JP2002243641A - 生体機能測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 動物が活動している状態で安定した状態での
観察が可能な近赤外極短パルスを使用する生体機能測定
装置を提供する。 【解決手段】 本発明は、近赤外極短レーザ光を発振す
るレーザ光源と、前記レーザ光源からのレーザ光を標本
に対して集光する光学系と、前記光学系を前記標本に固
定し、かつ前記レーザ光の集光する位置を移動調整でき
る光学系保持部と、前記標本からの反射光又は蛍光を検
出する光検出手段と、前記光源からのレーザ光を前記光
学系保持部で設定された前記標本の焦点位置へ導くと共
に、前記標本からの反射光又は蛍光を前記光検出手段へ
導くシングルモードファイバーとを具備した生体機能測
定装置である。

Description

【発明の詳細な説明】

【発明の属する技術分野】本発明は、通常の顕微鏡によ
る観察方法を適用できない条件下、例えば観察対象が大
きな動物の場合や動物が活動しているときの脳内情報を
得ようとした場合において、極微小領域からの蛍光信号
を得ることができ、極短パルスレーザ光による多光子励
起を応用した生体機能測定装置並びにファイバープロー
ブ光検出装置を開発したものであり、例えば近赤外極短
パルスレーザ光源とファイバープローブとを用いたファ
イバープローブ光検出装置と、それを用いた生体機能測
定装置に関する。

【従来の技術】走査機能を有する顕微鏡ないしプローブ
にレーザ光をファイバーに通して導入して、画像を取得
するスキャニング共焦点顕微鏡については特開平３−８
７８０４号公報に開示されている。また、極短パルスレ
ーザと顕微鏡を組み合わせた多光子励起レーザ顕微鏡装
置については特許２８４８９５２号公報に公開され、さ
らに極短パルスレーザとファイバーを用い、光学デバイ
スにレーザ光を導光して標本に照射する超短光パルスの
伝達装置、発生装置および伝達方法に関しては特開平１
０−１８６４２４号公報に公開されている。図５は、特
開平３−８７８０４号公報（第１の先行例）に開示され
ているスキャニング共焦点顕微鏡装置を示す図である。
レーザ光源５１からのレーザ光は、レンズ５２を介して
ファイバー５３に導入される。レーザ光は、カプラ５
４、ファイバー５５を介して、ハウジング５６の内部に
設置された圧電素子５９上の保持具５７で保持される。
ファイバー５５から出射されたレーザ光は、レンズ６０
ａ，６０ｂによって標本５８の焦点位置５８ａに集光す
る。焦点位置５８ａからの反射光ないし蛍光は再びレン
ズ６０ａ，６０ｂ、ファイバー５５を通り、カプラ５４
によってファイバー６１に入射する。さらに、フィルタ
ー６２で波長を選択し、光電変換素子６３によって電気
量に変換され、コンピュータ６４に入力される。なお、
コンピュータ６４はドライバ６５およびケーブル６７を
介して圧電素子５９を制御する。この圧電素子５９によ
ってファイバー５５の先端が傾き、レーザのレンズ６０
ａに対する入射角度を変え、標本５８内の焦点位置５８
ａを光軸垂直方向に変えることができる。このようにフ
ァイバー５５先端を走査して得られた蛍光量をコンピュ
ータ６４によって画像構築し、モニター６６で表示する
ことができることが記載されている。図６は、特開平１
０−１８６４２４号公報（第２の先行例）に開示されて
いる超短光パルスの伝送装置を示す図である。レーザ光
源１は極短パルスレーザである。レーザ光源１とファイ
バー３との間にはパルスストレッチャー光学系２が設置
されている。ファイバー３を通過したレーザ光はパルス
コンプレッサー光学系４を通り、光学デバイス５に入射
される。この先行例の作用について説明する。レーザ光
源１から発せられた極短パルスレーザ光はパルスストレ
ッチャー光学系２に入射される。パルスストレッチャー
光学系２では光源から発せられたレーザ光のパルス幅を
伸ばし、１パルスあたりのピークパワーを減少させる。
パルスレーザ光は、数ナノメートル程度の波長幅を有し
ている。ファイバーなどの媒質を透過する際に長波長側
の波長成分の光が先に進むため、入射されるレーザ光の
波長に対してその波長の短い方を早く出力し、長い方を
遅く出力するように入射するレーザ光を分光し波長に対
応して光路長を調整できるよう、たとえばプリズムやグ
レーティングなどの分光光学素子を使用している。パル
スストレッチャー光学系２を通ったレーザ光は、短波長
側を早く、長波長側を遅くファイバー３に入射する。フ
ァイバー３を透過中に長波長側が早く進むのでパルス幅
は入射時よりも短くなり、ファイバー３から出射され
る。パルス長が短くなったレーザ光は、さらにパルスコ
ンプレッサー光学系４に導入され、パルス幅が圧縮され
る。ただし、パルスコンプレッサー光学系４からは短波
長側が若干早い極短パルスのレーザ光が出射される。そ
して、さらに光学デバイス５に入射されて、標本までの
間にリレー光学系、対物レンズ（図示せず）などの光学
系を透過する間にさらに短波長側の光が遅れるため結果
的に標本面において元々のレーザ光のもつパルス幅に近
いパルス幅でレーザ光を標本に照射することができる。
ここで、光学デバイス５は走査型顕微鏡を想定してお
り、通常の顕微鏡にレーザ光を走査する偏向光学系が配
備され、標本上にレーザ光を走査させて画像を取得する
ものである。元々のレーザ光の持つパルス幅に近いパル
ス幅で標本を照射すれば、標本面での多光子励起現象を
効率よく起こすことができ、標本画像を効率よく取得す
ることができる。

【発明が解決しようとする課題】第１の先行例において
は、レーザ光源に可視波長域の連続レーザ光を用いてい
るため、ＩＲ極短パルスレーザに比べて標本表面より深
度の深い位置の励起ができず、その位置の蛍光を検出す
ることができない。また、第１の先行例の場合、標本が
歯であり、上下の歯で挟み込んでプローブを固定すると
いうもので、固定方法としては非常に不安定なものであ
り、信号や画像を取得するには実用的ではないという問
題点があった。また、第２の先行例では、極短パルスレ
ーザ光をファイバーで顕微鏡に導入し、標本面で多光子
励起現象の発生確率を上昇させればＳ／Ｎのよい標本画
像を取得することは可能である。ただし、この第２の先
行例においては、光学デバイスとして顕微鏡を例に挙げ
ており、顕微鏡における標本としては通常微小な標本、
例えば切片標本や培養標本或いは顕微鏡下に設置できる
小動物、例えばマウスなどを観察するものである。しか
しながら、比較的大きな動物の観察を考えたとき、通常
の市販されている顕微鏡下で観察することは困難であ
る。また、小動物を観察する場合でも顕微鏡下に設置で
きるよう麻酔等をかけて特別に誂えたステージに固定し
ていた。麻酔をかけた状態での計測では、動物が本来活
動しているときの、例えば脳内の情報を得ることと異な
る可能性があるという問題点があった。さらに、レーザ
光源と標本の設置場所の制限や該標本の大きさによりフ
ァイバーの長さを種々変えることもあるが、この第２の
先行例ではこれらについて考慮されてなく実用上の制約
があるという問題があった。さらに、脳の内部や種々の
被検物からの蛍光等を効果的に検出することができるよ
うな光検出器と、それを用いた生体機能測定装置の出現
が強く望まれていた。本発明は、上記実情に鑑みてなさ
れたものであり、通常の顕微鏡による観察方法を適用で
きない条件下、例えば動物が活動している状態で安定し
た観察が可能な生体機能測定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】したがって、上記目的を
達成するために、本発明の第１の発明によれば、極短パ
ルスレーザ光を発振するレーザ光源と、前記レーザ光源
からのレーザ光を標本に対して集光する光学系と、前記
光学系を保持した状態で前記標本に固定され、かつ前記
レーザ光の集光する位置を移動調整できる光学系保持部
と、前記標本からの反射光又は蛍光を検出する光検出手
段と、前記レーザ光源からのレーザ光を前記光学系保持
部で設定された前記標本の焦点位置へ導くと共に、前記
標本からの反射光又は蛍光を前記光検出手段へ導くシン
グルモードファイバーと、を具備したことを特徴とする
生体機能測定装置である。また、本発明の第２の発明に
よれば、第１の発明において、前記蛍光は多光子励起に
よって生成されることを特徴とする。また、本発明の第
３の発明によれば、第１の発明において、第１又は第２
の発明において、前記シングルモードファイバーは、前
記標本の焦点位置に対して共役な位置に配置されている
ことを特徴とするさらに、本発明の第４の発明によれ
ば、第１の発明乃至第３の発明において、前記光学系保
持部は、前記標本に対して固定する固定部材と、前記標
本に対して前記光学系を少なくとも光軸方向に調整可能
な機構とを有することを特徴とする。さらに、本発明の
第５の発明によれば、第１の発明乃至第４の発明におい
て、前記光検出手段は、前記レーザ光源と前記シングル
モードファイバーとの間に配置した光路分岐手段と、前
記光路分岐手段で分岐された前記標本からの光を検出す
る光検出器とを具備することを特徴とする。また、本発
明の第６の発明によれば、第５の発明において、前記光
分岐手段で分岐された標本からの光を前記光検出器に導
く光ファイバーをさらに具備する。また、本発明の第７
の発明によれば、第５の発明又は第６の発明において、
前記光検出器は、前記標本からの反射光乃至は蛍光の波
長を選択する波長選択手段と、前記波長選択手段で選択
された波長の光を検出する光電変換素子と、を具備する
ことを特徴とする。また、本発明の第８の発明によれ
ば、第１の発明において、前記レーザ光源と前記シング
ルモードファイバーとの間に設けられたパルスストレッ
チャーをさらに具備し、前記パルスストレッチャーは、
プリズム及びグレーティングのうち少なくとも１つを有
し、前記少なくとも１つのプリズム及びグレーティング
は、光路に対する角度及び位置の少なくとも一つが可変
であることを特徴とする。さらに、第９の発明によれ
ば、 近赤外極短パルスのレーザ光を発するレーザ光源
と、保護ハウジングとファイバー結合部とからなるプロ
ーブアセンブリと、前記レーザ光源と前記プローブアセ
ンブリのファイバー結合部とを結合する光ファイバー
と、前記プローブアセンブリ内の集光レンズと、前記プ
ローブアセンブリを標本に対して機械的に保持する保持
部と、前記保持部に設けられた前記プローブアセンブリ
及び焦点位置の少なくとも１つを３次元方向に調整可能
な調整部と、前記レーザ光源からのレーザ光と前記標本
からの光を分離する光分岐部とを備えたことを特徴とす
る。さらに、第１０の発明によれば、第９の発明におい
て、 前記光分岐部は、ダイクロイックフィルター又は
ダイクロイックミラーを用いた光学システムであり、前
記生体機能測定装置は、前記標本からの光を検出する光
検出装置と、前記光検出装置からのデータを蓄積・処理
するコンピュータと、前記光学システムで分離された前
記標本からの光を前記光検出測定装置に導く第２の光フ
ァイバーとをさらに備えており、前記光学システムによ
り前記レーザ光源からのレーザ光と前記標本からの光と
を分離し、分離された前記標本からの光を前記第２の光
ファイバーを通して前記光検出測定装置に導くことを特
徴とする。さらに、第１１の発明によれば、第９又は第
１０の発明において、前記保持部は、ＸＹ平面で±１０
０μｍ範囲内で焦点位置を調整できるＸＹ調整用マイク
ロメーターと、Ｚ軸方向の焦点位置を調整するＺ軸調整
用マイクロメーターとからなり、前記調整部は、その底
面部に形成したネジ穴を有したフランジを標本に対して
接触させてネジ固定可能に構成することを特徴とする。
さらに、第１２の発明によれば、第９乃至第１１の発明
において、前記光ファイバーは、湾曲により瞬間的なモ
ードシフトを生じない長さ５ｍまで対応可能なシングル
モードファイバーであり、前記レーザ光源との接続は、
コネクターとなっており、前記プローブアセンブリは、
ステンレススチールハウジングと、前記レーザ光源から
のレーザ光をその表面から少なくとも１ｍｍの距離に集
光できるレンズとを備えていることを特徴とする。さら
に、第１３の発明によれば、第９乃至第１２の発明にお
いて、前記プローブアセンブリは、前記標本として動物
の頭蓋骨の切開した部位にネジ固定されており、前記調
整部は、大脳皮質の異なる部分に対して斜めに探査可能
であり、前記集光レンズは、表面から１０００μｍまで
の距離の脳組織から発せられる蛍光の測定が可能な焦点
距離を有し、前記光ファイバーは、前記動物が前記プロ
ーブアセンブリを固定した状態で半径５ｍまで動くこと
が可能であることを特徴とする。さらに、第１４の発明
によれば、第１乃至第１３の発明において、前記生体機
能測定装置を、懸濁液、プラーク、固体、生体組織の極
微な測定に適用したことを特徴とする。そして、本発明
の目的を一層好ましく達成するために、本発明の光検出
装置は、少なくとも、光ファイバと、前記光ファイバの
先端部から出射される光の光路に配置された集光手段
と、前記集光手段に係合して配置された光路変更手段
と、前記集光手段の配置条件を調整することができる制
御手段と前記光路変更手段の配置条件を調整することが
できる制御手段のいずれか一方又は双方と、を具えたこ
とを特徴としている。そして、本発明の光検出装置の例
は、少なくとも前記光ファイバと前記集光手段と前記光
路変更手段とが同一のハウジングに組み込まれているこ
とを特徴としている。そして、本発明の光検出装置の例
は、前記集光手段が少なくとも２つのレンズを有してい
ることを特徴としており、前記光路変更手段が２つのレ
ンズの間に配置したプリズムであることを特徴としてい
る。前記プリズムを液体を封入したプリズムとし、前記
液体の圧力を調整したりして前記プリズムの入射面と出
射面のいずれか一方又は双方の傾きを調節することがで
きるようにすることができる。そして、前記集光手段の
配置条件を調整することができる制御手段と前記光路変
更手段の配置条件を調整することができる制御手段のい
ずれか一方又は双方の少なくとも一部を、前記光ファイ
バの先端部と前記集光手段と前記光路変更手段のいずれ
かの近傍に配置することにより、極めて小さな光検出器
の先端部をつくることができ、前記光ファイバの先端部
と前記集光手段と前記光路変更手段のいずれかの近傍に
配置されている前記集光手段の配置条件を調整すること
ができる制御手段と前記光路変更手段の配置条件を調整
することができる制御手段のいずれか一方又は少なくと
も一部に調整情報を送信する送信路を、前記光ファイバ
と一体に実装することにより極めて使い勝手の良い光検
出器にすることができる。本発明の目的を達成するた
め、本発明による生体機能測定装置は、極短パルスレー
ザ光を発振するレーザ光源と、前記レーザ光にシングル
モード光ファイバ（以下、ＳＭＦと称する）中を進行す
るときとは逆の群速度遅延を生じさせるパルスストレッ
チャーと、前記パルスストレッチャーを経て出力された
前記レーザ光を標本へ伝送するＳＭＦと、前記ＳＭＦを
伝送されたレーザ光を前記標本の焦点位置へ集光する集
光光学系と前記標本からの反射光と蛍光のいずれか一方
又は双方を検出する光検出手段と、を具えたことを特徴
としている。そして、本発明による生体機能測定装置の
例は、前記集光光学系が少なくとも、光ファイバと、前
記光ファイバの先端部から出射される光の光路に配置さ
れた集光手段と、前記集光手段に係合して配置された光
路変更手段と、前記集光手段の配置条件を調整すること
ができる制御手段と前記光路変更手段の配置条件を調整
することができる制御手段のいずれか一方又は双方と、
を具えたことを特徴としている。そして、本発明の生体
機能測定装置の例は、少なくとも前記光ファイバと前記
集光手段と前記光路変更手段とが同一のハウジングに組
み込むことができる。そして、本発明の生体機能測定装
置の例は、前記集光手段が少なくとも２つのレンズを有
しており、前記光路変更手段としてのプリズムを用いる
ことができ、前記プリズムとして、前記プリズムの入射
面と出射面の間に液体を封入し、前記液体の圧力を調節
して前記プリズムの入射面と出射面のいずれか一方又は
双方の傾きを調節することができる。そして、本発明に
よる生体機能測定装置の例では、前記集光手段の配置条
件を調整することができる制御手段と前記光路変更手段
の配置条件を調整することができる制御手段のいずれか
一方又は双方の少なくとも一部を、前記光ファイバの先
端部と前記集光手段と前記光路変更手段のいずれか近傍
に配置することができ、前記光ファイバの先端部と前記
集光手段と前記光路変更手段のいずれかの近傍に配置さ
れている前記集光手段の配置条件を調整することができ
る制御手段と前記光路変更手段の配置条件を調整するこ
とができる制御手段のいずれか一方又は双方の少なくと
も一部に調整情報を送信する送信路を前記光ファイバと
一体に実装することにより極めて使い勝手の良い生体機
能測定装置にすることができる。

【発明の実施の形態】図１は、本発明の第１の実施の形
態に係る生体機能測定装置のファイバープローブ光検出
器を示す図である。本発明は、通常の顕微鏡による観察
方法を適用できない条件下、例えば観察対象が大きな動
物であるために通常の顕微鏡下では観察できない場合
や、動物が活動しているときの脳内情報を麻酔を使用せ
ずに通常の顕微鏡で得ようとした場合等においても、極
微小領域からの蛍光信号を得ることができる、極短パル
スレーザ光による多光子励起を応用して開発した生体機
能測定装置である。以下に、図面を用いて本発明の実施
の形態を説明する。同図において、レーザ光源１１は近
赤外極短パルスで発振するレーザ光源である。レーザ光
源１１から出射したレーザ光の光路上には、ミラー１０
ａが配置されており、また、ミラー１０ａにて反射した
レーザ光の光路上にはミラー１０ｂが配置されている。
ミラー１０ｂにて反射したレーザ光の光路上にはパルス
ストレッチャー１２が設けられている。パルスストレッ
チャー１２は、レーザ光源１１から発せられたレーザ光
のパルス幅を伸ばし、１パルスあたりのピークパワーを
減少させる。また、パルスストレッチャー１２において
は、入射されるレーザ光の波長に対してその波長の短い
方を早く出力し、長い方を遅く出力するように、入射す
るレーザ光を分光し波長に対応して光路を調整できるよ
うプリズムやグレーティングなどの分光光学素子を使用
している。パルスストレッチャー１２から出射したパル
ス幅が伸ばされたレーザ光の光路上には、ミラー１０ｃ
の反射光路上には、光分岐部が配置されている。この光
分岐部は、ダイクロイックフィルターを用いた光学シス
テムやダイクロイックミラー等からなり、本実施の形態
で使用しているダイクロイックミラー１３は、ロングパ
スの特性を有し、パルスストレッチャー１２からのレー
ザ光（励起光）を透過させるとともに、標本からの反射
光・蛍光を反射するものである。ダイクロイックミラー
１３を透過したパルスストレッチャー１２によってパル
ス幅が伸ばされたレーザ光の光路上には、当該レーザ光
を光ファイバー（以下、ファイバーと称する。）１５の
一端面に集光するための集光レンズ１４が設けられてい
る。また、ファイバー１５の他端は、後述するプローブ
アセンブリ１７ａのファイバー接合部に接続されてお
り、ファイバー１５の他端には、標本１８内の集光位置
１８ａにファイバー１５を通過してきたレーザ光を集光
すると共に、焦点位置１８ａから発せられた検出光であ
る蛍光をファイバー１５の他端面に集光する集光光学系
１６が設けられている。この集光光学系１６は、金属製
保護ハウジングとファイバー接合部とを有したプローブ
アセンブリ１７ａ内において摺動可能に設けられてい
る。プローブアセンブリ１７ａには、アタッチメントと
して極小の保持部、例えば、標本である小動物の頭など
に直接接触するようなネジ穴を有するフランジ部分１７
ｂが設けられており、該フランジ部分１７ｂを標本に接
触させてネジなどによって機械的に固定される。一方、
ファイバー１５から出射し、ダイクロイックミラー１３
によって反射される標本１８からの検出光（反射光・蛍
光）の光路上には、励起光をカットするためのフィルタ
ー１９、及びこのフィルター１９を通過した検出光を光
ファイバー（以下、ファイバーと称する。）２１の一端
面に集光するための集光レンズ２０が設けられている。
ファイバー２１の他端面には、ファイバー２１を通過し
た検出光を平行光にするためのレンズ２２が設けられて
おり、このレンズ２２によって平行光にされた検出光
は、検出・測定系２６に導かれる。検出・測定系２６に
導かれた検出光の光路系には、反射光等をカットして測
光波長のみを選択するための測光フィルター２４ａが設
けられている。測光フィルター２４ａを通過した検出光
の光路上には検出光を測光するための光電変換素子２５
ａが設けられている。なお、標本１８から発せられる蛍
光が、２波長同時測光でレシオを計算するものであると
きには、ダイクロイックミラー２３を光路中に設けて波
長を分離する。ダイクロイックミラー２３で反射された
検出光は、該検出光の光路上に設けた測光フィルター２
４ｂによって波長を選択し、光電変換素子２５ｂによっ
て検出光を測光する。これらの光電変換素子２５ａ，２
５ｂには、当該光電変換素子２５ａ，２５ｂからのデー
タを蓄積し処理するための不図示のコンピュータが接続
されている。次に、本実施の形態に係る生体機能測定装
置のファイバープローブ光検出器の動作を説明する。レ
ーザ光源１１から発せられたレーザ光はミラー１０ａ，
１０ｂを介して、パルスストレッチャー１２に入射され
る。パルスストレッチャー１２はレーザ光源１１から発
せられたレーザ光のパルス幅を伸ばし、１パルスあたり
のピークパワーを減少させる。また、パルスストレッチ
ャー１２においては、入射されるレーザ光の波長に対し
てその波長の短い方を早く出力し、長い方を遅く出力す
るように、入射するレーザ光を分光し波長に対応して光
路長が調整される。パルスストレッチャー１２を出力し
たレーザ光はダイクロイックミラー１３を透過し、集光
レンズ１４によってファイバー１５の端面に集光され、
入射される。ファイバー１５を通過し、集光光学系１６
を備えたプローブアセンブリ１７ａから出射したレーザ
光はファイバー１５を通過中に長波長側が早く進むので
パルス幅は入射時よりも短くなって出射される。ファイ
バー１５から出射したレーザ光は集光光学系１６を備え
たプローブアセンブリ１７ａにより標本１８内の焦点位
置１８ａで集光し、２光子吸収現象により焦点位置１８
ａを励起する。集光光学系１６を備えたプローブアセン
ブリ１７ａは例えば小動物の頭部等に固定できるフラン
ジ部分１７ｂに対して摺動可能なように固定されてい
る。本実施の形態の生体機能測定装置のファイバープロ
ーブ光検出器においては、フランジ部分１７ｂ内に集光
光学系１６を備えたプローブアセンブリ１７ａを摺動可
能に設けていることから、標本１８の深さ方向に焦点を
変えることができるので、深度の情報を得ることができ
る。焦点位置１８ａから発せられた蛍光は再び集光光学
系１６によりファイバー１５端面に集光され、ファイバ
ー１５を通過してダイクロイックミラー１３まで戻り、
ダイクロイックミラー１３により反射され、フィルター
１９によってレーザ光（励起光）がカットされ、集光レ
ンズ２０によってファイバー２１の端面に集光される。
ファイバー２１を通過した検出光はその端面より出射
し、レンズ２２によって平行光にされ、検出・測定系２
６に導かれる。検出・測定系２６に導かれた平行光は、
測光フィルター２４ａによって測光波長が選択され、光
電変換素子２５ａによって検出光が測光される。なお、
２波長同時測光する場合であって、ダイクロイックミラ
ー２３、測光フィルター２４ｂ及び光電変換素子２５ｂ
を配置した場合には、レンズ２２によって平行光とされ
た検出光のうち、特定の波長の検出光はダイクロイック
ミラー２３によって反射されると共に、他の特定の波長
の検出光はダイクロイックミラー２３を透過する。そし
て、ダイクロイックミラー２３を透過した検出光は、上
述のように、測光フィルター２４ａによって測光波長が
選択され、光電変換素子２５ａによって検出光が測光さ
れる。一方、ダイクロイックミラー２３によって反射さ
れた検出光は、測光フィルター２４ｂによって測光波長
が選択され、光電変換素子２５ｂによって検出光が測光
される。なお、本実施の形態においては、フランジ部分
１７ｂ内において集光光学系１６を備えたプローブアセ
ンブリ１７ａを光軸と直角方向に走査する走査装置もし
くは集光光学系１６から出射する光を光軸と直角方向に
偏向する光学系（図示せず）を用いることによって標本
の２次元画像を得るようにすることも可能である。した
がって、本実施の形態の生体機能測定装置のファイバー
プローブ光検出器によれば、近赤外極短パルスを使用す
る生体機能測定装置のファイバープローブ光検出器にお
いて、光学系を標本に固定することができる保持部とフ
ァイバー５とを有しているので、比較的大きな動物の観
察を容易にすることができる。また、上述した保持部に
ＸＹ調整用のマイクロメーターとＺ調整用のマイクロメ
ーターを設けることにより、３次元画像を取得できる３
次元方向に調整可能なシステムを構成することもでき
る。なお、３次元方向に調整可能なシステムは、ＸＹ調
整用のマイクロメーターがＸＹ平面で±１００μｍを調
整可能であり、Ｚ調整用のマイクロメーターがＺ軸方向
で２μｍの分解能をもつことが好ましい。また、上述し
た保持部に設けられる調整手段は、プローブアセンブリ
の小さな振動やファイバーの伸展に対しても安定である
ことが望まれる。なお、調整手段自体の寸法としては、
底面部で７×７ｍｍ、高さ１５ｍｍ以下であることが好
ましく、該底面部は標本（接触対象物）に対してネジ穴
のついたフランジ部分で固定される。図２は、上述した
ファイバープローブ光検出器の集光光学系７００の一例
を示す図である。図２（ａ）は、上記集光光学系を通っ
たレーザ光の光路と集光位置について示した図であり、
図２（ｂ）は、上記集光光学系内のプリズム８１につい
て説明する図である。図２に示す集光光学系７００は、
ファイバー１５の先端部１５ａより出射されるレーザ光
を略平行光にするレンズ８０と、該レンズ８０からのレ
ーザ光の光路を光軸と直交する方向（図２（ａ）中のＸ
Ｙ方向）に任意に変更（偏向）することができる光路変
更手段、ここではプリズム８１と、該プリズム８１を通
過したレーザ光を標本１８に集光するためのレンズ８２
とから構成される。さらに、レンズ８０は、標本１８に
対してレンズ８２の集光位置が光軸方向に任意に変更す
るように、ファイバー１５からプリズム８１の間で光軸
方向（図２（ａ）中のＺ方向）に移動、例えば第１のレ
ンズ位置８０ａと第２のレンズ位置８０ｂとに移動でき
る構成となっているものとする。なお、レンズ８０を光
軸方向に移動させるレンズ移動機構としては、例えば手
動による機械的制御手段や、ステッピングモータ、圧電
素子等を用いた電気的制御手段によって実現することが
できる。また、光軸方向での焦点位置の制御であれば、
レンズ８０の移動に限られるものではなく、例えばレン
ズ８２を光軸方向に移動させるようにしてもよい。次い
で、図２（ａ）に示すプリズム８１の構成の一例につい
て図２（ｂ）を参照して以下に説明する。プリズム８１
は、ガラス部材のような透過性を有する二枚の平行平面
板、ここでは入射面８１ｄを有する平行平面板７３と、
出射面８１ｂ（８１ａ，８１ｃ）を有する平行平面板７
４と、該平行平面板７３，７４間にそれぞれの平行平面
板７３，７４が、例えば共に平行となるように設けら
れ、内部にシリコンオイルのような液体７６を封入した
状態で弾性変形可能なシリコンゴム７５と、平行平面板
７３，７４間に少なくとも三個所設けられ、平行平面板
７４を揺動させるように構成された少なくとも三つの圧
電素子７７とから構成される。なお、上記圧電素子７７
には、不図示の制御部が設けられており、該制御部の制
御によってプリズム８１を通過するレーザ光の光路を光
軸方向に対して直交する方向に任意に変更（偏向）させ
ることができるものとする。以下に、上述した集光光学
系７００のレンズ８０とプリズム８１の動作について説
明する。ここでは、図２（ａ）に示すレンズ８０のレン
ズ移動機構を例えばステッピングモータや圧電素子等の
電気的制御手段で制御する例で説明する。先ず、レンズ
移動機構は、レンズ８０をレーザ光の光軸方向において
前後に位置を移動させ、図２（ａ）に示す第１のレンズ
位置８０ａにレンズ８０を位置決めする。なお、図２
（ａ）では、レンズ８０が第１のレンズ位置８０ａと第
２のレンズ位置８０ｂをが重ねて図示されているものと
する。次いで、プリズム８１は、封入されたシリコンオ
イル７６を介在した平行平面板７３、７４で構成されて
おり、圧電素子７７を制御することによって平行平面板
７３の入射面８１ｄに対して平行平面板７４の出射面
を、平行平面板７３に対して平行平面板７４が平行とな
っている場合の出射面８１ｂや、平行平面板７３に対し
て平行平面板７４が傾斜している場合の出射面８１ａ
（又は８１ｃ）とすることができ、入射面８１ｄより入
射したレーザ光の傾きを変えることができるようになっ
ている。図２（ｂ）は、上述した状態の一例を示してお
り、プリズム８１の圧電素子７７を矢印８１ｅで示す方
向へ制御し、出射面８１ｂを出射面８１ｃのように制御
することで、入射面８１ｄに垂直に入射したレーザ光の
光軸９０を出射面８１ｃで曲げて光軸９１のようなレー
ザ光を出射させる。次に、上述した構成からなる集光光
学系７００の具体的な動作について説明する。レンズ８
０が第１のレンズ位置８０ａにあるとき、レーザ光の光
路７０ａ，７０ｂはレンズ８０を通り、光路７１ａ，７
１ｂのように進行し、出射面が符号８１ｂで示したよう
になっているプリズム８１を通り、点線で示す光路７１
ｃ，７１ｄのように進行し、レンズ８２で集光されて点
線で示す光路７１ｅ，７１ｆから光路７１ｇ，７１ｈの
ように進行して、標本１８の焦点位置８５に集光され
る。また、レンズ８０が第２のレンズ位置８０ｂにある
とき、レーザ光の光路７０ａ，７０ｂはレンズ８０を通
り、光路７２ａ，７２ｂのように進行し、出射面が符号
８１ｂで示したようになっているプリズム８１を通り、
光路７２ｃ，７２ｄのように進行し、レンズ８２で集光
されて光路７２ｅ，７２ｆから光路７２ｇ，７２ｈのよ
うに進行して、標本１８の焦点位置８６に集光される。
このように、図２（ａ）に示す集光光学系７００におい
ては、レンズ８０の位置をレーザ光の進行方向（光軸方
向）に移動制御することにより、標本１８内における焦
点位置をレーザ光の進行方向（光軸方向）に移動させる
ことができる。次に、標本１８内における焦点位置をレ
ーザ光の進行方向（光軸方向）に直交する方向に移動さ
せることについて説明する。図２（ａ）において、レン
ズ８０が第２のレンズ位置８０ｂにあるとき、プリズム
８１の出射面を符号８１ａで示したような傾きの面にす
ることにより、レンズ８０を通り進行してきたレーザ光
の光路７２ａ，７２ｂは、プリズム８１を通り、光路７
２ｃ’，７２ｄ’のように進行し、レンズ８２で集光さ
れて光路７２ｅ’，７２ｆ’から光路７２ｇ’，７２
ｈ’のように進行して、標本１８の焦点位置８７に集光
される。図２（ａ）において、レンズ８０が第２のレン
ズ位置８０ｂにあるとき、プリズム８１の出射面が符号
８１ｃで示したような傾きの面にすることにより、レン
ズ８０を通り進行してきたレーザ光の光路７２ａ，７２
ｂは、出射面が符号８１ｃで示したようになっているプ
リズム８１を通り、光路７２ｃ’’，７２ｄ’’のよう
に進行し、レンズ８２で集光されて光路７２ｅ’’，７
２ｆ’’から光路７２ｇ’’，７２ｈ’’のように進行
して、標本１８の焦点位置８８に集光される。即ち、プ
リズム８１の出射面の光路に対する傾きを符号８１ａ，
８１ｂ，８１ｃで示した面のように変えることにより、
標本１８における焦点位置を、それぞれ、符号８７，８
６，８８で示すように、レーザ光の進行方向（光軸方
向）に直交する方向に移動させることができる。このよ
うに、図２（ａ）に示す集光光学系７００においては、
プリズム８１の出射面を変えてレーザ光の進行方向（光
軸方向）を変えることにより、標本１８における焦点位
置をレーザ光の進行方向（光軸方向）に直交する方向に
移動させることができる。次に、図３を用いて第１の実
施の形態に係る生体機能測定装置のファイバープローブ
光検出器のパルスストレッチャーについて説明する。同
図において、入射光１０１はレーザ光源１１から発せら
れた近赤外極短パルスのレーザ光である。パルスストレ
ッチャー１４０の内部は、４つのプリズム１４２，１４
４，１４６，１４８をそれぞれ所定の位置に配置して構
成され、パルスストレッチャー１２に入射した入射光１
０１を、パルスストレッチャー１４０から逆分散光とな
った出射光１２０としてファイバー側へ入射させる。こ
こでは、第１と第２のプリズム１４２，１４４からなる
プリズムペア１５０について説明する。該プリズムペア
１５０を構成する第１と第２のプリズム１４２，１４４
は、第１のプリズムの面１と第２のプリズムの面４、第
１のプリズムの面２と第２のプリズムの面３が平行とな
るように配置しておくことで、第２のプリズムを出射す
るレーザ光を波長によらず入射したレーザ光と平行にす
ることができる。ここで、プリズムペア１５０を構成す
る第１のプリズム１４２に入射したレーザ光１０１は、
第１と第２のプリズム１４２，１４４によって短波長成
分Ｓほど大きく屈折させられるため第２のプリズム１４
４中の光路長が短くなる。逆に、レーザ光１０１の長波
長成分Ｌは、第２のプリズム１４４中の光路長が長くな
るため、短波長成分Ｓの方が早く第２のプリズム１４４
中から射出し、逆分散が与えられる。第２のプリズム１
４４を出射したレーザ光は、波長によりずれている。長
波長成分Ｌと短波長成分Ｓの光路が一致していないが、
第１と第２のプリズム１４２，１４４から構成されるプ
リズムペア１５０と同様の第３と第４のプリズム１４
６，１４８から構成されるプリズムペア１５２を左右対
称に配置するように構成することで、レーザ光が合成さ
れた後、不図示のファイバーに入射するように構成され
る。ここで述べたパルスストレッチャー１４０は、第２
のプリズム１４４と第３のプリズム１４６とが矢印方向
に位置が移動できるように構成されている。このように
第２と第３のプリズム１４４，１４６の位置を移動でき
るように構成することによってレーザ光の各波長成分の
光路長差を変化させることができる。したがって、上述
したパルスストレッチャー１４０によれば、ファイバー
の長さを変えたり、レーザ光の波長を変えてもアライメ
ント全体をやり直す必要がなく第２と第３のプリズム１
４４，１４６の位置調整でそのファイバー長と波長に対
応することができる。すなわち、図１に示すように近赤
外極短パルスレーザ光を発振するレーザ光源１１からの
レーザ光をミラー１０ａ，１０ｂにて図３に示すような
パルスストレッチャー１４０に入射光１０１として入力
し、上記パルスストレッチャー１４０の４つのプリズム
１４２，１４４，１４６，１４８を通る光路に対するプ
リズムの位置調整を、入射光１０１の条件と前記シング
ルモードファイバー１５の条件に対応して決めて標本１
８を観察することで元々のレーザ光の持つパルス幅に近
いパルス幅で標本１８を照射することができ、標本面で
の多光子励起現象を効率よく起こすことができ、標本画
像を効率よく取得することができる。なお、パルススト
レッチャー１４０の構成は、上述したようなプリズムの
組み合わせに限定されるものではなく、例えば回折格子
の組み合わせ、或いはプリズムと回折格子との組み合わ
せ、さらにはミラーとの組み合わせであってもよい。図
４は、第１の実施の形態の生体機能測定装置のファイバ
ープローブ光検出器において使用される集光光学系１６
を備えたプローブアセンブリ１７ａを示す図である。フ
ァイバー１５端面から出射される光は、プローブアセン
ブリ１７ａ内のレンズ３１ａで平行光にされ、レンズ３
１ｂで標本１８内の集光位置１８ａに集光する。集光位
置１８ａからの反射光乃至蛍光は、再びレンズ３１ｂ及
びレンズ３１ｂによってファイバー１５端面に入射され
る。フランジ部分１７ｂは、調整環１７ｃとネジ締結さ
れており、またスプリング１７ｄによってレンズ３１
ａ，３１ｂと共にプローブアセンブリ１７ａを調整環１
７ａ側に常に付勢している。調整環１７ｃを回転させる
ことによってレンズ３１ａ，３１ｂと共にプローブアセ
ンブリ１７ｃを標本１８に対して光軸方向に移動させる
ことができる。すなわち標本１８内の焦点位置１８ａを
光軸方向に移動させることができる。また、フランジ部
分１７ｂは、頭蓋骨１８ｂにネジで固定されているた
め、測定中に焦点位置１８ａが変わることはない。した
がって、本実施の形態によれば、近赤外極短パルスで発
振するレーザ光源と、該レーザ光源からの光束をファイ
バーに入射させる光学系と、該ファイバーの先端から出
射するレーザ光を標本に集光し照射する光学系と、該光
学系を該標本に固定する手段と、該標本から発する反射
光乃至蛍光を該光学系で集光し、該反射光乃至は蛍光を
検出する光検出器と、該レーザ光源と該ファイバーとの
間に光路に対する角度と位置のいずれか一方又は双方を
変えることができる機構を有するプリズム又はグレーテ
ィングを有するパルスストレッチャーと、を備えたこと
により、元々のレーザ光の持つパルス幅に近いパルス幅
で標本を照射することができ、標本面での多光子励起現
象を効率よく起こすことができ、標本画像を効率よく取
得することができる。また、動物が本来活動していると
きの例えば脳内の情報を得ることができる。また、本発
明は上述した動物の脳内の測定のみに限られるものでは
なく、例えば、均一な或いは不均一な懸濁液、プラー
ク、固体、生体組織の極微な測定にも適用することがで
きる。また、上述した実施の形態で使用するシングルモ
ードファイバーに関しては、レーザ光源側との連結端に
は適切な標準コネクターが設けられていると共に、使用
されるファイバーは長さが５ｍ以上であり、湾曲により
瞬間的なモードシフトを生じない耐性を備えていること
が望ましい。また、プローブアセンブリは、直径３ｍ
ｍ、長さ１０ｍｍを超えない保護用のステンレススチー
ルハウジングと、レーザ光源からのレーザ光をその表面
から少なくとも１ｍｍの距離に集光できるレンズと、を
備えていることが望ましい。さらに、光ファイバーを４
ｋｇの張力に耐え得る十分な強度で固定すると共に、
水、溶剤、機械的な衝撃に対する耐性を持たせ、重量は
１ｇを超えないようにすることが望ましい。なお、プロ
ーブアセンブリはターミナルアセンブリであってもよ
い。また、本発明の生体機能測定装置は、標本として動
物の頭蓋骨の切開した部位にネジ固定されたプローブア
センブリと、大脳皮質の異なる部分に対して斜めに探査
可能な調整能力をもつ調整部と、表面から１０００μｍ
までの距離の脳組織から発せられる蛍光の測定が可能な
焦点距離の集光レンズと、動物が前記プローブアセンブ
リを固定した状態で半径５ｍまで動くことを可能にする
長さの前記光ファイバーと、で構成されていることが望
ましく、検出された蛍光に基づいて生体機能測定装置を
生体組織として自由に動き回る動物の脳の研究に適用す
ることで、神経組織の中での存在が知られている様々な
化学物質の有無及びその濃度の分析を可能にしたり、ま
だ定量的に明らかにされていない化学物質を特定するの
にも役立たせることもできる。また、本発明の生体機能
測定装置は、上述した実施の形態のような測定に限られ
るものではなく、得られた結果は予期された応用が実現
可能なものであり、例えばレーザ光源からのレーザ光の
強度を細胞でもダメージを回避できるくらい小さくする
ことで、バクテリアのコロニーの中で検査される細胞で
あっても、１μｍ程度の部位から集められる蛍光を基に
分子の存在を確認したり、脳の中やセロトニンや特定の
脳細胞で緑色の蛍光を発するＧＦＰのような分子を検出
することにも適用できる。なお、レーザ光源からのレー
ザ光の強度をバクテリアのコロニーの中で検査される細
胞でもダメージを回避できるくらい小さくし、１μｍ程
度の部位から集められる蛍光を基に分子の存在を確認し
たり、脳の中やセロトニンや特定の脳細胞で緑色の蛍光
を発するＧＦＰのような分子を検出することが可能であ
る。上述した集光光学系７００は、上記例に限られるも
のではなく、少なくともファイバーの先端部から出射さ
れるレーザ光の光路に集光手段と光路変更手段とが配置
されており、ファイバーから出射されるレーザ光の焦点
位置が調整することができるものであれば、種々変更可
能である。図２に示した集光光学系７００は、あくまで
も一例に過ぎないが、少なくとも二つの集光手段として
の凸レンズと、該凸レンズの間に配置され、レーザ光の
光軸を曲げることができる光路変更手段とを具えている
ことが望まれる。そして、上述した動作を実現できる手
段を適宜組み合わせ、レンズの位置制御と光路変更手段
によるレーザ光の光軸を曲げる制御とを行うことによっ
て、ファイバーから出射されるレーザ光の焦点位置を三
次元方向に適宜調整することができる。また、上述のプ
ローブアセンブリ１７ａは、ステンレス、金、セラミッ
クのような機械的保護が可能で、防錆性能があるもので
あれば、その素材の有無は問わない。なお、上述した集
光手段と光路変更手段は、レンズやプリズムに限定され
るものではなく、種々のものを使用することができ、例
えば用途によっては光路変更手段として、前記プリズム
に反射板のような焦点位置の調整を直接司るもの以外の
光路変更手段を付加するようにしたり、透過性を有する
プリズムを用いないで反射性を有する部材で光路変更を
行うようにしてもよい。また、上述した集光光学系は、
その構成からファイバーの先端部にチップのように組み
込むことができるので、特にファイバーの外径に対して
非常に大きなホルダを用意する必要がなくなる。これ
は、本発明の生体機能測定装置のファイバープローブ光
検出器を使用する場合に非常に有効であり、例えば生体
内部に集光光学系部分を挿入するなどにより、所望の部
分の生体内情報を得ることが望めるだけでなく、測定の
信頼性が高く、その実用用途が広く、光検出装置並びに
それを用いた顕微鏡の分野の発展に寄与するところが極
めて大きいものである。前記集光手段と光路変更手段の
配置条件の調整は、電気的調整手段や液圧調整手段、或
いは光学的調整手段等を用いることができ、前記集光手
段と光路変更手段の配置条件の調整手段の少なくとも一
部は、前記ファイバーの先端部、集光手段、光路変更手
段の近傍に配置される。さらに、上述した調整手段は、
前記ファイバーの先端部や集光手段、光路変更手段等と
共に、同一のハウジング内に組み込まれて一体化してい
ることが望ましく、このように前記ファイバーの先端部
や集光手段、光路変更手段等と共に、同一のハウジング
内に組み込んだ配置条件調整手段の少なくとも一部に調
整情報を送信するための送信路を前記ファイバーと一体
に組み込むようにすることによって、本発明の用途を大
幅に拡大させることが期待できる。また、前記調整手段
の調整情報には、電気的情報、液圧制御を行うための情
報、光学的情報等多くの形態の情報を用いることができ
る。また、上述した集光光学系は、生体機能測定装置へ
の適用のみに限定されるものではなく、本発明の光検出
装置並びにそれを用いた生体機能測定装置に用いること
により得られる効果を大きく増大させ、生体機能測定装
置の性能を大きく向上させることができるものである。
また、上述した集光光学系を用いたファイバープローブ
光検出器及びその光検出器を用いた生体機能測定装置に
おいて、レーザ光源から発振される極短パルスのレーザ
光（励起光）をシングルモードファイバーを用いて標本
等に導き、標本からの反射光や蛍光を励起光と同一のシ
ングルモードファイバーを用いて光検出手段へ導く構成
に、さらに、前記レーザ光源と前記シングルモードファ
イバーとの間で、極短パルスのレーザ光を前記シングル
モードファイバーを伝送されるときに受ける群速度遅延
とは逆の群速度遅延をレーザ光に生じさせるパルススト
レッチャーを配置して各装置を構成することにより、二
光子吸収の如き多光子吸収による蛍光の測定を効果的に
行うことができる。

【発明の効果】以上詳記したように、本発明によれば、
通常の顕微鏡による観察方法を適用できない条件下、例
えば動物が活動している状態で安定した観察が可能な生
体機能測定装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態に係る生体機能測定
装置のファイバープローブ光検出器を示す図。

【図２】本発明の第１の実施の形態に係る生体機能測定
装置の集光光学系を示す図である。

【図３】本発明の第１の実施の形態のパルスストレッチ
ャーの変形例を示す図。

【図４】第１の実施の形態の生体機能測定装置のファイ
バープローブ光検出器において使用される集光光学系を
示す図。

【図５】第１の先行例に開示されているスキャニング共
焦点顕微鏡装置を示す図。

【図６】第２の先行例に開示されている超短光パルスの
伝送装置を示す図。

【符号の説明】

１…レーザ光源、 ２…パルスストレッチャー、 ３…ファイバー、 ４…パルスコンプレッサー光学系、 ５…光学デバイス、 １０ａ，１０ｂ…ミラー、 １１…レーザ光源、 １２…パルスストレッチャー、 １３…ダイクロイックミラー、 １４…集光レンズ、 １５…ファイバー、 １６…集光光学系、 １７ａ…プローブアセンブリ、 １７ｂ…フランジ部分、 １７ｃ…調整環、 １７ｄ…スプリング、 １８…標本、 １８ａ…焦点位置、 １８ｂ…頭蓋骨、 １９…フィルター、 ２０…レンズ、 ２１…ファイバー、 ２２…レンズ、 ２３…ダイクロイックミラー、 ２４ａ，２４ｂ…測光フィルター、 ２５ａ，２５ｂ…光電変換素子、 ２６…検出系、 ３１ａ，３１ｂ…レンズ、 ５１…レーザ光、 ５２…レンズ、 ５３…ファイバー、 ５４…カプラ、 ５５…ファイバー、 ５６…ハウジング、 ５７…保持具、 ５８…標本、 ５８ａ…焦点位置、 ５９…圧電素子、 ６０ａ，６０ｂ…レンズ、 ６１…ファイバー、 ６２…フィルター、 ６３…光電変換素子、 ６４…コンピュータ、 ６５…ドライバ、 ６６…モニタ、 ６７…ケーブル、 １０１…入射光、 １０２…直角プリズム、 １０４…回折格子、 １０６…直角プリズム、 １０８…ミラー、 １１０…凸面鏡、 １１２…凹面鏡、 １１４…ミラー、 １１６…ミラー、 １１８…ミラー、 １２０…出射光、 １３０…矢印、 １４０…パルスストレッチャー、 １４２…第１のプリズム、 １４４…第２のプリズム、 １４６…第３のプリズム、 １４８…第４のプリズム、 １５０…プリズムペア、 １５２…プリズムペア。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 レモン・タダシ・カド 埼玉県和光市広沢２番１号 理化学研究所 内 (72)発明者 田中 佑一 埼玉県戸田市新曽南３丁目１番23号 株式 会社応用光電研究室内 (72)発明者 岸 陽介 東京都渋谷区幡ヶ谷２丁目43番２号 オリ ンパス光学工業株式会社内 Ｆターム(参考） 2G043 BA16 CA04 CA05 EA01 EA14 GA02 GA03 GB01 GB03 GB19 HA01 HA02 HA05 HA09 HA15 JA03 JA04 KA01 KA08 KA09 LA02 NA06 2H052 AA09 AC01 AC04 AC26 AC34 AF06

Claims (14)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】極短パルスレーザ光を発振するレーザ光源
   と、 前記レーザ光源からのレーザ光を標本に対して集光する
   光学系と、 前記光学系を保持した状態で前記標本に固定され、かつ
   前記レーザ光の集光する位置を移動調整できる光学系保
   持部と、 前記標本からの反射光又は蛍光を検出する光検出手段
   と、 前記レーザ光源からのレーザ光を前記光学系保持部で設
   定された前記標本の焦点位置へ導くと共に、前記標本か
   らの反射光又は蛍光を前記光検出手段へ導くシングルモ
   ードファイバーと、を具備したことを特徴とする生体機
   能測定装置。
2. 【請求項２】前記蛍光は多光子励起によって生成される
   ことを特徴とする請求項１記載の生体機能測定装置。
3. 【請求項３】前記シングルモードファイバーは、前記標
   本の焦点位置に対して共役な位置に配置されていること
   を特徴とする請求項１又は請求項２記載の生体機能測定
   装置。
4. 【請求項４】前記光学系保持部は、 前記標本に対して固定する固定部材と、 前記標本に対して前記光学系を少なくとも光軸方向に調
   整可能な機構と、を有することを特徴とする請求項１乃
   至請求項３いずれか１項に記載の生体機能測定装置。
5. 【請求項５】前記光検出手段は、 前記レーザ光源と前記シングルモードファイバーとの間
   に配置した光路分岐手段と、 前記光路分岐手段で分岐された前記標本からの光を検出
   する光検出器と、を具備することを特徴とする請求項１
   乃至請求項４いずれか１項記載の生体機能測定装置。
6. 【請求項６】前記光分岐手段で分岐された標本からの光
   を前記光検出器に導く光ファイバーをさらに具備するこ
   とを特徴とする請求項５記載の生体機能測定装置。
7. 【請求項７】前記光検出器は、 前記標本からの反射光乃至は蛍光の波長を選択する波長
   選択手段と、 前記波長選択手段で選択された波長の光を検出する光電
   変換素子と、を具備することを特徴とする請求項５又は
   請求項６記載の生体機能測定装置。
8. 【請求項８】前記レーザ光源と前記シングルモードファ
   イバーとの間に設けられたパルスストレッチャーをさら
   に具備し、 前記パルスストレッチャーは、 プリズム及びグレーティングのうち少なくとも１つを有
   し、 前記少なくとも１つのプリズム及びグレーティングは、
   光路に対する角度及び位置の少なくとも一つが可変であ
   ることを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれか１
   項記載の生体機能測定装置。
9. 【請求項９】近赤外極短パルスのレーザ光を発するレー
   ザ光源と、 保護ハウジングとファイバー結合部とからなるプローブ
   アセンブリと、 前記レーザ光源と前記プローブアセンブリのファイバー
   結合部とを結合する光ファイバーと、 前記プローブアセンブリ内の集光レンズと、 前記プローブアセンブリを標本に対して機械的に保持す
   る保持部と、 前記保持部に設けられた前記プローブアセンブリ及び焦
   点位置の少なくとも１つを３次元方向に調整可能な調整
   部と、 前記レーザ光源からのレーザ光と前記標本からの光を分
   離する光分岐部と、を備えたことを特徴とする生体機能
   測定装置。
10. 【請求項１０】前記光分岐部は、ダイクロイックフィル
    ター又はダイクロイックミラーを用いた光学システムで
    あり、 前記生体機能測定装置は、 前記標本からの光を検出する光検出装置と、 前記光検出装置からのデータを蓄積・処理するコンピュ
    ータと、 前記光学システムで分離された前記標本からの光を前記
    光検出測定装置に導く第２の光ファイバーと、をさらに
    備えており、 前記光学システムにより前記レーザ光源からのレーザ光
    と前記標本からの光とを分離し、分離された前記標本か
    らの光を前記第２の光ファイバーを通して前記光検出測
    定装置に導くことを特徴とする請求項９記載の生体機能
    測定装置。
11. 【請求項１１】前記保持部は、 ＸＹ平面で±１００μｍ範囲内で焦点位置を調整できる
    ＸＹ調整用マイクロメーターと、 Ｚ軸方向の焦点位置を調整するＺ軸調整用マイクロメー
    ターとからなり、 前記調整部は、 その底面部に形成したネジ穴を有したフランジを標本に
    対して接触させてネジ固定可能に構成することを特徴と
    する請求項９又は請求項１０記載の生体機能測定装置。
12. 【請求項１２】前記光ファイバーは、湾曲により瞬間的
    なモードシフトを生じない長さ５ｍまで対応可能なシン
    グルモードファイバーであり、 前記レーザ光源との接続は、コネクターとなっており、 前記プローブアセンブリは、ステンレススチールハウジ
    ングと、前記レーザ光源からのレーザ光をその表面から
    少なくとも１ｍｍの距離に集光できるレンズとを備えて
    いることを特徴とする請求項９乃至請求項１１いずれか
    １項記載の生体機能測定装置。
13. 【請求項１３】前記プローブアセンブリは、前記標本と
    して動物の頭蓋骨の切開した部位にネジ固定されてお
    り、 前記調整部は、大脳皮質の異なる部分に対して斜めに探
    査可能であり、 前記集光レンズは、表面から１０００μｍまでの距離の
    脳組織から発せられる蛍光の測定が可能な焦点距離を有
    し、 前記光ファイバーは、前記動物が前記プローブアセンブ
    リを固定した状態で半径５ｍまで動くことが可能である
    ことを特徴とする請求項９乃至請求項１２いずれか１項
    記載の生体機能測定装置。
14. 【請求項１４】前記生体機能測定装置を、懸濁液、プラ
    ーク、固体、生体組織の極微な測定に適用したことを特
    徴とする請求項１乃至請求項１３いずれか１項記載の生
    体機能測定装置。