JP4598554B2 - Photodetector - Google Patents
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Description
本発明は、測定光の分布を検出する光検出装置に関する。 The present invention relates to a light detection device that detects a distribution of measurement light.
従来から、サイトメトリーなどの細胞測定法や、レーザ顕微鏡(LSM)等を用いた光計測が行われている。このような計測分野では、多チャンネルのレーザ発光装置を励起光源として用いてスライドガラス上の測定対象物から発せられる蛍光を測定したり、測定光を分光させてその波長分布を測定したりすることが行われている。このような光測定においては、測定光を複数チャンネルで同時に測定可能とするために、複数の光検出チャンネルを有する光検出器が用いられる。また、医療分野においても、PET(Positron Emission Tomography)装置に代表されるように、高空間分解能を実現するために、複数の細分化されたアノードを有するマルチアノード型の光電子増倍管や、高解像度のシンチレータ等が用いられている。 Conventionally, cell measurement methods such as cytometry, and optical measurement using a laser microscope (LSM) or the like have been performed. In such a measurement field, a multi-channel laser light emitting device is used as an excitation light source to measure fluorescence emitted from an object to be measured on a slide glass, or to measure the wavelength distribution of the measurement light by spectroscopy. Has been done. In such optical measurement, a photodetector having a plurality of light detection channels is used in order to enable measurement light to be measured simultaneously in a plurality of channels. Also, in the medical field, as represented by a PET (Positron Emission Tomography) apparatus, in order to realize high spatial resolution, a multi-anode type photomultiplier tube having a plurality of subdivided anodes, A resolution scintillator or the like is used.
例えば、特許文献1に開示された光検出装置は、測定光を波長に応じて同一方向に分光して、分光された測定光を受光素子を用いて検出する。また、特許文献2に開示された分光測定装置では、マルチアノード型の光電子増倍管の受光面上の各チャンネルに対応する位置にフィルタ部材が設けられている。このような構成により、光電子増倍管の各チャンネルにおいて同時に分光測定が可能となる。特許文献3及び4には、複数の光源を複数の試料に同時に照射し、試料を透過する光を複数の受光素子で受光する測定装置が記載されている。
しかしながら、上記従来の検出装置においては、測定光を受光素子や光電子増倍管等の光検出器に受光させる際には、測定光どうしが平行な方向に導光されている。このような検出装置による光測定において、高分解能を実現するためには光検出チャンネルの多チャンネル化が必要となるが、光検出チャンネルを細分化すれば隣接チャンネル間のクロストークが発生する結果、高精度の測定が困難となる。 However, in the conventional detection apparatus, when the measurement light is received by a photodetector such as a light receiving element or a photomultiplier tube, the measurement lights are guided in parallel directions. In light measurement by such a detection device, it is necessary to increase the number of light detection channels in order to achieve high resolution, but if the light detection channel is subdivided, crosstalk between adjacent channels occurs. High-precision measurement becomes difficult.
そこで、本発明は、かかる課題に鑑みて為されたものであり、測定光の検出チャンネルを多チャンネル化した場合であっても、隣接チャンネル間のクロストークを十分に低減する光検出装置を提供することを目的とする。 Accordingly, the present invention has been made in view of such problems, and provides a photodetection device that can sufficiently reduce crosstalk between adjacent channels even when the measurement light detection channels are multi-channeled. The purpose is to do.
上記課題を解決するため、本発明の光検出装置は、入射面に入射する測定光の分布を検出する光検出装置であって、複数の光検出チャンネルが少なくとも第1の方向に配列された第1の受光面を有する第1の光検出器と、複数の光検出チャンネルが少なくとも第1の方向に配列されており、第1の受光面と略平行に対面する第2の受光面を有する第2の光検出器と、入射面において少なくとも第1の方向に配列され、第1の方向に対して略垂直な第2の方向に測定光を導入する複数の光導入部と、第1の受光面と第2の受光面との間であって、複数の光導入部の第2の方向における延長線上に配置され、測定光を対応する別々の光検出チャンネルに向けて反射させる複数の光反射部とを備え、第1及び第2の光検出器は、それぞれ、第1及び第2の受光面に沿って、第1の方向及び第1の方向に対して略垂直な方向に2次元的に配列された複数の光検出チャンネルを有し、複数の光導入部は、入射面に沿って、第1の方向及び第1の方向に対して略垂直な第3の方向に2次元的に配列されており、複数の光反射部は、第1の方向に沿って交互に第1の受光面側及び第2の受光面側を向くように形成されていることを特徴とする。 In order to solve the above-described problems, a photodetection device according to the present invention is a photodetection device that detects a distribution of measurement light incident on an incident surface, and includes a plurality of photodetection channels arranged in at least a first direction. A first photodetector having one light receiving surface and a plurality of light detection channels arranged in at least a first direction and having a second light receiving surface facing substantially parallel to the first light receiving surface. Two light detectors, a plurality of light introduction units arranged in at least a first direction on the incident surface and introducing measurement light in a second direction substantially perpendicular to the first direction, and a first light receiving A plurality of light reflections disposed between the surface and the second light receiving surface, on the extension line in the second direction of the plurality of light introducing portions and reflecting the measurement light toward the corresponding separate light detection channels and a section, first and second photodetectors, respectively, first and A plurality of light detection channels that are two-dimensionally arranged in a direction substantially perpendicular to the first direction and the first direction along the two light receiving surfaces; Are two-dimensionally arranged in a first direction and a third direction substantially perpendicular to the first direction, and the plurality of light reflecting portions are alternately arranged along the first direction. It is formed so as to face the first light receiving surface side and the second light receiving surface side.
このような光検出装置によれば、測定光が、光導入部を通過することにより一方向に配列された状態で配列方向に対して略垂直な方向に導かれ、導かれた測定光は、光反射部で反射されることにより、配列方向に交互に第1及び第2の光検出器の光検出チャンネルに入射される。このとき、測定光は、配列方向に対して垂直な方向に反射されて、各光検出チャンネルに入射される。従って、測定時の分解能を高めるために測定光の多チャンネル化を図った場合でも、それぞれの測定光が入射する光検出チャンネル間の距離が大きくされるので、光検出チャンネル間のクロストークが低減される。その結果、測定光を複数チャンネルで同時に検出できるので、測定時間の短縮化が実現される。 According to such a light detection device, the measurement light is guided in a direction substantially perpendicular to the arrangement direction in a state of being arranged in one direction by passing through the light introducing portion, By being reflected by the light reflecting portion, the light is incident on the light detection channels of the first and second photodetectors alternately in the arrangement direction. At this time, the measurement light is reflected in a direction perpendicular to the arrangement direction and is incident on each light detection channel. Therefore, even if the measurement light is increased in number of channels in order to increase the resolution during measurement, the distance between the light detection channels on which each measurement light is incident is increased, thereby reducing crosstalk between the light detection channels. Is done. As a result, measurement light can be simultaneously detected by a plurality of channels, so that measurement time can be shortened.
さらに、測定光の2次元分布を測定する際に、それぞれの測定光が入射する光検出チャンネル間の第1の方向における距離が大きくされるので、光検出チャンネル間のクロストークが低減される。 Furthermore, when measuring the two-dimensional distribution of the measurement light, the distance in the first direction between the light detection channels on which the respective measurement light enters is increased, so that crosstalk between the light detection channels is reduced.
また、複数の光導入部は、第3の方向に対して略垂直な第2の方向に測定光を導入するものであり、複数の光反射部は、第2の方向に対する傾斜角が略45度であって、第1の方向に対して略平行な傾斜面の傾斜方向に沿って形成されていることも好ましい。かかる構成を備えれば、測定光の2次元分布を測定する際にそれぞれの測定光を異なる光検出チャンネルに導くことができる。また、入射面から受光面までの光路長がそれぞれの光検出器においてほぼ同一とされるので、光検出チャンネル間の測定感度の均一性を高めることができる。 Further, the plurality of light introducing portions introduce measurement light in a second direction substantially perpendicular to the third direction, and the plurality of light reflecting portions have an inclination angle of about 45 with respect to the second direction. It is also preferable that it is formed along the inclination direction of the inclined surface substantially parallel to the first direction. With such a configuration, when measuring a two-dimensional distribution of measurement light, each measurement light can be guided to different light detection channels. In addition, since the optical path length from the incident surface to the light receiving surface is substantially the same in each photodetector, the uniformity of measurement sensitivity between the photodetection channels can be improved.
また、複数の光反射部が形成されている傾斜面は、第3の方向における第1の受光面と第2の受光面との間の中心位置において一直線上に交差することも好ましい。かかる構成とすれば、入射面から受光面までの光路長が2つの光検出器間でもほぼ同一とされるので、全体の光検出チャンネル間の測定感度の均一性をより一層高めることができる。 In addition, it is also preferable that the inclined surface on which the plurality of light reflecting portions are formed intersects in a straight line at the center position between the first light receiving surface and the second light receiving surface in the third direction. With such a configuration, since the optical path length from the incident surface to the light receiving surface is substantially the same between the two photodetectors, it is possible to further improve the uniformity of measurement sensitivity between the entire light detection channels.
また、第1及び第2の光検出器は、マルチアノード型の光電子増倍管であることも好ましい。かかる光検出器を備えれば、複数チャンネルの測定光を高感度で同時に検出することができる。 The first and second photodetectors are preferably multi-anode type photomultiplier tubes. If such a photodetector is provided, it is possible to simultaneously detect the measurement light of a plurality of channels with high sensitivity.
或いは、本発明の光検出装置は、入射面に入射する測定光の分布を検出する光検出装置であって、複数の光検出チャンネルが第1の方向及び第1の方向に略垂直な第2の方向に2次元的に配列された第1の受光面を有する第1の光検出器と、複数の光検出チャンネルが第1の方向及び第2の方向に2次元的に配列されており、第1の受光面と略平行に対面する第2の受光面を有する第2の光検出器と、複数の光検出チャンネルが第1及び第2の受光面の垂線方向である第3の方向及び第2の方向に2次元的に配列された第3の受光面を有する第3の光検出器と、複数の光検出チャンネルが第3の方向及び第2の方向に2次元的に配列されており、第3の受光面と略平行に対面する第4の受光面を有する第4の光検出器と、入射面において第1の方向及び第3の方向に2次元的に配列され、第2の方向に測定光を導入する複数の光導入部と、第1〜第4の受光面によって囲まれる領域内において、複数の光導入部の第2の方向における延長線上に配置され、測定光を対応する別々の光検出チャンネルに向けて反射させる複数の光反射部とを備え、複数の光反射部は、第1及び第3の方向に沿って交互に異なる方向を向くように形成されていることを特徴とする。 Alternatively, the photodetection device of the present invention is a photodetection device that detects the distribution of measurement light incident on the incident surface, wherein the plurality of photodetection channels are substantially perpendicular to the first direction and the first direction. A first photodetector having a first light receiving surface that is two-dimensionally arranged in the direction, and a plurality of light detection channels are two-dimensionally arranged in the first direction and the second direction, A second photodetector having a second light-receiving surface facing substantially parallel to the first light-receiving surface; a third direction in which the plurality of light detection channels are perpendicular to the first and second light-receiving surfaces; A third photodetector having a third light receiving surface arranged two-dimensionally in the second direction, and a plurality of light detection channels arranged two-dimensionally in the third direction and the second direction. A fourth photodetector having a fourth light receiving surface facing substantially parallel to the third light receiving surface, and a first light incident surface. A plurality of light introductions in a region surrounded by the first to fourth light receiving surfaces and a plurality of light introduction parts that are two-dimensionally arranged in the direction and the third direction and introduce measurement light in the second direction A plurality of light reflecting portions arranged on an extension line in the second direction of the portion and reflecting the measurement light toward the corresponding different light detection channels, and the plurality of light reflecting portions include the first and third light reflecting portions. It is characterized by being formed so as to face different directions alternately along the direction.
このような光検出装置によれば、測定光が、光導入部を通過することにより2次元的に配列された状態で入射面に対して略垂直な方向に導かれ、導かれた測定光は、光反射部で反射されることにより、2つの配列方向において交互に、別々の光検出器の光検出チャンネルに入射される。このとき、測定光は、光検出器の受光面に垂直な方向に入射される。従って、測定時の分解能を高めるために測定光の多チャンネル化を図った場合でも、それぞれの測定光が入射する光検出チャンネル間の距離が大きくされるので、光検出チャンネル間のクロストークが低減される。その結果、測定光を複数チャンネルで同時に検出できるので、測定時間の短縮化が実現される。 According to such a light detection device, the measurement light is guided in a direction substantially perpendicular to the incident surface in a state of being two-dimensionally arranged by passing through the light introducing portion, and the guided measurement light is By being reflected by the light reflecting portion, the light is alternately incident on the light detection channels of the separate light detectors in the two arrangement directions. At this time, the measurement light is incident in a direction perpendicular to the light receiving surface of the photodetector. Therefore, even if the measurement light is increased in number of channels in order to increase the resolution during measurement, the distance between the light detection channels on which each measurement light is incident is increased, thereby reducing crosstalk between the light detection channels. Is done. As a result, measurement light can be simultaneously detected by a plurality of channels, so that measurement time can be shortened.
また、複数の光反射部は、第3の方向に沿って交互に、第2の受光面に向けて測定光を反射させる光反射面と、第4の受光面に向けて測定光を反射させる光反射面とが形成された第1の光反射部材と、第3の方向に沿って交互に、第1の受光面に向けて測定光を反射させる光反射面と、第3の受光面に向けて測定光を反射させる光反射面とが形成された第2の光反射部材とを有し、第1の光反射部材と第2の光反射部材とが交互に第1の方向に配列されていることが好ましい。この場合、複数の光反射部を構成する光反射部材の共通化が容易となり製造効率の向上が図られるとともに、組立工数が削減される。 The plurality of light reflecting portions alternately reflect the measurement light toward the second light receiving surface and the measurement light toward the fourth light receiving surface along the third direction. The first light reflecting member formed with the light reflecting surface, the light reflecting surface that reflects the measurement light toward the first light receiving surface alternately along the third direction, and the third light receiving surface And a second light reflecting member formed with a light reflecting surface for reflecting the measurement light toward the measuring light, and the first light reflecting member and the second light reflecting member are alternately arranged in the first direction. It is preferable. In this case, it is easy to share the light reflecting members constituting the plurality of light reflecting portions, the manufacturing efficiency is improved, and the number of assembling steps is reduced.
複数の光反射部は、第2の方向に対する傾斜角が略45度であって、第1の方向に対して略平行な傾斜面の傾斜方向に沿って形成されるとともに、第2の方向に対する傾斜角が略45度であって、第3の方向に対して略平行な傾斜面の傾斜方向に沿って形成されていることが好ましい。かかる構成を備えれば、測定光の2次元分布を測定する際にそれぞれの測定光を異なる光検出チャンネルに導くことができる。また、入射面から受光面までの光路長がそれぞれの光検出器においてほぼ同一とされるので、光検出チャンネル間の測定感度の均一性を高めることができる。 The plurality of light reflecting portions have an inclination angle of about 45 degrees with respect to the second direction and are formed along an inclination direction of an inclined surface substantially parallel to the first direction, and with respect to the second direction. It is preferable that the inclination angle is approximately 45 degrees, and the inclination angle is formed along the inclination direction of the inclined surface substantially parallel to the third direction. With such a configuration, when measuring a two-dimensional distribution of measurement light, each measurement light can be guided to different light detection channels. In addition, since the optical path length from the incident surface to the light receiving surface is substantially the same in each photodetector, the uniformity of measurement sensitivity between the photodetection channels can be improved.
また、複数の光反射部が形成されている傾斜面は、第3の方向における第1の受光面と第2の受光面との間の中心位置において一直線上に交差するとともに、第1の方向における第3の受光面と第4の受光面との間の中心位置において一直線上に交差することも好ましい。この場合、かかる構成とすれば、入射面から受光面までの光路長が4つの光検出器間でほぼ同一とされるので、全体の光検出チャンネル間の測定感度の均一性をより一層高めることができる。 In addition, the inclined surface on which the plurality of light reflecting portions are formed intersects in a straight line at the center position between the first light receiving surface and the second light receiving surface in the third direction, and in the first direction. It is also preferable to intersect on a straight line at the center position between the third light receiving surface and the fourth light receiving surface. In this case, with this configuration, the optical path length from the incident surface to the light receiving surface is substantially the same among the four photodetectors, so that the uniformity of measurement sensitivity between the entire photodetection channels can be further improved. Can do.
また、第1〜第4の光検出器は、マルチアノード型の光電子増倍管であることも好ましい。かかる光検出器を備えれば、複数チャンネルの測定光を高感度で同時に検出することができる。 The first to fourth photodetectors are preferably multi-anode type photomultiplier tubes. If such a photodetector is provided, it is possible to simultaneously detect the measurement light of a plurality of channels with high sensitivity.
また、複数の光反射部を挟んで複数の光導入部に対向して設けられ、第2の方向に測定対象物を励起させるための励起光を照射する励起光源をさらに備え、複数の光反射部は、励起光の波長帯域の光を透過させるとともに、測定対象物から発せられる測定光の波長帯域の光を反射させるダイクロイックミラーを有することも好ましい。かかる構成を採れば、励起光源が光反射部を挟んで測定対象物の反対側に設けられているので、測定対象物から発せられる光の分布を測定する際に、励起光源が測定光の光路の障害になることを防止することができるとともに、励起光を導く複雑な導光手段が不要となる。 The light source further includes an excitation light source that is provided opposite to the plurality of light introduction portions with the plurality of light reflection portions interposed therebetween, and that emits excitation light for exciting the measurement object in the second direction. It is also preferable that the unit has a dichroic mirror that transmits light in the wavelength band of excitation light and reflects light in the wavelength band of measurement light emitted from the measurement object. With this configuration, since the excitation light source is provided on the opposite side of the measurement object with the light reflecting portion interposed therebetween, the excitation light source is used as the optical path of the measurement light when measuring the distribution of light emitted from the measurement object. In addition, it is possible to prevent a complicated light guiding means for guiding the excitation light.
本発明の光検出装置によれば、測定光の検出チャンネルを多チャンネル化した場合であっても、隣接チャンネル間のクロストークを十分に低減することができる。 According to the light detection apparatus of the present invention, even when the detection light detection channels are multi-channeled, crosstalk between adjacent channels can be sufficiently reduced.
以下、図面を参照しつつ本発明に係る光検出装置の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面の説明においては同一又は相当部分には同一符号を付し、重複する説明を省略する。 DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, a preferred embodiment of a light detection device according to the invention will be described in detail with reference to the drawings. In the description of the drawings, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
[第1実施形態]
図1は、本発明の第1実施形態である光検出装置の斜視図、図2は、図1の光検出装置の分解斜視図である。この光検出装置1は、複数の測定光を分光して波長帯域ごとの分布を検出するための装置である。
[First Embodiment]
FIG. 1 is a perspective view of a light detection device according to a first embodiment of the present invention, and FIG. 2 is an exploded perspective view of the light detection device of FIG. The
光検出装置1は、図1及び図2に示すように、マルチアノード型の光電子増倍管(光検出器)2,3を備えている。光電子増倍管2,3は、それぞれ、四角柱状の側管4,5を有し、それぞれの側管4,5の端部側には、光透過性材料により形成された矩形の光入射板(受光面)6,7が気密に固定されている。光入射板6,7の内側には、光入射板6,7の面に沿って光電面が形成され、側管4,5の内部には、電子増倍部と、電子増倍部を介して光入射板6,7に対面するように設けられ、8行8列で2次元マトリクス状に配列されたアノードとが備えられている。さらに、光入射板6,7の外側には、それぞれ、光入射板6,7と略同一形状のバンドパスフィルタ8,9が、光入射板6,7を覆うように固定されている。バンドパスフィルタ8,9は、遮光性材料で平板状に形成された遮光部8a,9aと、側管4,5の内部にマトリクス状に配列されたアノードに対応する位置に4行4列でマトリクス状に等間隔で設けられ、特定の波長帯域の測定光を透過させるフィルタ部8b,9bとを有している。ここで、バンドパスフィルタ8,9に形成されたフィルタ部8b,9bの配列方向をX軸、Y軸とし、XY平面に垂直な方向をZ軸とすると、アノードは、側管4,5の内部のXY平面上において8行8列の2次元マトリクス状に配列されている。また、これらの計64個のアノードの1つおきの位置、すなわち、バンドパスフィルタ8,9のフィルタ部8b,9bに対応する位置に16チャンネルの光検出チャンネルが形成される。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
上述した光電子増倍管2,3は、光入射板6,7が略平行に対面するように対称な位置に設けられ、光入射板6,7の間には、直方体形状の反射板収容部10が固定されている。反射板収容部10の−Y方向側の端部には開口部15が形成され、開口部15の+Z方向側側面及び−Z方向側側面にはそれぞれ、矩形状に切り欠かれた切り欠き部11,12が形成されている。この切り欠き部11,12には、8枚の光反射板13が収容されている。
The
光反射板13は、斜辺とその他の2辺との成す角が約45度となるよう略直角三角形状に形成され、斜辺側の端面には、光反射性材料から成る4つの光反射部14が等間隔に形成されている(図3参照)。光反射板13は、斜辺以外の2辺がZ軸及びY軸に平行になるようにY方向側の一辺を重ねた状態で切り欠き部11,12に収容される。このとき、8枚の光反射板13は、斜辺の向きが互い違いになるように重ねられる結果、光反射部14は、X軸方向に沿って交互に光入射板6及び光入射板7を向くようにされるとともに、光反射部14のY軸及びZ軸に対する傾斜角がともに約45度とされる。また、光反射部14は、それぞれの光反射部14のZ軸方向における延長線上にフィルタ部8b,9bが位置するように配置される。
The
反射板収容部10の開口部15には、開口部15と略同一形状のバンドパスフィルタ16が嵌め合わされている。バンドパスフィルタ16は、遮光性を有する材料からなる遮光部16aと、光反射部14の−Y方向の延長線上において、X方向に8列、及びZ方向に4列で2次元的に配列されており、特定の波長帯域の測定光を透過させるフィルタ部16bとを有する。
A band-
さらに、開口部15には、バンドパスフィルタ16を挟んで、平板状の分光板(入射面)17が固定されている。分光板17の−X方向側の端面には、Z軸方向に等間隔に4つの光入力部18が形成されている。この光入力部18には、光ファイバ等が接続されることにより、同時に4つの測定光がパラレルに入力される。また、分光板17の内部には、それぞれの光入力部18からX方向に沿ってダイクロイックミラーアレイ19が設けられている。ダイクロイックミラーアレイ19は、光透過帯域の最短波長の異なる8個のダイクロイックミラー(光導入部)DM1〜DM8が、X方向に沿って最短波長が徐々に大きくなる順番で配列されたものであり、光入力部18からX方向に入射した測定光を異なる波長帯域ごとに分光してY方向に反射する。ダイクロイックミラーDM1〜DM8は、光反射部14の−Y軸方向の延長線上に位置するように設けられて、測定光をそれぞれの光反射部14に向けてY方向に導入する。
Further, a flat plate-shaped spectroscopic plate (incident surface) 17 is fixed to the
以上のように構成された光検出装置1における測定光の検出作用について、2つの光路を例にとって説明する。図2及び図4に示すように、光入力部18からX方向に入力された測定光は、ダイクロイックミラーDM8によって分光されると同時に、Y方向に向けて反射される(矢印L1)。ダイクロイックミラーDM8によって反射された測定光は、バンドパスフィルタ16のフィルタ部16bを透過した後、光反射板13の傾斜面S1に沿って形成された光反射部14に入射し、光反射部14においてバンドパスフィルタ9のフィルタ部9bに向けて−Z方向に反射される。その後、フィルタ部9bに入射された測定光は、フィルタ部9bに対面する光電子増倍管3の光検出チャンネルによって検出される。
The measurement light detection operation in the
一方、同一の光入力部18からX方向に入力され、ダイクロイックミラーDM7によって分光された測定光は、バンドパスフィルタ16のフィルタ部16bを透過した後、光反射板13の傾斜面S2に沿って形成された光反射部14に入射する(矢印L2)。その後、測定光は、光反射部14においてバンドパスフィルタ8のフィルタ部8bに向けてZ方向に反射される。このようにして、フィルタ部8bに入射された測定光は、フィルタ部8bに対面する光電子増倍管2の光検出チャンネルによって検出される。
On the other hand, is input from the same
ここで、図4を参照すると、光反射板13の傾斜面S1と傾斜面S2とは、光入射板6,7からの距離がほぼ等しい直線C1上において交差、つまり、光入射板6,7の中心位置において一直線上に交差している。このような光入射板6,7の配置により、4つの光入力部18に対応するダイクロイックミラーDM1〜DM8の位置から、光入射板6,7までの光路長が同一にされる。
Here, referring to FIG. 4, the inclined surface S1 and the inclined surface S2 of the
以上説明した光検出装置1の作用効果について説明する。
The operational effects of the
光検出装置1によれば、測定光が、分光板17のダイクロイックミラーアレイ19を通過することによりX方向に配列された状態でY方向に導かれ、導かれた測定光は、光反射部14で反射されることにより、X方向に交互に光電子増倍管2及び光電子増倍管3の光検出チャンネルに入射される。このとき、測定光は、配列方向に垂直(Z軸方向)に光検出チャンネルに入射される。従って、測定時の分解能を高めるために測定光の多チャンネル化を図った場合でも、それぞれの測定光が入射する光検出チャンネル間の距離が大きくされるので、光検出チャンネル間のクロストークが低減される。その結果、測定光を複数チャンネルで同時に検出できるので、測定時間の短縮化が実現される。
According to the
また、光電子増倍管2,3は、それぞれの光入射板6,7に沿って、X方向及びY方向に2次元的に配列された複数の光検出チャンネルを有しており、ダイクロイックミラーアレイ19は、分光板17に沿って、X方向及びZ方向に2次元的に配列されている。これにより、測定光の2次元分布を測定する際にも、それぞれの測定光が入射する光検出チャンネル間のX方向の距離が大きくされるので、光検出チャンネル間のクロストークが低減される。
The
また、光反射部14は、Y軸に対する傾斜角が略45度であって、X軸と平行な傾斜面S1,S2の傾斜方向に沿って形成されているので、測定光の2次元分布を測定する際にそれぞれの測定光を異なる光検出チャンネルに導くことができる。また、分光板17から光入射板6,7までの光路長がそれぞれの光電子増倍管2,3においてほぼ同一とされるので、光検出チャンネル間の測定感度の均一性を高めることができる。さらに、傾斜面S1,S2は、光入射板6と光入射板7との間の中心位置において一直線上に交差しているので、分光板17から光入射板6,7までの光路長が2つの光電子増倍管の間でもほぼ同一とされるので、全体の光検出チャンネル間の測定感度の均一性をより一層高めることができる。
Further, since the
[第2実施形態]
次に、本発明の第2実施形態について説明する。図5は、本発明の第2実施形態である光検出装置の斜視図、図6は、図5の光検出装置の分解斜視図である。本実施形態にかかる光検出装置31は、光検出器である4つの光電子増倍管が放射状に設けられている点、光導入部の構成、光反射部の配置、及び励起光源が備えられている点が第1実施形態のものと異なる。
[Second Embodiment]
Next, a second embodiment of the present invention will be described. FIG. 5 is a perspective view of a photodetecting device according to a second embodiment of the present invention, and FIG. 6 is an exploded perspective view of the photodetecting device of FIG. The
すなわち、光検出装置31においては、4つのマルチアノード型の光電子増倍管32,33,34,35が設けられ、それぞれの側管36,37,38,39の端部側には光入射板40,41,42,43が気密に固定されている。また、光入射板40,41,42,43の外側には、それぞれ、4行4列でマトリクス状に配置されたフィルタ部44b,45b,46b,47bを有するバンドパスフィルタ44,45,46,47が固定されている。これらの光電子増倍管32〜35の構成は、第1実施形態において説明した光電子増倍管2,3の構成と同一である。光電子増倍管32〜35は、光入射板40と光入射板41、及び光入射板42と光入射板43がそれぞれ略平行に対面し、かつ光入射板40,41表面の垂線と、光入射板42,43表面の垂線とが直交するように、放射状に配置されている。ここで、光電子増倍管32,33の光検出チャンネルの配列方向をX方向、及びY方向とし、光電子増倍管34,35の光検出チャンネルの配列方向をY方向、及びZ方向とする。
That is, in the
光入射板40,41,42,43で囲まれる領域には、直方体形状の反射板収容部48が固定されている。反射板収容部48の−Y方向側の端部には開口部49が形成され、開口部49の+Z方向側側面及び−Z方向側側面にはそれぞれ、矩形状に切り欠かれた切り欠き部50,51が形成されている。この切り欠き部50,51には、8枚の光反射板(光反射部材)54が収容されている。また、反射板収容部48の+X方向側側面及び−X方向側側面には、それぞれ、測定光を光電子増倍管34及び光電子増倍管35に向けて通過させるための開放部52,53が形成されている。
In a region surrounded by the
図7に示すように、光反射板54a,54b,54c,54dは、それぞれ、光反射板54e,54f,54g,54hと同一形状を有している。光反射板54a〜54hは、斜辺とその他の2辺との成す角が約45度となるよう略直角三角形状に形成され、斜辺側の端面には、4つの光反射部55が斜面に沿って等間隔に形成されている。また、光反射板54a〜54hの隣接する光反射部55の間には、光反射板54表面の垂線との成す角が約45度であり、かつ底辺と平行な同一面上に、光反射部56が等間隔に形成されている。このとき、光反射板54a〜54d、または光反射板54e〜54hの順で、光反射部56と底辺との距離が徐々に小さくなるようにされている。光反射部55,56は、特定の波長帯域の光を反射するダイクロイックミラーによって形成されており、測定対象物を励起させる励起光(詳細は後述する)の波長帯域を透過させると共に、測定対象物から発せられる測定光の波長帯域を反射させる性質を有する。
As shown in FIG. 7, the
これらの光反射板54a〜54hは、斜辺以外の2辺がZ軸及びY軸に平行になるようにY方向側の底辺を重ねた状態で切り欠き部50,51に収容される。このとき、8枚の光反射板54a〜54hが、斜辺の向きが互い違いになるように、光反射板54a,54h,54b,54g,54c,54f,54d,54eの順で重ねられる。
These
また、それぞれの光反射板54a〜54hにおいては、光反射部55,56と底辺側の端面の間にY軸方向に貫通する貫通孔57が設けられるとともに、光反射部55,56において反射された測定光を、それぞれ、光入射板40〜43に向けて通過させるための複数の穴部58,59が設けられている。
Further, in each of the
上記の光反射板54の構成により、光反射部55,56が、X軸方向に沿って異なる光入射板40,42、及び光入射板41,43を交互に向くようにされるとともに、光反射部55のY軸及びZ軸に対する傾斜角がともに約45度、光反射部56のY軸及びX軸に対する傾斜角がともに約45度とされる。また、光反射部55は、それぞれの光反射部55のZ軸方向における延長線上にフィルタ部44b,45bが位置するように配置され、光反射部56は、それぞれの光反射部56のX軸方向における延長線上にフィルタ部46b,47bが位置するように配置される。
With the configuration of the
図6に戻って、反射板収容部48の開口部49には、矩形状のレンズアレイ60が固定されている。レンズアレイ60は、測定対象物Aから発せられた測定光を集光して+Y方向に導くためのレンズ部材(光導入部)60aを有する。このレンズ部材60aは、X軸方向に8列、Z軸方向に8列で2次元マトリクス状に配置され、それぞれのレンズ部材60aの集光方向の延長線上に光反射部55,56が位置するようにされる。
Returning to FIG. 6, a
さらに、レンズアレイ60の外側には、レンズ部材60aに対向する位置にチャンネル枠が設けられた矩形状のカバー部(入射面)61が設けられ、カバー部61の外側にはスライドガラス等を介して測定対象物Aが載置される。
Further, a rectangular cover part (incident surface) 61 having a channel frame provided at a position facing the
反射板収容部48を挟んでレンズアレイ60に対向する位置には、測定対象物Aを励起させるための励起光を照射するレーザモジュール(励起光源)62が設けられている。このレーザモジュール62の反射板収容部48側の端面には、マトリクス状に配置されたコリメートレンズ63が固定されている。それぞれのコリメートレンズ63は、レンズ部材60aのY軸方向の延長線上に配置され、レーザモジュール62から発生した励起光を略平行光として−Y方向に出射させるためのものである。レーザモジュール62のコリメートレンズ63から出射された励起光は、光反射板54の貫通孔57(図7参照)を通過した後に、光反射部55,56及びレンズ部材60aを透過して測定対象物Aに照射される。
A laser module (excitation light source) 62 for irradiating excitation light for exciting the measurement object A is provided at a position facing the
以上のように構成された光検出装置31における測定光の検出作用について、2つの光路を例にとって説明する。図6及び図8(a)〜(b)に示すように、測定対象物Aの励起により発生した測定光は、レンズアレイ60のレンズ部材60aを透過することによりY方向に向けて導光される(矢印L3)。この測定光は、光反射板54bの傾斜面S3に沿って形成された光反射部55に入射し、光反射部55においてバンドパスフィルタ45のフィルタ部45bに向けて−Z方向に反射される。その後、フィルタ部45bに入射された測定光は、フィルタ部45bに対面する光電子増倍管33の光検出チャンネルによって検出される。
The measurement light detection action of the
一方、−X方向に隣接するレンズ部材60aを透過した測定光は、光反射板54gの傾斜面S5に沿って形成された光反射部56に入射する(矢印L4)。その後、測定光は、光反射部56においてバンドパスフィルタ46のフィルタ部46bに向けてX方向に反射される。このようにして、フィルタ部46bに入射された測定光は、フィルタ部46bに対面する光電子増倍管34の光検出チャンネルによって検出される。
On the other hand, the measurement light transmitted through the
ここで、図8(a)を参照すると、光反射部55の形成されている傾斜面S3及び傾斜面S4は、光入射板40,41からの距離がほぼ等しい直線C2上において交差、つまり、光入射板40,41の中心位置において一直線上に交差している。同様に、図8(b)を参照すると、光反射部56の形成されている傾斜面S5及び傾斜面S6は、光入射板42,43からの距離がほぼ等しい直線C3上において交差、つまり、光入射板42,43の中心位置において一直線上に交差している。このような光入射部55,56の配置により、カバー部61から光入射板40,41,42,43までの光路長が、光入射チャンネルごとにほぼ同一にされる。
Here, referring to FIG. 8A, the inclined surface S3 and the inclined surface S4 on which the
以上説明した光検出装置31によれば、励起光により測定対象物Aから発生した測定光が、レンズアレイ60のレンズ部材60aを透過することによりXZ平面上で2次元的に配列された状態でY方向に導かれ、導かれた測定光は、光反射部55,56で反射されることにより、X軸方向及びZ軸方向において交互に、別々の光電子増倍管32,33,34,35の光検出チャンネルに入射される。このとき、測定光は、光電子増倍管32〜35の光入射板40〜43に垂直な方向に入射される。従って、測定時の分解能を高めるために測定光の多チャンネル化を図った場合でも、それぞれの測定光が入射する光検出チャンネル間の距離が大きくされるので、光検出チャンネル間のクロストークが低減される。その結果、測定光を複数チャンネルで同時に検出できるので、測定時間の短縮化が実現される。
According to the
また、反射板収容部48には、光入射板41に向けて測定光を反射させる光反射部55と、光入射板43に向けて測定光を反射させる光反射部56とが、Z軸方向に沿って交互に形成された光反射板54a〜54dと、光入射板40に向けて測定光を反射させる光反射部55と、光入射板42に向けて測定光を反射させる光反射部56とが、Z軸方向に沿って交互に形成された光反射板54e〜54hとが収容されている。このとき、光反射板54a,54b,54c,54dと光反射板54h,54g,54f,54eとが交互にX軸方向に重ねられている。これにより、対になる光反射板の共通化が容易となり製造効率の向上が図られるとともに、組立工数が削減される。
In addition, the
また、光反射部55は、Y軸に対する傾斜角が約45度であって、X軸と略平行な傾斜面S3,S4の傾斜方向に沿って形成され、光反射部56は、Y軸に対する傾斜角が約45度であって、Z軸と略平行な傾斜面S5,S6の傾斜方向に沿って形成されているので、測定光の2次元分布を測定する際にそれぞれの測定光を異なる光検出チャンネルに導くことができる。また、入射面から受光面までの光路長がそれぞれの光検出器においてほぼ同一とされるので、光検出チャンネル間の測定感度の均一性を高めることができる。
The
また、光反射部55が形成されている傾斜面S3,S4は、光入射板40と光入射板41との間の中心位置において一直線上に交差するとともに、光反射部56が形成されている傾斜面S5,S6は、光入射板42と光入射板43との間の中心位置において一直線上に交差する。従って、入射面から受光面までの光路長が4つの光検出器間でほぼ同一とされるので、全体の光検出チャンネル間の測定感度の均一性をより一層高めることができる。
In addition, the inclined surfaces S3 and S4 on which the
また、反射板収容部48を挟んでレンズアレイ60のレンズ部材60aに対向してレーザモジュール62が備えられているので、測定対象物から発せられる光の分布を測定する際に、励起光源が測定光の光路の障害になることを防止することができるとともに、励起光を導く複雑な導光手段が不要となる。
Further, since the
なお、本発明は、前述した実施形態に限定されるものではない。例えば、光検出装置1においては励起光源を備えていても良い。図9は、本発明の変形例である光検出装置101の分解斜視図である。この光検出装置101は、反射板収容部10の底面に近接してレーザモジュール162が設けられ、レーザモジュール162の反射板収容部10側端面には、励起光を略平行光とするコリメートレンズ163が配置されている。また、反射板収容部10を挟んでレーザモジュール162の反対側には、レンズアレイ160及びカバー部161が固定され、カバー部161の外側表面には測定対象物Aが載置される。図10を参照して、この反射板収容部10に収容される光反射板113の構成は、貫通孔157を有する点以外は光反射板13の構成(図3参照)と同一である。
In addition, this invention is not limited to embodiment mentioned above. For example, the
また、光検出装置31においては励起光源を備えていなくてもよい。図11及び図12は、本発明の別の変形例である光検出装置201,301の分解斜視図である。この光検出装置201は、励起光源62を備えていない点以外は光検出装置31と基本的構成を同一としている。また、光検出装置301は、更に、カバー部61の代わりにレンズ部材60aに向けて測定光を入射させるための光ファイバアレイFが設けられている。図13を参照して、光検出装置201,301の反射板収容部48に収容される光反射板254の構成は、貫通孔57を有さない点以外は反射板54の構成(図7参照)と同一である。
Further, the
また、第1実施形態の光検出装置1では光電子増倍管2,3における光入射板6,7の外側、及び反射板収容部10の開口部15のそれぞれにバンドパスフィルタ8,9,16を設けているが、バンドパスフィルタ8,9又は16のどちらか一方にフィルタ部を設けることとしてもよい。バンドパスフィルタ8,9がフィルタ部8b,9bを備える場合にはバンドパスフィルタ16を省略することも可能であり、また、バンドバスフィルタ16を備える場合にはバンドパスフィルタ8,9のフィルタ部を単に開口とすることも可能である。
In the
更に本発明に用いる光検出器としては複数の検出チャンネルを構成するものであればよく、マルチアノード型の光電子増倍管に限定されない。例えば各光検出チャンネルの位置に対応してCCD(Charge Coupled Device)、APD(Avalanche Photodiode)等の受光素子を配置したものであってもよい。 Furthermore, the photodetector used in the present invention is not limited to a multi-anode type photomultiplier tube as long as it constitutes a plurality of detection channels. For example, a light receiving element such as a charge coupled device (CCD) or an APD (Avalanche Photodiode) may be arranged corresponding to the position of each light detection channel.
また、図14には、本発明の応用例であるPET装置を示す。PET装置401においては、8つの光検出装置301が、同一平面上において入射面側を向かい合わせた状態で放射状に固定されている。それぞれの光検出装置301の光ファイバアレイFは、直方体形状の光ファイバ収容部402に収容されており、これらの光ファイバ収容部402の内側端面には、この内側側面と略同一形状のシンチレータ403が設けられている。また、これらの光検出装置301における光電子増倍管32〜35の外側端面には光電子増倍管32〜35から延びるケーブルを収容するケーブル収容部404が固定されている。このようなPET装置401においては、シンチレータ403の内側におかれた測定対象物から発せられる放射線が、蛍光に変換されて光ファイバアレイFを伝搬した後、それぞれの光検出装置301によって蛍光の2次元分布が検出される。その結果、測定対象物から発せられる放射線の3次元測定が実現される。この構成により、高空間分解能の実現と偶発同時計測におけるノイズ成分を可能なまで低く押さえることができる。
FIG. 14 shows a PET apparatus which is an application example of the present invention. In the
1,31,101,201,301…光検出装置、2,3,32〜35…光電子増倍管(光検出器)、6,7,40〜43…光入射板(受光面)、13,54a〜54h,113,254…光反射板(光反射部材)、14,55,56…光反射部、16…バンドパスフィルタ、17…分光板、19…ダイクロイックミラーアレイ(光導入部)、60,160…レンズアレイ(光導入部)、61,161…カバー部(入射面)、62,162…レーザモジュール(励起光源)、S1〜S6…傾斜面、A…測定対象物。
DESCRIPTION OF
Claims (10)
複数の光検出チャンネルが少なくとも第1の方向に配列された第1の受光面を有する第1の光検出器と、
複数の光検出チャンネルが少なくとも前記第1の方向に配列されており、前記第1の受光面と略平行に対面する第2の受光面を有する第2の光検出器と、
前記入射面において少なくとも前記第1の方向に配列され、前記第1の方向に対して略垂直な第2の方向に前記測定光を導入する複数の光導入部と、
前記第1の受光面と前記第2の受光面との間であって、前記複数の光導入部の前記第2の方向における延長線上に配置され、前記測定光を対応する別々の前記光検出チャンネルに向けて反射させる複数の光反射部とを備え、
前記第1及び第2の光検出器は、それぞれ、前記第1及び第2の受光面に沿って、前記第1の方向及び前記第1の方向に対して略垂直な方向に2次元的に配列された複数の光検出チャンネルを有し、
前記複数の光導入部は、前記入射面に沿って、前記第1の方向及び前記第1の方向に対して略垂直な第3の方向に2次元的に配列されており、
前記複数の光反射部は、前記第1の方向に沿って交互に前記第1の受光面側及び前記第2の受光面側を向くように形成されている、
ことを特徴とする光検出装置。 A light detection device for detecting a distribution of measurement light incident on an incident surface,
A first photodetector having a first light receiving surface in which a plurality of photodetector channels are arranged in at least a first direction;
A plurality of light detection channels arranged in at least the first direction and having a second light receiving surface facing substantially parallel to the first light receiving surface;
A plurality of light introduction sections arranged in at least the first direction on the incident surface and introducing the measurement light in a second direction substantially perpendicular to the first direction;
The separate light detections corresponding to the measurement light, which are arranged between the first light receiving surface and the second light receiving surface, on an extension line in the second direction of the plurality of light introducing portions. With a plurality of light reflecting parts that reflect toward the channel,
The first and second photodetectors are two-dimensionally along the first and second light receiving surfaces in a direction substantially perpendicular to the first direction and the first direction, respectively. Having a plurality of photodetection channels arranged;
The plurality of light introducing portions are two-dimensionally arranged along the incident surface in the first direction and a third direction substantially perpendicular to the first direction,
The plurality of light reflecting portions are formed to alternately face the first light receiving surface side and the second light receiving surface side along the first direction.
An optical detection device characterized by that.
前記複数の光反射部は、前記第2の方向に対する傾斜角が略45度であって、前記第1の方向に対して略平行な傾斜面の傾斜方向に沿って形成されている、
ことを特徴とする請求項1記載の光検出装置。 The plurality of light introducing portions introduce the measurement light in the second direction substantially perpendicular to the third direction,
The plurality of light reflecting portions have an inclination angle with respect to the second direction of approximately 45 degrees and are formed along an inclination direction of an inclined surface substantially parallel to the first direction.
The photodetection device according to claim 1 .
ことを特徴とする請求項2記載の光検出装置。 The inclined surface on which the plurality of light reflecting portions are formed intersects in a straight line at a center position between the first light receiving surface and the second light receiving surface in the third direction.
The photodetection device according to claim 2 .
複数の光検出チャンネルが第1の方向及び前記第1の方向に略垂直な第2の方向に2次元的に配列された第1の受光面を有する第1の光検出器と、
複数の光検出チャンネルが前記第1の方向及び前記第2の方向に2次元的に配列されており、前記第1の受光面と略平行に対面する第2の受光面を有する第2の光検出器と、
複数の光検出チャンネルが前記第1及び第2の受光面の垂線方向である第3の方向及び前記第2の方向に2次元的に配列された第3の受光面を有する第3の光検出器と、
複数の光検出チャンネルが前記第3の方向及び前記第2の方向に2次元的に配列されており、前記第3の受光面と略平行に対面する第4の受光面を有する第4の光検出器と、
前記入射面において前記第1の方向及び前記第3の方向に2次元的に配列され、前記第2の方向に前記測定光を導入する複数の光導入部と、
前記第1〜第4の受光面によって囲まれる領域内において、前記複数の光導入部の前記第2の方向における延長線上に配置され、前記測定光を対応する別々の前記光検出チャンネルに向けて反射させる複数の光反射部とを備え、
前記複数の光反射部は、前記第1及び第3の方向に沿って交互に異なる方向を向くように形成されている、
ことを特徴とする光検出装置。 A light detection device for detecting a distribution of measurement light incident on an incident surface,
A first photodetector having a plurality of first light receiving surface of the light detection channels are two-dimensionally arranged in a substantially perpendicular second direction to the first direction and the first direction,
A plurality of light detection channels are two-dimensionally arranged in the first direction and the second direction, and have a second light receiving surface facing substantially parallel to the first light receiving surface. A detector;
A third light detection in which a plurality of light detection channels have a third direction that is a perpendicular direction of the first and second light receiving surfaces and a third light receiving surface that is two-dimensionally arranged in the second direction. And
A plurality of light detection channels are two-dimensionally arranged in the third direction and the second direction, and a fourth light having a fourth light receiving surface facing substantially parallel to the third light receiving surface. A detector;
A plurality of light introducing portions that are two-dimensionally arranged in the first direction and the third direction on the incident surface and introduce the measurement light in the second direction;
In the region surrounded by the first to fourth light receiving surfaces, the plurality of light introducing portions are arranged on extension lines in the second direction, and the measurement light is directed to the corresponding separate light detection channels. A plurality of light reflecting parts to be reflected,
The plurality of light reflecting portions are formed to alternately face different directions along the first and third directions.
An optical detection device characterized by that.
前記第3の方向に沿って交互に、前記第2の受光面に向けて前記測定光を反射させる光反射面と、前記第4の受光面に向けて前記測定光を反射させる光反射面とが形成された第1の光反射部材と、
前記第3の方向に沿って交互に、前記第1の受光面に向けて前記測定光を反射させる光反射面と、前記第3の受光面に向けて前記測定光を反射させる光反射面とが形成された第2の光反射部材とを有し、
前記第1の光反射部材と前記第2の光反射部材とが交互に前記第1の方向に配列されている、
ことを特徴とする請求項5記載の光検出装置。 The plurality of light reflecting portions are:
Alternately along the third direction, a light reflecting surface that reflects the measurement light toward the second light receiving surface, and a light reflecting surface that reflects the measurement light toward the fourth light receiving surface A first light reflecting member formed with
Alternately along the third direction, a light reflecting surface that reflects the measuring light toward the first light receiving surface, and a light reflecting surface that reflects the measuring light toward the third light receiving surface. A second light reflecting member formed with
The first light reflecting member and the second light reflecting member are alternately arranged in the first direction.
The photodetection device according to claim 5 .
ことを特徴とする請求項5又は6記載の光検出装置。 The plurality of light reflecting portions have an inclination angle of about 45 degrees with respect to the second direction, and are formed along an inclination direction of an inclined surface substantially parallel to the first direction. An inclination angle with respect to the direction of 2 is approximately 45 degrees, and is formed along an inclination direction of an inclined surface substantially parallel to the third direction.
The photodetection device according to claim 5 or 6 .
ことを特徴とする請求項7記載の光検出装置。 The inclined surface on which the plurality of light reflecting portions are formed intersects on a straight line at a center position between the first light receiving surface and the second light receiving surface in the third direction, and Intersecting in a straight line at a central position between the third light receiving surface and the fourth light receiving surface in the first direction;
The photodetection device according to claim 7 .
前記複数の光反射部は、前記励起光の波長帯域の光を透過させるとともに、前記測定対象物から発せられる測定光の波長帯域の光を反射させるダイクロイックミラーを有する、
ことを特徴とする請求項1〜9のいずれか1項に記載の光検出装置。 An excitation light source that is provided opposite to the plurality of light introduction portions across the plurality of light reflection portions, and that emits excitation light for exciting the measurement object in the second direction;
The plurality of light reflecting portions have a dichroic mirror that transmits light in the wavelength band of the excitation light and reflects light in the wavelength band of measurement light emitted from the measurement object.
Light detecting device according to any of claims 1-9, characterized in that.
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