(57)【要約】【課題】  プローブ光Ｐと励起光Ｅとの軸合わせを不要にしてプローブ光光学系と励起光光学系との調整を容易にした熱レンズ顕微検出装置を提供する。【解決手段】  被検体の微細領域に向けて励起光Ｅを入射して熱レンズを誘起する励起光光学系と、発生した熱レンズ領域にプローブ光Ｐを入射するプローブ光光学系と、熱レンズ領域を透過したプローブ光Ｐを検出する検出器１７とを備えた熱レンズ顕微検出装置１０であって、波長変換素子１２を用いた波長変換レーザにより発生する基本波光および高調波光を励起光Ｅおよびプローブ光Ｐとして用いることで、両光を波長変換素子から同軸的に出射させる。【選択図】図１
2005164335.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検体の微細領域に向けて励起光を入射して熱レンズを誘起する励起光光学系と、発生した熱レンズ領域にプローブ光を入射するプローブ光光学系と、熱レンズ領域を透過したプローブ光を検出する検出器とを備えた熱レンズ顕微検出装置であって、
波長変換素子を用いた波長変換レーザにより発生する基本波光および高調波光を励起光およびプローブ光として用いることを特徴とする熱レンズ顕微検出装置。
【請求項２】
擬似位相整合素子中に形成された光導波路を利用した波長変換素子を用いることを特徴とする請求項１に記載の熱レンズ顕微検出装置。
【請求項３】
被検体を挟んで片側に波長変換レーザおよび入射側レンズが配置されるとともに他方側に透過側レンズおよび検出器とが配置され、波長変換レーザ、入射側レンズ、透過側レンズ、検出器がプローブ光に対して実質的に共焦点光学系をなすように構成されることを特徴とする請求項１に記載の熱レンズ顕微検出装置。
【請求項４】
透過側レンズと検出器との間には共焦点像を検出器に導くための光導波路を有する光ガイドが設けられることを特徴とする請求項３に記載の熱レンズ顕微検出装置。
【請求項５】
波長変換素子と光ガイドとは、波長変換素子と光ガイドとなる部分を含む一体部材が基板上に固定された後に一体部材を加工することにより形成されることを特徴とする請求項４に記載の熱レンズ顕微検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱レンズ効果を利用して被検体の微小領域の測定を行う熱レンズ顕微検出装置に関し、さらに詳細にはレーザを光源とするレンズ光学系を用いて測定を行う熱レンズ顕微検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
試料や媒質が含まれる測定領域に励起光を入射し、試料がその励起光を吸収して局所的に発熱することにより熱レンズを誘起させた上で発生した熱レンズ領域に別途にプローブ光を通過させてプローブ光を屈折させると、測定領域に存在する媒質中の試料濃度に応じて屈折状態が変動する。
この屈折状態の変動を、検出器に到達する光量の変化として検出することにより熱レンズ発生領域にある試料濃度等を検出する熱レンズ測定手法は、各種計測分野や検査分野において応用が検討されている。
【０００３】
例えば、励起光光源および検出光光源のそれぞれから独立して発せられるレーザ光を、ダイロックミラーを用いて光路調整を行うことにより同軸光路上を通過するように合成して光学顕微鏡に入射させ、熱レンズ効果を応用した分析を行う熱レンズ顕微鏡分析装置が開示されている（特許文献１参照）。
この先行技術によれば、空間分解能や定量分析能力に優れ、生体細胞や組織などのｉｎ−ｖｉｔｒｏ、ｉｎ−ｖｉｖｏ測定が可能である光学顕微鏡を構成することができる。
【特許文献１】特開２０００−３５６６１１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
熱レンズ測定手法では、レンズ光学系で集光させた励起光により熱レンズ効果が発生するエリアは微細な領域に限定され、分解能が高い測定を行うことができる。その一方で、試料物質が低濃度となると熱レンズ効果が発生する領域がごく狭い領域に限定されることから、微量分析を行うためには励起光を収束させ、収束点で効率よく吸収させることと、集光点近傍にプローブ光を正確に位置合わせすることが重要となる。
【０００５】
上記文献（特許文献１）に記載されたような構成、すなわち試料物質を発熱するための励起光と試料物質の濃度等を測定するためのプローブ光とがそれぞれ異なる光源装置から発せられる構成をとる場合に、励起光およびプローブ光を完全に同軸ビームとするための調整はかなり困難であり、微量検出を行うための調整が煩わしい作業となっていた。また、完全に同軸ビームにするためには高精度な位置調整をすることができるビームミキサ機構が必要となり、そのために装置が大型化することとなっていた。
【０００６】
本発明は、このような課題を解決し、熱レンズ測定に必要な励起光とプローブ光との完全な同軸ビームを簡単に得ることができるようにした熱レンズ顕微検出装置を提供することを目的とする。
また、励起光、プローブ光を同軸ビームにするための作業を不要にして操作性のよい熱レンズ顕微検出装置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】
上記課題を解決するためになされた本発明は、被検体の微細領域に向けて励起光を入射して熱レンズを誘起する励起光光学系と、発生した熱レンズ領域にプローブ光を入射するプローブ光光学系と、熱レンズ領域を透過したプローブ光を検出する検出器とを備えた熱レンズ顕微検出装置であって、波長変換素子を用いた波長変換レーザにより発生する基本波光および高調波光を励起光およびプローブ光として用いるようにしている。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、熱レンズ測定に用いる励起光とプローブ光の光源として波長変換素子を用いた波長変換レーザから発生する基本波および高調波を利用する。波長変換レーザから出射される基本波および高調波は本来的に同軸ビームであることから、これらの光を励起光、プローブ光として用いることで両者を同軸ビームとするための調整機構は不要となる。なお、基本波と高調波とのいずれを励起光にして他方をプローブ光にするかは試料物質とに応じて選択すればよい。
【０００９】
また、上記装置において、擬似位相整合素子中に形成された光導波路を利用した波長変換素子を用いるようにしてもよい。
これによれば、半導体レーザから出射されるレーザ光を擬似位相整合素子に形成された光導波路の一端に入射することにより、光導波路の他端から基本波と高調波を同軸ビームとして取り出すことができるので、光導波路の光軸にレンズ光学系や検出器を合わせる調整を行うだけで測定を行うことができる。
【００１０】
また、被検体を挟んで片側に波長変換レーザおよび入射側レンズが配置されるとともに他方側に透過側レンズおよび検出器とが配置され、波長変換レーザ、入射側レンズ、透過側レンズ、検出器はプローブ光に対して実質的に共焦点光学系をなすように構成されるようにしてもよい。
これによれば、波長変換レーザ、入射側レンズ、透過側レンズ、検出器が共焦点光学系をなすことにより、励起光を含む不要な光が検出器に入射するのをカットすることができ、測定精度を向上させることができる。
【００１１】
透過側レンズと検出器との間には共焦点像を検出器に導くための光導波路を有する光ガイドが設けられるようにしてもよい。
これによれば、プローブ光を光ガイドの導波路を介して検出器に導くことができるとともに励起光については検出器に入るのをほぼカットすることができるので励起光をカットするためのフィルタ等の取り付けが不要になる。また、検出器の配置について設計の自由度を増すことができる。
【００１２】
波長変換素子と光ガイドとは、波長変換素子と光ガイドとなる部分を含む一体部材が基板上に固定された後に、一体部材を分離加工することにより形成されるようにしてもよい。
この発明によれば、波長変換素子と光ガイドとの位置関係を一体部材であるうちに決定しておくことができるので、これらの間の位置合わせを行う必要がなくなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
（熱レンズ顕微検出装置の構成）
以下、本発明を実施するための形態について図面を用いて説明する。なお、以下に説明する実施形態は一例にすぎず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で変形実施することが可能である。
【００１４】
図１は本発明の一実施形態である熱レンズ顕微検出装置の構成を示す図であり、図１（ａ）はその平面図、図１（ｂ）はその正面図である。
この熱レンズ顕微検出装置１０は、主に半導体レーザ１１、波長変換素子１２、入射側レンズ１３、透過側レンズ１４、光ガイド１５、およびこれらを固定する基板１６、さらに検出器１７によって構成される。
【００１５】
レーザ光源として用いる半導体レーザ１１は、励起光Ｅ、プローブ光Ｐとして用いる光の波長に応じて選択される。例えば励起光Ｅまたはプローブ光Ｐのいずれかに使用する光の波長を９４６ｎｍとする場合には、Ｎｄ：ＹＡＧレーザを用いることができる。
【００１６】
波長変換素子１２には、擬似位相整合（ＱＰＭ）素子中に形成された光導波路を利用した波長変換素子を用いることができる。具体的には擬似位相整合素子としてＬｉＮｂＯ３、ＬｉＴａＯ３、ＭｇＯをドープしたＬｉＮｂＯ３、ＭｇＯをドープしたＬｉＴａＯ３などの材料の分極反転結晶を用いたものが好適である。
これらの材料による波長変換素子１２では、分極反転結晶の各反転層を横断するように光導波路１８が形成してある。半導体レーザ１１の出射口を光導波路１８の片側端に合わせた状態でレーザ発振させるようにしてある。
【００１７】
この半導体レーザ１１と波長変換素子１２とにより、基本波、高調波となる２つの波長のレーザ光を出射することができる波長変換レーザが構成される。
【００１８】
入射側レンズ１３は、光導波路１８の半導体レーザ１１とは反対側端と対向するように配置され、光導波路１８から出射される基本波光および高調波光の一方を励起光Ｅ、他方をプローブ光Ｐとして集光し、試料流路２０（例えばマイクロチップに形成された流路）内を流れる試料２１に向かうようにしてある（励起光Ｅ、プローブ光Ｐの光路関係については後述する）。
【００１９】
透過側レンズ１４は試料２１を透過したプローブ光Ｐを集光し、光ガイド１５の片側端に集光するようにしてある。
なお、入射側レンズ１３および透過側レンズ１４には、色収差補正をしていない一般のレンズを用いるようにして、波長が異なる励起光Ｅとプローブ光Ｐとの屈折方向が変化するようにしてある。
【００２０】
光ガイド１５には光導波路１９が形成してあり、光導波路１９の片側端が透過側レンズ１４に対向するように配置してある。透過側レンズ１４により集光されたプローブ光Ｐは、光導波路１９の片側端から導波路１９内を通過して他端側から出射され、検出器１７に導かれる。
光ガイド１５は導波路１９を形成できる材料であればよい。例えば波長変換素子１２と同一材料を用いてもよい。波長変換素子１２と同一材料を用いる場合には、後述するように光ガイド１５と波長変換素子１２とを一体部材として形成してからこれを分離加工することで組み立て時の調整を用意にすることもできる。
【００２１】
検出器１７は、フォトダイオードやフォトマルチプライヤなどプローブ光の波長光を検出することができるものを用い、光ガイド１５の光導波路１９から出射するプローブ光Ｐを受光できるように配置する。
【００２２】
ここで、励起光光学系とプローブ光光学系との光路関係について説明する。図２は図１における励起光学系の励起光Ｅの光路およびプローブ光光学系のプローブ光Ｐの光路を説明する拡大図である。
波長変換素子１２の光導波路１８から出射された基本波光および高調波光は波長が異なっており、いずれか一方が励起光Ｅ（一点鎖線で示す）、他方がプローブ光Ｐ（実線で示す）として用いる。
【００２３】
入射側レンズ１３や透過側レンズ１４に色収差補正をしていないレンズを用いると、色収差の影響によりプローブ光の焦点位置Ｆ１と励起光Ｅの焦点位置Ｆ２とは、図に示すように焦点位置が前後にずれるようになる。
【００２４】
入射側レンズ１３、透過側レンズ１４の位置を調整してプローブ光Ｐの後焦点が光ガイド１５の光導波路１９の片側端位置にくるようにして、波長変換素子１２、入射側レンズ１３、透過側レンズ１４、光導波路１９とで構成される光学系がプローブ光Ｐに対して実質的に共焦点光学系を形成するようにする（光導波路１９がプローブ光Ｐを損失することなく検出器１７に導くので検出器１７は実質的に後焦点に配置されていることと等価になる）。
【００２５】
このように調整することにより光導波路１９にはプローブ光Ｐのほとんどすべてが入射することになる。その一方で、励起光Ｅについては色収差による光路のずれに起因して透過側レンズ１４の後焦点が光ガイド１５の端面からずれるので励起光Ｅの光量のほとんどが光導波路１９から外れることになり、ほぼプローブ光Ｐのみが検出器１７で検出できるようになっている。これにより、励起光Ｅがプローブ光Ｐに混じってノイズ成分となることが避けられる。
【００２６】
なお、色収差補正をしていないレンズを用いるので、レンズは基本的にプローブ光Ｐの波長に対する球面収差のみを補正するだけでよく比較的容易に高精度レンズを加工することができる。またレンズ構成もコンパクトになる。
さらに透過側レンズ１４と光導波路１９との位置合わせの際に両者の光路の結合を高めることができ、検出感度を向上させることができる。
【００２７】
（熱レンズ顕微検出装置の製造方法）
次に、上記の熱レンズ顕微検出装置を製造する際に、光学系の調整を簡単に行うことができるようにした製造方法について説明する。図３および図４は、図１に示した熱レンズ顕微検出装置の製造工程を説明する図であり、図３（ａ）は波長変換素子１２と光ガイド１５とが一体に形成された一体部材３０の平面図、図３（ｂ）は一体部材３０の正面図、図３（ｃ）は基板１６の平面図、図３（ｄ）は基板１６の正面図、図３（ｅ）は図３（ｃ）のＡ−Ａ’断面図である。
【００２８】
一体部材３０は例えばＬｉＮｂＯ３を用い、一軸方向に細長い直方体状をなすようにしてある。一体部材３０の長手方向片側には、波長変換素子１２となる分極反転層３１が周知の方法により形成してある。長手方向他方側を含むその他の部分は非反転分極層３２のままにしてある。さらに長手方向に沿って直線状の光導波路３３を形成してある。
【００２９】
基板１６は一体部材３０より少し大きめの細長い直方体状をなす。基板１６の上面には中央からやや左右に偏った位置に長手方向と垂直方向に横断する溝３４、３５が形成してあり、基板中央には長手方向に沿って溝３４、３５間にＶ溝３６が形成してある。このＶ溝３６は図３（ｅ）に示すように入射側レンズ１３、透過側レンズ１４を固定するためのレンズホルダとなり、これらのレンズを取り付けたときにレンズの光軸が光導波路３３と一致するように深さが決めてある。
【００３０】
そして一体部材３０を基板１６の上面に載せて接着剤で固定した後で、一体部材３０の中央部分を削除し、図４に示すように溝３４より左にある分極反転層３１、溝３５より右にある非反転分極層３２ａを残すようにエッチング加工する。
さらに基板１６の中央部分を加工して２つに分離したＶ溝３７、３８を形成する。このＶ溝３７、３８の中央側の側面は、試料流路を取り付ける際の位置決めの基準面として利用される。
続いてＶ溝３７、３８の上面を少し除去する。このように加工することにより、分極反転層３１から波長変換素子１２が形成され、非分極反転層３２ａから光ガイド１５が形成される。このとき、光導波路３３から形成された光導波路１８、１９はすでに同軸となっており位置合わせのための調整を行う必要はない。
さらに中央に溝３９を形成する。この溝３９は試料流路２０（例えばマイクロチップ）の位置決めのときの基準面として利用するものである。
【００３１】
続いて半導体レーザ１１を波長変換素子１２の片面側に取り付け、入射側レンズ１３をＶ溝３７、透過側レンズ１４をＶ溝３８に取り付け、検出器１７を光ガイド１５の片面側に取り付けて図１に示すような熱レンズ顕微検出装置を完成する。
以上の製造方法で組立てることにより、主たる調整は入射側レンズ１３と透過側レンズ１４の軸方向位置調整で済ませることができ、複雑な調整作業を簡素化することができる。
【００３２】
上記実施例では、検出器１７は光ガイド１５の光導波路１９を介してプローブ光を検出するようにしているが、光導波路１９を透過側レンズ１４の後焦点位置にくるようにしてもよい。この場合、同時に励起光Ｅが検出器に入射しないように検出器の受光面を十分に小さくする必要がある。あるいは検出器１７の受光面前にアパーチャ（小孔）を取り付けて、集光されたプローブ光がアパーチャを通過するようにしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００３３】
本発明は励起光とプローブ光との調整が容易な熱レンズ顕微検出装置を製造するときに利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の一実施例である熱レンズ顕微検出装置の構成図。
【図２】励起光光学系、プローブ光光学系の光路を説明する図。
【図３】図１の熱レンズ顕微検出装置の製造工程を説明する図。
【図４】図１の熱レンズ顕微検出装置の製造工程を説明する図。
【符号の説明】
【００３５】
１０：熱レンズ顕微検出装置
１１：半導体レーザ
１２：波長変換素子
１３：入射側レンズ
１４：透過側レンズ
１５：光ガイド
１６：基板
１７：検出器
１８、１９：光導波路
２１：試料
３０：一体部材
Ｅ：励起光
Ｐ：プローブ光
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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