JP2015004570A - 光音響対物光学系及び光音響顕微鏡 - Google Patents

Abstract

【課題】非軸対称な収差の発生を軽減できる光音響対物光学系を提供する。
【解決手段】 励起光を収束させる集光部１０と、集光部１０からの励起光を透過させ、該励起光の射出面２２ｂから入射する音響波を反射させる音響波反射部２０と、励起光が音響波反射部２０を透過する際に該励起光に発生する非軸対称な収差を補正する光学面を有する収差補正部３０と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、光音響対物光学系及びそれを備える光音響顕微鏡に関するものである。

光音響波とは、物質に吸収波長域の光を照射した際に生じる熱弾性過程にて発生する弾性波の一種である。そのため、光音響波は、吸収特性をイメージングする手法として注目されている。また、光音響波は、超音波の一種として測定することができる。超音波は光に比べて散乱の影響を受けにくい特徴を有していることから、生体内部のイメージング手段として適用されている。

光音響波を検出信号としてイメージングに適用する光音響顕微鏡では、観察対象物の吸収波長域に合わせたパルス光を励起光として用い、該励起光を対物レンズにより集光して標本内を集光スポットにより走査し、これにより各集光スポット位置で発生する光音響波を超音波トランスデューサー等で検出する手法が用いられている。かかる光音響顕微鏡によると、標本を集光スポットで走査した際に、集光スポット位置に吸収物質が存在すると光音響波が発生するので、その光音響波を検出することにより、標本内の吸収特性をイメージングすることができる。

このような光音響顕微鏡として、例えば特許文献１に開示のものが知られている。図１４は、特許文献１に開示された光音響顕微鏡を示すものである。図１４において、図示しないレーザパルス光源からの励起光Ｌは、集光レンズ１０１及びピンホール１０２を経て振動ミラー１０３に入射して偏向される。振動ミラー１０３で偏向された励起光Ｌは、対物レンズ１０４、補正レンズ１０５、二等辺プリズム１０６、シリコーンオイル層１０７、菱形プリズム１０８及び音響波レンズ１０９を経て標本Ｓの内部に集光されて、標本Ｓが走査される。なお、二等辺プリズム１０６及び菱形プリズム１０８は、シリコーンオイル層１０７を介して結合されている。また、標本Ｓは、液体に浸漬されている。

一方、励起光Ｌの照射により標本Ｓ内の集光位置から発生する光音響波Ｕは、音響波レンズ１０９により平面波に波面整形されて菱形プリズム１０８内に入射し、シリコーンオイル層１０７との境界で反射される。シリコーンオイル層１０７で反射された光音響波Ｕは、菱形プリズム１０８内で反射されて超音波トランスデューサー１１０で検出される。これにより、超音波トランスデューサー１１０の出力に基づいて、標本Ｓ内の吸収特性がイメージングされる。

特表２０１１−５１９２８１号公報

図１４に示すように、光音響波Ｕを反射させるシリコーンオイル層１０７が、励起光Ｌの集光光路に平行平板状に傾斜して配置される構成においては、励起光Ｌのマージナル光線がシリコーンオイル層１０７に、軸上光線と異なる入射角度で入射することになる。そのため、励起光Ｌの集光スポットに非軸対称なコマ収差や非点収差が発生することになる。特許文献１には、二等辺プリズム１０６の上に設置された補正レンズ１０５によって、プリズム１０６、１０８と音響波レンズ１０９とにより導入される収差を補正する旨が、記載されている。

しかしながら、励起光Ｌの集光光路に傾斜して配置されたシリコーンオイル層１０７によって生じる非軸対称な収差を、対物レンズ１０４の光軸と直交する二等辺プリズム１０６の入射面に補正レンズ１０５を設置して補正するのは容易ではない。

したがって、かかる観点に鑑みてなされた本発明の目的は、非軸対称な収差の発生を軽減できる光音響対物光学系及びそれを備える光音響顕微鏡を提供することにある。

上記目的を達成する本発明に係る光音響対物光学系は、
励起光を収束させる集光部と、
前記集光部からの前記励起光を透過させ、該励起光の射出面から入射する音響波を反射させる音響波反射部と、
前記励起光が前記音響波反射部を透過する際に該励起光に発生する非軸対称な収差を補正する光学面を有する収差補正部と、
を備えるものである。

さらに、上記目的を達成する本発明に係る光音響顕微鏡は、
上記の光音響対物光学系と、
前記光音響対物光学系を経て対象物に照射される前記励起光を偏向して前記対象物を走査する光走査部と、
前記音響波反射部で反射される前記対象物からの音響波を検出する音響波検出部と、
を備えるものである。

本発明によると、非軸対称な収差の発生を軽減できる光音響対物光学系及びそれを備える光音響顕微鏡を提供することができる。

第１実施の形態に係る光音響対物光学系の要部の概略構成図である。 第２実施の形態に係る光音響対物光学系の要部の概略構成図である。 音響波レンズの配置を説明するための図である。 第３実施の形態に係る光音響対物光学系の要部の概略構成図である。 第４実施の形態に係る光音響対物光学系の要部の概略構成図である。 第５実施の形態に係る光音響対物光学系の要部の概略構成図である。 第６実施の形態に係る光音響対物光学系の要部の概略構成図である。 第７実施の形態に係る光音響対物光学系の要部の概略構成図である。 第８実施の形態に係る光音響対物光学系の要部の概略構成図である。 第９実施の形態に係る光音響対物光学系の要部の概略構成図である。 第１０実施の形態に係る光音響対物光学系の要部の概略構成図である。 光音響対物光学系の変形例の要部の概略構成図である。 第１１実施の形態に係る光音響顕微鏡の要部の概略構成図である。 従来の光音響顕微鏡の概略構成図である。

以下、本発明のある態様に係る実施の形態について、図を参照して説明する。

（第１実施の形態）
図１は、第１実施の形態に係る光音響対物光学系の要部の概略構成図である。本実施の形態に係る光音響対物光学系は、集光部１０と、音響波反射部２０と、収差補正部３０とを備える。

集光部１０は、励起光Ｌを対象物Ｓに収束させるもので、例えば単レンズや複数のレンズ等の光学素子、あるいはレンズ以外の光学素子（例えば、反射鏡）で構成される。図１では、図面を簡略化するために、集光部１０をブロック状に示している。

音響波反射部２０は、集光部１０からの励起光Ｌを透過して対象物Ｓに照射させ、対象物Ｓからの音響波を反射させるもので、２個のプリズム２１及び２２と、媒質２３とを有する。本実施の形態において、プリズム２１、２２は、それぞれ直角二等辺プリズムからなり、それらの長辺の面２１ａ、２２ａ同士が、対向して媒質２３を介して平行に配置されている。すなわち、面２１ａ、２２ａは、互いに対向する対向面であり、媒質２３が接合部材である場合には、面２１ａおよび２２ａは、接合面といえる。なお、プリズム２１、２２は、例えばＮ−ＢＫ７、ＦＰＬ−５１、ＴＩＨ−１、ポリカーボネート等の硝材で形成される。また、媒質２３は、例えば接合部材（シリコーンオイル等）、液体（水等）、空気が用いられる。プリズム２１及び２２と、媒質２３と、は屈折率が近く、かつ、それぞれの内部における音速が異なることが好ましい。

音響波反射部２０は、プリズム２１、２２の面２１ａ、２２ａが集光部１０の光軸Ｏｏに対してＹＺ平面内で例えば４５°傾斜して配置される。そして、音響波反射部２０は、集光部１０からの励起光Ｌを、プリズム２１の面（入射面）２１ｂ、プリズム２１の面２１ａ、媒質２３、プリズム２２の面２２ａ及びプリズム２２の面（射出面）２２ｂを透過させて対象物Ｓに照射させる。また、音響波反射部２０は、プリズム２２の励起光Ｌの射出面２２ｂから入射される対象物Ｓからの音響波を、プリズム２２の面２２ａと媒質２３との境界で反射させて励起光Ｌの光路から分岐してプリズム２２の面（射出面）２２ｃから射出させる。なお、面２１ａ、２２ａと、光軸Ｏｏと、のなす傾斜角度は、４５°に限られず、射出面２２ｃと、光軸Ｏｏと、のなす角度に応じて適宜設定することができる。

なお、図１において、直交座標ＸＹＺは右手系であり、Ｚ軸は集光部１０の光軸Ｏｏで、集光部１０から音響波反射部２０の向きを正とする。Ｘ軸は、音響波反射部２０内で反射された音響波の進む向きとＺ軸とのなす面に垂直な軸で、右ねじの法則に従う方向を正とする。Ｙ軸はＺ軸及びＸ軸と直交する方向とする。

収差補正部３０は、音響波反射部２０で発生する励起光Ｌの非軸対称な収差を補正する光学面を有して構成される。本実施の形態において、収差補正部３０は、集光部１０と音響波反射部２０との間の励起光Ｌの光路に配置された光学素子３１からなる。つまり、光学素子３１は、非平行又は平行な入射面３１ａ及び射出面３１ｂが、音響波反射部２０で発生する励起光Ｌの非軸対称な収差を補正する光学面として機能する。なお、光学素子３１は、入射面３１ａ及び射出面３１ｂの少なくとも一方が集光部１０の光軸Ｏｏに対して垂直以外の角度を持つように傾斜して配置される。光学素子３１としては、例えば、平行平面板、プリズム等を適用することができる。プリズムには、入射面３１ａと、射出面３１ｂと、のなす角度が、浅い角度（例えば、１５°以下。）であるプリズム（ウェッジプリズムと言われる。）も含まれるものとする。入射面３１ａ及び射出面３１ｂは、何れも平面である。

本実施の形態に係る音響波対物光学系によると、集光部１０と音響波反射部２０との間の励起光Ｌの光路に光学素子３１が配置されている。そして、光学素子３１の入射面３１ａ及び射出面３１ｂの少なくとも一方が、音響波反射部２０のプリズム２１、２２の対向面が傾斜しているＹＺ平面内で、集光部１０の光軸Ｏｏに対して傾斜している。したがって、集光部１０からの励起光Ｌの収束光が音響波反射部２０のプリズム２１、２２の間の媒質２３を透過する際に発生する非軸対称の非点収差やコマ収差を、光学素子３１により補正することができるので、音響波対物光学系全体での励起光Ｌの非軸対称な収差の発生を軽減することができる。なお、本実施の形態に場合、後述するように、音響波反射部２０を経た励起光Ｌは集光部１０の光軸ＯｏからＹ（＋）方向にずれた位置に集光する。
以下の説明において、各実施の形態の間で、同様な作用を示す要素には同一の符号を付し、その具体的な説明を省略する。

（第２実施の形態）
図２は、第２実施の形態に係る光音響対物光学系の要部の概略構成図である。本実施の形態に係る光音響対物光学系は、図１に示した構成において、音響波反射部２０を構成するプリズム２２の励起光Ｌの射出面２２ｂに、音響波レンズ４０を接合したものである。

このように、プリズム２２の励起光Ｌの射出面２２ｂに音響波レンズ４０を設けると、音響波レンズ４０に入射する対象物Ｓからの球面波状の光音響波Ｕを平面波状の光音響波Ｕに波面整形してプリズム２２に入射させることができる。したがって、音響波反射部２０で反射されて該音響波反射部２０から射出される音響波を超音波トランスデューサー等の音響波検出部で検出する場合、第１実施の形態のように球面波状の音響波を検出する場合と比較して検出感度を高めることが可能となる。なお、音響波レンズ４０は、光学系の光軸に相当する音軸が、集光部１０の光軸Ｏｏと一致するように配置されてもよいが、好ましくは、励起光Ｌの集光点に音軸が一致するように、音軸を集光部１０の光軸Ｏｏからずらして配置される。

すなわち、図３（ａ）、（ｂ）に誇張した概略図を示すように、音響波反射部２０のプリズム２１、２２の対向面２１ａ、２２ａがＹＺ平面内で傾斜している場合、音響波反射部２０を経た励起光Ｌは集光部１０の光軸ＯｏからＹ（＋）方向にδＹずれた位置に集光する。これにより、観測したい光音響波Ｕは、光軸Ｏｏからずれた集光点を波源として発生し、伝播する媒質が均質であれば球面波として伝播する。

そのため、図３（ａ）に示すように、音響波レンズ４０の音軸Ｏｕを集光部１０の光軸Ｏｏと一致させた場合は、音源が音軸Ｏｕの軸外波源となって、励起光Ｌの集光点と音響波レンズ４０の焦点との共焦点関係が乖離する。その結果、音響波レンズ４０により平面波に整形される光音響波Ｕは、プリズム２２の面２２ｂと平行にならないため、プリズム２２の面２２ａと媒質２３との境界で反射されて面２２ｃから射出される平面波も、面２２ｃに対して傾斜して射出されることになる。そのため、光音響対物光学系を光音響顕微鏡に適用して、プリズム２２の面２２ｃから射出される光音響波Ｕを、面２２ｃに音響波検出部５０を接合して検出する場合に、所望の検出感度が得られない場合がある。又は、面２２ｃと光軸Ｏｏとのなす角を非平行にする必要がある。

これに対し、図３（ｂ）に示すように、励起光Ｌの集光点に音軸Ｏｕが一致するように、音響波レンズ４０を集光部１０の光軸ＯｏからＹ（＋）方向にδＹずらして配置すると、音響波レンズ４０により平面波に整形される光音響波Ｕは、プリズム２２の面２２ｂと平行になる。その結果、プリズム２２の面２２ａと媒質２３との境界で反射されて面２２ｃから射出される平面波も、面２２ｃに対して平行に射出されることになる。したがって、プリズム２２の面２２ｃに音響波検出部５０を接合して光音響波Ｕを検出する場合、十分な検出感度が得られることになる。なお、図３（ａ）、（ｂ）において、δＹは誇張して示している。

（第３実施の形態）
図４は、第３実施の形態に係る光音響対物光学系の要部の概略構成図である。本実施の形態に係る光音響対物光学系は、図２に示した構成において、収差補正部３０を構成する光学素子３１を、音響波反射部２０を構成するプリズム２１の励起光Ｌの入射面２１ｂに接合して一体化したものである。なお、音響波レンズ４０は、励起光Ｌの集光点に音軸が一致するように、音軸を集光部１０の光軸Ｏｏからずらして配置されていることが好ましい。

このように、音響波反射部２０と収差補正部３０とを一体化すれば、第２実施の形態の効果に加えて、組立等が容易になり、コストダウンが図れる利点がある。

（第４実施の形態）
図５は、第４実施の形態に係る光音響対物光学系の要部の概略構成図である。本実施の形態に係る光音響対物光学系は、図４に示した構成において、収差補正部３０がアナモルフィック光学面の一種であるトロイダル光学面３２ａを有するトロイダル光学素子３２からなるものである。

トロイダル光学面３２ａは、図５に部分拡大斜視図を示すように、ＹＺ平面で曲線ｚを定義し、該曲線ｚをＹ軸に平行な軸の周りに回転してＺ軸と交差させた面形状を有する。ＹＺ平面での曲線ｚは、ＹＺ平面での曲率ｃ、コーニック定数ｋ、及びポリノミアル非球面係数α_１〜α_７を用いて、下式により定義される。

したがって、本実施の形態においても第３実施の形態と同様の効果が得られる。なお、本実施の形態の場合、音響波反射部２０を経た励起光Ｌは集光部１０の光軸ＯｏからＹ（−）方向にずれた位置に集光するので、音響波レンズ４０は、励起光Ｌの集光点に音軸が一致するように、光軸ＯｏからＹ（−）方向にずらして配置されることが好ましい。

（第５実施の形態）
図６は、第５実施の形態に係る光音響対物光学系の要部の概略構成図である。本実施の形態に係る光音響対物光学系は、図４に示した構成において、収差補正部３０が２個のプリズム３４、３５を有する。プリズム３４、３５は、それぞれ台形状をなし、プリズム３４の励起光Ｌの入射面３４ａが集光部１０の光軸Ｏｏに直交し、プリズム３５の励起光Ｌの射出面３５ａが音響波反射部２０のプリズム２１の入射面２１ｂに接合されている。また、プリズム３４の面３４ｂ及びプリズム３５の面３５ｂは、音響波反射部２０のプリズム２１、２２の対向面が傾斜しているＹＺ平面内で、光軸Ｏｏに対して傾斜して間隙を介して平行に対向している。プリズム３４、３５は、例えば音響波反射部２０のプリズム２１、２２と同様にＮ−ＢＫ７等からなる。なお、プリズム３４の面３４ｂとプリズム３５の面３５ｂとの間隙は、音響波反射部２０のプリズム２１、２２の媒質２３と同様にシリコーンオイルでもよく、液層、空気層であってもよい。

本実施の形態によると、集光部１０の光軸Ｏｏに対して、プリズム３４、３５の対向面の傾斜角度を適切に設定することにより、上記実施の形態と同様に、集光部１０からの励起光Ｌの収束光が音響波反射部２０を透過する際に発生する非軸対称の非点収差やコマ収差を補正することができ、音響波対物光学系全体での励起光Ｌの非軸対称な収差の発生を軽減することができる。なお、本実施の形態の場合、音響波反射部２０を経た励起光Ｌは、第４実施の形態の場合と同様に、集光部１０の光軸ＯｏからＹ（−）方向にずれた位置に集光するので、音響波レンズ４０は、励起光Ｌの集光点に音軸が一致するように、光軸ＯｏからＹ（−）方向にずらして配置されることが好ましい。

（第６実施の形態）
図７は、第６実施の形態に係る光音響対物光学系の要部の概略構成図である。本実施の形態に係る光音響対物光学系は、図２に示した構成において、光学素子３１を省略し、音響波反射部２０のプリズム２１の入射面２１ｂを、プリズム２１、２２の対向面の傾斜方向と同じ方向に集光部１０の光軸Ｏｏに対して傾斜させることにより、当該入射面２１ｂを収差補正部３０として機能させるようにしたものである。

本実施の形態によると、集光部１０の光軸Ｏｏに対するプリズム２１の入射面２１ｂの傾斜角度を適切に設定することにより、上記実施の形態と同様に、集光部１０からの励起光Ｌの収束光が音響波反射部２０を透過する際に発生する非軸対称の収差を補正することができ、音響波対物光学系全体での励起光Ｌの非軸対称な収差の発生を軽減することができる。しかも、音響波反射部２０のプリズム２１の入射面２１ｂを、収差補正部３０として共用しているので、部品点数を削減でき、コストダウンが図れる。なお、図７においては、入射面２１ｂの傾斜を誇張して示している。また、本実施の形態の場合、音響波反射部２０を経た励起光Ｌは、第１実施の形態の場合と同様に、集光部１０の光軸ＯｏからＹ（＋）方向にずれた位置に集光するので、音響波レンズ４０は、励起光Ｌの集光点に音軸が一致するように、光軸ＯｏからＹ（＋）方向にずらして配置されることが好ましい。

（第７実施の形態）
図８は、第７実施の形態に係る光音響対物光学系の要部の概略構成図である。本実施の形態に係る光音響対物光学系は、図５に示した構成において、トロイダル光学面３２ａを有するトロイダル光学素子３２を省略し、音響波反射部２０を構成するプリズム２２の面（音響波の反射面）２２ａをトロイダル光学面とすることにより、当該反射面２２ａを収差補正部３０として機能させるようにしたものである。なお、図８においては、反射面２２ａのトロイダル面形状を誇張して示している。

したがって、本実施の形態によると、第４実施の形態と同様の効果が得られる他、音響波反射部２０のプリズム２２の反射面２２ａを収差補正部３０として共用しているので、第６実施の形態と同様に部品点数を削減でき、コストダウンが図れる。なお、本実施の形態の場合、音響波反射部２０を経た励起光Ｌは、第４実施の形態の場合と同様に、集光部１０の光軸ＯｏからＹ（−）方向にずれた位置に集光するので、音響波レンズ４０は、励起光Ｌの集光点に音軸が一致するように、光軸ＯｏからＹ（−）方向にずらして配置されることが好ましい。

（第８実施の形態）
図９は、第８実施の形態に係る光音響対物光学系の要部の概略構成図である。本実施の形態に係る光音響対物光学系は、図２に示した構成において、光学素子３１を省略し、音響波反射部２０のプリズム２１の入射面２１ｂ及びプリズム２２の射出面２２ｂを、集光部１０の光軸Ｏｏに対してそれぞれ同一方向に傾斜させて、これら入射面２１ｂ及び射出面２２ｂを収差補正部３０として機能させるようにしたものである。

ここで、入射面２１ｂ及び射出面２２ｂの傾斜は、例えば、入射面２１ｂ及び射出面２２ｂをそれぞれ研磨して形成してもよいし、入射面２１ｂ内のＸ方向の軸を中心に音響波反射部２０の全体を所定角度回転させることで傾斜させてもよい。なお、図９においては、音響波反射部２０の全体をＸ（＋）方向に見て右回りに誇張して回転させた場合を例示している。

本実施の形態によると、集光部１０の光軸Ｏｏに対する音響波反射部２０の入射面２１ｂ及び射出面２２ｂの傾斜角度を適切に設定することにより、上記実施の形態と同様に、集光部１０からの励起光Ｌの収束光が音響波反射部２０を透過する際に発生する非軸対称の収差を補正することができ、音響波対物光学系全体での励起光Ｌの非軸対称な収差の発生を軽減することができる。特に、音響波反射部２０の全体を回転させて入射面２１ｂ及び射出面２２ｂを傾斜させる場合は、入射面２１ｂ及び射出面２２ｂの加工が不要となるので、コストダウンが図れる。なお、本実施の形態の場合、音響波反射部２０を経た励起光Ｌは、集光部１０の光軸ＯｏからＹ（−）方向にずれた位置に集光するので、音響波レンズ４０は、励起光Ｌの集光点に音軸が一致するように、光軸ＯｏからＹ（−）方向にずらして配置されることが好ましい。

（第９実施の形態）
図１０は、第９実施の形態に係る光音響対物光学系の要部の概略構成図である。本実施の形態に係る光音響対物光学系は、図２に示した構成において、集光部１０がレンズ等の複数の光学素子を有して構成され、収差補正部３０を構成する光学素子３１が集光部１０内の位置、例えば射出瞳位置に配置されたものである。

本実施の形態においても第２実施の形態と同様に、集光部１０からの励起光Ｌの収束光が音響波反射部２０を透過する際に発生する非軸対称の収差を光学素子３１により補正することができ、音響波対物光学系全体での励起光Ｌの非軸対称な収差の発生を軽減することができる。なお、本実施の形態の場合、音響波反射部２０を経た励起光Ｌは、集光部１０の光軸ＯｏからＹ（−）方向に若干ずれた位置に集光するので、音響波レンズ４０は、励起光Ｌの集光点に音軸が一致するように、光軸ＯｏからＹ（−）方向にずらして配置されることが好ましい。

（第１０実施の形態）
図１１は、第１０実施の形態に係る光音響対物光学系の要部の概略構成図である。本実施の形態に係る光音響対物光学系は、図２に示した構成において、集光部１０と音響波反射部２０との間の励起光Ｌの光路中に、偶数次非球面３６ａを有する非球面素子３６をさらに配置して、光学素子３１及び非球面素子３６により収差補正部３０を構成したものである。なお、非球面素子３６は、光学素子３１よりも物体側又は像側に配置することができるが、図１１は物体側に配置した場合を例示している。

非球面素子３６は、励起光Ｌが音響波レンズ４０を透過することにより発生する軸対称な収差を補正する。音響波レンズ４０は、光学的にパワーを持つ球面レンズである場合、励起光Ｌの収束光が音響波レンズ４０を透過すると、高次の軸対称の収差が発生する。また、励起光Ｌの収束光が音響波反射部２０を透過する際に微小な高次の軸対称収差が発生すると、その軸対称収差は、励起光Ｌが音響波レンズ４０を透過する際に増幅される。

本実施の形態においては、非球面素子３６により、上述した励起光Ｌの高次の軸対称収差を補正する。ここで、非球面素子３６の偶数次非球面３６ａのサグｚは、動径座標ｒ、曲率ｃ、コーニック定数ｋ、及びポリノミアル非球面係数α_１〜α_８を用いて、下式により定義される。

本実施の形態によると、収差補正部３０により励起光Ｌの非軸対称の収差と軸対称の収差とを補正することができる。したがって、例えば光音響顕微鏡に適用した場合は、対象物Ｓを高精度でイメージングすることが可能となる。また、非球面素子３６を設けるので、集光部１０のＮＡが大きい場合にも、高次の軸対称収差を補正することができる。なお、本実施の形態の場合、音響波反射部２０を経た励起光Ｌは、集光部１０の光軸ＯｏからＹ（＋）方向にずれた位置に集光するので、音響波レンズ４０は、励起光Ｌの集光点に音軸が一致するように、光軸ＯｏからＹ（＋）方向にずらして配置されることが好ましい。

以上、光音響対物光学系の実施の形態について説明したが、本発明に係る光音響対物光学系は、上記実施の形態に限らず、種々の変形や変更、組み合わせ等が可能である。例えば、図４〜図１１において、音響波レンズ４０は省略してもよい。また、図５または図６において、収差補正部３０と、音響反射部２０と、を接合せずに分離して配置してもよい。また、図１０に示したように、集光部１０がレンズ等の複数の光学素子を有して構成される場合は、図５又は図６に示した収差補正部３０を、音響波反射部２０から分離して集光部１０内に配置してもよい。また、音響波レンズ４０は、球面であっても非球面であっても構わない。また、対象物Ｓと音響波反射部２０と間は、好ましくは音響波伝達媒体が充填される。

また、第１０実施の形態に示した非球面素子３６は、他の実施の形態にも適用することができる。この場合、音響波レンズ４０は、有っても無くてもよい。つまり、非球面素子３６は、上述したように主として音響波レンズ４０による軸対称収差を補正するものであるが、音響波レンズ４０が無い場合でも、音響波反射部２０により生じる微小な軸対称収差を補正できる効果がある。また、集光部１０がレンズ等の複数の光学素子を有する場合において、収差補正部３０を非軸対称収差補正用の光学素子と軸対称収差補正用の非球面素子３６との２つの収差補正用光学素子を有して構成される場合は、２つの収差補正用光学素子のいずれか一方又は双方を集光部１０内に配置してもよい。

また、音響波レンズ４０は、例えば図１２に示すように、音響波反射部２０を構成するプリズム２２の音響波の射出面２２ｃに接合して設けてもよい。この場合、プリズム２２の射出面２２ｃと音響波レンズ４０のレンズ面４０ａとの隙間には、好ましくは音響波伝達媒体を充填される。このような構成の光音響対物光学系を光音響顕微鏡に適用する場合は、音響波レンズ４０に音響波検出部を接合することができる。

次に、上述した本発明に係る光音響対物光学系を用いる光音響顕微鏡の実施の形態について説明する。

（第１１実施の形態）
図１３は、第１１実施の形態に係る光音響顕微鏡の要部の概略構成図である。本実施の形態に係る光音響顕微鏡は、パルス光源６０から射出される励起光Ｌを、光走査部６１により偏向して光音響対物光学系６２を経て対象物Ｓに集光スポットとして照射させる。また、励起光Ｌの照射により対象物Ｓから発生する光音響波Ｕは、光音響対物光学系６２を経て音響波検出部５０により検出される。

パルス光源６０は、例えば、対象物Ｓが生体で、生体内の血管をイメージングする場合、ヘモグロビンの吸収波長の励起光Ｌを射出する。なお、観察対象は血管に限定するものではなく、メラニン等の内因性物質のイメージングに適用することが可能である。この際、励起光Ｌは対象となる物質の吸収波長域の光を用いればよい。また、蛍光体や金属ナノ粒子等の外因性物質のイメージングに適用することも可能である。この際、励起光Ｌは、蛍光体の場合には対象となる蛍光体の吸収波長域の光を、金属ナノ粒子の場合には対象となる金属ナノ粒子の共鳴波長域の光をそれぞれ用いればよい。また、対象物Ｓ内に複数の吸収体が存在する場合には、観察対象物の特徴的な吸収スペクトルのピークの波長の光を用いるのが望ましい。パルス光源６０は、制御部６３によりパルス光の発光タイミングが制御される。

光走査部６１は、例えば、２個のガルバノミラーを有し、対象物Ｓ内を励起光Ｌの集光スポットにより光音響対物光学系６２の光軸Ｏｏと直交する平面内で二次元走査するように、制御部６３によりパルス光源６０の発光タイミングに同期して駆動制御される。

光音響対物光学系６２は、上述した第１〜１０実施の形態や変形例で説明した本発明に係る光音響対物光学系のいずれかが用いられる。図１３は、図２に示した光音響対物光学系を用いた場合を例示している。この場合、励起光Ｌの照射により対象物Ｓから発生する光音響波Ｕは、音響波レンズ４０により平面波状に波面整形されて音響波反射部２０のプリズム２２に入射し、プリズム２２の面２２ａと媒質２３との境界で反射されて射出面２２ｃから射出される。なお、少なくとも音響波レンズ４０と対象物Ｓとの間は、光音響波Ｕが伝播し易い水やグリセリン等の音響波伝達媒体が充填されるのが好ましい。

音響波検出部５０は、例えば、圧電素子を用いた超音波トランスデューサーや、光干渉を用いたファビリペロー型干渉計からなり、プリズム２２の射出面２２ｃに接合して配置される。音響波検出部５０の出力は、信号処理部６４に供給される。

信号処理部６４は、制御部６３による光走査部６１の駆動に同期して、すなわち対象物Ｓを二次元走査する際の励起光Ｌの照射タイミングに同期して、音響波検出部５０から得られる出力信号と励起光Ｌの照射位置との対応関係をデータ化する。例えば、信号処理部６４は、励起光Ｌの照射位置と取得した信号強度とを対応付けても良いし、励起光Ｌの照射位置と取得した出力波形とを対応付けてもよい。また、信号処理部６４は、対象物Ｓの走査面のデータを画像化する場合、例えば図示しない画像記憶部にデータを記憶してモニタに表示する。なお、信号処理部６４は、制御部６３に内蔵されてもよい。

本実施の形態に係る光音響顕微鏡によると、光音響対物光学系６２により非軸対称の収差が軽減された励起光Ｌを対象物Ｓに照射できるので、対象物Ｓを高精度で顕微観察することができる。なお、図１３において、光走査部６１は、例えば１個のガルバノミラーを有し、該ガルバノミラーにより励起光Ｌの集光スポットの主走査を行い、副走査は対象物Ｓが載置される標本ステージを移動させて行うように構成されてもよい。

１０ 集光部
２０ 音響波反射部
２１、２２ プリズム
２１ｂ 入射面
２２ａ 反射面
２２ｂ、２２ｃ 射出面
２３ 媒質
３０ 収差補正部
３１ 光学素子
３２ トロイダル光学素子
３２ａ トロイダル光学面
３４、３５ プリズム
３６ 非球面素子
３６ａ 偶数次非球面
４０ 音響波レンズ
５０ 音響波検出部
６０ パルス光源
６１ 光走査部
６２ 光音響対物光学系
６３ 制御部
６４ 信号処理部
Ｌ 励起光
Ｕ 光音響波
Ｓ 対象物

Claims (15)

1. 励起光を収束させる集光部と、
   前記集光部からの前記励起光を透過させ、該励起光の射出面から入射する音響波を反射させる音響波反射部と、
   前記励起光が前記音響波反射部を透過する際に該励起光に発生する非軸対称な収差を補正する光学面を有する収差補正部と、
   を備える光音響対物光学系。
2. 前記収差補正部は、平面である入射面と、平面である射出面と、を備え、前記収差補正部の入射面及び射出面の少なくとも一方が前記集光部の光軸に対して、傾斜している光学素子からなる、ことを特徴とする請求項１に記載の光音響対物光学系。
3. 前記光学面は、トロイダル光学面からなる、ことを特徴とする請求項１に記載の光音響対物光学系。
4. 前記収差補正部は、光学面を対向させた少なくとも２個のプリズムを有する、ことを特徴とする請求項１に記載の光音響対物光学系。
5. 前記収差補正部は、前記音響波反射部の前記励起光の入射面に接合されている、ことを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の光音響対物光学系。
6. 前記トロイダル光学面は、前記音響波反射部の前記音響波の反射面に形成されている、ことを特徴とする請求項３に記載の光音響対物光学系。
7. 前記音響波反射部の前記励起光の入射面は、前記集光部の光軸に対して傾斜しており、前記入射面が前記光学面を構成する、ことを特徴とする請求項１に記載の光音響対物光学系。
8. 前記音響波反射部の前記励起光の入射面及び射出面は、前記集光部の光軸に対してそれぞれ同一方向に傾斜しており、前記入射面及び前記射出面がそれぞれ前記光学面を構成する、ことを特徴とする請求項１に記載の光音響対物光学系。
9. 前記集光部は、複数の光学素子からなり、
   前記収差補正部は、前記集光部内において隣接する前記光学素子間に配置されている、ことを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の光音響対物光学系。
10. 音響波レンズをさらに備える、ことを特徴とする請求項１から９のいずれか一項に記載の光音響対物光学系。
11. 前記励起光の集光点と前記音響波レンズの焦点とが一致する方向に、前記音響波レンズの音軸と前記集光部の光軸とがずれている、ことを特徴とする請求項１０に記載の光音響対物光学系。
12. 前記音響波レンズは、前記励起光を透過するように、前記音響波反射部の前記励起光の射出面に接合されている、ことを特徴とする請求項１０又は１１に記載の光音響対物光学系。
13. 前記収差補正部は、前記励起光の軸対称な収差を補正する光学面をさらに有する、ことを特徴とする請求項１２に記載の光音響対物光学系。
14. 前記光学面は、偶数次非球面形状からなる、ことを特徴とする請求項１３に記載の光音響対物光学系。
15. 請求項１から１４のいずれか一項に記載の光音響対物光学系と、
    前記光音響対物光学系を経て対象物に照射される前記励起光を偏向して前記対象物を走査する光走査部と、
    前記音響波反射部で反射される前記対象物からの音響波を検出する音響波検出部と、
    を備える光音響顕微鏡。
    

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