JP2020030378A - 光切替器および観察装置 - Google Patents
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Abstract
Description
項1.
対物レンズを介して試料の互いに異なる複数の断面に光を照射することにより、該複数の断面を並行して観察する観察装置に適用され、光源からの光を、前記対物レンズを通過した場合の焦点位置が互いに異なる複数の光に変換し、前記複数の光を順次切り替えながら前記対物レンズに出射する光切替器であって、
前記光源からの光を分割して複数の光路に案内する、または、前記光源からの光を前記複数の光路のいずれかに切り替え可能に案内する第1の案内部と、
前記複数の光路に案内された光の発散角および光軸の少なくともいずれかを、前記光路ごとに異ならせる変調部と、
前記複数の光路に案内された光の各々を、前記光切替器の出射部に案内する第2の案内部と、
光が前記第1の案内部から前記第2の案内部へ到達可能な光路を、前記複数の光路から選択する選択部と、
を備えたことを特徴とする光切替器。
項2.
前記第1の案内部は、前記光源からの光を分割して複数の光路に案内するビームスプリッタであり、
前記選択部は、前記複数の光路のうち1の光路を切り替え可能に選択し、当該1の光路以外の光路を遮断するチョッパーであることを特徴とする項1に記載の光切替器。
項3.
前記第1の案内部は、前記光源からの光を、偏光方向に応じて前記複数の光路のいずれかに切り替え可能に案内する偏光ビームスプリッタであり、
前記選択部は、前記偏光ビームスプリッタの上流側に設けられ、前記光源からの光を、偏光方向の互いに異なる複数の偏光に切り替え可能に偏光する電気光学位相変調器であることを特徴とする項1に記載の光切替器。
項4.
試料の互いに異なる複数の断面を並行して観察する観察装置であって、
前記試料内の分子または構造を可視化するための光を発生する励起光源と、
前記光を光軸に交差する方向に走査する走査部と、
前記光を前記試料内に収束させる対物レンズと、
前記励起光源と前記対物レンズとの間に設けられ、前記励起光源からの光を、前記対物レンズを通過した場合の焦点位置が互いに異なる複数の光に変換し、前記複数の光を順次切り替えながら前記対物レンズに出射する光切替器と、
前記光の照射によって発生した信号光を検出する検出部と、
を備え、
前記光切替器は、項1から3のいずれかに記載の光切替器であることを特徴とする観察装置。
項5.
前記光切替器は、前記走査部が前記複数の断面の各々の走査を完了する度に、前記複数の光を切り替えることを特徴とする項4に記載の観察装置。
項6.
前記光切替器は、前記検出部が前記複数の断面の各々の1ピクセルの前記信号光を検出する度に、前記複数の光を切り替えることを特徴とする項4に記載の観察装置。
項7.
前記分子は、カルシウム蛍光プローブであり、
前記光は、前記カルシウム蛍光プローブを誘起するレーザ光であることを特徴とする項4から6のいずれかに記載の観察装置。
(全体構成)
図1は、本発明の第1の実施形態に係る観察装置100の全体構成を示す概略図である。観察装置100は、生体である試料Sの互いに異なる複数の断面を並行して観察するレーザ走査型顕微鏡であり、励起光源1と、光切替器2と、チューブレンズ3,4と、y走査部5と、x走査部6と、走査レンズ7と、チューブレンズ8と、ダイクロックミラー9と、z走査部10と、検出レンズ11と、検出部20とを備えている。本実施形態では、観察装置100は、試料Sの互いに深さの異なる2つの断面を並行して観察することができる。なお、本明細書において、「並行して」とは、「ほぼ同時に」を意味する。
図2は、光切替器2の具体的な構成を示す図である。光切替器2は、ビームスプリッタ(第1の案内部)2aと、2つのミラー2b,2cと、2つの空間光変調器(変調部)2e,2fと、ビームスプリッタ(第2の案内部)2dと、チョッパー(選択部)2gとを備えている。
図5(a)は、光B1,B2の切り替えのタイミングを示す図であり、図5(b)は、断面P1,P2における走査のタイミングを示す図である。上述のように、光切替器2から出射される光B1,B2の切り替え周期が30Hzであるため、図5(a)に示すように、試料Sに照射される光B1,B2は、1/30sごとに切り替わる。また、図5(b)に示すように、光B1が照射されている間に、断面P1の走査が行われ、光B2が照射されている間に、断面P2の走査が行われる。すなわち、光切替器2は、y走査部5およびx走査部6が2つの断面P1,P2の各々の走査を完了する度に、光B1,B2を切り替える。これにより、断面P1,P2それぞれの2次元画像を、15fpsのフレームレートで取得することができる。
上述のように、本実施形態に係る光切替器2では、励起光源1からの光Bをビームスプリッタ2aによって光B1,B2に分割して2つの光路に案内し、光B1,B2の発散角を空間光変調器2e,2fによって互いに異ならせて、ビームスプリッタ2dによって光B1,B2を光切替器2の出射部に案内している。さらに、光切替器2は、チョッパー2gによって、光B1,B2のいずれかを遮断することにより、光がビームスプリッタ2aからビームスプリッタ2dへ到達可能な光路を、第1および第2の光路から選択している。
(全体構成)
図6は、本発明の第2の実施形態に係る観察装置200の全体構成を示す概略図である。観察装置200は、第1の実施形態に係る観察装置100と同様、生体である試料Sの互いに異なる複数の断面を並行して観察する装置である。図6に示すように、観察装置200は、励起光源1と、光切替器12と、チューブレンズ3,4と、y走査部5と、x走査部6と、走査レンズ7と、チューブレンズ8と、ダイクロックミラー9と、z走査部10と、検出レンズ11と、検出部20とを備えている。すなわち、観察装置200は、観察装置100において、光切替器2を光切替器12に置き換えた構成である。そのため、光切替器12以外の各部材については、詳細な説明を省略する。
図7は、光切替器12の具体的な構成を示す図である。光切替器12は、2つのミラー2b,2cと、2つの空間光変調器(変調部)2e,2fと、偏光ビームスプリッタ(第1の案内部)2hと、電気光学位相変調器(選択部)2iと、2つの1/2波長板2j,2kと、偏光ビームスプリッタ(第2の案内部)2mとを備えている。すなわち、光切替器12は、図2に示す光切替器2において、ビームスプリッタ2a,2dをそれぞれ偏光ビームスプリッタ2h,2mに置き換え、電気光学位相変調器2iおよび1/2波長板2j,2kをさらに備えた構成である。
図8(a)は、光B1,B2の切り替えのタイミングを示す図であり、図8(b)は、断面P1,P2における走査のタイミングを示す図である。上述のように、光切替器12から出射される光B1,B2の切り替え周期が80MHzであるため、図8(a)に示すように、試料Sに照射される光B1,B2は、12.5nsごとに切り替わる。また、図8(b)に示すように、光B1が照射されるタイミングでは、断面P1における1ピクセルの領域が照射され、検出部20が当該1ピクセルの蛍光Lを検出する。続いて、光B2が照射されるタイミングでは、断面P2における1ピクセルの領域が照射され、検出部20が当該1ピクセルの蛍光Lを検出する。すなわち、光切替器12は、検出部20が2つの断面P1,P2の各々の1ピクセルの蛍光Lを検出する度に、2つの光B1,B2を切り替える。例えば、断面P1,P2のピクセル数が約130万ピクセル(1280×960)であるとすると、断面P1,P2それぞれの2次元画像を、約30fps(80M÷2÷1.3M)のフレームレートで取得することができる。
上述のように、本実施形態に係る光切替器12では、励起光源1からの光Bを偏光方向に応じて偏光ビームスプリッタ2hによって2つの光路のいずれかに切り替え可能に案内し、各光路に案内された光B1,B2の発散角を空間光変調器2e,2fによって互いに異ならせて、ビームスプリッタ2dによって光B1,B2を光切替器2の出射部に案内している。さらに、光切替器12は、電気光学位相変調器2iによって、光Bの偏光方向をS偏光とP偏光に切り替えることにより、光がビームスプリッタ2aからビームスプリッタ2dへ到達可能な光路を、第1および第2の光路から選択している。
上記では、図2および図7に示すように、光B1,B2の発散角を互いに異ならせることにより、光B1,B2を試料Sの異なる深さ(z方向に異なる位置)に収束させていた。これに対し、変形例1では、光B1,B2の焦点位置F1,F2を試料Sの同じ深さで、かつ、xy方向に異ならせることにより、試料Sのxy方向において異なる断面を観察する。
上述した3つの光切替器2、12,12’で、発散角または光軸の互いに異なる2つの光を順次切り替えながら出射する構成であった。これに対し、変形例2では、発散角の互いに異なる4つの光を順次切り替えながら出射する光切替器の一例について、説明する。
第3の光路:偏光ビームスプリッタ2h→偏光ビームスプリッタ2n→空間光変調器2e→偏光ビームスプリッタ2n→偏光ビームスプリッタ2h→光切替器12”の出射部
第4の光路:偏光ビームスプリッタ2h→偏光ビームスプリッタ2n→空間光変調器2f→偏光ビームスプリッタ2n→偏光ビームスプリッタ2h→光切替器12”の出射部
第5の光路:偏光ビームスプリッタ2h→偏光ビームスプリッタ2o→空間光変調器2t→偏光ビームスプリッタ2o→偏光ビームスプリッタ2h→光切替器12”の出射部
第6の光路:偏光ビームスプリッタ2h→偏光ビームスプリッタ2o→空間光変調器2u→偏光ビームスプリッタ2o→偏光ビームスプリッタ2h→光切替器12”の出射部
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記の各実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能であり、例えば、上記の各実施形態に開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる形態も、本発明の技術的範囲に属する。
2 光切替器
2a ビームスプリッタ(第1の案内部)
2b ミラー
2c ミラー
2d ビームスプリッタ(第2の案内部)
2e 空間光変調器(変調部)
2f 空間光変調器(変調部)
2g チョッパー(選択部)
2h 偏光ビームスプリッタ(第1の案内部、第2の案内部)
2i 電気光学位相変調器(選択部)
2j 1/2波長板
2k 1/2波長板
2m 偏光ビームスプリッタ(第2の案内部)
2n 偏光ビームスプリッタ(第1の案内部)
2o 偏光ビームスプリッタ(第1の案内部)
2p ファラデー回転子
2q ファラデー回転子
2r 電気光学位相変調器(選択部)
2s 電気光学位相変調器(選択部)
2t 空間光変調器(変調部)
2u 空間光変調器(変調部)
3 チューブレンズ
4 チューブレンズ
5 y走査部(走査部)
6 x走査部(走査部)
7 走査レンズ
8 チューブレンズ
9 ダイクロックミラー
10 z走査部
10a 絞り
10b 対物レンズ
11 検出レンズ
12 光切替器
12’ 光切替器
12” 光切替器
20 検出部
100 観察装置
200 観察装置
A 開口
F1 焦点位置
F2 焦点位置
L 蛍光(信号光)
P1 断面
P2 断面
S 試料
Claims (7)
- 対物レンズを介して試料の互いに異なる複数の断面に光を照射することにより、該複数の断面を並行して観察する観察装置に適用され、光源からの光を、前記対物レンズを通過した場合の焦点位置が互いに異なる複数の光に変換し、前記複数の光を順次切り替えながら前記対物レンズに出射する光切替器であって、
前記光源からの光を分割して複数の光路に案内する、または、前記光源からの光を前記複数の光路のいずれかに切り替え可能に案内する第1の案内部と、
前記複数の光路に案内された光の発散角および光軸の少なくともいずれかを、前記光路ごとに異ならせる変調部と、
前記複数の光路に案内された光の各々を、前記光切替器の出射部に案内する第2の案内部と、
光が前記第1の案内部から前記第2の案内部へ到達可能な光路を、前記複数の光路から選択する選択部と、
を備えたことを特徴とする光切替器。 - 前記第1の案内部は、前記光源からの光を分割して複数の光路に案内するビームスプリッタであり、
前記選択部は、前記複数の光路のうち1の光路を切り替え可能に選択し、当該1の光路以外の光路を遮断するチョッパーであることを特徴とする請求項1に記載の光切替器。 - 前記第1の案内部は、前記光源からの光を、偏光方向に応じて前記複数の光路のいずれかに切り替え可能に案内する偏光ビームスプリッタであり、
前記選択部は、前記偏光ビームスプリッタの上流側に設けられ、前記光源からの光を、偏光方向の互いに異なる複数の偏光に切り替え可能に偏光する電気光学位相変調器であることを特徴とする請求項1に記載の光切替器。 - 試料の互いに異なる複数の断面を並行して観察する観察装置であって、
前記試料内の分子または構造を可視化するための光を発生する励起光源と、
前記光を光軸に交差する方向に走査する走査部と、
前記光を前記試料内に収束させる対物レンズと、
前記励起光源と前記対物レンズとの間に設けられ、前記励起光源からの光を、前記対物レンズを通過した場合の焦点位置が互いに異なる複数の光に変換し、前記複数の光を順次切り替えながら前記対物レンズに出射する光切替器と、
前記光の照射によって発生した信号光を検出する検出部と、
を備え、
前記光切替器は、請求項1から3のいずれかに記載の光切替器であることを特徴とする観察装置。 - 前記光切替器は、前記走査部が前記複数の断面の各々の走査を完了する度に、前記複数の光を切り替えることを特徴とする請求項4に記載の観察装置。
- 前記光切替器は、前記検出部が前記複数の断面の各々の1ピクセルの前記信号光を検出する度に、前記複数の光を切り替えることを特徴とする請求項4に記載の観察装置。
- 前記分子は、カルシウム蛍光プローブであり、
前記光は、前記カルシウム蛍光プローブを誘起するレーザ光であることを特徴とする請求項4から6のいずれかに記載の観察装置。
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