光パルスの搬送・制御用装置。
4. 請求項３に記載の光パルスの搬送・制御用装置であって、
   前記第１空間光変調器（５１）は、Ｍ個のホログラム領域より構成され、
   前記ホログラム領域のそれぞれは、所定の群遅延（δｔ_ｊ）で特徴づけられるパルスよりなる前記光ビームの１本を受光するように意図されていることを特徴とする光パルスの搬送・制御用装置。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の光パルスの搬送・制御用装置であって、
   前記Ｎ本のシングルモード光ファイバー（Ｆ_ｉ）の前記束は、マルチコアファイバーよりなることを特徴とする光パルスの搬送・制御用装置。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載の光パルスの搬送・制御用装置であって、
   前記Ｎ本のシングルモード光ファイバーは、不規則な態様に配置されていることを特徴とする光パルスの搬送・制御用装置。
7. 内視鏡イメージングシステムであって、
   光パルスの光源（１０）と、
   請求項１〜６のいずれか１項に記載の、前記光源が発した前記パルスの搬送・制御用装置と、
   シングルモード光ファイバー束（４０）をその遠位端から近位端へ通過するように意図された光の検出用光路（２０、２１）と
   を備えることを特徴とする内視鏡イメージングシステム。
8. 所定のパターンで配置されたシングルモード光ファイバー束（４０）を用いた非線形レンズなし内視鏡イメージング方法（ただし、ヒトを対象とする場合を除く）であって、
   各シングルモード光ファイバーのそれぞれについて、前記ファイバー束（４０）の基準用シングルモード光ファイバー（Ｆ_０）内を伝搬するパルスの伝播時間に対する相対群遅延値（Δｘ_ｉ）が定められており、
   当該方法は、
   光源を用いて、中間焦点面（Σ_１）を有する光学配置を第２レンズ（５４）とともに形成する第１レンズ（５３）の対物焦点面に配置された第１空間光変調器（５１）に向けて、少なくとも１つの波長を有するパルス（Ｉ_０）を備える入射ビームを発する工程と、
   前記第１空間光変調器（５１）を用いて、前記入射光ビームから、複数であるＮ本の基本光ビーム（Ｂ_ｉ）を生成する工程であって、前記Ｎ本の基本光ビーム（Ｂ_ｉ）のそれぞれは、所定の遅延（δｔ _ｊ ）を導入するよう構成されて前記光学配置の前記中間焦点面（Σ _１ ）に配置されている所定の波長板を通過し、前記波長板（Ｐ_ｊ）により導入された前記遅延（δｔ_ｊ）と、前記光ファイバー（Ｆ_ｉ）の相対群遅延（Δｘ_ｉ）との合計（δｔ_ｊ＋Δｘ_ｉ）の絶対値が最小となるように前記光ファイバーのうちの一本に入る工程と、
   前記Ｎ本の基本光ビーム（Ｂ_ｉ）のそれぞれが、対応する光ファイバー（Ｆ_ｉ）の入口面に垂直に、当該光ファイバー（Ｆ_ｉ）を貫通するよう、各基本光ビーム（Ｂ_ｉ）の前記第２レンズ（５４）の像焦点面に配置された第２空間光変調器（５２）を用いて前記Ｎ本の基本光ビーム（Ｂ_ｉ）のそれぞれの方向を変化させる工程と、
   前記ファイバー束（４０）の遠位端で所定の位相関数を適用するために、又は、前記ファイバー束（４０）のファイバーのそれぞれが生じる位相変化を補正するために、又は、その両方を行うために、前記第１及び第２空間光変調器（５１、５２）の一方、又は、他方を用いて、前記Ｎ本の基本光ビーム（Ｂ_ｉ）のそれぞれに、位相の変化を与える工程とを含むことを特徴とする非線形レンズなし内視鏡イメージング方法。
9. 所定のパターンで配置されたシングルモード光ファイバー束（４０）を用いた非線形レンズなし内視鏡イメージング方法（ただし、ヒトを対象とする場合を除く）であって、
   各シングルモード光ファイバーのそれぞれについて、前記ファイバー束（４０）の基準用シングルモード光ファイバー（Ｆ_０）内を伝搬するパルスの伝播時間に対して定められる相対群遅延値（Δｘ_ｉ）が定められており、
   当該方法は、
   光源を用いて、少なくとも１つの波長を有するパルス（Ｉ_０）よりなる入射ビームを発し、複数であるＭ個の波長板（Ｐ_ｊ）を用いて、前記入射ビームから、複数であるＭ本の光ビームを生成する工程であって、前記Ｍ個の波長板のそれぞれは、所定の遅延（δｔ_ｊ）を導入し、前記Ｍ本の光ビームはそれぞれ所定の群遅延（δｔ_ｊ）で特徴づけられるパルスより構成される工程と、
   第１レンズ（５８）の対物焦点面内に配置された第１空間光変調器（５１）を用いて、前記Ｍ本の光ビームから、複数であるＮ本の基本光ビーム（Ｂ_ｉ）を形成する工程であって、各基本光ビーム（Ｂ_ｉ）は、前記基本光ビーム（Ｂ_ｉ）を生成する光ビームの遅延（δｔ_ｊ）と、前記基本光ビーム（Ｂ_ｉ ）の相対群遅延（Δｘ_ｉ）との合計（δｔ_ｊ＋Δｘ_ｉ）の絶対値が最小となるように、前記光ファイバー（Ｆ_ｉ）の１つに入射するよう意図されている工程と、
   前記Ｎ本の基本光ビーム（Ｂ_ｉ）のそれぞれが、対応する光ファイバー（Ｆ_ｉ）の入口面に垂直に、当該光ファイバー（Ｆ_ｉ）を貫通するように、前記レンズ（５８）の像焦点面内に配置された第２空間光変調器（５２）を用いて、前記Ｎ本の基本光ビーム（Ｂ_ｉ）のそれぞれの方向を変化させる工程と、
   前記ファイバー束（４０）の遠位端で所定の位相関数を適用するために、又は、前記ファイバー束（４０）のファイバーのそれぞれが生じる位相変化を補正するために、又は、その両方を行うために、前記第１及び第２空間光変調器（５１、５２）の一方、又は、他方を用いて、前記Ｎ本の基本光ビーム（Ｂ_ｉ）のそれぞれに、位相の変化を与える工程とを含むことを特徴とする非線形レンズなし内視鏡イメージング方法。
10. 請求項８又は９に記載の非線形レンズなし内視鏡イメージング方法であって、
    少なくとも２つの入射光ビームを発する工程を含み、
    前記入射光ビームはそれぞれ、波長が異なるパルスより構成され、
    前記第１空間光変調器（５１）は、さらに、所定の波長を有するパルスよりなる前記基本光ビームを、ファイバー束（４０）のファイバーのサブセットに分散させることができることを特徴とする非線形レンズなし内視鏡イメージング方法。

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