JP2003344777A - 光ファイバ顕微鏡および内視鏡 - Google Patents
光ファイバ顕微鏡および内視鏡Info
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- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
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- G02B21/0004—Microscopes specially adapted for specific applications
- G02B21/002—Scanning microscopes
- G02B21/0024—Confocal scanning microscopes (CSOMs) or confocal "macroscopes"; Accessories which are not restricted to use with CSOMs, e.g. sample holders
- G02B21/0052—Optical details of the image generation
- G02B21/0076—Optical details of the image generation arrangements using fluorescence or luminescence
Abstract
(57)【要約】
【課題】 被検査部の表面組織に加えて内部組織も観察
可能とする。 【解決手段】 多光子顕微鏡１と、この多光子顕微鏡１
が有する第１対物レンズ１４の焦点面に一端面が配され
た光ファイバ束２０と、この光ファイバ束２０の他端面
を光源とするように配置された第２対物レンズ５７とを
備える。被検査部３３の内部における第２対物レンズ２
７による集光点からの蛍光３４を多光子顕微鏡１で観察
することにより、被検査部３３の内部組織の観察も可能
となる。
可能とする。 【解決手段】 多光子顕微鏡１と、この多光子顕微鏡１
が有する第１対物レンズ１４の焦点面に一端面が配され
た光ファイバ束２０と、この光ファイバ束２０の他端面
を光源とするように配置された第２対物レンズ５７とを
備える。被検査部３３の内部における第２対物レンズ２
７による集光点からの蛍光３４を多光子顕微鏡１で観察
することにより、被検査部３３の内部組織の観察も可能
となる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、医学あるいは生物
学等、一般に顕微鏡を利用する全ての分野において使用
される光ファイバ顕微鏡および内視鏡に関すものであ
る。
学等、一般に顕微鏡を利用する全ての分野において使用
される光ファイバ顕微鏡および内視鏡に関すものであ
る。
【０００２】
【従来の技術】生物試料を拡大観察できる光学顕微鏡は
３００年以上の歴史を有しており、生物試料を生きてい
るまま観察できるという特長を生かして医学および生物
学において計り知れない貢献を果たしてきた。この光学
顕微鏡は、位相差法、偏光法、蛍光法、微分干渉法ある
いは暗視野法など種々の観察方法を取り入れて改良が進
められ、今や、蛍光修飾することによって、細胞内のタ
ンパク質や低分子まで観察できるようになっている。
３００年以上の歴史を有しており、生物試料を生きてい
るまま観察できるという特長を生かして医学および生物
学において計り知れない貢献を果たしてきた。この光学
顕微鏡は、位相差法、偏光法、蛍光法、微分干渉法ある
いは暗視野法など種々の観察方法を取り入れて改良が進
められ、今や、蛍光修飾することによって、細胞内のタ
ンパク質や低分子まで観察できるようになっている。
【０００３】光学顕微鏡のうち、通常の蛍光顕微鏡で
は、焦点面の上下の、励起光が十分に集光されていない
領域での励起や蛍光の散乱が蛍光像のボケを引き起こ
す。そこで、共焦点顕微鏡では、ピンホールを用いるこ
とにより蛍光像のボケを除去するようにしている。これ
により、蛍光顕微鏡像の鮮明度が飛躍的に向上してい
る。
は、焦点面の上下の、励起光が十分に集光されていない
領域での励起や蛍光の散乱が蛍光像のボケを引き起こ
す。そこで、共焦点顕微鏡では、ピンホールを用いるこ
とにより蛍光像のボケを除去するようにしている。これ
により、蛍光顕微鏡像の鮮明度が飛躍的に向上してい
る。
【０００４】共焦点顕微鏡およびその改良型である多光
子顕微鏡は、面方向のみならず、光軸方向の分解能が高
く、試料内部の断面が観察できるという特長がある。共
焦点顕微鏡については、例えば特許第３０８２１８３号
に開示されている。その図６に示されている構成を図３
に示す。
子顕微鏡は、面方向のみならず、光軸方向の分解能が高
く、試料内部の断面が観察できるという特長がある。共
焦点顕微鏡については、例えば特許第３０８２１８３号
に開示されている。その図６に示されている構成を図３
に示す。
【０００５】図３に示す構成は、有限光学系の顕微鏡に
共焦点光スキャナ１０１を取り付けたものとなってい
る。ディスクユニット１０８は、集光ディスク１０９と
ピンホールディスク１１０とがドラム１１１により接続
されている。集光ディスク１０９は、ガラス基板の片面
に形成された複数のフレネルレンズを有するものであ
り、このフレネルレンズが焦点位置を一画面分ずつ半径
方向に所定距離Ｐｒだけ順次ずれた状態で配置されてい
る。ピンホールディスク１１０は、基板に複数のピンホ
ールを有するものであり、このピンホールが半径方向に
所定距離Ｐｒ（周方向に所定角度Ｐθ）だけ順次ずれた
状態で配置されている。
共焦点光スキャナ１０１を取り付けたものとなってい
る。ディスクユニット１０８は、集光ディスク１０９と
ピンホールディスク１１０とがドラム１１１により接続
されている。集光ディスク１０９は、ガラス基板の片面
に形成された複数のフレネルレンズを有するものであ
り、このフレネルレンズが焦点位置を一画面分ずつ半径
方向に所定距離Ｐｒだけ順次ずれた状態で配置されてい
る。ピンホールディスク１１０は、基板に複数のピンホ
ールを有するものであり、このピンホールが半径方向に
所定距離Ｐｒ（周方向に所定角度Ｐθ）だけ順次ずれた
状態で配置されている。
【０００６】上記構成において、共焦点光スキャナ１０
１から出射されたレーザ光ビームは、対物レンズ１０２
で集光され、試料１０３に照射される。試料１０３から
戻った光は、再び対物レンズ１０２を通り、ピンホール
ディスク１１０のピンホール上に収束し、ここに試料面
の実像が得られる。ピンホールを通過した光は、ビーム
スプリッタ１０４で反射され、集光レンズ１０５を通っ
てカメラ１０６の受像面に照射される。モータ１０７を
駆動してディスクユニット１０８を回転させることによ
り、試料１０３が光走査され、試料表面の画像をカメラ
１０６で観察することができる。
１から出射されたレーザ光ビームは、対物レンズ１０２
で集光され、試料１０３に照射される。試料１０３から
戻った光は、再び対物レンズ１０２を通り、ピンホール
ディスク１１０のピンホール上に収束し、ここに試料面
の実像が得られる。ピンホールを通過した光は、ビーム
スプリッタ１０４で反射され、集光レンズ１０５を通っ
てカメラ１０６の受像面に照射される。モータ１０７を
駆動してディスクユニット１０８を回転させることによ
り、試料１０３が光走査され、試料表面の画像をカメラ
１０６で観察することができる。
【０００７】また、多光子顕微鏡のうち、２光子吸収の
原理を利用する２光子顕微鏡については、例えばU. S.
Patent 5,034,613に開示されている。図４には従来の多
光子顕微鏡の一例を示す。なお、同図は、G. Y. Fan,
H. Fujisaki, A. Miyawaki, R.-K. Tsay, R. Y. Tsien,
and M. H. Ellisman (1999) "Video-rate scanning tw
o-photon excitation fluorescence microscopy and ra
tio imaging with cameleon" Biophys J. 76, 2412-242
0.に記載されているものである。
原理を利用する２光子顕微鏡については、例えばU. S.
Patent 5,034,613に開示されている。図４には従来の多
光子顕微鏡の一例を示す。なお、同図は、G. Y. Fan,
H. Fujisaki, A. Miyawaki, R.-K. Tsay, R. Y. Tsien,
and M. H. Ellisman (1999) "Video-rate scanning tw
o-photon excitation fluorescence microscopy and ra
tio imaging with cameleon" Biophys J. 76, 2412-242
0.に記載されているものである。
【０００８】図４に示す多光子顕微鏡において、レーザ
光発生器２０１を出射したレーザ光ビーム２０２は、反
射鏡２０３にて折り曲げられ、走査器２０４にてＸ，Ｙ
方向に適宜進行方向を振られる。その後、ダイクロイッ
クミラー２０５にて試料２１１方向へ反射され、対物レ
ンズ２０６にて試料２１１に集光され、試料２１１に含
まれる蛍光物質を励起する。
光発生器２０１を出射したレーザ光ビーム２０２は、反
射鏡２０３にて折り曲げられ、走査器２０４にてＸ，Ｙ
方向に適宜進行方向を振られる。その後、ダイクロイッ
クミラー２０５にて試料２１１方向へ反射され、対物レ
ンズ２０６にて試料２１１に集光され、試料２１１に含
まれる蛍光物質を励起する。
【０００９】これにより試料２１１から出射した蛍光２
０７は、対物レンズ２０６にて集められ、光路切り替え
ミラー２０８により反射されて接眼部２０９に送られ、
肉眼により観察される。あるいは、光路切り替えミラー
２０８を光路から待避させることにより、光検出器２１
０に送られた後、コンピュータに取り込まれるととも
に、モニター上にて像として観察される。
０７は、対物レンズ２０６にて集められ、光路切り替え
ミラー２０８により反射されて接眼部２０９に送られ、
肉眼により観察される。あるいは、光路切り替えミラー
２０８を光路から待避させることにより、光検出器２１
０に送られた後、コンピュータに取り込まれるととも
に、モニター上にて像として観察される。
【００１０】一方、体内における被検査部の像を外部か
ら直接観察可能な装置として内視鏡が知られている。こ
の従来の内視鏡は、小型カメラを体内に挿入する胃カメ
ラに始まり、現在では光ファイバ束を利用することによ
り小型化が図られ、医療の現場で活躍している。光ファ
イバ束を利用した内視鏡では、光ファイバ束の一端側に
設けられたレンズにより被検査部の像を光ファイバ束の
一端面に結像させ、その像を光ファイバ束の他端面に伝
達している。これにより、観察者は光ファイバ束の他端
面の像を拡大レンズを通して肉眼で観察すること、ある
いはテレビカメラを通して画像表示装置にて観察するこ
とができるようになっている。
ら直接観察可能な装置として内視鏡が知られている。こ
の従来の内視鏡は、小型カメラを体内に挿入する胃カメ
ラに始まり、現在では光ファイバ束を利用することによ
り小型化が図られ、医療の現場で活躍している。光ファ
イバ束を利用した内視鏡では、光ファイバ束の一端側に
設けられたレンズにより被検査部の像を光ファイバ束の
一端面に結像させ、その像を光ファイバ束の他端面に伝
達している。これにより、観察者は光ファイバ束の他端
面の像を拡大レンズを通して肉眼で観察すること、ある
いはテレビカメラを通して画像表示装置にて観察するこ
とができるようになっている。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】ところが、上記従来の
内視鏡では被検査部の表面のみしか観察することができ
ない。このため、被検査部の表面のみの観察では診断が
十分にできない場合、被検査部、例えば患部の組織の一
部を試験切除してさらに検査することが必要となる。
内視鏡では被検査部の表面のみしか観察することができ
ない。このため、被検査部の表面のみの観察では診断が
十分にできない場合、被検査部、例えば患部の組織の一
部を試験切除してさらに検査することが必要となる。
【００１２】しかしながら、試験切除を行うことは患者
にとって負担になるばかりか、その患部の組織が癌化し
ている場合には、試験切除により患部が傷つけられる結
果、癌を広げてしまう危険性がある。一方、内視鏡によ
り表面組織のみならず組織内部まで観察できれば、試験
切除に伴う患者の負担と癌患部拡大の危険性を回避可能
であるものの、そのような内視鏡はこれまで開発されて
いない。
にとって負担になるばかりか、その患部の組織が癌化し
ている場合には、試験切除により患部が傷つけられる結
果、癌を広げてしまう危険性がある。一方、内視鏡によ
り表面組織のみならず組織内部まで観察できれば、試験
切除に伴う患者の負担と癌患部拡大の危険性を回避可能
であるものの、そのような内視鏡はこれまで開発されて
いない。
【００１３】したがって、本発明は、被検査部の表面組
織に加えて内部組織も観察可能な光ファイバ顕微鏡およ
び内視鏡の提供を目的としている。
織に加えて内部組織も観察可能な光ファイバ顕微鏡およ
び内視鏡の提供を目的としている。
【００１４】
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに、本発明の光ファイバ顕微鏡は、蛍光顕微鏡からな
る走査型レーザ顕微鏡と、この走査型レーザ顕微鏡が有
する第１の対物レンズの焦点面に一端面が配された光フ
ァイバ束と、この光ファイバ束の他端面を光源とするよ
うに配置された第２の対物レンズとを備えていることを
特徴としている。
めに、本発明の光ファイバ顕微鏡は、蛍光顕微鏡からな
る走査型レーザ顕微鏡と、この走査型レーザ顕微鏡が有
する第１の対物レンズの焦点面に一端面が配された光フ
ァイバ束と、この光ファイバ束の他端面を光源とするよ
うに配置された第２の対物レンズとを備えていることを
特徴としている。
【００１５】また、本発明の内視鏡は、上記の光ファイ
バ顕微鏡からなることを特徴としている。
バ顕微鏡からなることを特徴としている。
【００１６】上記の構成によれば、第１の対物レンズに
入射するレーザ光ビームが走査型レーザ顕微鏡側におい
て走査されると、レーザ光ビームの集光点が光ファイバ
束の端面上で走査され、光ファイバ束の他端面が第２の
対物レンズの光源となる。第２の対物レンズは、光ファ
イバ束の他端面からのレーザ光ビームを被検査部、例え
ば人体における患部に集光する。
入射するレーザ光ビームが走査型レーザ顕微鏡側におい
て走査されると、レーザ光ビームの集光点が光ファイバ
束の端面上で走査され、光ファイバ束の他端面が第２の
対物レンズの光源となる。第２の対物レンズは、光ファ
イバ束の他端面からのレーザ光ビームを被検査部、例え
ば人体における患部に集光する。
【００１７】この場合、レーザ光ビームは患部の内部に
集光することができ、走査型レーザ顕微鏡が蛍光顕微鏡
からなるので、患部の内部におけるレーザ光ビームの集
光点から蛍光が生じ、この蛍光が第２の対物レンズ、光
ファイバ束および第１対物レンズを経て走査型レーザ顕
微鏡に取り込まれ、走査型レーザ顕微鏡において患部の
内部組織を観察可能となる。
集光することができ、走査型レーザ顕微鏡が蛍光顕微鏡
からなるので、患部の内部におけるレーザ光ビームの集
光点から蛍光が生じ、この蛍光が第２の対物レンズ、光
ファイバ束および第１対物レンズを経て走査型レーザ顕
微鏡に取り込まれ、走査型レーザ顕微鏡において患部の
内部組織を観察可能となる。
【００１８】このように、被検査部の表面組織に加えて
内部組織も観察可能であることから、被検査部である例
えば患部において、試験切除の必要性とそれに伴う癌患
部拡大の危険性を抑制することができる。
内部組織も観察可能であることから、被検査部である例
えば患部において、試験切除の必要性とそれに伴う癌患
部拡大の危険性を抑制することができる。
【００１９】上記の光ファイバ顕微鏡は、前記の走査型
レーザ顕微鏡が共焦点顕微鏡である構成としてもよい。
レーザ顕微鏡が共焦点顕微鏡である構成としてもよい。
【００２０】上記の構成によれば、被検査部に照射する
レーザ光ビームの光軸方向、およびこの光軸方向に直行
する面方向において、高い分解能での被検査部の断面観
察が可能となる。
レーザ光ビームの光軸方向、およびこの光軸方向に直行
する面方向において、高い分解能での被検査部の断面観
察が可能となる。
【００２１】上記の光ファイバ顕微鏡は、前記の走査型
レーザ顕微鏡が多光子顕微鏡である構成としてもよい。
レーザ顕微鏡が多光子顕微鏡である構成としてもよい。
【００２２】上記の構成によれば、被検査部に照射する
レーザ光ビームの光軸方向、およびこの光軸方向に直行
する面方向において、高い分解能での被検査部の断面観
察が可能となる。
レーザ光ビームの光軸方向、およびこの光軸方向に直行
する面方向において、高い分解能での被検査部の断面観
察が可能となる。
【００２３】さらに、走査型レーザ顕微鏡を構成する多
光子顕微鏡では、非線形励起効果を利用するため、蛍光
色素分子の励起が焦点領域に限定され、通常の蛍光顕微
鏡や共焦点顕微鏡よりも蛍光色素や観察試料の光損傷が
少なくなる。したがって、生体の検査を行う装置として
さらに好適である。
光子顕微鏡では、非線形励起効果を利用するため、蛍光
色素分子の励起が焦点領域に限定され、通常の蛍光顕微
鏡や共焦点顕微鏡よりも蛍光色素や観察試料の光損傷が
少なくなる。したがって、生体の検査を行う装置として
さらに好適である。
【００２４】
【発明の実施の形態】〔実施の形態１〕本発明の実施の
一形態を図１に基づいて以下に説明する。本実施の形態
の光ファイバ顕微鏡としての光ファイバ多光子顕微鏡
は、図１に示すように、レーザ光発生器１１、レーザ光
走査器１２、ダイクロイックミラー１３、第１対物レン
ズ１４、光路切り替えミラー１５、接眼部１６、光検出
器１７、画像処理装置１８および画像表示装置１９から
なる多光子顕微鏡１と、光ファイバ束２０および第２対
物レンズ２１からなる探査部２とを備え、これら両者を
組み合わせた構成となっている。
一形態を図１に基づいて以下に説明する。本実施の形態
の光ファイバ顕微鏡としての光ファイバ多光子顕微鏡
は、図１に示すように、レーザ光発生器１１、レーザ光
走査器１２、ダイクロイックミラー１３、第１対物レン
ズ１４、光路切り替えミラー１５、接眼部１６、光検出
器１７、画像処理装置１８および画像表示装置１９から
なる多光子顕微鏡１と、光ファイバ束２０および第２対
物レンズ２１からなる探査部２とを備え、これら両者を
組み合わせた構成となっている。
【００２５】レーザ光発生器１１はレーザ光ビーム３１
を発生しそれを出射する。このレーザ光発生器１１は、
例えば、パルス赤外レーザ光を発生するフェムト秒パル
ス赤外レーザ装置からなる。このフェムト秒パルス赤外
レーザ装置としては、例えばSpecraPhysics社製のもの
を使用可能である。その装置は、ダイオードレーザ２個
（波長８００ｎｍ，出力２×１２Ｗ）、Ｎｄ：ＹＶＯ４
レーザMillennia (波長５３２ｎｍ，出力５Ｗ)、チタン
サファイアレーザTsunamiにより構成されている。この
フェムト秒パルス赤外レーザ装置は、例えば、波長が６
００−１０５０ｎｍの範囲で可変であり、出力７００ｍ
Ｗ、パルス幅１００フェムト秒、繰り返し８０ＭＨｚの
フェムト秒パルス赤外レーザを出射する。
を発生しそれを出射する。このレーザ光発生器１１は、
例えば、パルス赤外レーザ光を発生するフェムト秒パル
ス赤外レーザ装置からなる。このフェムト秒パルス赤外
レーザ装置としては、例えばSpecraPhysics社製のもの
を使用可能である。その装置は、ダイオードレーザ２個
（波長８００ｎｍ，出力２×１２Ｗ）、Ｎｄ：ＹＶＯ４
レーザMillennia (波長５３２ｎｍ，出力５Ｗ)、チタン
サファイアレーザTsunamiにより構成されている。この
フェムト秒パルス赤外レーザ装置は、例えば、波長が６
００−１０５０ｎｍの範囲で可変であり、出力７００ｍ
Ｗ、パルス幅１００フェムト秒、繰り返し８０ＭＨｚの
フェムト秒パルス赤外レーザを出射する。
【００２６】レーザ光走査器１２は、被検査部３３に対
するレーザ光ビーム３１の照射位置を、Ｘ，Ｙ方向にお
いて変化させるためのものである。
するレーザ光ビーム３１の照射位置を、Ｘ，Ｙ方向にお
いて変化させるためのものである。
【００２７】第１対物レンズ１４は、ダイクロイックミ
ラー１３を経て入射したレーザ光ビーム３１を集光して
光ファイバ束２０の一端面に入射させるとともに、光フ
ァイバ束２０の上記一端面から出射された被検査部３３
からの蛍光３４を集めてダイクロイックミラー１３方向
へ導く。
ラー１３を経て入射したレーザ光ビーム３１を集光して
光ファイバ束２０の一端面に入射させるとともに、光フ
ァイバ束２０の上記一端面から出射された被検査部３３
からの蛍光３４を集めてダイクロイックミラー１３方向
へ導く。
【００２８】光ファイバ束２０は、一端面が第１対物レ
ンズ１４の焦点位置に配され、多端面が第２対物レンズ
２１の一方の焦点位置に配された状態にて、第１対物レ
ンズ１４と第２対物レンズ２１との間に設けられてい
る。
ンズ１４の焦点位置に配され、多端面が第２対物レンズ
２１の一方の焦点位置に配された状態にて、第１対物レ
ンズ１４と第２対物レンズ２１との間に設けられてい
る。
【００２９】第２対物レンズ２１は、光ファイバ束２０
の他端面から出射されたレーザ光ビーム３１を、例えば
人体３２の被検査部３３に集光させるものである。この
第２対物レンズ２１は、開口数が大きいこと、即ち開口
数が例えば０．６以上さらには０．７以上であること
が、被検査部３３にて多光子吸収を起こさせる上におい
て好ましい。また、第２対物レンズ２１は、作動距離が
例えば２ｍｍ程度に設定される。さらに、外径は１０ｍ
ｍ程度以内であって光ファイバ束２０と同様、太くない
もの方が好ましい。
の他端面から出射されたレーザ光ビーム３１を、例えば
人体３２の被検査部３３に集光させるものである。この
第２対物レンズ２１は、開口数が大きいこと、即ち開口
数が例えば０．６以上さらには０．７以上であること
が、被検査部３３にて多光子吸収を起こさせる上におい
て好ましい。また、第２対物レンズ２１は、作動距離が
例えば２ｍｍ程度に設定される。さらに、外径は１０ｍ
ｍ程度以内であって光ファイバ束２０と同様、太くない
もの方が好ましい。
【００３０】光路切り替えミラー１５は、蛍光３４の光
路上に配される位置と光路から退避する位置とに移動可
能となっている。
路上に配される位置と光路から退避する位置とに移動可
能となっている。
【００３１】光検出器１７は、入射した蛍光３４を電気
信号に変換し、画像処理装置１８に供給する。この光検
出器１７としては、高い光検出感度のものが好ましく、
例えばＰＭＴ（photomultiplier tube、光電子増倍管）
を使用することができる。
信号に変換し、画像処理装置１８に供給する。この光検
出器１７としては、高い光検出感度のものが好ましく、
例えばＰＭＴ（photomultiplier tube、光電子増倍管）
を使用することができる。
【００３２】画像処理装置１８は、光検出器１７から供
給される電気信号、即ち画像信号に対して所定の画像処
理を行う。画像表示装置１９は画像処理装置１８での処
理後の画像を表示する。
給される電気信号、即ち画像信号に対して所定の画像処
理を行う。画像表示装置１９は画像処理装置１８での処
理後の画像を表示する。
【００３３】本実施の形態の光ファイバ多光子顕微鏡で
は、レーザ光ビーム３１を集光する被検査部３３に多光
子吸収を起こさせる多光子顕微鏡１を使用しているの
で、被検査部３３の表面組織だけでなく、内部組織も観
察可能となっている。
は、レーザ光ビーム３１を集光する被検査部３３に多光
子吸収を起こさせる多光子顕微鏡１を使用しているの
で、被検査部３３の表面組織だけでなく、内部組織も観
察可能となっている。
【００３４】上記の多光子吸収のうち、２光子吸収（２
光子励起）については、「シリーズ・光が拓く生命科学
第７巻『生命科学を拓く新しい光技術』」（担当編集
委員船津 高志、共立出版、１９９９年１２月２０日発
行）の第３章「２光子励起蛍光顕微鏡」（藤崎久雄著、
pp.122-134）において説明されている。その主要部を引
用すれば下記の通りである。
光子励起）については、「シリーズ・光が拓く生命科学
第７巻『生命科学を拓く新しい光技術』」（担当編集
委員船津 高志、共立出版、１９９９年１２月２０日発
行）の第３章「２光子励起蛍光顕微鏡」（藤崎久雄著、
pp.122-134）において説明されている。その主要部を引
用すれば下記の通りである。
【００３５】通常の蛍光顕微鏡や共焦点蛍光顕微鏡で
は、試料内の蛍光色素分子が吸収波長の光子を吸収して
励起され、少し波長の長い蛍光を発するが、集光点ばか
りではなく、光が通過する領域全体で、光の強度に応じ
て蛍光色素分子が励起され、それに比例する強度の蛍光
が発せられる。２光子励起蛍光顕微鏡では、１個の蛍光
色素分子が吸収波長の２倍の波長の光子２個を同時に吸
収して光子エネルギーの２倍のエネルギー準位に励起さ
れ、励起光波長の半波長より少し長い波長の蛍光を発す
る２光子励起という現象を利用する。これによって、赤
外光で励起し、可視の蛍光を観察することができる。例
えば、１光子励起のピーク波長が〜４００ｎｍで蛍光波
長が〜５００ｎｍの蛍光色素分子は、波長〜８００ｎｍ
の励起光で２光子励起され、波長〜５００ｎｍの蛍光を
発する。２光子励起は、励起光の光子密度の２乗に比例
する（コラム１）ため、励起光の光子密度が高い所、す
なわち対物レンズの焦点でだけで起こる。２光子励起で
は吸収効率が悪いため、励起光の光子密度を高くする必
要があり、２光子励起蛍光顕微鏡は光源としてフェムト
秒パルス赤外レーザを用いる。（コラム１）２光子励起
は励起光強度の２乗に比例する点についてある分子Ａに
他の分子Ｂが２個結合する化学反応 Ａ＋２Ｂ→ＡＢ2 において、ＡＢ2の生成速度は、 ｄ［ＡＢ2］／ｄｔ＝ｋ［Ａ］［Ｂ］2 で表される。ｋは速度定数である。２光子励起において
も蛍光色素分子が光子を２個吸収して励起され、蛍光を
発するのであるから、同様にして、 蛍光強度 ∝ ２光子励起された蛍光色素分子濃度 ∝ 蛍光色素分子濃度・（光子密度の２乗） という関係が成り立つ。蛍光強度を励起光強度に対して
両対数グラフにプロットすると、傾きが２の直線にな
る。３光子吸収の場合は傾きが３、等々。
は、試料内の蛍光色素分子が吸収波長の光子を吸収して
励起され、少し波長の長い蛍光を発するが、集光点ばか
りではなく、光が通過する領域全体で、光の強度に応じ
て蛍光色素分子が励起され、それに比例する強度の蛍光
が発せられる。２光子励起蛍光顕微鏡では、１個の蛍光
色素分子が吸収波長の２倍の波長の光子２個を同時に吸
収して光子エネルギーの２倍のエネルギー準位に励起さ
れ、励起光波長の半波長より少し長い波長の蛍光を発す
る２光子励起という現象を利用する。これによって、赤
外光で励起し、可視の蛍光を観察することができる。例
えば、１光子励起のピーク波長が〜４００ｎｍで蛍光波
長が〜５００ｎｍの蛍光色素分子は、波長〜８００ｎｍ
の励起光で２光子励起され、波長〜５００ｎｍの蛍光を
発する。２光子励起は、励起光の光子密度の２乗に比例
する（コラム１）ため、励起光の光子密度が高い所、す
なわち対物レンズの焦点でだけで起こる。２光子励起で
は吸収効率が悪いため、励起光の光子密度を高くする必
要があり、２光子励起蛍光顕微鏡は光源としてフェムト
秒パルス赤外レーザを用いる。（コラム１）２光子励起
は励起光強度の２乗に比例する点についてある分子Ａに
他の分子Ｂが２個結合する化学反応 Ａ＋２Ｂ→ＡＢ2 において、ＡＢ2の生成速度は、 ｄ［ＡＢ2］／ｄｔ＝ｋ［Ａ］［Ｂ］2 で表される。ｋは速度定数である。２光子励起において
も蛍光色素分子が光子を２個吸収して励起され、蛍光を
発するのであるから、同様にして、 蛍光強度 ∝ ２光子励起された蛍光色素分子濃度 ∝ 蛍光色素分子濃度・（光子密度の２乗） という関係が成り立つ。蛍光強度を励起光強度に対して
両対数グラフにプロットすると、傾きが２の直線にな
る。３光子吸収の場合は傾きが３、等々。
【００３６】上記の構成において、レーザ光発生器１１
から出射されたレーザ光ビーム３１は、レーザ光走査器
１２にてＸ，Ｙ方向に適宜進行方向を振られ、ダイクロ
イックミラー１３により反射され、第１対物レンズ１４
により光ファイバ束２０の一端面に集光される。
から出射されたレーザ光ビーム３１は、レーザ光走査器
１２にてＸ，Ｙ方向に適宜進行方向を振られ、ダイクロ
イックミラー１３により反射され、第１対物レンズ１４
により光ファイバ束２０の一端面に集光される。
【００３７】レーザ光ビーム３１の集光点は、レーザ光
走査器１２がＸ，Ｙ方向に操作されることに応じて光フ
ァイバ束２０の一端面上にて走査面を描き、それが光フ
ァイバ束２０の他端面に伝達され、第２対物レンズ２１
の光源となる。
走査器１２がＸ，Ｙ方向に操作されることに応じて光フ
ァイバ束２０の一端面上にて走査面を描き、それが光フ
ァイバ束２０の他端面に伝達され、第２対物レンズ２１
の光源となる。
【００３８】光ファイバ束２０の他端面から出射された
レーザ光ビーム３１は、第２対物レンズ２１により例え
ば患部である被検査部３３の内部に集光され、レーザ光
走査器１２の操作に応じ、被検査部３３の内部において
集光点が平面的に移動する。
レーザ光ビーム３１は、第２対物レンズ２１により例え
ば患部である被検査部３３の内部に集光され、レーザ光
走査器１２の操作に応じ、被検査部３３の内部において
集光点が平面的に移動する。
【００３９】具体的には、レーザ光走査器１２の操作は
その傾きを変化させるものであり、この操作により、第
１対物レンズ１４へのレーザ光ビーム３１の入射角が変
化し、第１対物レンズ１４よる集光点が光ファイバ束２
０の一端面上を移動し、個々の光ファイバに、レーザ光
ビーム３１が順次入射する。光ファイバ束２０の他端面
から出射するレーザ光ビーム３１は、レーザ光走査器１
２の操作により位置が変化する点光源となって第２対物
レンズ２１に入射し、被検査部３３の内部に集光され
る。このようにして、レーザ光ビーム３１の集光点にお
ける被検査部３３の内部での位置が変化する。なお、観
察する被検査部３３の変更、および観察深さの変更は、
通常の内視鏡と同様、光ファイバ束２０を動かすことに
より行われる。
その傾きを変化させるものであり、この操作により、第
１対物レンズ１４へのレーザ光ビーム３１の入射角が変
化し、第１対物レンズ１４よる集光点が光ファイバ束２
０の一端面上を移動し、個々の光ファイバに、レーザ光
ビーム３１が順次入射する。光ファイバ束２０の他端面
から出射するレーザ光ビーム３１は、レーザ光走査器１
２の操作により位置が変化する点光源となって第２対物
レンズ２１に入射し、被検査部３３の内部に集光され
る。このようにして、レーザ光ビーム３１の集光点にお
ける被検査部３３の内部での位置が変化する。なお、観
察する被検査部３３の変更、および観察深さの変更は、
通常の内視鏡と同様、光ファイバ束２０を動かすことに
より行われる。
【００４０】次に、被検査部３３における上記集光点で
は蛍光物質が励起されて蛍光３４を生じる。蛍光物質か
ら出射した蛍光３４は、第２対物レンズ２１にて集めら
れ、光ファイバ束２０、第１対物レンズ１４およびダイ
クロイックミラー１３を通過し、光路切り替えミラー１
５により反射されて接眼部１６に送られ、肉眼により観
察される。あるいは、光路切り替えミラー１５を光路か
ら待避させることにより、光検出器１７に送られて電気
信号に変換された後、画像処理装置１８にて処理され、
画像表示装置１９に画像として表示される。
は蛍光物質が励起されて蛍光３４を生じる。蛍光物質か
ら出射した蛍光３４は、第２対物レンズ２１にて集めら
れ、光ファイバ束２０、第１対物レンズ１４およびダイ
クロイックミラー１３を通過し、光路切り替えミラー１
５により反射されて接眼部１６に送られ、肉眼により観
察される。あるいは、光路切り替えミラー１５を光路か
ら待避させることにより、光検出器１７に送られて電気
信号に変換された後、画像処理装置１８にて処理され、
画像表示装置１９に画像として表示される。
【００４１】上記のように、本光ファイバ多光子顕微鏡
では、第２対物レンズ２１によりレーザ光ビーム３１が
被検査部３３の内部に集光され、それによって生じた蛍
光３４により被検査部３３の内部を観察することができ
る。また、多光子顕微鏡１に探査部２、即ち光ファイバ
束２０と第２対物レンズ２１がさらに設けられた構成で
あるから、第２対物レンズ２１を人体３２の内部に入れ
て、体内を検査する内視鏡として好適である。
では、第２対物レンズ２１によりレーザ光ビーム３１が
被検査部３３の内部に集光され、それによって生じた蛍
光３４により被検査部３３の内部を観察することができ
る。また、多光子顕微鏡１に探査部２、即ち光ファイバ
束２０と第２対物レンズ２１がさらに設けられた構成で
あるから、第２対物レンズ２１を人体３２の内部に入れ
て、体内を検査する内視鏡として好適である。
【００４２】また、多光子顕微鏡１では、非線形励起効
果を利用するため、蛍光色素分子の励起が焦点領域に限
定され、通常の蛍光顕微鏡や共焦点顕微鏡よりも蛍光色
素や観察試料の光損傷が少ない。したがって、生体の検
査を行う装置としてさらに好適である。
果を利用するため、蛍光色素分子の励起が焦点領域に限
定され、通常の蛍光顕微鏡や共焦点顕微鏡よりも蛍光色
素や観察試料の光損傷が少ない。したがって、生体の検
査を行う装置としてさらに好適である。
【００４３】〔実施の形態２〕本発明の実施の他の形態
を図２に基づいて以下に説明する。なお、同一の機能を
有する手段には同一の符号を付記し、その説明を省略す
る。
を図２に基づいて以下に説明する。なお、同一の機能を
有する手段には同一の符号を付記し、その説明を省略す
る。
【００４４】本実施の形態の光ファイバ顕微鏡としての
光ファイバ共焦点顕微鏡は、図２に示すように、前記多
光子顕微鏡１に代えて共焦点顕微鏡４１を備えたものと
なっている。
光ファイバ共焦点顕微鏡は、図２に示すように、前記多
光子顕微鏡１に代えて共焦点顕微鏡４１を備えたものと
なっている。
【００４５】即ち、光ファイバ多光子顕微鏡は、図２に
示すように、レーザ光発生器５１、ダイクロイックミラ
ー５２、レーザ光走査器１２、反射ミラー５３、第１対
物レンズ１４、集光レンズ５４、ピンホール５５ａを有
するピンホール板５５、光検出器１７、画像処理装置１
８および画像表示装置１９からなる共焦点顕微鏡４１
と、探査部４２を構成する光ファイバ束２０および第２
対物レンズ５７とを備えている。
示すように、レーザ光発生器５１、ダイクロイックミラ
ー５２、レーザ光走査器１２、反射ミラー５３、第１対
物レンズ１４、集光レンズ５４、ピンホール５５ａを有
するピンホール板５５、光検出器１７、画像処理装置１
８および画像表示装置１９からなる共焦点顕微鏡４１
と、探査部４２を構成する光ファイバ束２０および第２
対物レンズ５７とを備えている。
【００４６】レーザ光発生器５１は、通常の連続発振レ
ーザ装置からなり、例えば３５１／４８８ｎｍアルゴン
レーザ発振器である。
ーザ装置からなり、例えば３５１／４８８ｎｍアルゴン
レーザ発振器である。
【００４７】第２対物レンズ５７は、共焦点顕微鏡４１
と組み合わせて使用されるため、前記第２対物レンズ２
１とは異なり、大きい開口数であることについての要請
がない。また、第２対物レンズ５７は、作動距離が例え
ば２ｍｍ程度に設定され、外径が１０ｍｍ程度以内であ
って光ファイバ束２０と同様、太くないもの方が好まし
い。
と組み合わせて使用されるため、前記第２対物レンズ２
１とは異なり、大きい開口数であることについての要請
がない。また、第２対物レンズ５７は、作動距離が例え
ば２ｍｍ程度に設定され、外径が１０ｍｍ程度以内であ
って光ファイバ束２０と同様、太くないもの方が好まし
い。
【００４８】上記の構成において、レーザ光発生器５１
から出射されたレーザ光ビーム３１は、ダイクロイック
ミラー５２を通過した後、レーザ光走査器１２にてＸ，
Ｙ方向に適宜進行方向を振られ、反射ミラー５３により
反射され、第１対物レンズ１４により光ファイバ束２０
の一端面に集光される。
から出射されたレーザ光ビーム３１は、ダイクロイック
ミラー５２を通過した後、レーザ光走査器１２にてＸ，
Ｙ方向に適宜進行方向を振られ、反射ミラー５３により
反射され、第１対物レンズ１４により光ファイバ束２０
の一端面に集光される。
【００４９】レーザ光ビーム３１の集光点は、レーザ光
走査器１２がＸ，Ｙ方向に操作されることに応じて光フ
ァイバ束２０の一端面上にて走査面を描き、それが光フ
ァイバ束２０の他端面に伝達され、第２対物レンズ５７
の光源となる。
走査器１２がＸ，Ｙ方向に操作されることに応じて光フ
ァイバ束２０の一端面上にて走査面を描き、それが光フ
ァイバ束２０の他端面に伝達され、第２対物レンズ５７
の光源となる。
【００５０】光ファイバ束２０の他端面から出射された
レーザ光ビーム３１は、第２対物レンズ５７により例え
ば患部である被検査部３３の内部に集光され、レーザ光
走査器１２の操作に応じ、被検査部３３の内部において
集光点が平面的に移動する。
レーザ光ビーム３１は、第２対物レンズ５７により例え
ば患部である被検査部３３の内部に集光され、レーザ光
走査器１２の操作に応じ、被検査部３３の内部において
集光点が平面的に移動する。
【００５１】被検査部３３における上記集光点では蛍光
物質が励起されて蛍光３４を生じる。蛍光物質から出射
した蛍光３４は、第２対物レンズ５７にて集められ、光
ファイバ束２０、第１対物レンズ１４、反射ミラー５３
およびレーザ光走査器１２を経た後、ダイクロイックミ
ラー５２にて反射され、集光レンズ５４を通過する。そ
の後、集光点を発した蛍光のみがピンホール板５５のピ
ンホール５５ａを通り抜けて光検出器１７に入射し、こ
こで電気信号に変換された後、画像処理装置１８にて処
理され、画像表示装置１９に画像として表示される。
物質が励起されて蛍光３４を生じる。蛍光物質から出射
した蛍光３４は、第２対物レンズ５７にて集められ、光
ファイバ束２０、第１対物レンズ１４、反射ミラー５３
およびレーザ光走査器１２を経た後、ダイクロイックミ
ラー５２にて反射され、集光レンズ５４を通過する。そ
の後、集光点を発した蛍光のみがピンホール板５５のピ
ンホール５５ａを通り抜けて光検出器１７に入射し、こ
こで電気信号に変換された後、画像処理装置１８にて処
理され、画像表示装置１９に画像として表示される。
【００５２】上記のように、本光ファイバ共焦点顕微鏡
においても、第２対物レンズ５７によりレーザ光ビーム
３１が被検査部３３の内部に集光され、それによって生
じた蛍光３４により被検査部３３の内部を観察すること
ができる。また、共焦点顕微鏡４１に探査部４２、即ち
光ファイバ束２０と第２対物レンズ５７がさらに設けら
れた構成であるから、第２対物レンズ５７を人体３２の
内部に入れて、体内を検査する内視鏡として好適であ
る。
においても、第２対物レンズ５７によりレーザ光ビーム
３１が被検査部３３の内部に集光され、それによって生
じた蛍光３４により被検査部３３の内部を観察すること
ができる。また、共焦点顕微鏡４１に探査部４２、即ち
光ファイバ束２０と第２対物レンズ５７がさらに設けら
れた構成であるから、第２対物レンズ５７を人体３２の
内部に入れて、体内を検査する内視鏡として好適であ
る。
【００５３】
【発明の効果】以上のように、本発明の光ファイバ顕微
鏡は、蛍光顕微鏡からなる走査型レーザ顕微鏡と、この
走査型レーザ顕微鏡が有する第１の対物レンズの焦点面
に一端面が配された光ファイバ束と、この光ファイバ束
の他端面を光源とするように配置された第２の対物レン
ズとを備えている構成である。
鏡は、蛍光顕微鏡からなる走査型レーザ顕微鏡と、この
走査型レーザ顕微鏡が有する第１の対物レンズの焦点面
に一端面が配された光ファイバ束と、この光ファイバ束
の他端面を光源とするように配置された第２の対物レン
ズとを備えている構成である。
【００５４】また、本発明の内視鏡は、上記の光ファイ
バ顕微鏡からなる構成である。
バ顕微鏡からなる構成である。
【００５５】これにより、被検査部の表面組織に加えて
内部組織も観察可能となり、被検査部である例えば患部
において、試験切除の必要性とそれに伴う癌患部拡大の
危険性を抑制することができる。
内部組織も観察可能となり、被検査部である例えば患部
において、試験切除の必要性とそれに伴う癌患部拡大の
危険性を抑制することができる。
【００５６】上記の光ファイバ顕微鏡は、前記の走査型
レーザ顕微鏡が共焦点顕微鏡である構成としてもよい。
レーザ顕微鏡が共焦点顕微鏡である構成としてもよい。
【００５７】上記の構成によれば、被検査部に照射する
レーザ光ビームの光軸方向、およびこの光軸方向に直行
する面方向において、高い分解能での被検査部の断面観
察が可能となる。
レーザ光ビームの光軸方向、およびこの光軸方向に直行
する面方向において、高い分解能での被検査部の断面観
察が可能となる。
【００５８】上記の光ファイバ顕微鏡は、前記の走査型
レーザ顕微鏡が多光子顕微鏡である構成としてもよい。
レーザ顕微鏡が多光子顕微鏡である構成としてもよい。
【００５９】上記の構成によれば、被検査部に照射する
レーザ光ビームの光軸方向、およびこの光軸方向に直行
する面方向において、高い分解能での被検査部の断面観
察が可能となる。
レーザ光ビームの光軸方向、およびこの光軸方向に直行
する面方向において、高い分解能での被検査部の断面観
察が可能となる。
【００６０】さらに、走査型レーザ顕微鏡を構成する多
光子顕微鏡では、非線形励起効果を利用するため、蛍光
色素分子の励起が焦点領域に限定され、通常の蛍光顕微
鏡や共焦点顕微鏡よりも蛍光色素や観察試料の光損傷が
少なくなる。したがって、生体の検査を行う装置として
さらに好適である。
光子顕微鏡では、非線形励起効果を利用するため、蛍光
色素分子の励起が焦点領域に限定され、通常の蛍光顕微
鏡や共焦点顕微鏡よりも蛍光色素や観察試料の光損傷が
少なくなる。したがって、生体の検査を行う装置として
さらに好適である。
【図１】本発明の実施の一形態における光ファイバ顕微
鏡としての光ファイバ多光子顕微鏡の構成を示す概略の
模式図である。
鏡としての光ファイバ多光子顕微鏡の構成を示す概略の
模式図である。
【図２】本発明の実施の他の形態における光ファイバ顕
微鏡としての光ファイバ共焦点顕微鏡の構成を示す概略
の模式図である。
微鏡としての光ファイバ共焦点顕微鏡の構成を示す概略
の模式図である。
【図３】従来の共焦点顕微鏡の構成を示す概略の模式図
である。
である。
【図４】従来の多光子顕微鏡の構成を示す概略の模式図
である。
である。
１ 多光子顕微鏡
２ 探査部
11,51 レーザ光発生器
１２ レーザ光走査器
13,52 ダイクロイックミラー
１４ 第１対物レンズ
１５ 光路切り替えミラー
１６ 接眼部
１７ 光検出器
１８ 画像処理装置
１９ 画像表示装置
２０ 光ファイバ束
21,57 第２対物レンズ
３１ レーザ光ビーム
３２ 人体
３３ 被検査部
３４ 蛍光
４１ 共焦点顕微鏡
５３ 反射ミラー
５４ 集光レンズ
５５ａ ピンホール
Claims (4)
- 【請求項１】蛍光顕微鏡からなる走査型レーザ顕微鏡
と、 この走査型レーザ顕微鏡が有する第１の対物レンズの焦
点面に一端面が配された光ファイバ束と、 この光ファイバ束の他端面を光源とするように配置され
た第２の対物レンズとを備えていることを特徴とする光
ファイバ顕微鏡。 - 【請求項２】前記の走査型レーザ顕微鏡が共焦点顕微鏡
であることを特徴とする請求項１に記載の光ファイバ顕
微鏡。 - 【請求項３】前記の走査型レーザ顕微鏡が多光子顕微鏡
であることを特徴とする請求項１に記載の光ファイバ顕
微鏡。 - 【請求項４】請求項１に記載の光ファイバ顕微鏡からな
ることを特徴とする内視鏡。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002151516A JP2003344777A (ja) | 2002-05-24 | 2002-05-24 | 光ファイバ顕微鏡および内視鏡 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002151516A JP2003344777A (ja) | 2002-05-24 | 2002-05-24 | 光ファイバ顕微鏡および内視鏡 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003344777A true JP2003344777A (ja) | 2003-12-03 |
Family
ID=29769095
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002151516A Pending JP2003344777A (ja) | 2002-05-24 | 2002-05-24 | 光ファイバ顕微鏡および内視鏡 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003344777A (ja) |
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-
2002
- 2002-05-24 JP JP2002151516A patent/JP2003344777A/ja active Pending
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