(57)【要約】【課題】照明系と受光系に光ファイバー束を用いた共焦点顕微鏡を提供すること。【解決手段】共焦点顕微鏡１０は、偏光保存型ファイバーバンドルコンバイナ１２、ビームコリメータ１４、偏光ビームスプリッタ１６、スキャナー１８、広帯域１／４波長板２０、対物レンズ２２、結像レンズ２４、ファイバーバンドルコンバイナ２６を備えて構成される。サンプル２上の対物レンズ２２の焦点位置からの反射光だけが、高効率に入射光と逆方向に向かう。そして、広帯域１／４波長板２０により反射光の偏光方向が９０度変わり、偏光ビームスプリッタ１６で反射される。偏光ビームスプリッタ１６で反射された反射光は、結像レンズ２４を介してファイバーバンドルコンバイナ２６の端面に入射する。ファイバーバンドルコンバイナ２６の端面の位置は、サンプル２上の対物レンズ２２の焦点位置と共役の位置関係にある。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
波長の異なる光をそれぞれ伝送する複数の光ファイバーを備えた光源と、
該光源の端面から出射された前記波長の異なる光を観察対象物の観察面に照明光として集光する照明光学系と、
前記観察対象物からの観察光を集光して受光する複数の光ファイバーを含む受光光学系とを備え、
前記光源の端面と、前記観察対象物の観察面に前記照明光が集光した集光位置とは、共役の位置にあり、
前記観察対象物の観察面に前記照明光が集光した集光位置と、前記受光光学系の受光する端面とは、共役な位置にあることを特徴とする共焦点顕微鏡。
【請求項２】
前記波長の異なる光とは、赤、青、緑のレーザー光であることを特徴とする請求項１に記載の共焦点顕微鏡。
【請求項３】
前記波長の異なる光とは、さらに赤外光を含むことを特徴とする請求項２に記載の共焦点顕微鏡。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、照明光学系に光ファイバーを用いた共焦点顕微鏡に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、観察対象のサンプル（試料）に照射光を照射し、これによりサンプルからの観察光のうち、そのサンプルと共役な位置にあるピンホールを通過した光束を光検出器で検出することで、サンプルの２次元の画像を得る共焦点顕微鏡が知られている。共焦点顕微鏡ではピンホールを設けることで、サンプルにおける、照射される照射光の進行方向と同じ方向に薄い部位の層のみからの観察光だけを検出し、その部位の画像を得ることができる。
【０００３】
特に、観察対象となるサンプルの厚み方向の観察範囲、より詳細には、サンプルの厚み方向の観察範囲の調節能力はセクショニング分解能と呼ばれており、サンプルの厚み方向の観察範囲の厚みが薄いほど、よりセクショニング分解能は高いとされる。例えば共焦点顕微鏡では、ピンホールの開口をより小さくするほど、観察光の検出対象となる試料の厚み方向の観察範囲がより薄くなるので、セクショニング分解能は高くなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特表２００９−５２２６０５号公報
【特許文献２】特開２００４−２１２４３４号公報
【特許文献３】特開２００１−１８５７５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１〜３には、光ファイバーを共焦点顕微鏡に用いる技術が開示されている。しかしながら、これらの文献に記載のものは、光源として光ファイバーを用いてはいるが、光検出器としての構造が具体的に示唆されていない。そのため、複数の波長光を同時にサンプルに照射する場合、開口が小さなピンホールを共役な位置に配置することが困難であった。
そこで、本発明の目的は、照明光学系に光ファイバー束を用いた場合の最適な受光系を備えた共焦点顕微鏡を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の共焦点顕微鏡は、光源からの波長の異なる光をそれぞれ伝送する複数の光ファイバーの端面から出射された前記波長の異なる光を観察対象のサンプルの観察面に照明光学光として集光する照明光学系と、前記観察面上で前記照明光を走査させるスキャナーと、前記サンプルからの観察光を集光する結像光学系と、前記サンプルにおける前記照明光の各波長の光の集光位置と共役な位置に端面が配置され前記観察光を該端面から入射する複数の光ファイバーを含む検出光学系と、をそなえたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明により、照明光学系と受光系に光ファイバー束を用いた共焦点顕微鏡を提供できる。これによって、照明光学系側及び受光系側の構成を各波長に合わせて最適化することができるため、高精細、高分解能を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の実施形態であるファイバーバンドルコンバイナ共焦点顕微鏡を説明する図である。
【図２】偏光保存型ファイバーバンドルコンバイナを説明するための図である。
【図３】他の偏光保存型ファイバーバンドルコンバイナを説明するための図である。
【図４】波長毎の光路を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の実施形態を図面と共に説明する。
図１は本発明の実施形態であるファイバーバンドルコンバイナ共焦点顕微鏡を説明する図である。共焦点顕微鏡１０は、光源である偏光保存型ファイバーバンドルコンバイナ１２、ビームコリメータ１４、偏光ビームスプリッタ１６、スキャナー１８、広帯域１／４波長板２０、対物レンズ２２、結像レンズ２４、受光光学系の偏光保存型ファイバーバンドルコンバイナ２６を備えて構成される。偏光保存型ファイバーバンドルコンバイナ１２の各色（Ｒ、Ｇ、Ｂ、ＩＲ（赤外光））の出力位置がピンホールとして働く。また、図示しないが、厚み方向（ｚ方向）にセクショニングするために、サンプル２は、サブミクロン以下の分解能をｚ方向に持つ可動ステージ上に置く。偏光保存型ファイバーバンドルコンバイナ１２と偏光保存型ファイバーバンドルコンバイナ２６の構成については、後に詳しく説明する。
【００１０】
偏光保存型ファイバーバンドルコンバイナ１２の各光ファイバーの端面から出射した光は、ビームコリメータ１４により光源からの光が平行光に変換される。ビームコリメータ１４により光源光が平行光に変換されるが、出射位置によって光軸に対して傾く。ビームコリメータ１４で平行光にされた光は偏光ビームスプリッタ１６を通過し、スキャナー１８により偏向された光は、広帯域１／４波長板２０、対物レンズ２２を介して、観察対象物上の観察面であるサンプル２上において、対物レンズ２２の焦点の位置に集光される。スキャナー１８を駆動することで、光源からの光束によりサンプル２を２次元走査することができる。偏光保存型ファイバーバンドルコンバイナ１２の出射位置（出射端面）とサンプル２上の対物レンズ２２の焦点４の位置とは共役の位置関係にある。ここで、サンプル２の厚み方向データまたは、表面形状をセクショニングするためには図示しないが可動ステージをｚ方向にずらしながら２次元走査をおこなう。
【００１１】
サンプル２上の対物レンズ２２の焦点位置からの反射光だけが、観察光として高効率に入射光と逆方向に向かう。そして、広帯域１／４波長板２０により反射光の偏光方向が９０度変わり、偏光ビームスプリッタ１６で反射される。偏光ビームスプリッタ１６で反射された反射光は、結像レンズ２４を介して、受光光学系の偏光保存型ファイバーバンドルコンバイナ２６の端面に入射する。偏光保存型ファイバーバンドルコンバイナ２６の各光ファイバーの端面の位置は、サンプル２上の対物レンズ２２の焦点４の位置と共役の位置関係にある。そして、偏光保存型ファイバーバンドルコンバイナ２６の各光ファイバーの端面はピンホールとして機能する。
【００１２】
ここで、本発明に用いている偏光保存型ファイバーバンドルコンバイナ１２と偏光保存型ファイバーバンドルコンバイナ２６の構成を図２と図３を用いて説明する。図２は偏光保存型ファイバーバンドルコンバイナ１２、２６を説明するための図である。図２（Ａ）は、フェルール３３の破断斜視図である。図２（Ｂ）は、フェルール３３により固定されるファイバーバンドルの断面図である。図２（Ｃ）は、図２（Ｂ）に示した各ファイバー３２がどのファイバーであるかを説明するための図である。
【００１３】
フェルール３３は、例えばジルコニアにより円筒形に構成される。フェルール３３は、円筒形の貫通孔３３ａの中に、Ｒファイバー３１ｒ、Ｇファイバー３１ｇ、Ｂファイバー３１ｂをそれぞれ１本ずつと、Ｄファイバー３１ｄを４本の、合計７本のファイバーを固
定する。図１では、Ｄファイバーの一部がＩＲファイバーに置換されている構成となっている。また、図１では、Ｒファイバー、Ｇファイバー、Ｂファイバー及びＩＲファイバーが、フェルール３３より飛び出た形状で図示されているが、図２（Ａ）のように、フェルール３３の端部で揃えた状態で配置されてもよい。
【００１４】
各ファイバー３１は、コア３１１と、コアの周囲を覆うクラッド３１２とを有する。コア３１１は、ファイバー３１の芯の中心に形成され、レーザー光を伝送する。クラッド３１２は、コア３１２の外周に形成され、コア３１１よりも屈折率が低い。
これらの複数のファイバー３１は、中心となるＧファイバー３１ｇを取り囲むように、他の６本のファイバーが同心円状に配置される。さらに、Ｒファイバー３１ｒ、Ｇファイバー３１ｇおよびＢファイバー３１ｂが、その同心縁の直径上で図２（Ｃ）のＡ方向に並ぶように配置される。各ファイバー３１の直径は略等しく、隣接する２つのコア３１１間の距離も略等しくなる。フェルール３３は、こうした配置で束ねられたファイバーバンドルを固定する。
【００１５】
照明用の偏光保存型ファイバーバンドルコンバイナ１２では、Ｒファイバー３１ｒ、Ｇファイバー３１ｇ、およびＢファイバー３１ｂは、光源である図示しないＲ、Ｇ、Ｂのレーザーダイオードから出射されるレーザー光を伝送する。Ｄファイバー３１ｄはダミーファイバーである。
【００１６】
フェルール３３は、固定具の一例であり、Ｒファイバー３１ｒ、Ｇファイバー３１ｇ、Ｂファイバー３１ｂ、およびＤファイバー３１ｄを、レーザー光源（図示せず）とは反対側の端部で束ねて固定する。ＲＧＢの各色のレーザー光は、フェルール３３の端部にある各光ファイバー３１の出射端面から出射される。
【００１７】
図３は、図１で用いた偏光保存型ファイバーバンドルコンバイナ１２、２６をより具体的に説明するための図である。図３に示される例では、図２に示されるダミーＤファイバーのうち１本を、赤外線を出力するファイバーとしたものである。このファイバーのことをＩＲファイバーという。ＩＲファイバーは赤外線照射光用・受光用ファイバーの一例である。ＩＲファイバーの位置は、Ｄファイバーがあった（ＲＧＢファイバー以外の）４箇所のうちどこでもよい。図３（Ａ）は照明光学系のファイバーバンドルコンバイナ１２の断面図を、図３（Ｂ）はディテクター用（受光光学系）の偏光保存型ファイバーバンドルコンバイナ２６の配置を示す。図３（Ｂ）では、Ｒファイバー、Ｇファイバー、Ｂファイバー及びＩＲファイバーは、Ｒ用の受光素子、Ｇ用の受光素子、Ｂ用の受光素子、ＩＲ用の受光素子にそれぞれつながっている。
【００１８】
図４は、波長毎の光路を説明する図である。図４では、簡略して、Ｂファイバーから出射される青色光の光路と、ＩＲファイバーから出射される赤外光の光路のみを示している。照明光学系として、Ｒ，Ｇ，Ｂ，ＩＲレーザー光源から出射された各Ｒ，Ｇ，Ｂ，ＩＲレーザー光は、ビームコリメータ１４、偏光ビームスプリッタ１６、スキャナー１８、テレセントリックのリレー光学系２８、を経由して対物レンズ２２に入射し、サンプル２上の焦点に照明光として集光する。Ｒ，Ｇ，Ｂ，ＩＲレーザー光源となる異なるファイバーの位置は、ビームコリメータ１６によって角度変換される。スキャナー１８は、ＭＥＭＳによってＭＥＭＳのホームポジションを中心に対物レンズ２２の焦点が走査される。
【００１９】
スキャナー１８の位置と対物レンズ２２の入射ひとみ位置は、ケラレを防止するために、４ｆの配置となるような両側テレセントリックのリレー光学系２８が用いられる。
そして、受光光学系として、サンプル２から反射された反射光は、入射光と反対向きの光路を経て、観察光として偏光保存型ファイバーバンドルコンバイナ２６の各光ファーバーの入射端面に至る。偏光保存型ファイバーバンドルコンバイナ２６の入射端面はピンホ
ールとしての機能を有する。そして、サンプル２上の焦点の位置と偏光保存型ファイバーバンドルコンバイナ２６の入射端面とが共役な関係にある。つまり、照明光学系の偏光保存型ファイバーバンドルコンバイナ１２の位置と共役な受光光学系の偏光保存型ファイバーバンドルコンバイナ２６の位置に出力光が結像する。
【００２０】
本発明の実施形態であるファイバーバンドルコンバイナ共焦点顕微鏡Ｒレーザー光、Ｇレーザー光、Ｂレーザー光、およびＩＲレーザー光は、照明光学系側および受光系側にファイバーバンドルコンバイナを構成する個々の光ファイバーによって伝送される。個々の波長に最適化された個々の光ファイバーを用いることで、波長ごとに最適な設計が可能となる。また、本実施形態では、各光ファイバーをフェルールで束ねた構成としたが、円筒状のフェルールは用いず、直線状に各光ファイバーを配置して固定した構成としても構わない。
【００２１】
例えば、受光側と空間的に波長を分離することができるためカラーフィルタ等を用いる必要がなく、Ｒレーザー光、Ｇレーザー光、Ｂレーザー光、およびＩＲレーザー光の同時スキャンが可能となる。
【００２２】
なお、サンプル２を人などの眼球とすれば、本発明と同等の光学系により、走査型レーザー検眼鏡を構成できる。
【符号の説明】
【００２３】
２  サンプル
４  焦点
１０  共焦点顕微鏡
１２  偏光保存型ファイバーバンドルコンバイナ
１４  ビームコリメータ
１６  偏光ビームスプリッタ
１８  スキャナー
２０  広帯域１／４波長板
２２  対物レンズ
２４  結像レンズ
２６  偏光保存型ファイバーバンドルコンバイナ
２８  テレセントリック光学系
ｆ  焦点距離
Ｂ  青色
Ｇ  緑色
Ｒ  赤色
ＩＲ  赤外光色
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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