可変フィルタ装置及びコンフォーカル顕微鏡
【課題】特定波長の光を効率よく遮光することができる可変フィルタ装置を提供する。
【解決手段】入射ピンホール板２を通過した発散光は、コリメートレンズ３により平行光束に変えられ、音響光学可変フィルタ４に入射する。音響光学可変フィルタ４に所定周波数の電圧を印加することにより回折格子の働きをさせ、回折光が破線で示すように光軸に対して斜め方向に出射するようにし、０次光のみが直進するようにする。音響光学可変フィルタ４を出射した光束は、集光レンズ５によって集光されるが、このとき、直進した０次光は、出射ピンホール板６のピンホールを通過し、可変フィルタ装置１の外部に放出される。回折光は、出射ピンホール板６の板部にあたって遮光され、可変フィルタ装置１の外部には放出されない。
【解決手段】入射ピンホール板２を通過した発散光は、コリメートレンズ３により平行光束に変えられ、音響光学可変フィルタ４に入射する。音響光学可変フィルタ４に所定周波数の電圧を印加することにより回折格子の働きをさせ、回折光が破線で示すように光軸に対して斜め方向に出射するようにし、０次光のみが直進するようにする。音響光学可変フィルタ４を出射した光束は、集光レンズ５によって集光されるが、このとき、直進した０次光は、出射ピンホール板６のピンホールを通過し、可変フィルタ装置１の外部に放出される。回折光は、出射ピンホール板６の板部にあたって遮光され、可変フィルタ装置１の外部には放出されない。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、可変フィルタ装置及びコンフォーカル顕微鏡に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、顕微鏡による生物の蛍光観察では様々な波長による照明が求められ、複数の波長の光を光源とした顕微鏡を使用するのが一般的である。特に蛍光コンフォーカル顕微鏡では励起光源として波長の異なる複数のレーザを用いて標本を照射し、これから発生した蛍光信号を受光する。
【０００３】
実際には標本からは、蛍光のみではなく励起光の反射光も戻ってくる。励起光に比べて微弱な蛍光を受光するためには、励起光を取り除かなければならない。その方法の一例として、特開２００６−１５３７６３号公報（特許文献１）には、受光部において蛍光コンフォーカル顕微鏡のピンホールを通過した光を分光器により分光し、励起光の波長の光が通過する領域に機械的な遮蔽板を置いて、励起光を遮光する方法が考えられている。この方式は、干渉フィルタなどで励起光を遮光する方式と違い、透過する波長範囲の光量のロスが無い。さらに、回折格子の回転で受光する波長範囲と遮光する波長範囲を可変式にすることができる。
【特許文献１】特開２００６−１５３７６３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、このような方法においては、回折格子などの受光素子周辺の光学部材による散乱の影響で、励起光が遮蔽板で遮蔽されない受光領域に漏れ、励起光が本来入るべきではない受光領域へ入り、フレアとして検出されて信号の品質が低下してしまうことがある。
【０００５】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、励起光を効率良く遮蔽し、蛍光のみを受光することができるコンフォーカル顕微鏡、及びそれに用いるのに好適で、特定波長の光を効率よく遮光することができる可変フィルタ装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記課題を解決するための第１の手段は、光束の入射面に設けられた入射ピンホールと、前記入射ピンホールを通過した光を平行光とするコリメートレンズと、前記平行光を受光し出射する音響光学可変フィルタと、前記音響光学可変フィルタから出射した光を集光する集光レンズと、前記集光レンズの集光点に設けられた出射ピンホールとを有することを特徴とする可変フィルタ装置である。
【０００７】
前記課題を解決するための第２の手段は、前記第１の手段であって、前記入射ピンホールの直径をD1、前記出射ピンホールの直径をD2、前記音響光学可変フィルタでの回折光と０次光の波長をそれぞれλ１、λ０、分離角をθ、前記コリメートレンズの焦点距離をf1、前記集光レンズの焦点距離をf2、前記平行光の直径をD3とするとき、
【数１】
であることを特徴とするものである。
【０００８】
前記課題を解決するための第３の手段は、前記第１の手段又は第２の手段である可変フィルタ装置を直列に接続した可変フィルタ装置である。
【０００９】
前記課題を解決するための第４の手段は、平行光を受光し出射する音響光学可変フィルタと、前記音響光学可変フィルタから出射した光を集光する集光レンズと、前記集光レンズの集光点に設けられた出射ピンホールとを有することを特徴とする可変フィルタ装置である。
【００１０】
前記課題を解決するための第５の手段は、光源からの光を、スキャナを通して走査光に変換して、前記光源と共役な位置に置かれた試料を走査し、前記試料から発生する反射光及び蛍光を、前記スキャナを逆に通すことにより非走査光に変え、前記試料と共役な位置に置かれたピンホールを通して受光装置により受光するコンフォーカル顕微鏡であって、前記第１の手段から第３の手段のいずれかの可変フィルタ装置を有し、前記ピンホールが前記可変フィルタ装置の入射ピンホールであり、前記反射光が、前記可変フィルタ装置で遮光されることを特徴とするコンフォーカル顕微鏡である。
【００１１】
前記課題を解決するための第６の手段は、光源からの光を、スキャナを通して走査光に変換して、前記光源と共役な位置に置かれた試料を走査し、前記試料から発生する反射光及び蛍光を、前記スキャナを逆に通すことにより非走査光に変え、前記試料と共役な位置に置かれたピンホールを通して受光装置により受光するコンフォーカル顕微鏡であって、前記第１の手段から第３の手段のいずれかの可変フィルタ装置を有し、前記ピンホールと前記可変フィルタ装置の入射ピンホールとが光ファイバで結合されており、前記反射光が、前記可変フィルタ装置で遮光されることを特徴とするコンフォーカル顕微鏡である。
【００１２】
前記課題を解決するための第７の手段は、前記第６の手段であって、前記ピンホールが、前記光ファイバの端面で代用されていることを特徴とするものである。
【００１３】
前記課題を解決するための第８の手段は、光源からの光を、スキャナを通して走査光に変換して、前記光源と共役な位置に置かれた試料を走査し、前記試料から発生する反射光及び蛍光を、前記スキャナを逆に通すことにより平行光束の非走査光に変え、前記第４の手段の可変フィルタ装置に入射させ、前記反射光を、当該可変フィルタ装置で遮光し、前記蛍光を前記試料と共役な位置に置かれた当該可変フィルタ装置の出射ピンホールを通して受光装置により受光することを特徴とするコンフォーカル顕微鏡である。
【００１４】
前記課題を解決するための第９の手段は、前記第５の手段から第８の手段のいずれかであって、前記受光装置が、分光ディテクタであることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、励起光を効率良く遮蔽し、蛍光のみを受光することができるコンフォーカル顕微鏡、及びそれに用いるのに好適で、特定波長の光を効率よく遮光することができる可変フィルタ装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態の例を、図を用いて説明する。なお、以下の図においては、前出の図に示された構成要素と同じ構成要素には、同じ符号を付してその説明を省略することがある。
【００１７】
図１は、本発明の第１の実施の形態である可変フィルタ装置の光学系の概要を示す図である。可変フィルタ装置１は、入射ピンホール板２、コリメートレンズ３、音響光学可変フィルタ４（ＡＯＴＦ）、集光レンズ５、及び出射ピンホール板６を有している。
【００１８】
音響光学可変フィルタ４は、交流電圧を印加すると、電気音響効果により内部に音響波が発生し、それにより回折格子と同等の働きを有するもので周知のものである。印加する交流電圧の周波数を変えることにより、回折格子の格子ピッチを変えたのと同等の作用をする。又、異なった周波数の交流電圧を同時に加えることにより、複数の格子ピッチを有する回折格子と同等の作用をさせることができる。
【００１９】
入射ピンホール板２を通過した発散光は、コリメートレンズ３により平行光束に変えられ、音響光学可変フィルタ４に入射する。音響光学可変フィルタ４に所定周波数の電圧を印加することにより回折格子の働きをさせ、回折光が破線で示すように光軸に対して斜め方向に出射するようにし、０次光のみが直進するようにする。音響光学可変フィルタ４を出射した光束は、集光レンズ５によって集光されるが、このとき、直進した０次光は、出射ピンホール板６のピンホールを通過し、可変フィルタ装置１の外部に放出される。回折光は、出射ピンホール板６の板部にあたって遮光され、可変フィルタ装置１の外部には、ほとんど放出されない。
【００２０】
音響光学可変フィルタ４に印加する電圧の周波数を変えることにより、回折光の波長を変えることができるので、所定波長の光をカットしたい場合に、その波長の光が回折するように、印加する電圧の周波数を選定する。このとき、複数の周波数の電圧を音響光学可変フィルタ４に印加することにより、複数の波長の光を回折光として遮光することも可能である。
【００２１】
なお、入射ピンホール板２は、入射光を伝搬する光ファイバ端面に変えることができ、出射ピンホール板６は、出射光を伝搬する光ファイバの端面に変えることができる。特許請求の範囲でいう、「入射ピンホール」、「出射ピンホール」とは、ピンホール板のみに限られず、このような光ファイバ端面をも含むものである。
【００２２】
ここで、入射ピンホール板２の開口の大きさを直径D1、出射ピンホール板６の開口の大きさを直径D2、音響光学可変フィルタ４での回折光と０次光の波長をそれぞれλ１、λ０、分離角をθ、コリメートレンズ３の焦点距離をf1、集光レンズ５の焦点距離をf2、音響光学可変フィルタ４に入射する平行光の直径をD3とする。入射ピンホール板２から出射ピンホール板６への倍率と、出射ピンホール板６でのエアリーディスクサイズを考慮すると、回折光と０次光のスポット径はそれぞれ、
【数２】
であり、０次光に対する回折光の像高は、
f2×tanθ
である。よって、０次光が出射ピンホールを通過するためには、
【数３】
である必要があり、又、出射ピンホール板６で、回折光が出射ピンホールを通過しないで遮蔽されるためには、
【数４】
である必要がある。これらより、
【数５】
であれば、取り除きたい波長の回折光と、それ以外の０次光を、良く分離し、且つ、０次光を効率よく通過させることができる。
【００２３】
可変フィルタ装置１を１個だけ用いただけでは、内部での迷光の影響等により回折光と０次光の分離が完全でない場合には、可変フィルタ装置１を直列に複数接続することにより、回折光と０次光の分離度を高めることができる。図２は、可変フィルタを直列に接続した例を示す図である。図２（ａ）においては、前段の可変フィルタ装置１の出射ピンホール板６と後段の可変フィルタ装置１の入射ピンホール板２を共用させて、可変フィルタ装置１を直列に接続している。図２（ｂ）においては、前段の可変フィルタ装置１の出射ピンホール板６の開口部から出射する光を光ファイバー７で受光し、光ファイバー７からの出射光を、後段の可変フィルタ装置１の入射ピンホール板２に入射させている。この場合、光ファイバー７自身を開口として使用することにより、前段の可変フィルタ装置１の出射ピンホール板６と後段の可変フィルタ装置１の入射ピンホール板２の少なくとも一方を無くしてもよい。光ファイバー７は、光を伝達するだけの役目を負っているだけなので、マルチモードの光ファイバを使用することができ、光がコヒーレントの光である必要はない。
【００２４】
図２においては、２個の可変フィルタ装置１を直列に接続しているが、３個以上の可変フィルタ装置１の場合でも同様に直列に接続できる。その場合、１部を図２（ａ）のように、他の１部を図２（ｂ）のように接続してもかまわない。
【００２５】
図３は、本発明の第２の実施の形態である可変フィルタの光学系の概要を示す図である。この実施の形態は、図１に示した実施の形態に比較して入射ピンホール板２とコリメートレンズ３が無いことが異なっているのみである。この実施の形態においては、光軸に平行な平行光束を入射光として音響光学可変フィルタ４に対して入射させる必要がある。その他の構成要素の働きは図１に示した実施の形態と同じであるので、その説明を省略する。
【００２６】
図４は、本発明の第３の実施の形態であるコンフォーカル顕微鏡の構成の概要を示す図である。レーザ光源１１から放出された光は、光ファイバ１２により伝達され、その端面から点光源となって放出される。そして、コリメータレンズ１３により平行光束とされ、ビームスプリッタ１４で反射されて、スキャナ１６により走査光に変えられる。なお、本実施の形態においては、レーザ光源１１から放出される励起光（照射光）や、標本２０から放出される蛍光の波長に合わせてビームスプリッタ１４を変更できるように、ビームスプリッタ切り替え装置１５が設けられている。
【００２７】
スキャナ１６で走査光に変えられた光は、リレーレンズ１７、結像レンズ１８、対物レンズ１９を介して、点光源の像を、点光源と共役な位置におかれた標本２０（試料）内に結像する。すなわち、励起光として標本２０を点照明する。標本２０は、顕微鏡ステージ２１の上に載置されている。
【００２８】
これにより標本２０からは、励起光の反射光と蛍光が発生する。これらの光は、対物レンズ１９、結像レンズ１８、リレーレンズ１７を通って平行光束とされ、スキャナ１６に入射して非走査の平行光束とされる。そして、ビームスプリッタ１４に入射し、励起光の大部分は反射され、ごく一部の励起光と蛍光がビームスプリッタ１４を透過する。ビームスプリッタ１４を透過した光は、結像レンズ２２により、ピンホール板２３の開口部に集光される。ピンホール板２３は、標本２０内の光の集光点と共役な位置（点光源とも共役な面）におかれているため、標本２０内の光の集光点より上方、下方から発する光は、ピンホール板２３の開口部を通過することができない。よって、標本２０の深さ方向の分機能がよい顕微鏡装置とすることができる。すなわち、ピンホール板２３は、標本２０の深さ方向の分解能を発生させる役割を果たしている。
【００２９】
ピンホール板２３の開口部を通過した光は、光ファイバ２４に入射し、可変フィルタ装置１に導かれる。この例においては、光ファイバ２４の端面を、図１に示した入射ピンホール板２の開口部に代用しているので入射ピンホール板２を設けていないが、もちろん入射ピンホール板２を設け、入射ピンホール板２の開口部に光ファイバ２４の端面からの光を入射させるようにしてもよい。
【００３０】
可変フィルタ装置１においては、励起光が回折光として遮光されるように音響光学可変フィルタ４に印加される電圧の周波数が決定されている。よって、ビームスプリッタ１４を透過した極わずかの励起光のほとんどが、可変フィルタ装置１により遮光され、可変フィルタ装置１の外部にはほとんど放出されない。一方、蛍光は０次光となって、集光レンズ５により光ファイバ２５の端面に集光される。この例においては、光ファイバ２５の端面を、図１に示した出射ピンホール板６の開口部の代わりに使用し、出射ピンホール板６を設けていないが、もちろん出射ピンホール板６を設け、出射ピンホール板６の開口部を通過した光を、光ファイバ２５の端面に入射させるようにしてもよい。
【００３１】
光ファイバ２５で導かれた光は、分光ディテクタ２６に入射する。分光ディテクタ２６は、特許文献１に記載されているようなものであるが、分光器とＣＣＤアレイのような１次元リニアセンサを有し、分光器で分光された光を１次元リニアセンサの各部分で受けて、波長毎の光強度（分光強度）を測定可能なものである。この実施の形態においては、蛍光に相当する波長域の分光強度を測定し、励起光に相当する波長の光強度は遮光板により遮光するようにしている。
【００３２】
分光ディテクタ２６の出力は、演算制御装置２７に入力される。演算制御装置２７は、蛍光に相当する波長毎に、その強度と、スキャナ１６の駆動データを演算して、蛍光に相当する波長毎の２次元画像を形成し、図示しない表示装置に表示する。
【００３３】
本実施の形態によれば、分光ディテクタ２６中において、励起光が迷光となって、他の波長域を測定する１次元リニアセンサの領域に入り込むことがあっても、その前に、可変フィルタ装置１の働きにより、励起光の強度は非常に弱いものとなっているので、従来の装置に比べて、励起光がノイズ（フレア）となる量を非常に小さくすることができる。
【００３４】
なお、この実施の形態では、分光ディテクタ２６を設けることにより、複数波長の蛍光による画像をそれぞれ同時に採取していたが、単一波長範囲の蛍光による画像を形成する場合には、分光ディテクタ２６の代わりに光センサを用いればよい。
【００３５】
なお、レーザ光源１１を交換して励起光の波長を変更したような場合には、ビームスプリッタ切り替え装置１５を作動させてビームスプリッタ１４を切り替えると共に、可変フィルタ装置１の音響光学可変フィルタ４に印加する電圧の周波数を変えて、変更後の波長の励起光が回折光となるようにする。また、ビームスプリッタ１４としては、ダイクロイックミラーを使用するのが一般的であるが、本実施の形態においては、可変フィルタ装置１において、励起光と蛍光の分離が効率よくできるような場合には、ビームスプリッタ１４としてハーフミラーを使用してもよい。
【００３６】
この実施の形態においては、レーザ光源１１〜ピンホール板２３までのコンフォーカル顕微鏡本体部と、可変フィルタ装置１とを分離することができるので、それぞれをユニット化することにより、設計の自由度が高まり、全体の小型化、簡略化等を図ることができる。
【００３７】
図５は、本発明の第４の実施の形態であるコンフォーカル顕微鏡の構成の概要を示す図である。この実施の形態は、図４に示す実施の形態とは、レーザ光源１１〜結像レンズ２２までの構成が全く同じであるので、この部分の説明を省略する。
【００３８】
この実施の形態においては、結像レンズ２２の集光点に可変フィルタ装置１の入射ピンホール板２が設けられており、レーザ光源１１〜結像レンズ２２までのコンフォーカル顕微鏡本体部に可変フィルタ装置１が直結されたような構成となっている。この構成においては、入射ピンホール板２が、図４に示したピンホール板２３を兼ねている。可変フィルタ装置１、光ファイバ２５、分光ディテクタ２６、演算制御装置２７の構成と作用は、図４に示したものと同じであるので、その説明を省略する。
【００３９】
図６は、本発明の第５の実施の形態であるコンフォーカル顕微鏡の構成の概要を示す図である。この実施の形態は、図４に示す実施の形態とは、レーザ光源１１〜スキャナ１６までの構成が全く同じであるので、この部分の説明を省略する。
【００４０】
この実施の形態においては、結像レンズ２２が設けられておらず、リレーレンズ１７で平行光束とされた蛍光はビームスプリッタ１４を透過し、ミラー２８で偏向されて、平行光のまま、図３に示した構成の可変フィルタ装置１０に入射する。蛍光の中にわずかに混じっている励起光は、可変フィルタ装置１０で回折光となって遮光され、蛍光のみが出射ピンホール板６の開口を通過して、光ファイバ２５の端面に入射する。光ファイバ２５、分光ディテクタ２６、演算制御装置２７の構成と作用は、図４に示したものと同じであるので、その説明を省略する。この例においては、出射ピンホール板６が標本２０内の集光点と共役な位置に設けられ、図４におけるピンホール板２３の役割を兼ねている。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の第１の実施の形態である可変フィルタ装置の光学系の概要を示す図である。
【図２】可変フィルタ装置を直列に接続した例を示す図である。
【図３】本発明の第２の実施の形態である可変フィルタ装置の光学系の概要を示す図である。
【図４】本発明の第３の実施の形態であるコンフォーカル顕微鏡の構成の概要を示す図である。
【図５】本発明の第４の実施の形態であるコンフォーカル顕微鏡の構成の概要を示す図である。
【図６】本発明の第５の実施の形態であるコンフォーカル顕微鏡の構成の概要を示す図である。
【符号の説明】
【００４２】
１…可変フィルタ装置、２…入射ピンホール板、３…コリメートレンズ、４…音響光学可変フィルタ、５…集光レンズ、６…出射ピンホール板、７…光ファイバー、１０…可変フィルタ装置、１１…レーザ光源、１２…光ファイバ、１３…コリメータレンズ、１４…ビームスプリッタ、１５…ビームスプリッタ切り替え装置、１６…スキャナ、１７…リレーレンズ、１８…結像レンズ、１９…対物レンズ、２０…標本、２１…顕微鏡ステージ、２２…結像レンズ、２３…ピンホール板、２４…光ファイバ、２５…光ファイバ、２６…分光ディテクタ、２７…演算制御装置、２８…ミラー
【技術分野】
【０００１】
本発明は、可変フィルタ装置及びコンフォーカル顕微鏡に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、顕微鏡による生物の蛍光観察では様々な波長による照明が求められ、複数の波長の光を光源とした顕微鏡を使用するのが一般的である。特に蛍光コンフォーカル顕微鏡では励起光源として波長の異なる複数のレーザを用いて標本を照射し、これから発生した蛍光信号を受光する。
【０００３】
実際には標本からは、蛍光のみではなく励起光の反射光も戻ってくる。励起光に比べて微弱な蛍光を受光するためには、励起光を取り除かなければならない。その方法の一例として、特開２００６−１５３７６３号公報（特許文献１）には、受光部において蛍光コンフォーカル顕微鏡のピンホールを通過した光を分光器により分光し、励起光の波長の光が通過する領域に機械的な遮蔽板を置いて、励起光を遮光する方法が考えられている。この方式は、干渉フィルタなどで励起光を遮光する方式と違い、透過する波長範囲の光量のロスが無い。さらに、回折格子の回転で受光する波長範囲と遮光する波長範囲を可変式にすることができる。
【特許文献１】特開２００６−１５３７６３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、このような方法においては、回折格子などの受光素子周辺の光学部材による散乱の影響で、励起光が遮蔽板で遮蔽されない受光領域に漏れ、励起光が本来入るべきではない受光領域へ入り、フレアとして検出されて信号の品質が低下してしまうことがある。
【０００５】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、励起光を効率良く遮蔽し、蛍光のみを受光することができるコンフォーカル顕微鏡、及びそれに用いるのに好適で、特定波長の光を効率よく遮光することができる可変フィルタ装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記課題を解決するための第１の手段は、光束の入射面に設けられた入射ピンホールと、前記入射ピンホールを通過した光を平行光とするコリメートレンズと、前記平行光を受光し出射する音響光学可変フィルタと、前記音響光学可変フィルタから出射した光を集光する集光レンズと、前記集光レンズの集光点に設けられた出射ピンホールとを有することを特徴とする可変フィルタ装置である。
【０００７】
前記課題を解決するための第２の手段は、前記第１の手段であって、前記入射ピンホールの直径をD1、前記出射ピンホールの直径をD2、前記音響光学可変フィルタでの回折光と０次光の波長をそれぞれλ１、λ０、分離角をθ、前記コリメートレンズの焦点距離をf1、前記集光レンズの焦点距離をf2、前記平行光の直径をD3とするとき、
【数１】
であることを特徴とするものである。
【０００８】
前記課題を解決するための第３の手段は、前記第１の手段又は第２の手段である可変フィルタ装置を直列に接続した可変フィルタ装置である。
【０００９】
前記課題を解決するための第４の手段は、平行光を受光し出射する音響光学可変フィルタと、前記音響光学可変フィルタから出射した光を集光する集光レンズと、前記集光レンズの集光点に設けられた出射ピンホールとを有することを特徴とする可変フィルタ装置である。
【００１０】
前記課題を解決するための第５の手段は、光源からの光を、スキャナを通して走査光に変換して、前記光源と共役な位置に置かれた試料を走査し、前記試料から発生する反射光及び蛍光を、前記スキャナを逆に通すことにより非走査光に変え、前記試料と共役な位置に置かれたピンホールを通して受光装置により受光するコンフォーカル顕微鏡であって、前記第１の手段から第３の手段のいずれかの可変フィルタ装置を有し、前記ピンホールが前記可変フィルタ装置の入射ピンホールであり、前記反射光が、前記可変フィルタ装置で遮光されることを特徴とするコンフォーカル顕微鏡である。
【００１１】
前記課題を解決するための第６の手段は、光源からの光を、スキャナを通して走査光に変換して、前記光源と共役な位置に置かれた試料を走査し、前記試料から発生する反射光及び蛍光を、前記スキャナを逆に通すことにより非走査光に変え、前記試料と共役な位置に置かれたピンホールを通して受光装置により受光するコンフォーカル顕微鏡であって、前記第１の手段から第３の手段のいずれかの可変フィルタ装置を有し、前記ピンホールと前記可変フィルタ装置の入射ピンホールとが光ファイバで結合されており、前記反射光が、前記可変フィルタ装置で遮光されることを特徴とするコンフォーカル顕微鏡である。
【００１２】
前記課題を解決するための第７の手段は、前記第６の手段であって、前記ピンホールが、前記光ファイバの端面で代用されていることを特徴とするものである。
【００１３】
前記課題を解決するための第８の手段は、光源からの光を、スキャナを通して走査光に変換して、前記光源と共役な位置に置かれた試料を走査し、前記試料から発生する反射光及び蛍光を、前記スキャナを逆に通すことにより平行光束の非走査光に変え、前記第４の手段の可変フィルタ装置に入射させ、前記反射光を、当該可変フィルタ装置で遮光し、前記蛍光を前記試料と共役な位置に置かれた当該可変フィルタ装置の出射ピンホールを通して受光装置により受光することを特徴とするコンフォーカル顕微鏡である。
【００１４】
前記課題を解決するための第９の手段は、前記第５の手段から第８の手段のいずれかであって、前記受光装置が、分光ディテクタであることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、励起光を効率良く遮蔽し、蛍光のみを受光することができるコンフォーカル顕微鏡、及びそれに用いるのに好適で、特定波長の光を効率よく遮光することができる可変フィルタ装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態の例を、図を用いて説明する。なお、以下の図においては、前出の図に示された構成要素と同じ構成要素には、同じ符号を付してその説明を省略することがある。
【００１７】
図１は、本発明の第１の実施の形態である可変フィルタ装置の光学系の概要を示す図である。可変フィルタ装置１は、入射ピンホール板２、コリメートレンズ３、音響光学可変フィルタ４（ＡＯＴＦ）、集光レンズ５、及び出射ピンホール板６を有している。
【００１８】
音響光学可変フィルタ４は、交流電圧を印加すると、電気音響効果により内部に音響波が発生し、それにより回折格子と同等の働きを有するもので周知のものである。印加する交流電圧の周波数を変えることにより、回折格子の格子ピッチを変えたのと同等の作用をする。又、異なった周波数の交流電圧を同時に加えることにより、複数の格子ピッチを有する回折格子と同等の作用をさせることができる。
【００１９】
入射ピンホール板２を通過した発散光は、コリメートレンズ３により平行光束に変えられ、音響光学可変フィルタ４に入射する。音響光学可変フィルタ４に所定周波数の電圧を印加することにより回折格子の働きをさせ、回折光が破線で示すように光軸に対して斜め方向に出射するようにし、０次光のみが直進するようにする。音響光学可変フィルタ４を出射した光束は、集光レンズ５によって集光されるが、このとき、直進した０次光は、出射ピンホール板６のピンホールを通過し、可変フィルタ装置１の外部に放出される。回折光は、出射ピンホール板６の板部にあたって遮光され、可変フィルタ装置１の外部には、ほとんど放出されない。
【００２０】
音響光学可変フィルタ４に印加する電圧の周波数を変えることにより、回折光の波長を変えることができるので、所定波長の光をカットしたい場合に、その波長の光が回折するように、印加する電圧の周波数を選定する。このとき、複数の周波数の電圧を音響光学可変フィルタ４に印加することにより、複数の波長の光を回折光として遮光することも可能である。
【００２１】
なお、入射ピンホール板２は、入射光を伝搬する光ファイバ端面に変えることができ、出射ピンホール板６は、出射光を伝搬する光ファイバの端面に変えることができる。特許請求の範囲でいう、「入射ピンホール」、「出射ピンホール」とは、ピンホール板のみに限られず、このような光ファイバ端面をも含むものである。
【００２２】
ここで、入射ピンホール板２の開口の大きさを直径D1、出射ピンホール板６の開口の大きさを直径D2、音響光学可変フィルタ４での回折光と０次光の波長をそれぞれλ１、λ０、分離角をθ、コリメートレンズ３の焦点距離をf1、集光レンズ５の焦点距離をf2、音響光学可変フィルタ４に入射する平行光の直径をD3とする。入射ピンホール板２から出射ピンホール板６への倍率と、出射ピンホール板６でのエアリーディスクサイズを考慮すると、回折光と０次光のスポット径はそれぞれ、
【数２】
であり、０次光に対する回折光の像高は、
f2×tanθ
である。よって、０次光が出射ピンホールを通過するためには、
【数３】
である必要があり、又、出射ピンホール板６で、回折光が出射ピンホールを通過しないで遮蔽されるためには、
【数４】
である必要がある。これらより、
【数５】
であれば、取り除きたい波長の回折光と、それ以外の０次光を、良く分離し、且つ、０次光を効率よく通過させることができる。
【００２３】
可変フィルタ装置１を１個だけ用いただけでは、内部での迷光の影響等により回折光と０次光の分離が完全でない場合には、可変フィルタ装置１を直列に複数接続することにより、回折光と０次光の分離度を高めることができる。図２は、可変フィルタを直列に接続した例を示す図である。図２（ａ）においては、前段の可変フィルタ装置１の出射ピンホール板６と後段の可変フィルタ装置１の入射ピンホール板２を共用させて、可変フィルタ装置１を直列に接続している。図２（ｂ）においては、前段の可変フィルタ装置１の出射ピンホール板６の開口部から出射する光を光ファイバー７で受光し、光ファイバー７からの出射光を、後段の可変フィルタ装置１の入射ピンホール板２に入射させている。この場合、光ファイバー７自身を開口として使用することにより、前段の可変フィルタ装置１の出射ピンホール板６と後段の可変フィルタ装置１の入射ピンホール板２の少なくとも一方を無くしてもよい。光ファイバー７は、光を伝達するだけの役目を負っているだけなので、マルチモードの光ファイバを使用することができ、光がコヒーレントの光である必要はない。
【００２４】
図２においては、２個の可変フィルタ装置１を直列に接続しているが、３個以上の可変フィルタ装置１の場合でも同様に直列に接続できる。その場合、１部を図２（ａ）のように、他の１部を図２（ｂ）のように接続してもかまわない。
【００２５】
図３は、本発明の第２の実施の形態である可変フィルタの光学系の概要を示す図である。この実施の形態は、図１に示した実施の形態に比較して入射ピンホール板２とコリメートレンズ３が無いことが異なっているのみである。この実施の形態においては、光軸に平行な平行光束を入射光として音響光学可変フィルタ４に対して入射させる必要がある。その他の構成要素の働きは図１に示した実施の形態と同じであるので、その説明を省略する。
【００２６】
図４は、本発明の第３の実施の形態であるコンフォーカル顕微鏡の構成の概要を示す図である。レーザ光源１１から放出された光は、光ファイバ１２により伝達され、その端面から点光源となって放出される。そして、コリメータレンズ１３により平行光束とされ、ビームスプリッタ１４で反射されて、スキャナ１６により走査光に変えられる。なお、本実施の形態においては、レーザ光源１１から放出される励起光（照射光）や、標本２０から放出される蛍光の波長に合わせてビームスプリッタ１４を変更できるように、ビームスプリッタ切り替え装置１５が設けられている。
【００２７】
スキャナ１６で走査光に変えられた光は、リレーレンズ１７、結像レンズ１８、対物レンズ１９を介して、点光源の像を、点光源と共役な位置におかれた標本２０（試料）内に結像する。すなわち、励起光として標本２０を点照明する。標本２０は、顕微鏡ステージ２１の上に載置されている。
【００２８】
これにより標本２０からは、励起光の反射光と蛍光が発生する。これらの光は、対物レンズ１９、結像レンズ１８、リレーレンズ１７を通って平行光束とされ、スキャナ１６に入射して非走査の平行光束とされる。そして、ビームスプリッタ１４に入射し、励起光の大部分は反射され、ごく一部の励起光と蛍光がビームスプリッタ１４を透過する。ビームスプリッタ１４を透過した光は、結像レンズ２２により、ピンホール板２３の開口部に集光される。ピンホール板２３は、標本２０内の光の集光点と共役な位置（点光源とも共役な面）におかれているため、標本２０内の光の集光点より上方、下方から発する光は、ピンホール板２３の開口部を通過することができない。よって、標本２０の深さ方向の分機能がよい顕微鏡装置とすることができる。すなわち、ピンホール板２３は、標本２０の深さ方向の分解能を発生させる役割を果たしている。
【００２９】
ピンホール板２３の開口部を通過した光は、光ファイバ２４に入射し、可変フィルタ装置１に導かれる。この例においては、光ファイバ２４の端面を、図１に示した入射ピンホール板２の開口部に代用しているので入射ピンホール板２を設けていないが、もちろん入射ピンホール板２を設け、入射ピンホール板２の開口部に光ファイバ２４の端面からの光を入射させるようにしてもよい。
【００３０】
可変フィルタ装置１においては、励起光が回折光として遮光されるように音響光学可変フィルタ４に印加される電圧の周波数が決定されている。よって、ビームスプリッタ１４を透過した極わずかの励起光のほとんどが、可変フィルタ装置１により遮光され、可変フィルタ装置１の外部にはほとんど放出されない。一方、蛍光は０次光となって、集光レンズ５により光ファイバ２５の端面に集光される。この例においては、光ファイバ２５の端面を、図１に示した出射ピンホール板６の開口部の代わりに使用し、出射ピンホール板６を設けていないが、もちろん出射ピンホール板６を設け、出射ピンホール板６の開口部を通過した光を、光ファイバ２５の端面に入射させるようにしてもよい。
【００３１】
光ファイバ２５で導かれた光は、分光ディテクタ２６に入射する。分光ディテクタ２６は、特許文献１に記載されているようなものであるが、分光器とＣＣＤアレイのような１次元リニアセンサを有し、分光器で分光された光を１次元リニアセンサの各部分で受けて、波長毎の光強度（分光強度）を測定可能なものである。この実施の形態においては、蛍光に相当する波長域の分光強度を測定し、励起光に相当する波長の光強度は遮光板により遮光するようにしている。
【００３２】
分光ディテクタ２６の出力は、演算制御装置２７に入力される。演算制御装置２７は、蛍光に相当する波長毎に、その強度と、スキャナ１６の駆動データを演算して、蛍光に相当する波長毎の２次元画像を形成し、図示しない表示装置に表示する。
【００３３】
本実施の形態によれば、分光ディテクタ２６中において、励起光が迷光となって、他の波長域を測定する１次元リニアセンサの領域に入り込むことがあっても、その前に、可変フィルタ装置１の働きにより、励起光の強度は非常に弱いものとなっているので、従来の装置に比べて、励起光がノイズ（フレア）となる量を非常に小さくすることができる。
【００３４】
なお、この実施の形態では、分光ディテクタ２６を設けることにより、複数波長の蛍光による画像をそれぞれ同時に採取していたが、単一波長範囲の蛍光による画像を形成する場合には、分光ディテクタ２６の代わりに光センサを用いればよい。
【００３５】
なお、レーザ光源１１を交換して励起光の波長を変更したような場合には、ビームスプリッタ切り替え装置１５を作動させてビームスプリッタ１４を切り替えると共に、可変フィルタ装置１の音響光学可変フィルタ４に印加する電圧の周波数を変えて、変更後の波長の励起光が回折光となるようにする。また、ビームスプリッタ１４としては、ダイクロイックミラーを使用するのが一般的であるが、本実施の形態においては、可変フィルタ装置１において、励起光と蛍光の分離が効率よくできるような場合には、ビームスプリッタ１４としてハーフミラーを使用してもよい。
【００３６】
この実施の形態においては、レーザ光源１１〜ピンホール板２３までのコンフォーカル顕微鏡本体部と、可変フィルタ装置１とを分離することができるので、それぞれをユニット化することにより、設計の自由度が高まり、全体の小型化、簡略化等を図ることができる。
【００３７】
図５は、本発明の第４の実施の形態であるコンフォーカル顕微鏡の構成の概要を示す図である。この実施の形態は、図４に示す実施の形態とは、レーザ光源１１〜結像レンズ２２までの構成が全く同じであるので、この部分の説明を省略する。
【００３８】
この実施の形態においては、結像レンズ２２の集光点に可変フィルタ装置１の入射ピンホール板２が設けられており、レーザ光源１１〜結像レンズ２２までのコンフォーカル顕微鏡本体部に可変フィルタ装置１が直結されたような構成となっている。この構成においては、入射ピンホール板２が、図４に示したピンホール板２３を兼ねている。可変フィルタ装置１、光ファイバ２５、分光ディテクタ２６、演算制御装置２７の構成と作用は、図４に示したものと同じであるので、その説明を省略する。
【００３９】
図６は、本発明の第５の実施の形態であるコンフォーカル顕微鏡の構成の概要を示す図である。この実施の形態は、図４に示す実施の形態とは、レーザ光源１１〜スキャナ１６までの構成が全く同じであるので、この部分の説明を省略する。
【００４０】
この実施の形態においては、結像レンズ２２が設けられておらず、リレーレンズ１７で平行光束とされた蛍光はビームスプリッタ１４を透過し、ミラー２８で偏向されて、平行光のまま、図３に示した構成の可変フィルタ装置１０に入射する。蛍光の中にわずかに混じっている励起光は、可変フィルタ装置１０で回折光となって遮光され、蛍光のみが出射ピンホール板６の開口を通過して、光ファイバ２５の端面に入射する。光ファイバ２５、分光ディテクタ２６、演算制御装置２７の構成と作用は、図４に示したものと同じであるので、その説明を省略する。この例においては、出射ピンホール板６が標本２０内の集光点と共役な位置に設けられ、図４におけるピンホール板２３の役割を兼ねている。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の第１の実施の形態である可変フィルタ装置の光学系の概要を示す図である。
【図２】可変フィルタ装置を直列に接続した例を示す図である。
【図３】本発明の第２の実施の形態である可変フィルタ装置の光学系の概要を示す図である。
【図４】本発明の第３の実施の形態であるコンフォーカル顕微鏡の構成の概要を示す図である。
【図５】本発明の第４の実施の形態であるコンフォーカル顕微鏡の構成の概要を示す図である。
【図６】本発明の第５の実施の形態であるコンフォーカル顕微鏡の構成の概要を示す図である。
【符号の説明】
【００４２】
１…可変フィルタ装置、２…入射ピンホール板、３…コリメートレンズ、４…音響光学可変フィルタ、５…集光レンズ、６…出射ピンホール板、７…光ファイバー、１０…可変フィルタ装置、１１…レーザ光源、１２…光ファイバ、１３…コリメータレンズ、１４…ビームスプリッタ、１５…ビームスプリッタ切り替え装置、１６…スキャナ、１７…リレーレンズ、１８…結像レンズ、１９…対物レンズ、２０…標本、２１…顕微鏡ステージ、２２…結像レンズ、２３…ピンホール板、２４…光ファイバ、２５…光ファイバ、２６…分光ディテクタ、２７…演算制御装置、２８…ミラー
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光束の入射面に設けられた入射ピンホールと、前記入射ピンホールを通過した光を平行光とするコリメートレンズと、前記平行光を受光し出射する音響光学可変フィルタと、前記音響光学可変フィルタから出射した光を集光する集光レンズと、前記集光レンズの集光点に設けられた出射ピンホールとを有することを特徴とする可変フィルタ装置。
【請求項２】
請求項１に記載の可変フィルタ装置であって、前記入射ピンホールの直径をD1、前記出射ピンホールの直径をD2、前記音響光学可変フィルタでの回折光と０次光の波長をそれぞれλ１、λ０、分離角をθ、前記コリメートレンズの焦点距離をf1、前記集光レンズの焦点距離をf2、前記平行光の直径をD3とするとき、
【数１】
であることを特徴とする可変フィルタ装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の可変フィルタ装置を直列に接続した可変フィルタ装置。
【請求項４】
平行光を受光し出射する音響光学可変フィルタと、前記音響光学可変フィルタから出射した光を集光する集光レンズと、前記集光レンズの集光点に設けられた出射ピンホールとを有することを特徴とする可変フィルタ装置。
【請求項５】
光源からの光を、スキャナを通して走査光に変換して、前記光源と共役な位置に置かれた試料を走査し、前記試料から発生する反射光及び蛍光を、前記スキャナを逆に通すことにより非走査光に変え、前記試料と共役な位置に置かれたピンホールを通して受光装置により受光するコンフォーカル顕微鏡であって、請求項１から請求項３のうちいずれか１項に記載の可変フィルタ装置を有し、前記ピンホールが前記可変フィルタ装置の入射ピンホールであり、前記反射光が、前記可変フィルタ装置で遮光されることを特徴とするコンフォーカル顕微鏡。
【請求項６】
光源からの光を、スキャナを通して走査光に変換して、前記光源と共役な位置に置かれた試料を走査し、前記試料から発生する反射光及び蛍光を、前記スキャナを逆に通すことにより非走査光に変え、前記試料と共役な位置に置かれたピンホールを通して受光装置により受光するコンフォーカル顕微鏡であって、請求項１から請求項３のうちいずれか１項に記載の可変フィルタ装置を有し、前記ピンホールと前記可変フィルタ装置の入射ピンホールとが光ファイバで結合されており、前記反射光が、前記可変フィルタ装置で遮光されることを特徴とするコンフォーカル顕微鏡。
【請求項７】
前記ピンホールが、前記光ファイバの端面で代用されていることを特徴とする請求項６に記載のコンフォーカル顕微鏡。
【請求項８】
光源からの光を、スキャナを通して走査光に変換して、前記光源と共役な位置に置かれた試料を走査し、前記試料から発生する反射光及び蛍光を、前記スキャナを逆に通すことにより平行光束の非走査光に変え、請求項４に記載の可変フィルタ装置に入射させ、前記反射光を、当該可変フィルタ装置で遮光し、前記蛍光を前記試料と共役な位置に置かれた当該可変フィルタ装置の出射ピンホールを通して受光装置により受光することを特徴とするコンフォーカル顕微鏡。
【請求項９】
前記受光装置が、分光ディテクタであることを特徴とする請求項５から請求項８のうちいずれか１項に記載のコンフォーカル顕微鏡。
【請求項１】
光束の入射面に設けられた入射ピンホールと、前記入射ピンホールを通過した光を平行光とするコリメートレンズと、前記平行光を受光し出射する音響光学可変フィルタと、前記音響光学可変フィルタから出射した光を集光する集光レンズと、前記集光レンズの集光点に設けられた出射ピンホールとを有することを特徴とする可変フィルタ装置。
【請求項２】
請求項１に記載の可変フィルタ装置であって、前記入射ピンホールの直径をD1、前記出射ピンホールの直径をD2、前記音響光学可変フィルタでの回折光と０次光の波長をそれぞれλ１、λ０、分離角をθ、前記コリメートレンズの焦点距離をf1、前記集光レンズの焦点距離をf2、前記平行光の直径をD3とするとき、
【数１】
であることを特徴とする可変フィルタ装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の可変フィルタ装置を直列に接続した可変フィルタ装置。
【請求項４】
平行光を受光し出射する音響光学可変フィルタと、前記音響光学可変フィルタから出射した光を集光する集光レンズと、前記集光レンズの集光点に設けられた出射ピンホールとを有することを特徴とする可変フィルタ装置。
【請求項５】
光源からの光を、スキャナを通して走査光に変換して、前記光源と共役な位置に置かれた試料を走査し、前記試料から発生する反射光及び蛍光を、前記スキャナを逆に通すことにより非走査光に変え、前記試料と共役な位置に置かれたピンホールを通して受光装置により受光するコンフォーカル顕微鏡であって、請求項１から請求項３のうちいずれか１項に記載の可変フィルタ装置を有し、前記ピンホールが前記可変フィルタ装置の入射ピンホールであり、前記反射光が、前記可変フィルタ装置で遮光されることを特徴とするコンフォーカル顕微鏡。
【請求項６】
光源からの光を、スキャナを通して走査光に変換して、前記光源と共役な位置に置かれた試料を走査し、前記試料から発生する反射光及び蛍光を、前記スキャナを逆に通すことにより非走査光に変え、前記試料と共役な位置に置かれたピンホールを通して受光装置により受光するコンフォーカル顕微鏡であって、請求項１から請求項３のうちいずれか１項に記載の可変フィルタ装置を有し、前記ピンホールと前記可変フィルタ装置の入射ピンホールとが光ファイバで結合されており、前記反射光が、前記可変フィルタ装置で遮光されることを特徴とするコンフォーカル顕微鏡。
【請求項７】
前記ピンホールが、前記光ファイバの端面で代用されていることを特徴とする請求項６に記載のコンフォーカル顕微鏡。
【請求項８】
光源からの光を、スキャナを通して走査光に変換して、前記光源と共役な位置に置かれた試料を走査し、前記試料から発生する反射光及び蛍光を、前記スキャナを逆に通すことにより平行光束の非走査光に変え、請求項４に記載の可変フィルタ装置に入射させ、前記反射光を、当該可変フィルタ装置で遮光し、前記蛍光を前記試料と共役な位置に置かれた当該可変フィルタ装置の出射ピンホールを通して受光装置により受光することを特徴とするコンフォーカル顕微鏡。
【請求項９】
前記受光装置が、分光ディテクタであることを特徴とする請求項５から請求項８のうちいずれか１項に記載のコンフォーカル顕微鏡。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２００８−２９９２０７（Ｐ２００８−２９９２０７Ａ）
【公開日】平成２０年１２月１１日（２００８．１２．１１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−１４７０８７（Ｐ２００７−１４７０８７）
【出願日】平成１９年６月１日（２００７．６．１）
【出願人】（０００００４１１２）株式会社ニコン (12,601)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年１２月１１日（２００８．１２．１１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年６月１日（２００７．６．１）
【出願人】（０００００４１１２）株式会社ニコン (12,601)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]