(57)【要約】【課題】  撮像システム用の光ファイバ束型照明システム及び方法の提供。【解決手段】  光ファイバ束型照明システムは、各光ファイバで光源からの光を受光する複数の光ファイバを含む光ファイバ束と、撮像システム用の動作モードを選択するビーム整形素子と、光を試料上に偏向させるビーム偏向素子とを備える。本発明の一実施形態では、本方法は、（１）撮像システム用の動作モードを選択する段階と、（２）１以上の光源から、複数の光ファイバを含む光ファイバ束を通して光を伝送する段階と、（３）選択した動作モードに基づいてビーム整形素子を用意する段階と、（４）集束光を試料上に偏向させる段階とを含む。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
撮像システム用の光ファイバ束型照明システムであって、
各光ファイバが光源からの光を受光する複数の光ファイバを含む光ファイバ束と、
撮像システム用の動作モードを選択するビーム整形素子と、
光を試料上に偏向させるビーム偏向素子とを備えるシステム。
【請求項２】
光を平行化するビームコリメータをさらに備える、請求項１記載のシステム。
【請求項３】
光ファイバ束内の光ファイバが、マルチモード光ファイバ、シングルモード光ファイバ及びこれらの組合せからなる群から選択される、請求項１記載のシステム。
【請求項４】
光ファイバ束内の光ファイバが、偏波保持光ファイバ、フォトニック結晶光ファイバ及びこれらの組合せからなる群から選択される、請求項１記載のシステム。
【請求項５】
光ファイバ束の出力端部の光ファイバが、光ファイバ束の軸に対して軸方向にオフセットしている、請求項１記載のシステム。
【請求項６】
光ファイバ束の出力端部の複数の光ファイバが、一列、複数の列、十字、円及び矩形からなる群から選択されるパターンで配置されている、請求項１記載のシステム。
【請求項７】
光ファイバ束の出力端部の複数の光ファイバが等間隔で配置されている、請求項１記載のシステム。
【請求項８】
光ファイバ束の出力端部の光ファイバのコア間の間隔が、化学エッチング、部分的クラッド除去、テーパリング及び融着の少なくともいずれかによって短縮されている、請求項１記載のシステム。
【請求項９】
光ファイバの端部が、光ファイバの光軸に対して垂直、光ファイバ束の出力端部で光ファイバの光軸に対して所定の角度で傾斜及び球面からなる群から選択される幾何形状を有する、請求項１記載のシステム。
【請求項１０】
光ファイバ束内の光ファイバが、光ファイバ束の出力端部で光コネクタと合体している、請求項１記載のシステム。
【請求項１１】
伝送光の光学パラメータを変更するデバイスをさらに備えており、伝送光の光学パラメータを変更するデバイスが、減衰器、偏波コントローラ、シャッタ、音響光学変調器、電気光学変調器及びこれらの組合せからなる群から選択される、請求項１記載のシステム。
【請求項１２】
光ファイバ束を通して光ファイバ１本ずつ光が逐次伝送される、請求項１記載のシステム。
【請求項１３】
光ファイバ束が２本以上の光ファイバを通して光を同時に伝送する、請求項１記載のシステム。
【請求項１４】
光ファイバ束が１波長ずつ光を逐次伝送する、請求項１記載のシステム。
【請求項１５】
光ファイバ束が２以上の波長の光を同時に伝送する、請求項１記載のシステム。
【請求項１６】
前記光源が、レーザ、レーザダイオード、発光ダイオード、ランプ及びこれらの組合せからなる群から選択される、請求項１記載のシステム。
【請求項１７】
前記ビームコリメータが、レンズ型コリメータ及びミラー型コリメータからなる群から選択される、請求項２記載のシステム。
【請求項１８】
前記ビーム整形素子が、パウエルレンズ、円柱レンズ、回折格子、ホログラフィック素子、集光ミラー及びこれらの組合せからなる群から選択される、請求項１記載のシステム。
【請求項１９】
前記ビーム整形素子が、従来の球面レンズ、従来の非球面レンズ、集光ミラー及びこれらの組合せからなる群から選択される、請求項１記載のシステム。
【請求項２０】
前記ビーム偏向素子が、走査ミラーと１以上のアクチュエータとを備える、請求項１記載のシステム。
【請求項２１】
前記撮像システムの動作モードが線共焦点モードである、請求項１記載のシステム。
【請求項２２】
前記撮像システムの動作モードが広視野モードである、請求項１記載のシステム。
【請求項２３】
前記撮像システムの動作モードが点共焦点モードである、請求項１記載のシステム。
【請求項２４】
撮像システム用の光ファイバ式照明方法であって、
撮像システム用の動作モードを選択し、
１以上の光源から、複数の光ファイバを含む光ファイバ束を通して光を伝送し、
選択した動作モードに基づいてビーム整形素子を用意し、
集束光を試料上に偏向させる
ことを含んでなる方法。
【請求項２５】
光ファイバ束からの光を平行化することをさらに含む、請求項２４記載の方法。
【請求項２６】
光ファイバ束内の光ファイバが、マルチモード光ファイバ、シングルモード光ファイバ及びこれらの組合せからなる群から選択される、請求項２４記載の方法。
【請求項２７】
光ファイバ束内の光ファイバが、偏波保持光ファイバ、フォトニック結晶光ファイバ及びこれらの組合せからなる群から選択される、請求項２４記載の方法。
【請求項２８】
光ファイバ束の出力端部の光ファイバが、光ファイバ束の軸に対して軸方向にオフセットしている、請求項２４記載の方法。
【請求項２９】
光ファイバ束の出力端部の複数の光ファイバが、一列、複数の列、十字、円及び矩形からなる群から選択されるパターンで配置されている、請求項２４記載の方法。
【請求項３０】
光ファイバ束の出力端部の複数の光ファイバが等間隔で配置されている、請求項２４記載の方法。
【請求項３１】
光ファイバ束の出力端部の光ファイバのコア間の間隔を、化学エッチング、部分的クラッド除去、テーパリング及び融着のうちの１以上によって短縮することをさらに含む、請求項２４記載の方法。
【請求項３２】
光ファイバの端部を、光ファイバの光軸に対して垂直、光ファイバ束の出力端部で光ファイバの光軸に対して所定の角度で傾斜及び球面からなる群から選択される幾何形状に研磨することをさらに含む、請求項２４記載の方法。
【請求項３３】
光ファイバ束内の光ファイバが、光ファイバ束の出力端部で光コネクタと合体している、請求項２４記載の方法。
【請求項３４】
減衰器、偏波コントローラ、シャッタ、音響光学変調器、電気光学変調器及びこれらの組合せからなる群から選択されるデバイスを用いて、伝送光の光学パラメータを変更することをさらに含む、請求項２４記載の方法。
【請求項３５】
１以上の光源から光ファイバ束を通して光を伝送する段階が、光ファイバ束を通して光ファイバ１本ずつ光を逐次伝送することを含む、請求項２４記載の方法。
【請求項３６】
１以上の光源から光ファイバ束を通して光を伝送する段階が、２本以上の光ファイバを通して光を同時に伝送することを含む、請求項２４記載の方法。
【請求項３７】
１以上の光源から光ファイバ束を通して光を伝送する段階が、１波長ずつ光を逐次伝送することを含む、請求項２４記載の方法。
【請求項３８】
１以上の光源から光ファイバ束を通して光を伝送する段階が、２以上の波長の光を同時に伝送することを含む、請求項２４記載の方法。
【請求項３９】
前記光源が、レーザ、レーザダイオード、発光ダイオード、ランプ及びこれらの組合せからなる群から選択される、請求項２４記載の方法。
【請求項４０】
光ファイバ束からの光を平行化する段階が、レンズ型コリメータ及びミラー型コリメータからなる群から選択されるビームコリメータを用いて光ファイバ束からの光を平行化することを含む、請求項２５記載の方法。
【請求項４１】
前記ビーム整形素子が、パウエルレンズ、円柱レンズ、回折格子、ホログラフィック素子、集光ミラー及びこれらの組合せからなる群から選択される、請求項２４記載の方法。
【請求項４２】
前記ビーム整形素子が、従来の球面レンズ、従来の非球面レンズ、集光ミラー及びこれらの組合せからなる群から選択される、請求項２４記載の方法。
【請求項４３】
集束光を試料上に偏向させる段階が、走査ミラーを１以上のアクチュエータで移動させることを含む、請求項２４記載の方法。
【請求項４４】
撮像システム用の動作モードが線共焦点モードである、請求項２４記載の方法。
【請求項４５】
撮像システム用の動作モードが点共焦点モードである、請求項２４記載の方法。
【請求項４６】
撮像システム用の動作モードが広視野モードである、請求項２４記載の方法。
【請求項４７】
光ファイバ束内の複数の光ファイバのアクチュエータ空間的分離のための制御電圧のオフセットを決定することをさらに含む、請求項２４記載の方法。
【請求項４８】
集束光を試料上に偏向させる段階が、光ファイバ束内の複数の光ファイバのアクチュエータ空間的分離のための制御電圧のオフセットを決定し、制御電圧のオフセットを１以上のアクチュエータに送ることを含む、請求項４３記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は広義には光ファイバ光ファイバ束型照明に関し、具体的には、撮像システム用の光ファイバ束型照明システム及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
光は、幾つかの方法で遠隔光源から目標まで送ることができる。これを達成する一つの方法は、光を自由空間内で伝送することである。もう一つの方法は、光ファイバを通して光を伝送することである。
【０００３】
光ファイバを顕微鏡観察に使用すると、照明光源、光検出器の少なくともいずれかを顕微鏡から離して配置することができる。例えば、国際公開第９５／１１４６１号及びＨｏｏｐｅｒ  ｅｔ  ａｌ．，  “Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｓ  ａｎｄ  Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ  ｏｆ  Ｐｈｏｔｏｎ  Ｉｍａｇｉｎｇ  ｆｏｒ  Ｂｉｏｍｏｌｅｃｕｌａｒ  Ｓｃｒｅｅｎｉｎｇ，”  Ｔｈｅ  Ｓｏｃｉｅｔｙ  Ｆｏｒ  Ｂｉｏｍｏｌｅｃｕｌａｒ  Ｓｃｒｅｅｎｉｎｇ  （１９９５）には、光ファイバを試料からＣＣＤ検出器まで伝送するのに使用することが開示されており、その開示内容は援用によって本明細書の内容の一部をなす。
【０００４】
光ファイバには、波長に特異的で単一空間モードだけを伝搬できるシングルモード光ファイバと、複数の波長及び複数の空間モードを伝搬できるマルチモード光ファイバとの２つの基本的なカテゴリがある。
【０００５】
シングルモード光ファイバは、単一空間モードを顕微鏡の標本面内の近回折限界（near diffraction-limited）スポットに集束させることができるので、共焦点照明伝送によく適している。これによって高解像度の撮像が可能となる。一方、マルチモード光ファイバはコア径が大きく、通常大きな開口数を有するので、光の送達と蛍光収集との双方に常用されている。光ファイバ及びそれらの顕微鏡観察における使用については、Ｆｌｕｓｈｂｅｒｇ  ｅｔ  ａｌ．，  “Ｆｉｂｅｒ−ｏｐｔｉｃ  ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｃｅ  ｉｍａｇｉｎｇ，”  Ｎａｔｕｒｅ  Ｍｅｔｈｏｄｓ  ２：１２  ９４１−５０  （Ｄｅｃ．  ２００５）（以下、Ｆｌｕｓｈｂｅｒｇという。）並びにＨｅｌｍｃｈｅｎ，  “Ｍｉｎｉａｔｕｒｉｚａｔｉｏｎ  ｏｆ  ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｃｅ  ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅｓ  ｕｓｉｎｇ  ｆｉｂｒｅ  ｏｐｔｉｃｓ，”  Ｅｘｐ．  Ｐｈｙｓｉｏｌ  ８７．６  ７３７−４５  （２００２）に詳しく記載されており、それらの開示内容は援用によって本明細書の内容の一部をなす。
【０００６】
複数の光ファイバを束ねることもでき、これらは光ファイバ束（光ファイババンドル）と呼ばれる。光ファイバ束は、複数のシングルモード又はマルチモード光ファイバからなり、蛍光照明及び走査共焦点撮像に多用されている。Ｆｌｕｓｈｂｅｒｇの９４４頁を参照されたい。例えば、線共焦点システムに用いる場合、光ファイバ束は光源から試料に光を伝送するのに使用できる。ＦｌｕｓｈｂｅｒｇのＦｉｇ．２ｂにみられるように、光源からの光は１次元スキャナで反射され、円柱レンズを通過する。円柱レンズは、水平軸又は垂直軸のような１軸に光を集束する。次いで、集束光は、選択された軸に沿ってファイバ束に入り、試料に送達される。
【特許文献１】国際公開第９５／１１４６１号パンフレット
【特許文献２】米国特許第４８２６２９９号明細書
【非特許文献１】Ｈｏｏｐｅｒ  ｅｔ  ａｌ．，  “Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｓ  ａｎｄ  Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ  ｏｆ  Ｐｈｏｔｏｎ  Ｉｍａｇｉｎｇ  ｆｏｒ  Ｂｉｏｍｏｌｅｃｕｌａｒ  Ｓｃｒｅｅｎｉｎｇ，”  Ｔｈｅ  Ｓｏｃｉｅｔｙ  Ｆｏｒ  Ｂｉｏｍｏｌｅｃｕｌａｒ  Ｓｃｒｅｅｎｉｎｇ  （１９９５）
【非特許文献２】Ｆｌｕｓｈｂｅｒｇ  ｅｔ  ａｌ．，  “Ｆｉｂｅｒ−ｏｐｔｉｃ  ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｃｅ  ｉｍａｇｉｎｇ，”  Ｎａｔｕｒｅ  Ｍｅｔｈｏｄｓ  ２：１２  ９４１−５０  （Ｄｅｃ．  ２００５）
【非特許文献３】Ｈｅｌｍｃｈｅｎ，  “Ｍｉｎｉａｔｕｒｉｚａｔｉｏｎ  ｏｆ  ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｃｅ  ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅｓ  ｕｓｉｎｇ  ｆｉｂｒｅ  ｏｐｔｉｃｓ，”  Ｅｘｐ．  Ｐｈｙｓｉｏｌ  ８７．６  ７３７−４５  （２００２）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
Ｆｌｕｓｈｂｅｒｇに記載された方法は有効ではあるが、幾つかの短所を有する。例えば、各光ファイバ周囲のクラッドは光ファイバの光搬送部間に間隔を生じるので、バンドルから光出力が均一にならない。そのため、照明及び収集光の空間分解能が共に低下する。こうしたピクセレーションは、標本面内での横方向光学解像度を、ファイバ間の平均コア間距離を２倍したものを撮像レンズの光学倍率で除した分だけ低下させることがある。Ｆｌｕｓｈｂｅｒｇの９４４頁参照。
【０００８】
蛍光顕微鏡法では、試料に複数の蛍光色素を使用することが一般的である。そのため、各蛍光色素毎に複数の励起光光源を使用することが往々にして必要とされる。これを達成するため、各光源から異なる光を試料に送達するのに一般に光ファイバが用いられる。実際、従来の光ファイバビームコンバイナを使うと、複数のシングルモード光ファイバを用いて光源から１本の出力光ファイバへと光を送達することができる。しかし、この方法は、入力光ファイバと１本の出力光ファイバとの光結合に伴う損失のため、非効率的である。さらに、１本の出力光ファイバは、蛍光照明に要する典型的な波長、すなわち、近赤外乃至近紫外の波長の伝送のために最適化されていない。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本願では、撮像システム用の光ファイバ束型照明システムについて開示する。本発明の一実施形態では、本システムは、複数の光ファイバを含む光ファイバ束を備える。各光ファイバは光源からの光を受光する。本システムは、撮像システム用の動作モードを選択するビーム整形素子も備えている。本システムは、光を試料上に偏向させるビーム偏向素子もさらに備えている。
【００１０】
また、撮像システム用の光ファイバ式照明法についても開示する。本発明の一実施形態では、本方法は、（１）撮像システム用の動作モードを選択する段階と、（２）１以上の光源から、複数の光ファイバを含む光ファイバ束を通して光を伝送する段階と、（３）選択した動作モードに基づいてビーム整形素子を用意する段階と、（４）集束光を試料上に偏向させる段階とを含む。
【００１１】
本発明の撮像システムは、線共焦点モード及び広視野モードで動作し得る。本システム及び方法は、ビームコリメータをさらに備えていてもよい。ビームコリメータは、レンズ型コリメータであっても、ミラー型コリメータであってもよい。
【００１２】
光ファイバ束内の光ファイバは、マルチモード光ファイバ及び／又はシングルモード光ファイバとすることができる。また、光ファイバ束内の光ファイバは、偏波保持光ファイバ、フォトニック結晶光ファイバ及びこれらの組合せとすることができる。
【００１３】
光ファイバ束の出力端部の光ファイバは、光ファイバ束の軸に対して軸方向にオフセットしていてもよい。光ファイバ束の出力端部の光ファイバは、一列のパターン、複数の列のパターン、十字パターン、円形パターン、矩形パターンで配置することができる。光ファイバ束の出力端部の光ファイバは等間隔で配置される。
【００１４】
光ファイバ束の出力端部の光ファイバのコア間の間隔は、化学エッチング、部分的クラッド除去、テーパリング及び／又は融着によって短縮することができる。
【００１５】
光ファイバの端部の幾何形状は、光ファイバの光軸に対して垂直であってもよいし、光ファイバ束の出力端部で光ファイバの光軸に対して所定の角度で傾斜していてもよいし、或いは球面であってもよい。
【００１６】
光ファイバ束内の光ファイバは、光ファイバ束の出力端部で光コネクタに合体させることができる。
【００１７】
このシステムは、伝送光の光学パラメータを変更するデバイスを含んでいてもよい。かかるデバイスとしては、減衰器、偏波コントローラ、シャッタ、音響光学変調器、電気光学変調器が挙げられる。別の実施形態では、パワーメータのように、光のパラメータを監視するデバイスを使用することができる。
【００１８】
一実施形態では、光ファイバ束を通して光ファイバ１本ずつ光を逐次伝送する。別の実施形態では、２本以上の光ファイバを通して光を同時に伝送する。別の実施形態では、光ファイバ束を通して１波長ずつ光を逐次伝送する。別の実施形態では、２以上の波長を光ファイバ束を通して同時に伝送する。
【００１９】
光源は、レーザ、レーザダイオード、発光ダイオード、ランプ及びこれらの組合せからなる群から選択できる。
【００２０】
ビーム整形素子としては、パウエルレンズ、円柱レンズ、回折格子、ホログラフィック素子及び球面又は従来の非球面レンズが挙げられる。
【００２１】
ビーム偏向素子は、走査ミラーと、ガルバノメータのような１以上のアクチュエータを備えるものがある。
【００２２】
本発明の技術的利点は、撮像用の光ファイバ束型照明システム及び方法が開示されることである。本発明の別の技術的利点は、光源から光を光学システムに伝送するのに光ファイバ束を用いることである。本発明のもう一つの技術的利点は、撮像システムを線共焦点モード及び広視野モードで動作できることである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
本発明についての十分な理解を図るべく、以下、添付の図面を参照して説明する。
【００２４】
本発明の好ましい実施形態及びそれらの効果は図１〜図３を参照すれば明らかであろう。これらの図面において、同様の要素には同様の符号を付した。
【００２５】
本発明のシステム及び方法は、蛍光の収集に光ファイバを使用しない線共焦点顕微鏡での使用に適している。かかるデバイスの例は、「Ｍｅｔｈｏｄ  ａｎｄ  Ａｐｐａｒａｔｕｓ  ｆｏｒ  Ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｔ  Ｃｏｎｆｏｃａｌ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ」と題する米国特許出願第１１／１８４４４４号及び２００５年１２月３０日出願の「Ａｕｔｏｆｏｃｕｓ  Ｍｅｔｈｏｄ  Ａｎｄ  Ｓｙｓｔｅｍ  Ｆｏｒ  Ａｎ  Ａｕｔｏｍａｔｅｄ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ」と題する米国特許出願（整理番号６０４９７．００００５１；米国特許出願番号第１１／３２０６７６号）に開示されており、それらの開示内容は援用によって本明細書の内容の一部をなす。
【００２６】
一実施形態では、本発明のシステムは、広視野モード、点走査モード又は線共焦点モードで動作する顕微鏡で使用できる。一実施形態では、本システムは、蛍光共焦点顕微鏡で使用できる。
【００２７】
図１を参照すると、蛍光撮像用の光ファイバ束型照明システムのブロック図が図示されており、蛍光（蛍光染色又は蛍光標識された）ターゲット１５０を励起させるための１以上の光源１１０1〜１１０nと、蛍光放射を検出するための１以上の検出器１９０とを含む。システム１００は、共焦点及び広視野蛍光顕微鏡で通常みられるような他の部品を含んでいてもよい。以下、上記その他の部品について詳細に説明する。幾つかの部品については、複数の実施形態が可能である。
【００２８】
単なる例示として、励起光を破線１０１で示し、反射光を破線１０２で示す。
【００２９】
光源１１０1〜１１０nは、励起波長の光をターゲットに送達することができる光源であればどんなものでもよい。好適な光源の例としては、レーザ、レーザダイオード、発光ダイオード、ランプが挙げられる。その他の光源も適宜使用できる。
【００３０】
一実施形態では、近赤外乃至近紫外域の光スペクトルをカバーする２以上のレーザが光源１１０1〜１１０4として設けられる。実用的な任意の数のレーザを使用することができ、設けられる光源の数は、異なる励起光波長が必要とされる試料中に存在する蛍光色素の数に依存する。
【００３１】
米国特許出願第１１／１８４４４４号に開示されているように、光源からの光は、適当な直径、方向及び平行度の自由空間ビームとして光を送達することによって或いは光ファイバ光送達システムによってシステムの残りの部分と結合される。自由空間の実施形態では、レーザ選択モジュールを用いて、自由空間を通して伝送すべきレーザを選択する。本発明では、これらの各レーザの光が光ファイバ束内の個々の光ファイバによってシステムの残りの部分と結合する。
【００３２】
光ファイバ束１２０は、複数の光ファイバ１１５1〜１１５nを備える。含まれる光ファイバ１１５の数は必要に応じて異なる。一実施形態では、光ファイバ束１２０内に含まれる光ファイバ１１５の数は、試料１５０に送達する必要のある光源の数に基づく。出力ビームは同じ光学システムを通して移動するので、光ファイバ束１２０は、すべての出力ビームで同様の発散（divergence）を与えるように同様の開口数を有する光ファイバを含んでいるのが好ましい。
【００３３】
好適な光ファイバ束の一例は７本のシングルモード光ファイバを含む。各光ファイバは、光源１１０1〜１１０nを光学システムの残りの部分に結合するのに適した長さを有する。かかるファイバ束は一般に入手できる。所要及び所望に応じて、その他のタイプ、サイズ、数の光ファイバを使用してもよい。
【００３４】
各光源１１０1〜１１０nには、光ファイバ１１５1〜１１５nが設けられる。一実施形態では、光ファイバ１１５1〜１１５nは、好ましくは光源の波長とマッチするように選択されるシングルモード光ファイバである。光ファイバ１１５1〜１１５nは偏波保持ファイバであっても、フォトニック結晶光ファイバであってもよい。
【００３５】
光ファイバ束１２０の出力端部の光ファイバ１１５1〜１１５nは、様々な配置を有し得る。図２ａ〜図２ｄを参照すると、光ファイバ束１２０内の光ファイバ１１５1〜１１５nの配列の例を幾つか示す。かかる配列としては、図２ａに示す一列、図２ｂに示す円、図２ｃに示す複数の列、図２ｄに示す十字が挙げられる。所要及び所望に応じて、その他の配列も使用できる。
【００３６】
一実施形態では、光ファイバ束１２０内の光ファイバ１１５1〜１１５nは等間隔で配置できる。別の実施形態では、光ファイバ１１５1〜１１５nの間隔は等間隔ではない。
【００３７】
上述の通り、光ファイバ１１５1〜１１５nを囲むクラッドは、ファイバコア同士を空間的に離隔し、空間分解能を下げるおそれがある。したがって、一実施形態では、化学エッチングによってクラッドを部分的に除去することによって、光ファイバ１１５1〜１１５n間の間隔を短縮してもよい。これは、光ファイバ束１２０の出力端部近傍で実施できる。
【００３８】
光ファイバ１１５1〜１１５n間の間隔を短縮するための他の方法としては、光ファイバ１１５1〜１１５nのテーパリング及び光ファイバ１１５1〜１１５nの融着が挙げられる。その他の方法は当業者には明らかであろう。
【００３９】
光ファイバ１１５1〜１１５nは、光ファイバ束１２０の出力端部で、光ファイバ束１２０の軸に対して軸方向にオフセットしていてもよい。これは、照明用の特定の波長について、光学素子（例えばビームコリメータ１２５、ビーム整形素子１３０など）の色収差を補償するために実施できる。ファイバ束１２０の端部からファイバ先端が延びる量は、色収差が補償される点でファイバ先端が途切れるようにする。一実施形態では、この設計によって、逐次撮像法（一度に１波長）の際に他の波長の光源に切り替えた後で照明光学システムを再調整する必要がなくなり、一度に２以上の波長を用いて色収差のない撮像が可能となる。
【００４０】
光ファイバ束１２０内の光ファイバ１１５1〜１１５nは、光ファイバ束１２０の出力端部で空間的に分離される。一実施形態では、この空間分離は標本上に２以上の重なり合わない照明領域を生じる。これによって、対応照明領域に光学的に共役した複数の光検出器又は同一検出器の複数のセクションを用いた蛍光の同時検出が可能となる。
【００４１】
光ファイバ１１５1〜１１５nはそれぞれの出力端部で特定の幾何形状に研磨してもよい。一実施形態では、光ファイバ１１５1〜１１５nは、ファイバの光軸に対して垂直な幾何形状を有する。かかる幾何形状では、光ファイバ１１５1〜１１５nの出力ビームは光ファイバ束１２０の光軸に平行となる。
【００４２】
別の実施形態では、光ファイバ１１５1〜１１５nは、ファイバの光軸に対して所定の角度をなす幾何形状に研磨してもよい。かかる幾何形状では、光ファイバ１１５1〜１１５nの出力ビームは、光ファイバ束１２０の光軸に対して所定の角度で伝播する。角度研磨は、視野内の照明領域の位置に対して追加的の制御手段を与える。
【００４３】
別の実施形態では、光ファイバ１１５1〜１１５nは、球面形状を有するように研磨（例えば、構成、賦形、加工など）してもよい。球面研磨は、ファイバの前面に微小レンズを配置するのに等しいので、出力ビームの発散の制御が可能となる。この方法は、光ファイバ１１５1〜１１５nの開口数（ＮＡ）の差の光学的補償に用いることができる。これは、ＮＡの異なるファイバでは出力端部で異なる発散のビームが生じるので重要である。
【００４４】
光ファイバ１１５1〜１１５nは、所要及び所望に応じて他の幾何形状の先端を有していてもよい。
【００４５】
再び図１を参照すると、光ファイバ１１５1〜１１５nは、各光源１１０1〜１１０nと接続するためのコネクタ１１２を含んでいてもよい。一実施形態では、この目的にＦＣ又はＳＭＡコネクタ（図示せず）を使用できる。コネクタ１１２によって、ファイバレセプタクルを有するファイバカプラ内にファイバを正しく挿入することができる。別の実施形態では、ピグテールカプラ（pigtailed coupler）を使用できる。
【００４６】
一実施形態では、光ファイバ束１２０は、伝送光の光学パラメータを変更するデバイスを備える。かかるデバイスとしては、光学変調器、減衰器、偏波コントローラ、シャッタ、音響光学変調器、電気光学変調器が挙げられる。所要及び所望に応じて、伝送光の光学パラメータを変更する他の適当なデバイスを使用してもよい。
【００４７】
別の実施形態では、パワーメータのような、光のパラメータを監視するデバイスを使用してもよい。
【００４８】
一実施形態では、かかるデバイスは、光源１１０と光ファイバ１１５の間に設けて配置することができる。別の実施形態では、かかるデバイスをファイバ化して、光ファイバ束１２０内にインラインで配置してもよい。
【００４９】
一実施形態では、光ファイバ１１５1〜１１５nの出力端部は、単一の出力光コネクタ１２２に組み込んでもよい。一実施形態では、コネクタ１２２はＦＣ又はＳＭＡコネクタとすることができる。
【００５０】
一実施形態では、光ファイバ束１２０は、矩形の形状をした固定具（図示せず）で保持してもよい。矩形の固定具は、水平線に沿って整列したファイバを保持し、光ファイバ束１２０を光学システムの残りの部分と整列させるのに役立つ。別の実施形態では、光ファイバ束１２０は、半円筒形の形状をした固定具で保持しもよい。光学的整列を簡単にする他の形状の固定具も使用できる。
【００５１】
光ファイバ束１２０内の光ファイバ１１５1〜１１５nを出る光は、ビームコリメータ１２５に送られる。ビームコリメータ１２５は、レンズ型コリメータであっても、ミラー型コリメータであってもよい。ビームコリメータ１２５は、光ファイバ束１２０から発散するビームを平行ビームに変換する。
【００５２】
励起光はビーム整形素子１３０に通してもよい。ビーム整形素子１３０によって、システム１００を線共焦点モード又は広視野モードで動作できるようになる。
【００５３】
一実施形態では、システム１００を線共焦点モードで動作させる場合、ビーム整形素子１３０は、レーザ光の平行ビームを一方向だけに発散する集束ビームへと変換してもよい。出力ビームの全発散角Ｄｑは、以下の式で計算できる。
【００５４】
Ｄｑ＝２×ａｒｃｔａｎ（Ｄ／２×ｆ））
式中、ｆは顕微鏡対物レンズ１４５の焦点距離であり、Ｄはターゲット１５０上の撮像領域の線の軸方向の直線距離である。一実施形態では、米国特許第４８２６２９９号（その開示内容は援用によって本明細書の内容の一部をなす。）に開示されているようなパウエルレンズを使用できる。別の実施形態では、円柱レンズを使用してもよい。
【００５５】
その他の好適なビーム整形素子１３０としては、回折格子及びホログラフィック素子が挙げられる。
【００５６】
別の実施形態では、システム１００を広視野モードで動作させる場合、ビーム整形素子１３０は、従来の球面又は非球面レンズとすることができる。別の実施形態では、ビーム整形素子１３０は集光ミラーであってもよい。
【００５７】
光は、ビーム整形素子１３０の後、走査ミラーのようなビーム偏向素子１４０へと送られる。ビーム偏向素子１４０は、試料１５０上での線照明の位置調整に使用される。
【００５８】
一実施形態では、ビーム偏向素子１４０は、顕微鏡対物レンズ１４５の後方に中心をもつ又は軸方向にオフセットした細いミラーを含んでいてもよい。この実施形態は、以下の幾何形状及び反射特性を有する。
幅：対物レンズの後方開口の直径の約１／１０倍、
長さ：対物レンズの後方開口の直径の約１．６倍、
光学的に平坦、
３００ｎｍ〜８００ｎｍで反射率が高い。
【００５９】
このようなミラーの特性は、幾つかの重要な効果をもたらす。第１に、すべての励起波長に対して単一のミラーを使用できる。マルチバンドダイクロイックミラーに比べると、これによってシステムを広範な光源に適合させる際の柔軟性が大幅に高まる。
【００６０】
第２に、対物レンズの後方開口をその最も広い点で使用する。これによって、達成可能な回折レベルが最低となり、ひいては試料上でのレーザ照明の線幅が最も狭くなる。
【００６１】
第３に、達成できる視野が、単純な単一傾斜鏡法を用いたときと同じくらい大きい。２枚のミラーを用いることによって、ビームの方向を変更すると同時に、ビームを並進させることができる。
【００６２】
ビーム偏向素子１４０は、ダイクロイックミラーであってもよい。ダイクロイックミラーの設計は、すべての励起レーザからの放射光を効率的に反射し、蛍光発光に相当する波長域の光が効率的に透過されるようにする。好適なダイクロイックミラーの一例は、Ｒｕｇａｔｅ技術に基づくマルチバンドミラーである。
【００６３】
ビーム偏向素子１４０はアクチュエータ１３５によって動かされる。一実施形態では、アクチュエータ１３５は、角度位置検出用の内蔵センサを備えたガルバノメータとすることができる。ガルバノメータは、適切に同調されたサーボシステムで駆動される。軸受系は、軸受内の摩耗及び摩擦の問題を効果的になくすためフレクシャ式のものである。ガルバノメータの一例は、Ｎｕｔｆｉｅｌｄ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ社（米国ニューハンプシャー州ウィンダム、レンジロード４９）から入手可能なＣｒｏｓｓ  Ｆｌｅｘｕｒｅ  Ｐｉｖｏｔ  Ｓｕｓｐｅｎｓｉｏｎ  Ｍｏｖｉｎｇ  Ｍａｇｎｅｔ  Ｇａｌｖａｎｏｍｅｔｅｒである。
【００６４】
一実施形態では、システム１００を線共焦点モードで動作させる場合、アクチュエータ１３５は、光ファイバ束１２０からの光が試料１５０を横断するように、ビーム偏向素子１４０を動かす。
【００６５】
別の実施形態では、システム１００を広視野モードで動作させる場合、アクチュエータ１３５は、ビーム偏向素子１４０を試料１５０に対して固定させる。例えば４５度の角度などに固定できる。さらに別の実施形態では、システム１００を広視野モードで動作させる場合、アクチュエータ１３５は、検出器１９０で光を取得する周波数よりも高い周波数でビーム偏向素子１４０を試料１５０に対して動かすようにしてもよい。かかる運動は、試料１５０上に一段と均一な光照射野をもたらす。
【００６６】
顕微鏡対物レンズ１４５、試料支持体１５５、光学フィルタ１６５、光学フィルタ１６５用のアクチュエータ１７０、結像レンズ１７５、発光フィルタ１８０、発光フィルタ１８０用のアクチュエータ１８５及び１以上のカメラ１９０を始めとする、システム１００の残りについては、米国特許出願第１１／１８４４４４号に十分に記載されている。
【００６７】
別々の光源１１０1〜１１０nからの光は光ファイバ束１２０を通して様々な方式で送達できる。例えば、異なる光源１１０1〜１１０nからの光を１光源ずつ逐次伝送できる。すなわち、第１の光源１１０1からの光を伝送し、次いで第２の光源１１０2からの光を伝送し、順次同様である。この方法では１波長ずつ光を逐次伝送できる。
【００６８】
別の実施形態では、異なる光源からの光を同時に伝送できる。この方法では、光ファイバ束１２０を通して２以上の波長ファイバを同時に伝送できる。
【００６９】
上述の通り、光ファイバ１１５1〜１１５nは、光ファイバ束１２０の端部で空間的にオフセットしていてもよい。例えば、図２ｄを参照すると、光ファイバ束１２０を出た光は、試料１５０上の異なる位置に線を形成する。光ファイバ束１２０の中央の光ファイバに対して、上下の光ファイバからの光は検出器１９０（例えば、ローリングシャッタ）の軸に垂直な軸方向に変位してターゲット１５０に当たり、左右の光ファイバからの光は検出器１９０の軸方向に変位してターゲット１５０に当たる。
【００７０】
システム１００を広視野モードで動作させる際に、この変位はターゲット１５０に当たる光がターゲット１５０よりも大きい照射野をもつように担保することによって補償できる。そこで、ある程度のオフセットがあったとしても、光ファイバ束１２０内のどの光ファイバ１１５1〜１１５nで励起光を送るかにかかわらず、ターゲット１５０は完全に照明される。これを図３に図解する。
【００７１】
システム１００を線共焦点モードで動作させる際に、検出器１９０の軸方向の変位は、試料１５０上の入射線が検出器１９０の視野よりも長くなるように担保することによって補償できる。検出器１９０に対して垂直な軸方向の変位は、ビーム偏向素子１４０のアクチュエータ１４５用の制御電圧のオフセットを与えることによって補償できる。そこで、こうした電圧オフセットによって、アクチュエータ１４５は、上又は下の光ファイバからの光が重複する照明領域を依然として形成して検出器１９０に対する活性領域を形成するようにビーム偏向素子１４０を適切に配置する。
【００７２】
アクチュエータ１４５用の電圧オフセットは以下のようにして決定できる。まず、検出器１５０のローリングシャッタを試料領域の上から試料領域の下まで一定の速度で移動させる。この移動中に、光ファイバ束１２０の光ファイバ１１５から線照明を送り、視野全体を移動させる。
【００７３】
線照明は、その像が検出器上のローリングシャッタ領域に常に重なるように移動させなければならない。これは、略鋸歯形の制御電圧をアクチュエータ１３４に与えることによって達成できる。制御電圧信号の上昇部によって、アクチュエータ１３５は、線照明が視野を横切って走査するようにビーム偏向素子１５０を動かす。制御電圧信号の下降部によって、アクチュエータ１３５は、次の画像の取得前にビーム偏向素子１５０をその初期位置に移動させる。
【００７４】
一実施形態では、鋸歯波形の走査部分の持続時間は好ましくは画像取得時間に等しい。信号のスキャナ戻り部分の持続時間はできるだけ短いのが好ましいが、走査システムの機械パラメータに依存する。
【００７５】
十分に補正された光学システムでは、駆動信号は鋸歯信号の最大電圧と最小電圧によって規定される。これらの電圧は、較正フェーズにおいて、最初と最後の行の画素に対応する視野内の位置に線照明をもってくるのに必要な電圧として測定される。ただし、像面湾曲を有する光学系があると、開始点と停止点の較正だけでは不十分となる可能性がある。したがって、較正時には、線照明を視野内の幾つかの中間位置にもってくるのに必要とされる駆動電圧を求める。この値に基づいて、多項式回帰を用いて鋸歯波形の全走査位置を計算すればよい。
【００７６】
このプロセスを繰り返せば、光ファイバ束１２０内の各光ファイバ１１５1〜１１５nについて必要とされる電圧オフセットを決定することができる。
【００７７】
一実施形態では、複数の波長を用いる場合、対物レンズの色収差のため、線照明の関連オフセットのように、バンドル内のファイバによって送達される光で形成される照明領域に追加の変位が導入される。ファイバオフセット及び色収差を補償するため、各波長毎に制御電圧信号を決定する。好ましくは、これは画像取得前に行う。制御電圧信号パラメータのセットを記憶させ、走査を実施するときに呼び戻す。
【００７８】
同様に、図２ａ、図２ｂ、図２ｃに示すオフセットも、上述の方法のいずれか又は組合せによって補償できる。
【００７９】
米国特許出願第１１／１８４４４４号に開示されているように、複数の検出器を用いる同時撮像法を、本発明のシステムで使用することができる。しかし、上述の通り、光ファイバ束１２０の端部の光ファイバ１１５1〜１１５nの空間オフセットによって、光は検出器１９０の軸方向及びそれと垂直な方向に変位して試料１５０に当たる。先の実施形態とは異なり、複数の光ビームがビーム偏向素子１４０に同時に当たるため、オフセット電圧をアクチュエータ１４５に印加することは、すべての光に影響するので非実際的である。そのため、検出器１９０の軸に垂直な方向でオフセットを有するものなど、ある種の光ファイバ１１５1〜１１５nの使用は望ましくないことがある。第２の検出器に関するオフセットを補償するため、撮像平面内の第２の検出器の位置を調整してもよい。
【００８０】
本発明のその他の実施形態、使用法及び効果は、本明細書の記載内容並びに本明細書に開示された発明の実施によって、当業者には明らかとなろう。仕様及び具体例は、例示にすぎない。
【図面の簡単な説明】
【００８１】
【図１】本発明の一実施形態に係る蛍光撮像用の光ファイバ束型照明システムのブロック図である。
【図２Ａ−Ｄ】本発明の実施形態に係る光ファイバ束内の光ファイバの構成例である。
【図３】本発明の一実施形態に係る広視野モードで動作するシステムの概略図である。
【図１】
2009522605.tif 000003
【図２Ａ−Ｄ】
2009522605.tif 000004
【図３】
2009522605.tif 000005
【国際調査報告】
2009522605.tif 000006