JP2007183111A

JP2007183111A - 光強度検出装置とこれを有する光学装置、顕微鏡

Info

Publication number: JP2007183111A
Application number: JP2006000180A
Authority: JP
Inventors: Tadashi Uchida; 忠打田
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 2006-01-04
Filing date: 2006-01-04
Publication date: 2007-07-19

Abstract

【課題】ＡＯＴＦのフレアーの影響を受けない光強度検出装置とこれを有する光源装置、顕微鏡を提供すること。
【解決手段】光源Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３から射出された光の光路に配設された音響光学素子３２と、前記音響光学素子３２から射出された光の光路に配設され、前記光の一部を分岐する分岐光学素子１８と、前記分岐された光の強度を検出する光検出器２０と、前記音響光学素子１９と前記光検出器２０の間の光路に配設された偏光子１９とを有する光強度検出装置３とこの光強度検出装置３を有する光源装置１およびレーザー顕微鏡２。
【選択図】図１

Description

本発明は、光学装置における光強度検出装置に関する。

従来、レーザー光源からの光を音響光学素子（以後、本明細書中ではＡＯＴＦと記す）で特定の波長を選択すると同時にレーザー光の強度を調節し、光路中に配設された分離ミラーによって一部のレーザー光を分離してレーザー光の光強度を光検強度検出器で光強度を検出することが知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００３−９０７０４号公報

しかしながら、特許文献１に開示されている構成の光強度検出では、ＡＯＴＦを通過したレーザー光の一部はＡＯＴＦで散乱されてレーザー光の周りに同心円状に広がる（以後、フレアーと記す）。このフレアーはＡＯＴＦに加える電圧に係わらずほぼ一定である。この結果、ＡＯＴＦに加える電圧をゼロにしてもフレアーのために光強度検出器の出力値はゼロとならず正確なレーザー光の光強度を検出することが困難であるという問題がある。

本発明は、上記課題に鑑みて行われたものであり、ＡＯＴＦのフレアーの影響を受けない光強度検出装置とこれを有する光源装置、顕微鏡を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は、光源から射出された光の光路に配設された音響光学素子と、前記音響光学素子から射出された光の光路に配設され、前記光の一部を分岐する分岐光学素子と、前記分岐された光の強度を検出する光検出器と、前記音響光学素子と前記光検出器の間の光路に配設された偏光子とを有することを特徴とする光強度検出装置を提供する。

また、本発明は、前記光強度検出装置を有する顕微鏡を提供する。

また、本発明は、前記光強度検出装置を有する光源装置を提供する。

また、本発明は、前記光源装置を有する顕微鏡を提供する。

本発明によれば、ＡＯＴＦのフレアーの影響を受けない光強度検出装置とこれを有する光源装置、顕微鏡を提供することができる。

以下、本発明の実施の形態に関し図面を参照しつつ説明する。

（第１実施の形態）
図１は、本発明に係る光強度検出器装置を有する光源装置とこの光源装置からのレーザー光を照明光として用いるレーザー顕微鏡を示す。

図１において、１は複数のレーザー光源Ｌ１、Ｌ２，Ｌ３を有する光源装置である。２は光源装置１から射出されたレーザー光を用いて標本を観察するレーザー顕微鏡である。

光源装置１は、複数のレーザー光源Ｌ１．Ｌ２、Ｌ３を有している。レーザー光源Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３は射出するレーザー光の波長がそれぞれ異なっている。なお、レーザー光源の数は３個に限定されるものではない。レーザー光源Ｌ１から射出されたレーザー光は、ダイクロイックミラー１７を透過してＡＯＴＦ３２に入射する。また、レーザー光源Ｌ２から射出されたレーザー光はダイクロイックミラー１６でダイクロイックミラー１７方向に反射されダイクロイックミラー１７で反射され、レーザー光源Ｌ１と同一の光軸とされてＡＯＴＦ３２に入射する。また、レーザー光源Ｌ３から射出されたレーザー光は、ダイクロイックミラー１５でダイクロイックミラー１６方向に反射され、ダイクロイックミラー１６を透過してダイクロイックミラー１７で反射され、レーザー光源Ｌ１と同一の光軸とされてＡＯＴＦ３２に入射する。この様にして、レーザー光源Ｌ１、Ｌ２，Ｌ３それぞれから射出されたレーザー光は、同一の光軸上を進行する。レーザー光源Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３とダイクロイックミラー１７、１６、１５のそれぞれの間の光路にはシャッター１３、１２、１１が配設され、不図示の制御装置によってＡＯＴＦ３２に入射するレーザ光源が選択される。

ＡＯＴＦ３２に入射したレーザー光は、不図示の制御装置からの信号に基づきレーザー光の光強度がＡＯＴＦ３２で調節されて分岐光学素子１８に入射する。分岐光学素子１８は入射したレーザー光の一部を反射し、その他を透過する特性を有している。分岐光学素子１８には、ガラス板が用いられるが反射強度が調整されたハーフミラーであっても良い。分岐光学素子１８で反射されたレーザー光は、ＡＯＴＦ３２で発生したフレアーを除去するために設けられた偏光子１９に入射して透過し光検出器２０に入射して、レーザー光の光強度が検出される。偏光子１９の偏光方向は、ＡＯＴＦ３２を射出したレーザー光と同一の方向に設定されている。上記のＡＯＴＦ３２、分岐光学素子１８、偏光子１９、および光検出器２０で光強度検出装置３が構成されいる。

分岐光学素子１８を透過したレーザー光は、シャッター１４を介してファイバーカップリング２１に入射する。シャッター１４は、不図示の制御装置で開閉が制御される。この様にして、光源装置１が構成されている。

光源装置１のファイバーカップリング２１に接続された光ファイバー３１は、レーザー顕微鏡２の照明光学系のファイバーカップリング４１に接続され、レーザー顕微鏡２０の光源として使用される。ファイバーカップリング４１から射出したレーザー光は、コリメータレンズ２２で略平行光にされダイクロイックミラー２５で対物レンズ２３方向に反射され、ＸＹスキャナー２６に入射し、対物レンズ２３で標本２７上に集光される。レーザー光はＸＹスキャナー２６で二次元走査されるので、結果的に標本２７上をＸＹ二次元方向に走査することができる。

標本２７で反射されたレーザー光は、対物レンズ２３で集光されＸＹスキャナー２６でデスキャンされてダイクロイックミラー２５を透過して集光レンズ２４でピンホール２８に結像される。ピンホール２８を透過した光は光検出器２９で検出され、不図示の画像処理装置で処理された後不図示のモニターに表示されて観察される。この様にしてレーザー顕微鏡２が構成されている。なお、レーザー顕微鏡２はダイクロイックミラー２５をダイクロイックミラーと蛍光フィルターが組み合わされたフィルターセットと交換することによって標本２７からの蛍光を観察することも可能である。

光強度検出装置３のＡＯＴＦ３２は、不図示の制御装置から加えられる信号の周波数によって波長を、電圧によって通過するレーザー光の光量を変えることができる。また、ＡＯＴＦ３２に入射するレーザー光は直線偏光であることが必要である。

ＡＯＴＦ３２を通過後のレーザー光は入射レーザー光に対して偏光方向が９０度回転した直線偏光となっている。ＡＯＴＦ３２を透過したレーザー光は、０次光と１次光に分かれるが、光量を調節したり波長を選択したりできるのは１次光であり、この１次光が分岐光学素子１８に向け入射されて照明光として使用される。０次光は図示しない遮光板で遮光され分岐光学素子１８には入射しないように構成されている。

ＡＯＴＦ３２は、結晶の回折を利用しており散乱光による１次光の光軸を中心とする同心円状のフレアーが発生する。このフレアーは、無偏光の光でありＡＯＴＦ３２に加える電圧によらず一定量発生し、レーザー光を最小にする電圧を加えてもフレアーは消えずに残っている。この結果、フレアーは分岐光学素子１８で反射されて光検出器２０に入射して検出されてしまい正確なレーザー光の光強度を測定することが難しくなる。なお、ファイバーカップリング２１における入射レーザー光の径は小さく、あるいは光ファイバー３１の径が小さく、光軸を中心として同心円状に発生するフレアーの径は大きいため、フレアーがファイバーカップリング２１の入射端面、あるいは光ファイバー３１の入射端面に入射することは無い。

本発明に係る光強度検出装置３は、分岐光学素子１８と光検出器２０との間に偏光子１９を配設している。偏光子１９の偏光方向は分岐光学素子１８で反射されたレーザー光の偏光方向と同一な方向に設定されているため、レーザー光を透過し無偏光のフレアーを遮光することができる。この結果、光検出器２０にフレアーが入射することを防止することができＡＯＴＦ３２に加える電圧を最小にしてレーザー光をゼロにすれば光検出器２０で検出する光強度もゼロとなりレーザー光の正確な光強度を検出することが可能となる。なお、偏光子１９は、ＡＯＴＦ３２と分岐光学素子１８との間に配設することも可能であるが、このときは偏光子１９を光路中に挿入したことによるレーザー光の光量低下があることを考慮する必要がある。しかし、レーザー光源に十分な光量があるときは、ファイバーカップリング２１方向に向かうレーザー光のフレアーもカットできるので好ましい。

また、分岐光学素子１８とファイバーカップリング２１との間にシャッター１４を設けてあり、レーザー光の光量調節時にはシャッター１４を閉じてＡＯＴＦ３２に加える電圧を調整することができる。調整後シャッター１４を開放にてレーザー光をファイバーカップリング２１に入射して光ファイバー３１を介してレーザー顕微鏡２の照明光として使用することができる。また、光検出器２０の出力を不図示の制御装置に導き、光検出器２０の出力値が一定となるようにＡＯＴＦ３２に加える電圧を制御することで、レーザー光源の出力変動があってもファイバーカップリング２１方向に出射するレーザー光の強度を一定に維持することが可能になり、例えばタイムラプス測定などの長時間測定の光源として使用することが可能になる。

また、分岐光学素子１８で分岐されたレーザー光の光強度（光検出器２０の検出強度）と標本２７に照射される光強度（別の光検出器で測定された光強度）との相関関係を予め測定しておくことで、光検出器２０の出力値から換算して標本２７に照射されるレーザー光の光強度を表示することが可能になる。

この様に、本発明に係る光強度検出装置３によれば、ＡＯＴＦ３２で発生するフレアーをカットしてレーザー光のみを光検出器２０に入射することができるので、正確なレーザー光の光強度の測定が可能になる。また、光強度検出装置３を内蔵することで、光検出器２０の信号を用いて正確な光強度のレーザー光を長時間維持することができタイムラプス等に好適な光源装置１を構成することが可能になる。また、光源装置１をレーザー顕微鏡２の光源として用いることで、正確な光強度のレーザー光を標本に照射することが可能になる。

（第２実施の形態）
図２は、本発明に係る光強度検出装置を内蔵するレーザー顕微鏡と光源装置の概略構成図である。第１実施の形態と同様の構成には同じ符号を付し説明を省略する。

図２において、光源装置１０１は第１実施の形態において光強度検出装置３を除いたものでありその他の構成は第１実施の形態と同様であり説明を省略する。

光源装置１０１からの選択されたレーザー光は、光ファイバー３１とファイバーカップリング４１を介してレーザー顕微鏡１０２の照明光学系に入射される。ファイバーカップリング４１を射出したレーザー光は、コリメータレンズ２２で略平行光にされて
ＡＯＴＦ３２に入射される。ＡＯＴＦ３２でレーザー光の光強度が調節されて分岐光学素子１８方向に射出され、分岐光学素子１８で一部が反射されて、偏光子１９を通過して光検出器２０に入射する。分岐光学素子１８を透過したレーザー光は、ダイクロイックミラー２５に入射して対物レンズ２３方向に反射され、ＸＹスキャナー２６を介して対物レンズ２３に入射し標本２７に集光される。その他の構成は、第１実施の形態と同様であり説明を省略する。光強度検出装置３の作用および効果は第１実施の形態と同様である。

本第２実施の形態では、光強度検出装置３がレーザー顕微鏡１０２に内蔵されているので、光源装置１０１を色々交換して使用することが可能であり、レーザー光源の波長等を種々選択することができる。したがって、一般的な光源装置をレーザー顕微鏡に取り付けるだけで正確なレーザー光の光強度が測定可能な顕微鏡が得られる。

（第３実施の形態）
図３は、本発明に係る光強度検出装置を内蔵するレーザー顕微鏡の概略構成図である。第１実施の形態と同様の構成には同じ符号を付し説明を省略する。本第３実施の形態では、光源装置もレーザー顕微鏡に内蔵されており、顕微鏡と光源装置が一体となった構成となっている。

図３において、レーザー光源Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３からシャッター１４までの構成は第１実施の形態の光源装置１と同様である。光強度検出装置３は、ダイクロイックミラー１７とシャッター１４との間の光路に配設され、第１実施の形態と同様の作用をしている。

シャッター１４を出射したレーザー光は、レーザー顕微鏡１００の照明光学系のコリメータレンズ４２でピンホール４３に集光される。ピンホール４３に集光されたレーザー光は、集光レンズ２２で略平行光にされてダイクロイックミラー２５に入射する。その他の構成は第１実施の形態と同様であり説明を省略する。この様にしてレーザー顕微鏡１００が構成されている。光強度検出装置３の作用および効果は第１実施の形態と同様である。

本第３実施の形態では、光検出装置３および光源装置をレーザー顕微鏡１００内蔵するレーザー顕微鏡システムを構成することができる。レーザー顕微鏡１００の制御装置を介して標本に照射するレーザー光の強度等を制御することが可能である。さらにタイムラプス等の長時間測定において光強度の安定したレーザー光を供給することができる。また、コンフォーカル顕微鏡にも適用可能である。また、本発明では、光検出器の受光面の大きさが入射光のスポット径に対して十分に大きい場合、特に有効である。

なお、上述の実施の形態は例に過ぎず、上述の構成や形状に限定されるものではなく、本発明の範囲内において適宜修正、変更が可能である。

本発明に係る光強度検出装置を有し第１実施の形態の光源装置およびレーザー顕微鏡の概略構成図を示す。本発明に係る光強度検出装置を有し第２実施の形態のレーザー顕微鏡および光源装置の概略構成図を示す。本発明に係る光強度検出装置を有し第３実施の形態のレーザー顕微鏡および光源装置の概略構成図を示す。

符号の説明

１、１０１光源装置
２，１００、１０２レーザー顕微鏡
１１、１２、１３、１４シャッター
１５，１６，１７，２５ダイクロイックミラー
１８分岐光学素子
１９偏光子
２０光検出器
２１、４１ファイバーカップリング
２２コリメータレンズ
２４、４２集光レンズ
２３対物レンズ
２６ＸＹスキャナー
２７標本
２８、４３ピンホール
２９光検出器
３１光ファイバー
３２音響光学素子（ＡＯＴＦ）
Ｌ１、Ｌ２，Ｌ３レーザー光源

Claims

光源から射出された光の光路に配設された音響光学素子と、
前記音響光学素子から射出された光の光路に配設され、前記光の一部を分岐する分岐光学素子と、
前記分岐された光の強度を検出する光検出器と、
前記音響光学素子と前記光検出器の間の光路に配設された偏光子とを有することを特徴とする光強度検出装置。
前記偏光子は、前記光検出器と前記分岐光学素子の間に設けられることを特徴とする請求項１に記載の光強度検出装置。
前記偏光子の偏光方向と前記音響光学素子の射出光の偏光方向とが一致していることを特徴とする請求項１または２に記載の光強度検出装置。
請求項１から３のいずれか１項に記載の光強度検出装置を有する顕微鏡。
請求項１から３のいずれか１項に記載の光強度検出装置を有する光源装置。
請求項５に記載の光源装置を有する顕微鏡。