(57)【要約】【課題】実施例では、大モードエリアのフォトニック結晶ファイバー（５）に基づく共焦点顕微鏡（１００）が提供される。【解決手段】顕微鏡は、観察中のサンプル（９）を励起させるための光ポンプ源（１）、ポンプ光と蛍光光の光路を組み合わせる二色のビームスプリッター（２）、ファイバーへポンプ光を結合し、かつファイバーから出現する蛍光光を平行にするレンズ（３）、大モードエリアのフォトニック結晶ファイバー（５）、ファイバーからの出現するポンプ光を平行にすると共に蛍光光をこのファイバーに結合するレンズ（７）、及びサンプル上にポンプ光を集中させ且つ、結果として生じた蛍光光を平行にするレンズ（８）を含む。サンプル（９）によって放射された蛍光光は、検出器（１０）によって検知される。ファイバー（５）のコア（３２）は、共焦点顕微鏡（１００）の開口の役割をする。大モードエリアのフォトニック結晶ファイバーが、シングルモードのファイバーとして、広い波長範囲（例えば４００ｎｍ〜２０００ｎｍ）に渡って、機能することもできる。この広い波長範囲のために、この範囲内のどの波長においても、回折限界の分解能で顕微鏡（１００）が機能することが可能である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源（１）と、
検出器（１０）と、
果てしないシングルモードの光ファイバー（５）と、
前記光源から光ファイバーの第１端部（４）に光を結合し、かつ、前記光ファイバーの前記第１端部（４）から検出器に光を結合するためのビームコンバイナー（２）と、
を含む共焦点顕微鏡。
【請求項２】
前記ファイバー（５）のコア（３２）が、この顕微鏡（１００）の共焦用の開口とされる請求項１記載の共焦点顕微鏡。
【請求項３】
前記ファイバー（５）が、フォトニック結晶ファイバー（３０,３１,３２）を含む請求項１又は請求項２に記載の共焦点顕微鏡。
【請求項４】
前記光源（１）が、レーザー（１）を含む請求項１から請求項３の何れかに記載の共焦点顕微鏡。
【請求項５】
前記検出器（１０）が、フォトダイオード（１０）を含む請求項１から請求項４の何れかに記載の共焦点顕微鏡。
【請求項６】
前記光源（１）が、第１の波長の光を放射するために設けられ、
前記検出器（１０）が、第２の波長の光を検知するために設けられ、
前記第１の波長が前記第２の波長と２００ｎｍを超えて異なる請求項１から請求項５の何れかに記載の共焦点顕微鏡。
【請求項７】
サンプル（９）と前記光ファイバー（５）の第２端部（６）とを結合するために設けられた１つ又は複数の光学要素（７、８）を含む請求項１から請求項６の何れかに記載の共焦点顕微鏡。
【請求項８】
光ファイバー（５）の第２の端部（６）に関連して、サンプル（９）を光学的に走査するためのスキャナ（１０１）を含む請求項７記載の共焦点顕微鏡。
【請求項９】
前記スキャナー（１０１）が、１つ又は複数の光学要素（７,８）に関し、サンプル（９）を移動させるために設けられた請求項７又は請求項８記載の共焦点顕微鏡。
【請求項１０】
前記ビームコンバイナー（２）が、２色性ビームスプリッター（２）を含む請求項１から請求項９の何れかに記載の共焦点顕微鏡。
【請求項１１】
フォトニック結晶ファイバーを含む請求項１から請求項１０の何れかに記載の共焦点顕微鏡。
【請求項１２】
前記フォトニック結晶ファイバーが、顕微鏡の開口の役割をなすために設けられる請求項１１記載の共焦点顕微鏡。
【請求項１３】
果てしないシングルモードの光ファイバー（５）と、検出器（１０）と、ポンプ源（１）とを含む共焦点顕微鏡（１００）を使用し、
前記ポンプ源の波長と２００ｎｍを超えて異なるオブジェクトからの蛍光を映すための前記検出器を使用するステップを含む、蛍光性のオブジェクト（９）を映すために共焦点顕微鏡を使用する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、共焦点顕微鏡に関する。特に、ただし限定されるものではないが、本発明は、共焦点顕微鏡のフォトニック結晶ファイバー（ＰＣＦ：photonic crystal fibre）の使用に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
共焦点走査顕微鏡は、生物学、医学及び物理学等の科学に広く用いられているテクニックである。一般的に、レーザー、又はレーザーに由来するコヒーレント放射（coherent radiation）は、観察中のサンプルを照らして、励起させるのに用いられる。この放射はレーザーから誘導できるかもしれないし、あるいは周波数倍増、パラメトリック過程（和周波混合又は差周波混合）、又はスーパーコンティニューム発生（supercontinuum generation）のような非線形の光学過程を使用して、レーザー放射から合成できる。これらの技術は、レーザーの使用では直接アクセスできないような、電磁スペクトルの可視又は赤外線領域での特定の光周波数を合成するために使用することができる。
【０００３】
観察中のサンプルは、例えばレーザーに由来する光によって照らされ、そしてそのサンプルによって発される蛍光は、開口上に像を造る。開口は、サンプルからの検出される蛍光のボリューム（volume）を定める。サンプルの内容積から発される蛍光は、開口上に像を造り、検出器側に伝送されるが、そのボリュームの外側から発生するいかなる蛍光も、前記開口を透過せずに、検出もされない。共焦点顕微鏡のこの原理は、空間分解能により蛍光が検出されることを可能にする。前記分解能は、開口のサイズと一緒に画像処理システムの拡大によって決定される。放射の多波長は、観察中のサンプルを励起させるために使用できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許５,１２０,９５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
サンプルの二次元画像は、サンプルを照らすイメージング光学及びポンプ放射に係るサンプル位置を操作することにより、得ることができる。サンプルの３次元画像は、サンプル内の異なる深さで、並列の平面からの二次元画像を付加して記録することにより得ることができる。
【０００６】
光ファイバーは、光を輸送する便利な手段であり、共焦点顕微鏡において使用できる。米国特許５,１２０,９５３号公報は、「光を伝送しオブジェクトから受光するためのシングルファイバーを含む走査共焦点顕微鏡」を示す。
本発明は、改善された共焦点顕微鏡を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の１つの態様によれば、第１のビームパスに沿って光を出力するための光源；
第１と第２ビームパスを組み合わせ、合成のビームパスを形成するためのビームパスコンバイナー；
前記合成のビームパスと１つの端を結合する果てしないシングルモード（endlessly single mode）の光ファイバー；及び、
前記第２のビームパスに結合される検出器：
を含む共焦点顕微鏡が提供される。
【０００８】
本発明の利点は、光ファイバーが、
（i） 前記光源によって出射された光の波長及び、
（ii） 検出器によって検知された波長のいずれも、シングルモードであることである。
【０００９】
従来のシングルモードのファイバーに基づく共焦点顕微鏡と比較される、本発明の他の利点は、同一のファイバーを使用することに反して、広範囲の操作波長にわたって、高い光子収集効率及び最大限の空間的分解能をもたらすことである。
【００１０】
シングルモードのファイバーでは、本質的に放射は全て単一の空間の光学モード内に包含される。そのような光ファイバーにおけるシングルモードの働きで、適切な光学系と連結して、ファイバーの遠位端（つまりビームパスコンバイナーに結合されない終端）から出現するポンプ光を、回折限界のスポット上に集中することができる。このシングルモードの働きで、サンプルからの光を効率的にファイバーの遠位端に結合することも可能である。
【００１１】
回折限界の性能としては、共焦点顕微鏡の空間的分解能を最大にすることが望まれる。空間的分解能を増加するために、それは観察中のサンプルの最小限の大きさ（観察下にないサンプルの範囲も照らすことを回避するため）を照らすことが望まれる。観察中のサンプルの 最小限の大きさ（観察下にないサンプルの範囲からの蛍光も検知することを回避するため）から、共焦点顕微鏡が、例えば蛍光である放射を検知することもまた望ましい。ポンプ光をサンプル上へ回折限界集光し、サンプルからの蛍光光をファイバーへ回折限界集光することで、共焦点顕微鏡の分解能を最大化できる。
【００１２】
従来技術のファイバー共焦点顕微鏡は、ポンプ波長又は検出波長の何れか一方においてシングルモードとすることが可能であるが、ポンプ波長および検出波長がファイバーのシングルモードの波長範囲内にない限り、両方の波長においてシングルモードたり得ない。従って、もし両方の波長が、ファイバーのシングルモードの範囲内にない場合、従来技術の共焦点顕微鏡は、検知ボリュームより大きいサンプルのボリュームを照らすか、あるいは照射ボリュームより大きい検知ボリュームからの光を検知する。ファイバーがシングルモードでない場合、当業者が認識するように、ファイバーから出現する光は、ほぼガルシアンビームのプロフィールを持つ代わりに、他の望ましくないモードで、不要のローブ（lobe）があるかもしれません。例えば、非シングルモードのファイバーからのビームプロフィールは、ビーム中心で最も明るくはなく、及び／又は、側面のローブのある可能性がある。
【００１３】
光ファイバーは、果てしないシングルモードのフォトニック結晶ファイバー（ＰＣＦ）であることが好ましい。このＰＣＦファイバーは、通常コアの周りに並んだ「欠陥」を持っている。コアは、ガラスであっても空洞であってもよい。
【００１４】
いくつかの実施例では、ＰＣＦは大モードエリアのＰＣＦファイバーを使用できる。大モードエリアのＰＣＦファイバーは、果てしないシングルモードとなる傾向がある。大モードエリアの別の利点は、コアに沿った有効光学電力密度が縮小され、さらに不要の非線形の光学的効果を弱められる点にある。
【００１５】
他の実施例では、シングルモードのファイバーはブラッグの誘電性の導波路であってもよく、コアとクラッドの屈折率差の非常に小さなステップ型ファイバーであってもよい。
【００１６】
１つの実施例では、フォトニック結晶ファイバーを有した走査顕微鏡は、観察中の微視的なサンプルにポンプ光を届け、かつ顕微鏡の検知システムにサンプルによって放射された蛍光光をさらに届けるために使用される。焦束されたポンプ光に関してのサンプルの位置は、サンプルの二次元画像を構築するために、２次元で走査される。３次元画像も、サンプル内の異なる深さで記録された連続の二次元画像を使用して構築できる。
【００１７】
いくつかの実施例では、ポンプ放射を運ぶシングルモードの光ファイバーはさらに２つの他の機能も果たすことができる。それは、蛍光光放射用の共焦点顕微鏡の開口を形成し、続いて、顕微鏡の検出器の方へ蛍光光放射を移動できることである。
【００１８】
従来の（例えばＰＣＦでない）シングルモードのファイバーは、典型的には約２００ｎｍ（例えば４００ｎｍ〜１０００ｎｍ領域での波長の操作用）の操作の波長範囲を持っている。すなわち、従来のファイバーによる共焦点顕微鏡は、シングルモードでファイバーが作用する２００ｎｍの幅、例えば４００〜６００ｎｍ又は８００〜１０００ｎｍ、を持っている。
【００１９】
これは、従来の共焦点顕微鏡において、ポンプ光及び検知された光の波長が互いに２００ｎｍ以内になければならないように制約し、或いは回折限界のスポットに焦束されるポンプ光と光ファイバーに効果的に結合する蛍光光の両方を持つことが可能でなくなる。
【００２０】
従来の共焦点顕微鏡には更に、たとえば２５０ｎｍからたとえば５５０ｎｍにポンプ波長を変えなければならにない場合には、光ファイバーを変える必要が生じる難点がある。仮に、ポンプ波長がたとえば２０ｎｍ変化することになり、その変化によって異なるファイバーを使用することが必要とする場合には、光ファイバーを変える必要もあるだろう。例としてポンプ波長を５９０ｎｍから６１０ｎｍに変えることになっているならば、ファイバーはたとえば４００−６００ｎｍのファイバーからたとえば６００−８００ｎｍのファイバーに変える必要があるだろう。このように従来の共焦点顕微鏡においては、可視範囲外及び赤外線領域で最適の解像度を達成するためには、使用する波長に合わせて最適なファイバーである、光ファイバーの選択が必要となる。
【００２１】
共焦点顕微鏡の光ファイバーの変更は、置換用ファイバーを、共焦点顕微鏡の他の光学コンポーネントに後で配置せねばならず、時間を食うことである。典型的なシングルモードの光ファイバーが、３から７μｍ（青外線から赤外線）の範囲の典型的なコア直径を持つとすれば、置換用の光ファイバーは１μｍを超える精度で配置しなければならない。
このような配置は圧電マニピュレーターによって可能であるが、共焦点顕微鏡のコスト増を招くばかりでなく、置換用光ファイバーが使用可能できるまでに、さらに時間遅れを生じさせる。対照的に、ＰＣＦファイバーを使用する共焦点顕微鏡は、約４００ｎｍから１０００ｎｍのシングルモードの光をガイドするために、単一のファイバーを使用すればよい。従って、ポンプ光の波長又は検知された蛍光光の波長の変更が望まれる場合でも、当該ファイバーを変更する必要はない。
【００２２】
いくつかの実施例は、大モードエリアのフォトニック結晶ファイバー（ＰＣＦ）を利用し、それは非常に広い波長範囲、例えば４００ｎｍ〜２０００ｎｍの範囲にわたって果てしないシングルモードである特性を持っている。大モードエリアのＰＣＦに基づいた走査共焦点顕微鏡は、すべての波長に対し全く同一のファイバーを使用しながら、広範囲の波長にわたって、最高の空間分解能を達成できる。
【００２３】
大モードエリアのＰＣＦの重要な特性は、実質的にどんな光波長においても、効率的に単一空間の光学モードの光を伝送する能力である。この特性のために、大モードエリアのＰＣＦは、果てしないシングルモードであるとして、しばしば言及される。大モードエリアのＰＣＦを使用することによって、単一空間の光学のモードで、約４００ｎｍから約２０００ｎｍのどんな波長でも伝送するのに、全く同一のファイバーを使用するだけでよい。従来のシングルモードの光ファイバーと異なり、大モードエリアのＰＣＦは、カットオフ波長を持っていない。
【００２４】
いくつかの実施例では、大モードエリアのＰＣＦは３つの目的を同時に果たす。
（１） 大モードエリアのＰＣＦは、観察中のサンプルへのポンプ放射源からのポンプ放射を運ぶ目的の導波路の役割をする。
（２） 大モードエリアのＰＣＦのコアは、顕微鏡の共焦点操作を決定する開口を形成する。それは、画像システムと共に、蛍光が検出されるサンプル内の空間のボリュームを決定する。
（３） 大モードエリアのＰＣＦは、顕微鏡の光検出器へのサンプルからの蛍光光を運ぶ目的で導波路の役割をする。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】図１は、本発明の実施例の共焦点顕微鏡の概略図を示す。
【図２】図２は、ポンプとロングパス（long pass）の光学フィルタを用いる蛍光ビームパスとを組み合わせる、本発明のいくつかの実施例内のものとして採用できる配置を示す。
【図３】図３は、ソリッドコアの周りのエアホールのパターンを図示して、大モードエリアのフォトニック結晶ファイバーの一例の横断面図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
図１は、本発明の実施例による共焦点顕微鏡（１００）の概略図を示す。
【００２７】
コヒーレント光源（１）は、観察中のサンプル（９）を励起させるために、光ポンプとして使われます。コヒーレント放射の発生源は、レーザーを包含するかもしれず、あるいは他の手段を利用したレーザーから光が生じるかもしれない。コヒーレント放射を生成するための技術は、レーザーの周波数の２倍、３倍、あるいは４倍になるといった非線形の過程を含むことがある。光学パラメータ式発振器、和周波混合及び差周波混合のようなパラメータの技術は、既存のレーザーによっては容易に得ることができない波長を生成するための、代替技術である。
【００２８】
光ファイバー中の高い非線形は、光学の周波数中の１オクターブ間でスーパーコンティニューム発生を生成するために使用でき、小さなコアの直径（約１μｍ）を備えた、先細のシングルモードのファイバーあるいは高度に非線形のフォトニック結晶ファイバーを使用して達成することができる。ポンプ放射源（１）からは、パルスあるいは連続波を送出できる。他の実施例では、前記光源（１）はレーザーである必要はない。しかし、レーザーは、例えば光ファイバーに、白熱の電球あるいはＬＥＤ（発光ダイオード）を結合するよりも、光ファイバーに効率的に光学的に結合することが可能である長所を持つ。また、レーザーはより大きなスペクトルの強度を有するという長所を持っている。
【００２９】
ポンプ光と蛍光光の光路は、２つの波長を組み合わせるための手段（２）を使用して重ねられる。前記手段（２）は、一方の放射（例えばポンピング光）を反射し、他方の放射（つまり蛍光光）を透過する２色性ビームスプリッターでありえる。二者択一的に、前記手段（２）は、図２に示すように、ポンプ光を透過せず、蛍光光を透過する、ロングパスの光学フィルタでもよい。
【００３０】
図２では、ほぼ垂直入射にフィルタ（１１）の向きが調整され、そして、入射ポンプ光（１２）が反射光（１３）となり、その結果、蛍光光（１４）と同じ光線経路に重なるようになる。前記蛍光光は、前記光学フィルタにより（１５）のように透過するが、ポンプ光は透過しない。多未離散（yet discrete）ポンプ波長は、かかる一連のビーム結合光学系を使用する同様の装置の下で、得ることができるであろう。
【００３１】
図１に戻って見れば、レンズ（３）を使用することで、ポンプ光は大モードエリアのＰＣＦへ結合される。レンズ（３）はまた、蛍光光を平行にし、蛍光光がファイバーの終端（４）から出現するようにする。レンズ（３）は、広範囲の波長にわたって動作するように好適に最適化される。典型的には、収差（aberration）を最小限にでき、また、これはレンズ（３）にマルチエレメントレンズを使用することによって達成できる。
【００３２】
大モードエリアのフォトニック結晶ファイバー（５）が、観察中のサンプル（９）側にポンプ光を伝送するための導波路として機能し、その一方で同時に、サンプルから戻る蛍光光が顕微鏡の検出器側に伝送される。ＰＣＦファイバー（５）の近位端は、ビームスプリッター（２; １１）側に位置する。ＰＣＦファイバー（５）の遠位端は、サンプル（９）側に位置する。
【００３３】
図３は、ＰＣＦ（５）の一例の横断面を示す。このファイバー（５）の横断面には、グラスファイバー（３１）中にエアホール（３０）の六角形の二次元整列を含んでいる。マトリックス（３１）中のセントラルホール（３２）は存在せず、そこでガイドされた光が移動する固体グラスコア（３２）を残している。このファイバーコアは、典型的には８μｍ〜１５μｍの直径を特徴的に有している。これらのファイバーについては、前記ホール（３０）の離間距離が、コア直径寸法に典型的に近似している。
【００３４】
クリスタルファイバーＡ／Ｓ（Crystal Fiber A/S（Birkerod,デンマーク））社からの利用可能なＬＭ  Ａ８、ＬＭＡ１０及びＬＭＡ１５のようなファイバーは、本発明中で使用可能なファイバーの例である。しかしながら、例えば３５μｍのコアの直径を備えたファイバーは、利用可能であるだけでなく、使用することができる。ポンピング光及び蛍光光の偏光（polarisation）が重要な適用例に関しては、偏光維持用の大モードエリアのファイバーを使用することが、さらに可能である。そのようなファイバーの例としては、クリスタルファイバーＡ／ＳからＬＭＡ−ＰＭ−一〇及びＬＭＡ−ＰＭ−１６がある。
【００３５】
大モードエリアのＰＣＦ（５）の利点としては、これが果てしないシングルモード（endlessly single mode）で挙動することにある。これは、ガルシアンビームのＴＥＭ00（TEM：Transmission Electron Microscope（透過型電子顕微鏡） ）モードに似て、いる単一空間（spatial）の光学モードにおいて、それがきわめて広い範囲にわたる、例えば４００ｎｍから２２００ｎｍまでの波長の光を透過するということを意味する。従来のシングルモードの光ファイバーでは、この広帯域のシングルモードの挙動を達成できない。
典型的には、従来のシングルモード光ファイバー（４００ｎｍ〜１０００ｎｍの領域での使用のために設計されている）は、約２００ｎｍの操作範囲を持ち、これに伴って、いくつかのファイバー（４００ｎｍ〜６００ｎｍ； ６００ｎｍ〜８００ｎｍ；及び８００ｎｍ〜１０００ｎｍ）が、この範囲にわたってシングルモード動作をなすために必要となる。
【００３６】
いくつかの実施例では、光源（１）は、第１の波長の光を放射するために設けられ、また、検出器（１０）は、第２の波長の光を検知するために設けられる。第１と第２波長は、約２００ｎｍだけ異なることになる。
より一般に、波長は、１８０ｎｍから２２００ｎｍの範囲において任意の整数で異ならせる、例えば１８０、１８１、１８２…、２１９８、２１９９、２２００（もちろん、光学ソースは、典型的には範囲内のピーク波長を伴って、一連の波長を越えて光を放射し、また、ピーク波長は整数と一致する必要はない） ことができる。
光源（１）及び検出器（１０）は、特別の波長を選択するか、あるいは波長幅を選択するために、フィルタ又は回析格子を含んでいてもよい。言いかえれば、ファイバー（５）は、好適な１８０ｎｍから２２００ｎｍの幅の周波帯を持つシングルモードの動作を提供する。
【００３７】
大モードエリアのＰＣＦでは、モードプロフィールは、モードの中心に位置するわずか１つの最大値しか持っておらず、ＴＥＭ00のガルシアンモードに似て滑らかに変化する。この単一空間のモードの動作が望まれ、その結果、ポンプ光が最小のスポットサイズまで集光できる。集束するスポットサイズの基本的な限界は、集束すべき光の波長及び集束レンズのＦナンバーによって支配される。与えられた集束レンズにおいて、単一の空間モードが集束レンズの開口を満たすとき、最小のスポットサイズが与えられる。最小のスポットサイズに集光できることは、観察中のサンプルの最も小さなエリアだけが照らされることになり、サンプルをポンピングするときに得られる解像度を最大化する。
【００３８】
大モードエリアのＰＣＦが、カットオフ波長（従来のシングルモードのファイバーと異なる）手段を持たないという事実は、広範な操作範囲内の任意の波長の光を、クリーンな、シングルの、空間光学モードで伝送し、続いて、最小スポット径まで集束できることを意味する。適切なレンズが光を集束させるために使用されるが、これについては後述する。従来の多重要素レンズによって、ウエスト直径２ｗ０＝λ（ここでλはポンプ光の波長）を有する最小のスポットサイズが達成可能である。
【００３９】
大モードエリアのＰＣＦ（５）の別の利点は、その大きなコア直径である。ポンプレーザー（１）は、光ファイバー中の望ましくない非線形過程を生じさせ、また、これらの望まれない過程は、光強度を高めるときさらに重要事項となる。従来のシングルモードのファイバーと比較して、大モードエリアのＰＣＦでは、大きなコアエリアによって、ポンプレーザーの強度は小さくなる。その結果、大モードエリアのＰＣＦ中の非線形過程は、従来のシングルモードのファイバー（ＰＣＦでない）よりも、１００〜１０００倍少ないと言える。
【００４０】
本実施例では、ＰＣＦのコア（３２）が共焦点顕微鏡（１００）の開口を形成する。この開口は、顕微鏡を共焦点の形態において作動することを可能とし、そのために、微視的レベルおいて、サンプル（９）内のスペースの個々のポイントを解像する。レンズ（７）及び（８）から構成されたレンズシステムの倍率とともに、開口（３２）が顕微鏡の絶対的な解像度を決定する。サンプル（９）からの蛍光は、レンズ（７、８）によってコア（３２）の上に映され、従ってＰＣＦファイバー（５）に効率的に結合され、また検出器（１０）側に運ばれる。ポンピング放射と蛍光は、光ファイバー（５）及びレンズ（７）と（８）を通して同じ光経路を通過し、この共通パスの配置の結果は、ファイバーコア（３２）への蛍光に伴って生じる配列である。
【００４１】
２つのレンズ（７）及び（８）は、サンプルを照らすためのポンプ光及び、サンプルによって放射される蛍光光を操るために、使用される。光ファイバーから出現するポンプ光は、レンズ（７）によって平行にされ、レンズ（８）によってサンプル上に焦点を合わせられる。サンプルによって放射された蛍光光は、レンズ（８）によって集められ、また、レンズ（７）によって、ファイバー（５）の遠位端（６）の光ファイバーのコア（３２）に焦点が合わせられる。
【００４２】
最適な動作を成し遂げるために、これらのレンズの両方ともに、広い範囲の波長を越えての動作のために最適化されるかもしれない。典型的に、光学システムでの異常を少なくするために、多重要素レンズを使用することで、これは達成されるかもしれない。そのようなレンズは、循環モードを低下させることなく、最も小さなスポットサイズまで、ポンプ光が焦点に集まるのを可能にするために必要である。これは、必要に応じて回折限界のスポットサイズに、光が焦束できることを保証する。さらにまた、それは光ファイバーへの蛍光の効果的な捕獲を保証する。他の実施例において、これが共焦点顕微鏡（１００）の光学効率を減らすかもしれないが、レンズ（７）と（８）を一つのレンズに置換できる。
【００４３】
蛍光光はサンプルから放射され、光ファイバーによって移動する。近い側のファイバー終端（４）、すなわちビームスプリッター（２）に隣接した終端から出現した後、蛍光光は、ビームコンバイナー（２）を透過するが、この際にその特性が検知されるか、又は特徴づけられた場合に、検出器（１０）側に移動する。フォトダイオード、光電子増倍管、なだれフォトダイオードあるいは電荷結合素子（ＣＣＤ）カメラのような装置は、蛍光光の振幅を検知することができる。蛍光光の性質が、その振幅を越えて特徴づけられることになっている場合、他の器具を探知システムに組み入れられるかもしれない。
【００４４】
スペクトルの特性のために、分光計かモノクロメーターを使用することができる。様々なタイプの干渉計は、蛍光光の第１オーダー及び第２オーダーのコヒーレント特性を特徴づけるために使用できる。そのような干渉計は、量子ドットであるサンプル（９）の出射特性を特徴づけるために使用することができる。一時的な特性のために、検知された光子の到着時刻を相関させるための計器を組込むことができる。蛍光の寿命は、ポンプレーザーのパルスによる励起に関しての蛍光性の光子の到着時刻の検知により測定できる。
【００４５】
サンプルの二次元画像は、サンプルを照らすイメージング光学及びポンプ放射に関してのサンプルの位置の走査により得ることができる。サンプルの３次元画像は、サンプル内の異なる深さにおける並列の平面からの追加の二次元画像の記録により、構築できる。
【００４６】
イメージング光学及び集光するポンプ放射に関して、サンプルの位置を探査することは、いくつかの方法によって成し遂げられる。
１つの方法では、ファイバーの終端（６）及びレンズ（７）と（８）から成る顕微鏡の光学イメージングヘッドが、固定位置で保持され、またサンプル（９）が走査される。これを達成するひとつの例が、高精度の変換を可能にする圧電変換装置をもった三次元の変換ステージ（１０１）である。
別の方法では、サンプル（９）の位置を固定し、顕微鏡の光学イメージングヘッド（６、７、８）が走査される。３次元の変換ステージ（図示せず）が、例えば高精度の変換のための圧電アクチュエータを、この目的のために使用できる。
さらにもう一つの方法では、ファイバー（５）に対してファイバーの終端（６）が垂直な平面において移動されるかもしれない。
【００４７】
当業者が認識するように、ＰＣＦファイバーのホール（３０）は時々、ファイバーの端を密閉するために、ＰＣＦファイバーの各端（４、６）において「つぶれる」（"collapsed"）。そのようにつぶれたＰＣＦファイバーにおいて、このホール（３０）は、ＰＣＦファイバーの大部分の長さに沿って伸びるが、例えばファイバー（５）へ極度に熱を適用した結果、ファイバーの終端、例えばファイバーの各終端の最後の５０μｍ〜１０ｍｍの部分の方向に加わる表面張力によって、このホールはつぶれる。
つぶれたファイバーが顕微鏡（１００）の一部として使用される時、ファイバー（５）の有効な開口は、ファイバーの終端面（４、６）にはないが、実際の終端面（４、６）から約５０μｍ〜１０ｍｍのファイバーの内部に埋められている。
【００４８】
当業者は、果てしないシングルモードとして提供される他のタイプのファイバーを使用できると理解するであろう。例えば、コアとクラッドとの間の低いインデックスコントラストをもったステップ型ファイバー（つまり非ＰＣＦファイバー）は、さらに大きなコアの直径を与える。ただ、そのようなファイバーは、コアとクラッドの間が低い屈折率差（例えば、０.００１あるいはそれより低く）を示すことよって、現在的には製作が難しい。
【００４９】
当業者であれば、前述の実施例は変形され、及び又は組み合わせることができるものと認識するであろう。
【符号の説明】
【００５０】
（１）    光ポンプ源
（２）    ２つのビームパスを組み合わせる手段
（３）    ポンプ光を集束させかつ蛍光光を平行にするレンズ
（４）    ファイバー端
（５）    大モードエリアのフォトニック結晶ファイバー
（６）    ファイバー端
（７）    ポンプ光を平行にしかつ集光するレンズ
（８）    ポンプ光を集光させかつ蛍光を平行にするレンズ 
（９）    サンプル
（１０）    光検出器
（１１）    入射ポンプ光
（１２）    ロングパス光フィルタ
（１３）    反射ポンプ光
（１４）    入射蛍光光
（１５）    伝送蛍光光
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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