(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
共焦点用光スキャナを用い試料面を光ビームで走査し試料面の像を観察することができるようにした共焦点顕微鏡において、
前記共焦点用光スキャナと対物レンズとの間を光学的に結合する可撓性の光ファイバ束を備え、
この光ファイバ束を構成する光ファイバのコア径を、前記共焦点用光スキャナにおける微小開口部から光ファイバ束の端面上に照射される光ビーム径の半分以上かつ２倍以下とすると共に、前記光ファイバのコア間のピッチを前記光ビーム径より大きく、かつ前記光ビーム間のピッチを前記光ファイバのコア径より大きくしたことを特徴とする共焦点顕微鏡。
【請求項２】
前記共焦点用光スキャナは、多数の微小開口部を有するディスクを回転させて光ビームを走査するように構成されたことを特徴とする請求項１記載の共焦点顕微鏡。
【請求項３】
前記微小開口部がピンホールまたはスリットであることを特徴とする請求項１または２記載の共焦点顕微鏡。
【請求項４】
前記共焦点用光スキャナは前記ディスクの微小開口部に入射する光を集束するマイクロレンズが配設された集光ディスクを備えたことを特徴とする請求項２記載の共焦点顕微鏡。
【請求項５】
前記光ファイバ束と試料の間に、ホルダに収納され光軸方向に移動可動な対物レンズを持つことを特徴とする請求項１記載の共焦点顕微鏡。
【請求項６】
前記ホルダは、試料と対物レンズの間に、試料と密着可能な光学窓を持つことを特徴とする請求項１記載の共焦点顕微鏡。
【請求項７】
前記光ファイバ束には観察用以外の光も同時に入射するようにしたことを特徴とする請求項１記載の共焦点顕微鏡。
【請求項８】
前記観察用以外の光は観察用の光と波長が異なる光であることを特徴とする請求項７記載の共焦点顕微鏡。
【請求項９】
前記共焦点用光スキャナと光ファイバ束の間にリレーレンズを設け、このリレーレンズと前記光ファイバ束を構成する光ファイバの開口数を実質上等しくしたことを特徴とする請求項１記載の共焦点顕微鏡。
【請求項１０】
前記共焦点用光スキャナの微小開口部に前記光ファイバの端面を接近して配置したことを特徴とする請求項１記載の共焦点顕微鏡。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、共焦点顕微鏡に適用される共焦点用光スキャナ装置に関し、特に光ファイバ束を用いた共焦点用光スキャナ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より共焦点顕微鏡に使用される共焦点用光スキャナはよく知られており、例えば本願出願人が出願した特開平５−６０９８０号「共焦点用光スキャナ」には、図１１に示すような構成の共焦点光スキャナが記載されている。
【０００３】
図示の共焦点用光スキャナ１では、集光ディスク２およびピンホール・ディスク３がドラム４を挟んで平行に連結され、モータ５によって回転するように形成されている。更に、２つのディスク２，３の間にはビームスプリッタ６が固定配置されている。
【０００４】
集光ディスク２には複数のマイクロレンズ（例えばフレネルレンズ）が形成され、ピンホール・ディスク３には複数のピンホールが形成されており（このようなピンホール・ディスクとしては例えばニポウディスク方式のものがある）、各マイクロレンズの焦点位置に各ピンホールが位置するように２つのディスクが連結されている。
【０００５】
なお、ピンホール・ディスク上の多数のピンホールは、共焦点効果を得るために、互いにピンホール径の５〜１０倍程度離して配置されている（以下ではこのピンホール間のピッチをＰとする）。
【０００６】
集光ディスク２に入射するレーザ光はマイクロレンズで絞られ、ビームスプリッタ６を透過してピンホールに集光する。ピンホールを通った光は対物レンズ７により集光され、試料８上に照射される。試料８からの戻り光は再び対物レンズ７およびピンホール・ディスク３を通ってビームスプリッタ６で反射され、集光レンズ９を介してカメラ１０に入る。カメラ１０の受像面（図示せず）には試料８の像が結像される。
【０００７】
このような構成において、集光ディスク２とピンホール・ディスク３を回転させ、複数のピンホールにより試料８面を光走査することにより、カメラ１０により試料８の表面画像を観測することができる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、このような従来の共焦点顕微鏡では光スキャナと試料８との位置関係が常に固定であり、内視鏡やハンディ顕微鏡等のように任意の位置にある試料を観測できるような構造にはなっていない。共焦点顕微鏡で任意の位置にある試料を観測できれば、極めて便利である。
【０００９】
本発明の目的は、このような点に鑑み、光ファイバ束を用い、任意位置の試料を観測することのできる共焦点顕微鏡を実現しようとするものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
このような目的を達成するために、請求項１に記載の発明では、共焦点用光スキャナを用い試料面を光ビームで走査し試料面の像を観察することができるようにした共焦点顕微鏡において、前記共焦点用光スキャナと対物レンズとの間を光学的に結合する可撓性の光ファイバ束を備え、この光ファイバ束を構成する光ファイバのコア径を、前記共焦点用光スキャナにおける微小開口部から光ファイバ束の端面上に照射される光ビーム径の半分以上かつ２倍以下とすると共に、前記光ファイバのコア間のピッチを前記光ビーム径より大きく、かつ前記光ビーム間のピッチを前記光ファイバのコア径より大きくしたことを特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下図面を用いて本発明を詳しく説明する。図１は本発明の共焦点顕微鏡の一実施例を示す構成図である。図１において図１１と同等部分には同一符号を付し、その説明は省略する。
【００１２】
図１において図１１の構成と異なるところは、共焦点光スキャナ１と対物レンズ７との間を光ファイバ束による光学的手段で光学的に結合した点である。すなわち、ピンホール・ディスク３と対物レンズ７の間にリレーレンズ１１と光ファイバ束１２を介在させた点である。
【００１３】
さらに詳しく述べると次の通りである。光ファイバ束１２は複数の光ファイバ（これら光ファイバの一つ一つは、コアとその周囲を覆うクラッドから成る）を束ねたものであり、光ファイバ束の両端面のコア配置は鏡面対象となるように束ねられている。更にこの光ファイバは、中間部が変形自在で、適宜に撓めることのできるいわゆる可撓性のファイバである。
【００１４】
この光ファイバ１２は、その端面が、ピンホール・ディスク３から出射された光がリレーレンズ１１によって結像する面（結像面）と一致する位置に固定配置される。
また光ファイバ１２の下端面も対物レンズ７の焦点位置に来るように固定配置される。
【００１５】
ピンホール・ディスク３を回転させ光ビームを走査すると、光ファイバ束１２を伝わって下端面から同様に走査される光ビームが出射される。出射した光ビームは対物レンズ７を透過して試料８面を走査する。
【００１６】
なお、光ファイバ束のコア径ｃは、光ファイバ束端面上に照射された光のビーム径ａとほぼ等しいことが必要である。その理由を以下に述べる。
【００１７】
ａ＞ｃであると、図２に示すように同時に複数のコアに光ビームが照射される。光ファイバ束端面では必ず図３に示すように発散光となっていることを考慮すると、図４に示すように試料８が焦点面にあるときも、図５に示すように試料８が焦点面から外れている場合でも、共焦点光スキャナでは端面αに対してのみ共焦点スライス効果があるため同様に画像が得られてしまう。つまり、試料８に対しては共焦点のスライス像が得られないことになる。
【００１８】
光ビーム径ａとコア径ｃがほぼ等しければ、図６に示すように光ファイバにはピッチＰだけ離れたコアにしか光が照射されず、また受光側にも戻らない。つまり、光ファイバのコアがピンホールと同等の働きをすることになる。
コア径ｃが光ビーム径ａより大幅に大きいと、図７に示すように複数の光ビームが同一のコアに入ってしまうため、やはり共焦点効果が得られない。
結局、共焦点の効果を得るためには、０．５ａ≦ｃ≦２ａ程度が限界である。そしてまた、同一のコアに複数の光ビームが照射されず、また一つのビームが同時に複数のコアを照射することのないようにするためには、コア間のピッチは光ビーム径ａよりも大きく、かつ光ビーム間のピッチはコア径ｃよりも大きくなるようにする必要がある。
【００１９】
このような構成においては、従来と同様に集光ディスク２に入射するレーザ光はマイクロレンズで絞られ、ビームスプリッタ６を透過してピンホールに集光する。ピンホールから出射された光はリレーレンズ１１を経由して光ファイバ１２の端面上に集束する。光ファイバ１２の下面からはピンホールからと同等の光ビームが出射され、対物レンズ７に入射する。
【００２０】
対物レンズ７を通った光ビームは試料８面に集束する。試料８面からの戻り光は対物レンズ７を通って光ファイバ１２の下面に結像し、その像は光ファイバ１２の上端に伝わる。すなわち、試料８面の像は光ファイバ１２の上端面に現れ、この像はリレーレンズ１１を介してピンホール面に結像する。
【００２１】
その後は従来と同様に、ビームスプリッタ６で反射され、集光レンズ９を介してカメラ１０に入る。
このような構成によれば、光ファイバ１２が自在に変形できるため、光スキャナに対して試料８を任意の位置関係で観測することができる。
【００２２】
なお、以上の説明は、本発明の説明および例示を目的として特定の好適な実施例を示したに過ぎない。したがって本発明は、上記実施例に限定されることなく、その本質から逸脱しない範囲で更に多くの変更、変形をも含むものである。
【００２３】
例えば、スキャナ側の微小開口部はピンホールではなく、スリットでもよい。このとき、上記コア径の制限は開口部の最小寸法であり、共焦点効果を生じるスリット幅ｂに対して必要条件となる。
【００２４】
また、光軸方向のスライス画像を得る部位を変えるには、例えば図８に示すように、光ファイバ束１２の下端部に例えば円筒形のホルダ２１を取り付け、このホルダ２１内に対物レンズ７を光軸方向に動かす手段、例えばアクチュエータ２２を設ける等が有用である。このような機構によれば、容易にスライス画像を得る部位を微妙に変えることができる。
【００２５】
なお、アクチュエータとしてはピエゾ素子や電磁式でもよく、駆動信号は光ファイバと同軸に組み込んだ電線で供給するのが望ましい。
なお、共焦点で高倍率観察を行う場合は、図８に示すようにホルダ２１の先端に光が透過できるガラス等の材料で形成された窓２３を設け、それを試料（患部等）に押し当てて光走査を行えば安定な測定が可能となる。
【００２６】
また、癌等は蛍光試薬が集中しやすく、患部をレーザ光で焼くことが行われている。このためには前記観察用のレーザ光以外に図９に示すような治療用のレーザ光２４を光ファイバ束と同軸で導入することができる。両者の波長を変え、観察側では治療用のレーザ光をフィルタでカットするようにしておけば、治療しながら観察することもできる。
なお、癌細胞は表層から数層内部にある場合があり、共焦点スライスは大変有効である。
【００２７】
また、本発明は内視鏡だけでなく、携帯型の顕微鏡でも有用である。また、ファイバを照明する開口数（ＮＡ）はファイバＮＡに近い方が照射効率および出射効率が良くなる。更にまた、図１０に示すように、ピンホール・ディスク３と光ファイバ１２の間のリレーレンズを無くし、ピンホールに光ファイバ束を近接させ、ピンホール出射光のビームが広がらないうちに光ファイバへ入射するような構成としてもよい。リレーレンズが不要となった分安価になる利点がある。
【００２８】
なお、以上の説明は、本発明の説明および例示を目的として特定の好適な実施例を示したに過ぎない。したがって本発明は、上記実施例に限定されることなく、その本質から逸脱しない範囲で更に多くの変更、変形をも含むものである。
【００２９】
【発明の効果】
（１）請求項１に記載の発明では、まず、可撓性の光ファイバ束で共焦点用光スキャナと対物レンズとの間を光学的に結合したため、光スキャナ部の配置位置に関係なく任意位置の試料を容易に観測することができる。更に、この光ファイバ束を構成する光ファイバのコア径を光ビーム径の半分以上かつ２倍以下とし、しかも光ファイバのコア間のピッチを光ビーム径より大きく、かつ光ビーム間のピッチを光ファイバのコア径より大きくしたことにより、共焦点効果が得られ、試料の共焦点スライス像を容易に得ることができる。
【００３０】
（２）  請求項２に記載の発明では、共焦点光スキャナにより多数の微小開口部を有するディスクを回転させることにより光ビーム走査を容易に実現できる。
（３）  請求項３に記載の発明では、請求項２に記載の微小開口部をピンホールまたはスリットに限定し、試料面の像の分解能を高めている。
【００３１】
（４）  請求項４に記載の発明では、集光ディスクにマイクロレンズを配設して微小開口部へ入射する光を集束し、光の利用効率を高めている。
（５）  請求項５に記載の発明では、光ファイバ束と試料の間の対物レンズを光軸方向に移動可動に形成し、光軸方向の焦点位置を可変とした。これにより光ファイバ束による位置調節では困難であった試料のスライス面の深さ方向の調節が容易となり、また微妙に調節することもできるようになった。
【００３２】
（６）  請求項６に記載の発明では光ファイバ束と試料の間に置かれた対物レンズを保持するホルダの先端に試料と密着可能な光学窓を備え、試料に密着した安定な観察を保証している。
（７）  請求項７，８に記載の発明では、光ファイバ束には観察用以外の光（例えば観察用の光とは波長の異なる治療用レーザ光等）も同時に入射するようにし、治療と観察を同時に行うことができるようにしている。
【００３３】
（８）  請求項９に記載の発明では、共焦点用光スキャナと光ファイバ束の間にリレーレンズを設け、このリレーレンズと光ファイバの開口数を実質上等しくする。これにより照射効率および出射効率を良くなる。
（９）  請求項１０に記載の発明では、共焦点用光スキャナの微小開口部に光ファイバの端面を接近して配置し、請求項１に記載のリレーレンズを不要としたもので、請求項１の発明に比してより安価な共焦点顕微鏡を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る共焦点顕微鏡の一実施例を示す構成図である。
【図２】コア径と光ビーム径の関係を説明するための図である。
【図３】光ファイバ束端面での発散光の例示的説明図である。
【図４】試料が焦点面にある場合の説明図である。
【図５】試料が焦点面から外れている場合の説明図である。
【図６】光ビーム径とコア径との関係を説明するための他の説明図である。
【図７】光ビーム径とコア径との関係を説明するための更に他の説明図である。
【図８】光ファイバ束の下端部の一例を示す構成図である。
【図９】光ファイバ束に２つの光を同軸で導入する場合の説明図である。
【図１０】ピンホールに光ファイバ束を近接させる場合の一実施例を示す構成図である。
【図１１】従来の共焦点用光スキャナの一例を示す構成図である。
【符号の説明】
１  共焦点用光スキャナ
２  集光ディスク
３  ピンホール・ディスク
４  ドラム
６  ビームスプリッタ
７  対物レンズ
８  試料
９  集光レンズ
１０  カメラ
１１  リレーレンズ
１２  光ファイバ束
２１  ホルダ
２２  アクチュエータ
２３  窓
【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】
0003560120.tif 000009
【図９】
0003560120.tif 000010
【図１０】
0003560120.tif 000011
【図１１】
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