(57)【要約】【課題】共焦点顕微鏡のサイズを小さくする。【解決手段】共焦点顕微鏡１００は、光源１１０、結像レンズ１３２（第１レンズ）及び対物レンズ１４０を有している。光源１１０からの光は、結像レンズ１３２を経由して対物レンズ１４０に送られる。結像レンズ１３２は、共焦点顕微鏡１００の光路に沿って移動可能になっている。共焦点顕微鏡１００は、ダイヤモンド２００からの蛍光を検出している。ダイヤモンド２００は、ＮＶ中心を有しており、共焦点顕微鏡１００からの励起光によって光を発する。【選択図】図１
2018151598.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
以下を備えるセンサ装置：
ＮＶ中心を有するダイヤモンド；及び
前記ダイヤモンドからの蛍光を検出する共焦点顕微鏡、
ここで、前記共焦点顕微鏡は、光源と、第１レンズと、対物レンズと、を備え、
前記光源からの光は、前記第１レンズを経由して前記対物レンズに送られ、
前記第１レンズは、前記共焦点顕微鏡の光路に沿って移動可能である。
【請求項２】
請求項１に記載のセンサ装置において、
前記共焦点顕微鏡は、前記共焦点顕微鏡の光路に沿って前記対物レンズを移動させるための機構を有しない。
【請求項３】
請求項１に記載のセンサ装置において、
前記共焦点顕微鏡は、ステージを有し、
前記共焦点顕微鏡は、前記共焦点顕微鏡の光路に沿って前記ステージを移動させるための機構を有しない。
【請求項４】
請求項１に記載のセンサ装置において、
前記共焦点顕微鏡は、可動反射部を有し、
前記光源からの光は、前記可動反射部を経由して前記対物レンズに送られる。
【請求項５】
請求項４に記載のセンサ装置において、
前記可動反射部は、第１軸と、前記第１軸に交わる第２軸と、に関して回転可能である。
【請求項６】
以下を備える共焦点顕微鏡：
光源；
第１レンズ；及び
対物レンズ、
ここで、前記光源からの光は、前記第１レンズを経由して前記対物レンズに送られ、
前記第１レンズは、前記共焦点顕微鏡の光路に沿って移動可能であり、
前記共焦点顕微鏡は、前記共焦点顕微鏡の光路に沿って前記対物レンズを移動させるための機構を有しない。
【請求項７】
請求項６に記載の共焦点顕微鏡において、
前記共焦点顕微鏡は、前記共焦点顕微鏡の光路に沿って前記ステージを移動させるための機構を有しない。
【請求項８】
以下を備える共焦点顕微鏡：
光源；
第１レンズ；
対物レンズ；及び
ステージ、
ここで、前記光源からの光は、前記第１レンズを経由して前記対物レンズに送られ、
前記第１レンズは、前記共焦点顕微鏡の光路に沿って移動可能であり、
前記共焦点顕微鏡は、前記共焦点顕微鏡の光路に沿って前記ステージを移動させるための機構を有しない。
【請求項９】
ＮＶ中心を有するダイヤモンドからの蛍光を検出する方法であって、以下を含む：
共焦点顕微鏡によって、前記ダイヤモンドからの蛍光を検出すること、
ここで、前記共焦点顕微鏡は、光源と、第１レンズと、対物レンズと、を備え、
前記光源からの光は、前記第１レンズを経由して前記対物レンズに送られ、
前記第１レンズは、前記共焦点顕微鏡の光路に沿って移動可能である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、センサ装置、共焦点顕微鏡及びＮＶ中心を有するダイヤモンドからの蛍光を検出する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＮＶ（Ｎｉｔｒｏｇｅｎ−Ｖａｃａｎｃｙ）中心を有するダイヤモンドを用いたセンシングが注目されている。ＮＶ中心は、励起光（例えば、波長５３２ｎｍの光）によって特定の波長の光を発し、ＮＶ中心からの光の強度は、ＮＶ中心における電子スピンの量子状態に依存する。つまり、ＮＶ中心からの光の強度を検出することで、ＮＶ中心における電子スピンの量子状態を検出することができる。このような特性によって、ＮＶ中心は、高感度磁気センサとして機能することができ、特に、ＮＭＲ（Ｎｕｃｌｅａｒ  Ｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ）信号の検出に利用することができる。
【０００３】
ＮＶ中心からの光を検出するため、共焦点顕微鏡が用いられることがある。共焦点顕微鏡は、光源、対物レンズ、ステージ及び光検出器を有している。光源からの光は、ＮＶ中心の励起光であり、対物レンズを経由してステージ上のダイヤモンドに送られる。ダイヤモンドからの蛍光（つまり、ＮＶ中心からの光）は、対物レンズ及びピンホールを経由して光検出器に送られる。ピンホールは、対物レンズの焦点位置からずれた位置からの光をほとんど遮るように配置されている。このような構成によって、光検出器は対物レンズの焦点位置からの光のみを検出することができるようになっている。
【０００４】
近年、種々の共焦点顕微鏡が開発されている。特に、特許文献１から４には、観察対象に対する対物レンズの焦点位置を調節する方法について記載されている。特許文献１から３には、対物レンズ又はステージを移動させることで、観察対象に対する対物レンズの焦点位置を調節することについて記載されている。特許文献４には、光源からの光を、結像レンズを経由して対物レンズに送ることと、結像レンズを移動させることで観察対象に対する対物レンズの焦点位置を調節することについて記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１２−１０３３７９号公報
【特許文献２】特開２０１２−７８７２７号公報
【特許文献３】国際公開第２００２／０６８９０３号
【特許文献４】特開２０１４−１９７０９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明者は、ＮＶ中心を有するダイヤモンドからの蛍光を検出するための共焦点顕微鏡について検討し、特に共焦点顕微鏡のサイズを小さくすることについて検討した。このような顕微鏡においては、観察対象（ダイヤモンド）に対する対物レンズの焦点位置を細かい精度で調節することが求められ、例えばピエゾアクチュエータのような細かい精度で動作可能な機構によって対物レンズ又はステージを移動させることがある。本発明者は、このような機構を共焦点顕微鏡に設けることが、共焦点顕微鏡のサイズの増加につながっていると考えた。
【０００７】
本発明の一の目的は、共焦点顕微鏡のサイズを小さくすることにある。本発明のさらなる目的は、実施形態の以下の開示から明らかになるであろう。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一態様によれば、以下のセンサ装置が提供される。
以下を備えるセンサ装置：
ＮＶ中心を有するダイヤモンド；及び
前記ダイヤモンドからの蛍光を検出する共焦点顕微鏡、
ここで、前記共焦点顕微鏡は、光源と、第１レンズと、対物レンズと、を備え、
前記光源からの光は、前記第１レンズを経由して前記対物レンズに送られ、
前記第１レンズは、前記共焦点顕微鏡の光路に沿って移動可能である。
【０００９】
本発明の他の態様によれば、以下の共焦点顕微鏡が提供される。
以下を備える共焦点顕微鏡：
光源；
第１レンズ；及び
対物レンズ、
ここで、前記光源からの光は、前記第１レンズを経由して前記対物レンズに送られ、
前記第１レンズは、前記共焦点顕微鏡の光路に沿って移動可能であり、
前記共焦点顕微鏡は、前記共焦点顕微鏡の光路に沿って前記対物レンズを移動させるための機構を有しない。
【００１０】
本発明のさらに他の態様によれば、以下の共焦点顕微鏡が提供される。
以下を備える共焦点顕微鏡：
光源；
第１レンズ；
対物レンズ；及び
ステージ、
ここで、前記光源からの光は、前記第１レンズを経由して前記対物レンズに送られ、
前記第１レンズは、前記共焦点顕微鏡の光路に沿って移動可能であり、
前記共焦点顕微鏡は、前記共焦点顕微鏡の光路に沿って前記ステージを移動させるための機構を有しない。
【００１１】
本発明のさらに他の態様によれば、以下の方法が提供される。
ＮＶ中心を有するダイヤモンドからの蛍光を検出する方法であって、以下を含む：
共焦点顕微鏡によって、前記ダイヤモンドからの蛍光を検出すること、
ここで、前記共焦点顕微鏡は、光源と、第１レンズと、対物レンズと、を備え、
前記光源からの光は、前記第１レンズを経由して前記対物レンズに送られ、
前記第１レンズは、前記共焦点顕微鏡の光路に沿って移動可能である。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の上述した一態様によれば、共焦点顕微鏡のサイズを小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】実施形態に係るセンサ装置を示す図である。
【図２】図１に示した結像レンズの機能の一例を説明するための図である。
【図３】実施例に係るセンサ装置を示す図である。
【図４】図３に示した共焦点顕微鏡によって得られた像のシミュレーション結果を示す図である。
【図５】（ａ）は、対物レンズの倍率が１０倍の場合において観察対象の像が明瞭になるときの対物レンズの変位と結像レンズの変位の関係を示すグラフであり、（ｂ）は、対物レンズの倍率が５０倍の場合において観察対象の像が明瞭になるときの対物レンズの変位と結像レンズの変位の関係を示すグラフであり、（ｃ）は、対物レンズの倍率が１００倍の場合において観察対象の像が明瞭になるときの対物レンズの変位と結像レンズの変位の関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。尚、すべての図面において、同様な構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。
【００１５】
図１は、実施形態に係るセンサ装置１０を示す図である。
【００１６】
図１を用いて、センサ装置１０の共焦点顕微鏡１００の概要について説明する。共焦点顕微鏡１００は、光源１１０、結像レンズ１３２（第１レンズ）及び対物レンズ１４０を有している。光源１１０からの光は、結像レンズ１３２を経由して対物レンズ１４０に送られる。結像レンズ１３２は、共焦点顕微鏡１００の光路に沿って移動可能になっている。特に図１に示す例では、共焦点顕微鏡１００は、ダイヤモンド２００からの蛍光を検出している。ダイヤモンド２００は、ＮＶ中心を有しており、共焦点顕微鏡１００からの励起光によって光を発する。
【００１７】
上述した構成によれば、共焦点顕微鏡１００のサイズを小さくすることができる。具体的には、結像レンズ１３２は、共焦点顕微鏡１００の光路に沿って移動可能になっている。つまり、観察対象（ダイヤモンド２００）に対する対物レンズ１４０の焦点位置は、対物レンズ１４０の位置又はステージ１５０の位置ではなく、結像レンズ１３２の位置によって調節することができる。図２を用いて後述するように、上記焦点位置を調節するための機構は、対物レンズ１４０の位置又はステージ１５０の位置を調節する場合よりも、結像レンズ１３２の位置を調節する場合に、簡易なもの、すなわち、小さなものにすることができる。さらに、ダイヤモンド２００からの蛍光の検出においては、詳細を後述するように、上記焦点位置を大きな距離移動させる必要がない。つまり、結像レンズ１３２を移動させる場合は、対物レンズ１４０及びステージ１５０を移動させる必要がない。したがって、共焦点顕微鏡１００のサイズを小さくすることができる。
【００１８】
さらに、図１に示す例においては、共焦点顕微鏡１００は、対物レンズ１４０を共焦点顕微鏡１００の光路に沿って移動させるための機構（例えば、ピエゾアクチュエータ）を有していない。言い換えると、対物レンズ１４０は、共焦点顕微鏡１００の光路に沿ってステージ１５０に対して移動不可能になっている。
【００１９】
上述した構成によれば、共焦点顕微鏡１００のサイズを小さくすることができる。具体的には、図１に示す例では、観察対象（ダイヤモンド２００）に対する対物レンズ１４０の焦点位置を細かい精度で調節することが要求されている。したがって、仮に、対物レンズ１４０の位置を調節することで上記焦点位置を調節する場合、対物レンズ１４０の位置を共焦点顕微鏡１００の光路に沿って細かい精度で調節可能な機構（例えば、ピエゾアクチュエータ）が必要になる。しかしながら、このような機構を共焦点顕微鏡１００に設けることは、共焦点顕微鏡１００のサイズの増加につながる。これに対して、図１に示す例においては、上述したように、このような機構が必要ない。したがって、共焦点顕微鏡１００のサイズを小さくすることができる。
【００２０】
さらに、図１に示す例においては、つまり、共焦点顕微鏡１００は、ステージ１５０を共焦点顕微鏡１００の光路に沿って移動させるための機構（例えば、ピエゾアクチュエータ）を有していない。言い換えると、ステージ１５０は、共焦点顕微鏡１００の光路に沿って対物レンズ１４０に対して移動不可能になっている。
【００２１】
上述した構成によれば、共焦点顕微鏡１００のサイズを小さくすることができるとともに、ステージ１５０に搭載可能な部材（例えば、観察対象）の重量の制約を小さくすることができる。具体的には、図１に示す例では、観察対象（ダイヤモンド２００）に対する対物レンズ１４０の焦点位置を細かい精度で調節することが要求されている。したがって、仮に、ステージ１５０の位置を調節することで上記焦点位置を調節する場合、ステージ１５０の位置を共焦点顕微鏡１００の光路に沿って細かい精度で調節可能な機構（例えば、ピエゾアクチュエータ）が必要になる。しかしながら、このような機構を共焦点顕微鏡１００に設けることは、共焦点顕微鏡１００のサイズの増加につながるとともに、ステージ１５０に搭載可能な部材の重量の制約につながる。これに対して、図１に示す例においては、上述したように、このような機構が必要ない。したがって、共焦点顕微鏡１００のサイズを小さくすることができるとともに、ステージ１５０に搭載可能な部材の重量の制約を小さくすることができる。
【００２２】
なお、他の例において、対物レンズ１４０及びステージ１５０の少なくとも一方は、共焦点顕微鏡１００の光路に沿って移動可能であってもよい。この例においては、共焦点顕微鏡１００のユーザは、結像レンズ１３２の位置の調節だけでなく、対物レンズ１４０の位置及びステージ１５０の位置の調節によっても、観察対象（ダイヤモンド２００）に対する対物レンズ１４０の焦点位置を調節することができる。
【００２３】
さらに、共焦点顕微鏡１００の検出対象は、ダイヤモンド２００からの蛍光に限定されるものではない。共焦点顕微鏡１００は、ダイヤモンド２００からの蛍光の検出と同様にして、対物レンズ１４０の焦点位置を細かい精度で調節することが求められる観察対象の観察にも用いることができる。
【００２４】
次に、図１を用いて、センサ装置１０の詳細について説明する。センサ装置１０は、共焦点顕微鏡１００、ダイヤモンド２００及び永久磁石２１０を備えており、試料ＳのＮＭＲ信号を検出している。試料Ｓは、ダイヤモンド２００と永久磁石２１０の間に配置されている。
【００２５】
ダイヤモンド２００は、試料ＳのＮＭＲ信号を検出する磁気センサとして機能している。具体的には、ダイヤモンド２００は、ＮＶ中心を有している。したがって、試料ＳからのＮＭＲ信号によってＮＶ中心における電子スピンの量子状態が変化する。つまり、ダイヤモンド２００のＮＶ中心における電子スピンの量子状態を検出することで、試料ＳのＮＭＲ信号を検出することができる。
【００２６】
共焦点顕微鏡１００は、ダイヤモンド２００のＮＶ中心における電子スピンの量子状態を検出する。具体的には、共焦点顕微鏡１００は、ダイヤモンド２００に励起光を照射し、ダイヤモンド２００からの蛍光（すなわち、ＮＶ中心からの光）を検出することで、電子スピンの量子状態を検出する。
【００２７】
共焦点顕微鏡１００は、光源１１０、ビームスプリッタ１２０、チューブレンズ１３０、対物レンズ１４０、ステージ１５０及び光検出器１６０を有している。
【００２８】
光源１１０は、ダイヤモンド２００のＮＶ中心の励起光を出射する。一例において、光源１１０は、レーザダイオード（ＬＤ）、より具体的には、Ｎｄ：ＹＡＧレーザ（波長：５３２ｎｍ）である。
【００２９】
光源１１０から出射された光は、ピンホール１７２及びコリメートレンズ１８２を経由してビームスプリッタ１２０へ送られる。光源１１０から出射された光は、ピンホール１７２を通して点光源となり、コリメートレンズ１８２を通して平行光線となっている。
【００３０】
ビームスプリッタ１２０は、ダイクロイックミラーであり、特に、光源１１０から出射された光（すなわち、ダイヤモンド２００のＮＶ中心の励起光）の波長の光を反射し、ダイヤモンド２００からの蛍光（すなわち、ＮＶ中心からの光）の波長の光を透過する。したがって、光源１１０から送られた光は、ビームスプリッタ１２０によって反射される。
【００３１】
光源１１０からビームスプリッタ１２０を経由して送られた光は、転送レンズ１８４を経由してチューブレンズ１３０に送られる。
【００３２】
チューブレンズ１３０は、結像レンズ１３２を有している。結像レンズ１３２は、共焦点顕微鏡１００の光路に沿って移動可能になっている。結像レンズ１３２の重量は軽いため、結像レンズ１３２は、種々の直線駆動機構（例えば、ピエゾ機構、超音波モータ機構、ステッピングモータ機構、ベルト駆動機構又はサインバー機構）によって移動させることができる。
【００３３】
チューブレンズ１３０（結像レンズ１３２）を経由して送られた光は、対物レンズ１４０に送られる。
【００３４】
対物レンズ１４０は、チューブレンズ１３０（結像レンズ１３２）を経由して送られた光を焦点位置に集光させる。図１に示す例では、ステージ１５０に開口（不図示）が形成されており、対物レンズ１４０からの光は、この開口を通してステージ１５０の下方からダイヤモンド２００に照射される。
【００３５】
対物レンズ１４０により集光された光によってダイヤモンド２００のＮＶ中心から光が発せられる。ＮＶ中心からの光は、対物レンズ１４０、チューブレンズ１３０及び転送レンズ１８４を経由してビームスプリッタ１２０に送られる。上述したように、ビームスプリッタ１２０は、ダイヤモンド２００からの蛍光（すなわち、ＮＶ中心からの光）の波長の光を透過する。したがって、対物レンズ１４０から送られた光は、ビームスプリッタ１２０を透過する。
【００３６】
ビームスプリッタ１２０を経由して送られた光は、カップリングレンズ１８６及びピンホール１７４を経由して光検出器１６０に送られる。ビームスプリッタ１２０を経由して送られた光は、カップリングレンズ１８６によって焦点位置に集光され、ピンホール１７４は、カップリングレンズ１８６の焦点位置にある。したがって、対物レンズ１４０の焦点位置から僅かでもずれた位置からの光は、ピンホール１７４をほとんど通過することができない。このような構成によって、光検出器１６０は、対物レンズ１４０の焦点位置からの光のみを検出することができるようになっている。
【００３７】
光検出器１６０は、ピンホール１７４を通過した光を検出する。一例において、光検出器１６０は、フォオダイオード（ＰＤ）、より具体的には、アバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ）又は光電子増倍管（ＰＭＴ）である。
【００３８】
一例において、共焦点顕微鏡１００は、可動反射部を用いて観察対象（ダイヤモンド２００）を走査するようにしてもよい。この例においては、光源１１０からの光は、可動反射部を経由して対物レンズ１４０に送られる。可動反射部は、共焦点顕微鏡１００の光路中の、例えばビームスプリッタ１２０と転送レンズ１８４の間に置くことができる。可動反射部は、例えば、二次元ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ  Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍｓ）ミラーとすることができる。この例において、可動反射部は、２軸、すなわち、第１軸と、第１軸に交わる第２軸と、に関して回転可能となる。さらに、一般に、二次元ＭＥＭＳミラーのサイズは小さい。したがって、二次元ＭＥＭＳミラーを用いることで、大きなサイズの走査機構（例えば、ガルバノスキャナ又はステージスキャナ）を用いる必要がなくなり、共焦点顕微鏡１００のサイズを小さくすることができる。さらに、可動反射部と光検出器１６０を同期させることで、光検出器１６０は、微弱な光、例えば、ＣＭＯＳカメラでは検出することができないような弱い強度の光であっても検出することができるようになる。なお、観察対象を走査する方法は、上述した例に限定されるものではない。
【００３９】
図２は、図１に示した結像レンズ１３２の機能の一例を説明するための図である。
【００４０】
対物レンズ１４０の焦点位置は、結像レンズ１３２を対物レンズ１４０に近づく方向に移動させることで、対物レンズ１４０に近づく方向に移動させることができる一方で、結像レンズ１３２を対物レンズから遠ざかる方向に移動させることで、対物レンズ１４０から遠ざかる方向に移動させることができる。図２に示す例では、結像レンズ１３２を位置Ｐ１から位置Ｐ２に向けて対物レンズ１４０に近づく方向に移動させて、対物レンズ１４０の焦点位置を位置Ｆ１から位置Ｆ２に向けて対物レンズ１４０に近づく方向に移動させている。
【００４１】
結像レンズ１３２の位置の変位ΔＺ１は、対物レンズ１４０の焦点位置の変位ΔＺ２を用いて以下の式（１）によって近似することができる。
ΔＺ１＝ΔＺ２×（Ｆｉ／Ｆｏ）２      （１）
ただし、Ｆｉは、結像レンズ１３２の焦点距離を示し、Ｆｏは、対物レンズ１４０の焦点距離を示す。
【００４２】
結像レンズ１３２の焦点距離Ｆｉは対物レンズ１４０の焦点距離Ｆｏより大きい（Ｆｉ＞Ｆｏ）ため、結像レンズ１３２の位置の変位ΔＺ１は、対物レンズ１４０の焦点位置の変位ΔＺ２より大きくなる。
【００４３】
式（１）の検討から明らかなように、観察対象（ダイヤモンド２００）に対する対物レンズ１４０の焦点位置を調節するための機構は、対物レンズ１４０の位置又はステージ１５０の位置を調節する場合よりも、結像レンズ１３２の位置を調節する場合に、簡易なもの、すなわち、小さなものにすることができる。具体的には、上述したように、結像レンズ１３２の位置の変位ΔＺ１は、対物レンズ１４０の焦点位置の変位ΔＺ２より大きくなる。したがって、結像レンズ１３２を移動させる場合は、対物レンズ１４０又はステージ１５０を移動させる場合よりも、細かい精度は要求されない。したがって、結像レンズ１３２を移動させるための機構は、簡易なもの、すなわち、小さなものにすることができる。
【００４４】
以上、本実施形態によれば、共焦点顕微鏡１００のサイズを小さくすることができる。
【実施例】
【００４５】
図３は、実施例に係るセンサ装置１０を示す図である。
【００４６】
図３に示す例において、センサ装置１０の共焦点顕微鏡１００は、光検出器１６０によって、観察対象（ダイヤモンド２００）を観察するとともに、撮像素子１９０によっても、観察対象（ダイヤモンド２００）を観察している。
【００４７】
共焦点顕微鏡１００は、以下のように動作している。
【００４８】
光源１１０は、ダイヤモンド２００のＮＶ中心の励起光を出射する。
【００４９】
光源１１０から出射された光は、ピンホール１７２及びコリメートレンズ１８２を経由してビームスプリッタ１２０へ送られる。光源１１０から出射された光は、ピンホール１７２を通して点光源となり、コリメートレンズ１８２を通して平行光線となっている。
【００５０】
ビームスプリッタ１２０は、ダイクロイックミラーであり、特に、光源１１０から出射された光（すなわち、ダイヤモンド２００のＮＶ中心の励起光）の波長の光を反射し、ダイヤモンド２００からの蛍光（すなわち、ＮＶ中心からの光）の波長の光を透過する。したがって、光源１１０から送られた光は、ビームスプリッタ１２０によって反射される。
【００５１】
光源１１０からビームスプリッタ１２０を経由して送られた光は、ビームスプリッタ１９２、ミラー１８１及び転送レンズ１８４を経由してチューブレンズ１３０に送られる。
【００５２】
チューブレンズ１３０は、結像レンズ１３２を有している。結像レンズ１３２は、共焦点顕微鏡１００の光路に沿って移動可能になっている。
【００５３】
チューブレンズ１３０（結像レンズ１３２）を経由して送られた光は、ミラー１８３を経由して対物レンズ１４０に送られる。
【００５４】
対物レンズ１４０は、チューブレンズ１３０（結像レンズ１３２）を経由して送られた光を焦点位置に集光させる。図３に示す例では、ステージ１５０に開口（不図示）が形成されており、対物レンズ１４０からの光は、この開口を通してステージ１５０の下方からダイヤモンド２００に照射される。
【００５５】
対物レンズ１４０により集光された光によってダイヤモンド２００のＮＶ中心から光が発せられる。ＮＶ中心からの光は、対物レンズ１４０、ミラー１８３、チューブレンズ１３０、転送レンズ１８４及びミラー１８１を経由してビームスプリッタ１９２に送られる。なお、ミラー１８１は、上述した二次元ＭＥＭＳミラーであってもよい。この場合、ミラー１８１を動作させることで、観察対象（ダイヤモンド２００）を走査することができる。
【００５６】
ビームスプリッタ１９２に送られた光の一部は、ビームスプリッタ１９２において反射され、結像レンズ１９４を経由して撮像素子１９０（例えば、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ−Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅ）センサ又はＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ  ＭＯＳ）センサ）に送られる。したがって、共焦点顕微鏡１００のユーザは、撮像素子１９０によって得られた映像を見ながら、結像レンズ１３２を移動させて対物レンズ１４０の焦点位置を調節することができる。
【００５７】
ビームスプリッタ１９２に送られた光の他の一部は、ビームスプリッタ１９２を透過して、ビームスプリッタ１２０に送られる。上述したように、ビームスプリッタ１２０は、ダイヤモンド２００からの蛍光（すなわち、ＮＶ中心からの光）の波長の光を透過する。したがって、ビームスプリッタ１９２から送られた光は、ビームスプリッタ１２０を透過する。
【００５８】
ビームスプリッタ１２０を経由して送られた光は、干渉フィルタ１８５、カップリングレンズ１８６及びピンホール１７４を経由して光検出器１６０に送られる。ビームスプリッタ１２０を経由して送られた光は、カップリングレンズ１８６によって焦点位置に集光され、ピンホール１７４は、カップリングレンズ１８６の焦点位置にある。したがって、対物レンズ１４０の焦点位置から僅かでもずれた位置からの光は、ピンホール１７４をほとんど通過することができない。このような構成によって、光検出器１６０は、対物レンズ１４０の焦点位置からの光のみを検出することができるようになっている。
【００５９】
光検出器１６０は、ピンホール１７４を通過した光を検出する。
【００６０】
図４は、図３に示した共焦点顕微鏡１００によって得られた像のシミュレーション結果を示す図である。図４に示す例における観察対象は、０．０３５ｍｍ×０．０３５ｍｍの領域内に配置された格子である。
【００６１】
図４（ａ）では、観察対象が対物レンズ１４０の焦点位置にある。したがって、図４（ａ）では、観察対象の像が明瞭になっている。
【００６２】
図４（ｂ）における対物レンズ１４０の位置は、図４（ａ）における対物レンズ１４０の位置から観察対象に向かって５μｍずれている。したがって、図４（ｂ）では、観察対象の像がぼやけている。
【００６３】
図４（ｃ）における結像レンズ１３２の位置は、図４（ｂ）における結像レンズ１３２の位置から対物レンズ１４０に向かって３．９ｍｍ移動している。図４（ｃ）では、観察対象の像が明瞭になっている。
【００６４】
図４に示す結果は、結像レンズ１３２を移動させることで、対物レンズ１４０の焦点位置を調節することができることを示唆している。
【００６５】
図５（ａ）は、対物レンズ１４０の倍率が１０倍の場合において観察対象の像が明瞭になるときの対物レンズ１４０の変位と結像レンズ１３２の変位の関係を示すグラフである。図５（ｂ）は、対物レンズ１４０の倍率が５０倍の場合において観察対象の像が明瞭になるときの対物レンズ１４０の変位と結像レンズ１３２の変位の関係を示すグラフである。図５（ｃ）は、対物レンズ１４０の倍率が１００倍の場合において観察対象の像が明瞭になるときの対物レンズ１４０の変位と結像レンズ１３２の変位の関係を示すグラフである。
【００６６】
図５（ａ）において、結像レンズ１３２の変位は、対物レンズ１４０の変位の約７．５倍となっている。この結果は、結像レンズ１３２の位置を細かい精度で調節しなくても、対物レンズ１４０の焦点位置を細かい精度で調節可能なことを示唆している。
【００６７】
図５（ｂ）において、結像レンズ１３２の変位は、対物レンズ１４０の変位の約２００倍となっている。この結果は、結像レンズ１３２の位置を細かい精度で調節しなくても、対物レンズ１４０の焦点位置を細かい精度で調節可能なことを示唆している。
【００６８】
図５（ｃ）において、結像レンズ１３２の変位は、対物レンズ１４０の変位の約１０００倍となっている。この結果は、結像レンズ１３２の位置を細かい精度で調節しなくても、対物レンズ１４０の焦点位置を細かい精度で調節可能なことを示唆している。
【００６９】
本実施例においても、実施形態と同様にして、共焦点顕微鏡１００のサイズを小さくすることができる。
【００７０】
以上、図面を参照して本発明の実施形態について述べたが、これらは本発明の例示であり、上記以外の様々な構成を採用することもできる。
【符号の説明】
【００７１】
１０  センサ装置
１００  共焦点顕微鏡
１１０  光源
１２０  ビームスプリッタ
１３０  チューブレンズ
１３２  結像レンズ
１４０  対物レンズ
１５０  ステージ
１６０  光検出器
１７２  ピンホール
１７４  ピンホール
１８１  ミラー
１８２  コリメートレンズ
１８３  ミラー
１８４  転送レンズ
１８５  干渉フィルタ
１８６  カップリングレンズ
１９０  撮像素子
１９２  ビームスプリッタ
１９４  結像レンズ
２００  ダイヤモンド
２１０  永久磁石
【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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