JP2003287609A - 光分散用光学素子及び光学顕微鏡 - Google Patents
光分散用光学素子及び光学顕微鏡Info
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B5/00—Optical elements other than lenses
- G02B5/04—Prisms
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B21/00—Microscopes
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
- G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
- G01J3/12—Generating the spectrum; Monochromators
- G01J3/18—Generating the spectrum; Monochromators using diffraction elements, e.g. grating
Abstract
(57)【要約】
【課題】 顕微鏡の光路内に挿入するだけで容易に観察
像のスペクトル分光解析が可能であり、観察像とスペク
トル像との対応付けも容易な光分散用光学素子とその光
分散用光学素子を利用する光学顕微鏡を提供する。 【解決手段】 異なる分散特性を有する２種類のウエッ
ジ型ガラス基板（２、３）を互いにウエッジ角の向きが
反対方向になるように重ねて形成された光分散用光学素
子である。
像のスペクトル分光解析が可能であり、観察像とスペク
トル像との対応付けも容易な光分散用光学素子とその光
分散用光学素子を利用する光学顕微鏡を提供する。 【解決手段】 異なる分散特性を有する２種類のウエッ
ジ型ガラス基板（２、３）を互いにウエッジ角の向きが
反対方向になるように重ねて形成された光分散用光学素
子である。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は光学素子と光学顕微
鏡に関し、特に光学顕微鏡等の観察像のスペクトル特性
を測定するための光分散用光学素子とその素子を利用す
る光学顕微鏡に関する。
鏡に関し、特に光学顕微鏡等の観察像のスペクトル特性
を測定するための光分散用光学素子とその素子を利用す
る光学顕微鏡に関する。
【０００２】
【従来の技術】生物分子等の試料を光学顕微鏡で観察
し、その観察像のスペクトル特性を定量的に調べようと
する場合、従来は主に２つの光分散用光学素子、即ち回
折格子あるいはプリズムを用いてスペクトル像を得てい
た。
し、その観察像のスペクトル特性を定量的に調べようと
する場合、従来は主に２つの光分散用光学素子、即ち回
折格子あるいはプリズムを用いてスペクトル像を得てい
た。
【０００３】図８は、従来の光分散用光学素子を示す図
である。図８の（１）に示す回折格子はガラスなどの表
面に細かい溝を設けた構造をもち、入射した光はその溝
によって波長に応じて分光した回折パターンを生じる。
そこで、この回折パターンのうち強度の強い１次の回折
像を用いて分光分析を行う。この方式は、分光光度計あ
るいはモノクロメータなどに使用されている。
である。図８の（１）に示す回折格子はガラスなどの表
面に細かい溝を設けた構造をもち、入射した光はその溝
によって波長に応じて分光した回折パターンを生じる。
そこで、この回折パターンのうち強度の強い１次の回折
像を用いて分光分析を行う。この方式は、分光光度計あ
るいはモノクロメータなどに使用されている。
【０００４】この回折格子を用いると精度良く分光する
ことができるが、解像度の高い回折像を得るためには、
回折格子表面に設けられた溝の本数を、例えば２０〜３
０本／ｍｍ以上にするなど特殊な加工が必要とされる。
また回折格子を用いる場合、入射光の強度が回折後に約
数十％減衰する点に留意する必要がある。
ことができるが、解像度の高い回折像を得るためには、
回折格子表面に設けられた溝の本数を、例えば２０〜３
０本／ｍｍ以上にするなど特殊な加工が必要とされる。
また回折格子を用いる場合、入射光の強度が回折後に約
数十％減衰する点に留意する必要がある。
【０００５】図８の（２）に示すプリズムは古くから分
光用光学素子として知られている。これは、光の波長に
よって物質の屈折率が異なることから、混合して入射し
た光の波長毎に屈折角度が異なり光が分散する性質を利
用したものである。
光用光学素子として知られている。これは、光の波長に
よって物質の屈折率が異なることから、混合して入射し
た光の波長毎に屈折角度が異なり光が分散する性質を利
用したものである。
【０００６】このプリズムを用いる方式は、ガラスによ
る吸収が数％と小さいため入射光の強度の減衰が少な
く、またプリズムの材質と頂角を適当に組み合わせるこ
とで望む分散特性を容易に実現できるという特徴を備え
ている。
る吸収が数％と小さいため入射光の強度の減衰が少な
く、またプリズムの材質と頂角を適当に組み合わせるこ
とで望む分散特性を容易に実現できるという特徴を備え
ている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これら
の方式を顕微鏡に適用しようとした場合には次のような
問題が生ずる。
の方式を顕微鏡に適用しようとした場合には次のような
問題が生ずる。
【０００８】それは、これらの光学素子を顕微鏡に挿入
することによって光軸が大きく振れることである。この
結果、分光前の観察像と分光後のスペクトル像とを観察
者が容易に対応付けることが極めて困難となる。特に回
折格子を用いた場合には、多次の回折光も同時に混入す
るため、もともとの観察範囲を小さく限定しない限り観
察像とスペクトルの対応付けは不可能である。
することによって光軸が大きく振れることである。この
結果、分光前の観察像と分光後のスペクトル像とを観察
者が容易に対応付けることが極めて困難となる。特に回
折格子を用いた場合には、多次の回折光も同時に混入す
るため、もともとの観察範囲を小さく限定しない限り観
察像とスペクトルの対応付けは不可能である。
【０００９】さらに、光軸が大きく振れることにより、
一般の顕微鏡の光路内にこのような光学素子を組み込ん
で使用することは、顕微鏡の構造を大幅に作り変えなけ
れば不可能である。
一般の顕微鏡の光路内にこのような光学素子を組み込ん
で使用することは、顕微鏡の構造を大幅に作り変えなけ
れば不可能である。
【００１０】本発明は、係る事情に鑑みてなされたもの
であって、顕微鏡の構造を大幅に変更することなく、顕
微鏡の光路内に挿入するだけで容易に観察像のスペクト
ル分光解析が可能であり、観察像とスペクトル像との対
応付けも容易な光分散用光学素子とその光分散用光学素
子を利用する光学顕微鏡を提供することを目的とする。
であって、顕微鏡の構造を大幅に変更することなく、顕
微鏡の光路内に挿入するだけで容易に観察像のスペクト
ル分光解析が可能であり、観察像とスペクトル像との対
応付けも容易な光分散用光学素子とその光分散用光学素
子を利用する光学顕微鏡を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】上記課題を解消するため
の本発明は、異なる分散特性を有する２種類のウエッジ
型ガラス基板を互いにウエッジ角の向きが反対方向にな
るように重ねて形成された光分散用光学素子である。
の本発明は、異なる分散特性を有する２種類のウエッジ
型ガラス基板を互いにウエッジ角の向きが反対方向にな
るように重ねて形成された光分散用光学素子である。
【００１２】また本発明は、上記記載の発明である光分
散用光学素子において、特定の波長の光について、前記
光分散用光学素子に入射する光の進行方向と、前記光分
散用光学素子を透過して出射する光の進行方向とが平行
となるように形成された光分散用光学素子である。
散用光学素子において、特定の波長の光について、前記
光分散用光学素子に入射する光の進行方向と、前記光分
散用光学素子を透過して出射する光の進行方向とが平行
となるように形成された光分散用光学素子である。
【００１３】また本発明は、上記記載の発明である光分
散用光学素子において、光分散用光学素子を構成する２
種類のウエッジ型ガラス基板のそれぞれのウエッジ角
β、γ、特定の波長の光についてのそれぞれの屈折率ｎ
１、ｎ２、前記光分散用光学素子の周囲の媒質の屈折率
ｎ０の間に下記式で表される関係を有する光分散用光学
素子である。
散用光学素子において、光分散用光学素子を構成する２
種類のウエッジ型ガラス基板のそれぞれのウエッジ角
β、γ、特定の波長の光についてのそれぞれの屈折率ｎ
１、ｎ２、前記光分散用光学素子の周囲の媒質の屈折率
ｎ０の間に下記式で表される関係を有する光分散用光学
素子である。
【００１４】β／γ＝（ｎ２−ｎ０）／（ｎ１−ｎ０）
また本発明は、上記記載の発明である光分散用光学素子
を、光束がほぼ平行となっている光路中に配設した光学
顕微鏡である。
を、光束がほぼ平行となっている光路中に配設した光学
顕微鏡である。
【００１５】また本発明は、上記記載の発明である光分
散用光学素子を、光束がほぼ平行となっている光路中に
着脱自在に構成した光学顕微鏡である。
散用光学素子を、光束がほぼ平行となっている光路中に
着脱自在に構成した光学顕微鏡である。
【００１６】また本発明は、上記記載の発明である光学
顕微鏡において、光学顕微鏡は、エバネッセント場蛍光
顕微鏡である光学顕微鏡である。
顕微鏡において、光学顕微鏡は、エバネッセント場蛍光
顕微鏡である光学顕微鏡である。
【００１７】
【発明の実施の形態】図１は、本発明に係る第１の実施
の形態の光分散用光学素子１の構造を示す図である。
の形態の光分散用光学素子１の構造を示す図である。
【００１８】本光分散用光学素子１は、２種類の異なる
分散特性をもつ光学ガラスで作成したウエッジ型ガラス
基板２、３を、ウエッジ角（以下、「頂角」という）の
向きが丁度反対方向になるように重ねた構成である。そ
して、この光分散用光学素子１は特定の波長の光につい
て、光分散用光学素子１に入射する光の進行方向と、光
分散用光学素子１を透過して出射する光の進行方向とが
平行（振れ角＝０）となるように形成されている。
分散特性をもつ光学ガラスで作成したウエッジ型ガラス
基板２、３を、ウエッジ角（以下、「頂角」という）の
向きが丁度反対方向になるように重ねた構成である。そ
して、この光分散用光学素子１は特定の波長の光につい
て、光分散用光学素子１に入射する光の進行方向と、光
分散用光学素子１を透過して出射する光の進行方向とが
平行（振れ角＝０）となるように形成されている。
【００１９】そして更に、この入射光と出射光の位置ず
れ量は微小な値となるように構成されている。従って、
この光分散用光学素子１によって得られるスペクトル像
では、特定の波長の色が元の観察像の位置の近傍に生じ
るため、観察者は観察像とスペクトル像とを容易に対応
付けることができる。
れ量は微小な値となるように構成されている。従って、
この光分散用光学素子１によって得られるスペクトル像
では、特定の波長の色が元の観察像の位置の近傍に生じ
るため、観察者は観察像とスペクトル像とを容易に対応
付けることができる。
【００２０】次に、図１を参照して本発明の光分散用光
学素子の構成方法について説明する。
学素子の構成方法について説明する。
【００２１】本光分散用光学素子１を構成するウエッジ
型ガラス基板２の屈折率をｎ１、頂角をβとし、ウエッ
ジ型ガラス基板３の屈折率をｎ２、頂角をγとする。そ
して、入射光５に対して垂直な平面６、７がそれぞれウ
エッジ型ガラス基板２、３となす角度をα、δとする。
また、周囲の媒質の屈折率をｎ０とする。
型ガラス基板２の屈折率をｎ１、頂角をβとし、ウエッ
ジ型ガラス基板３の屈折率をｎ２、頂角をγとする。そ
して、入射光５に対して垂直な平面６、７がそれぞれウ
エッジ型ガラス基板２、３となす角度をα、δとする。
また、周囲の媒質の屈折率をｎ０とする。
【００２２】いま、ウエッジ型ガラス基板２に対して入
射角αで入射した入射光５が、振れ角がΔｅ以内となる
ようにウエッジ型ガラス基板３から出て行くためには、
屈折角θ１、θ２、θ３を図１に示すようにとった場合
に、式（１）〜（４）に示す関係が成立することが条件
となる。
射角αで入射した入射光５が、振れ角がΔｅ以内となる
ようにウエッジ型ガラス基板３から出て行くためには、
屈折角θ１、θ２、θ３を図１に示すようにとった場合
に、式（１）〜（４）に示す関係が成立することが条件
となる。
【００２３】
ｓｉｎα／ｓｉｎθ１＝ｎ１／ｎ０ （１）
ｓｉｎ（θ１＋β）／ｓｉｎθ２＝ｎ２／ｎ１ （２）
ｓｉｎ（θ２−γ）／ｓｉｎθ３＝ｎ０／ｎ２ （３）
｜δ−θ３｜＜＝Δｅ （４）
ここで、実用上α、β、δ、γはラジアンを単位として
充分小さな角度とみなすことができるため、近似式
（５）を適用して整理すると、式（６）に示す関係式を
得る。
充分小さな角度とみなすことができるため、近似式
（５）を適用して整理すると、式（６）に示す関係式を
得る。
【００２４】
ｓｉｎθ ≒ θ （５）
−Δｅ＜δ−α−β×ｎ１／ｎ０＋γ×ｎ２／ｎ０＜Δｅ （６）
この関係式を充足するようにウエッジ型ガラス基板２、
３の材質、頂角などを決定すれば良い。ここで、α、
β、δ、γには式（７）に示す関係がある。 α＋β ＝ δ＋γ （７） そこで、この関係を用いて式（６）を整理すると式
（８）を得る。
３の材質、頂角などを決定すれば良い。ここで、α、
β、δ、γには式（７）に示す関係がある。 α＋β ＝ δ＋γ （７） そこで、この関係を用いて式（６）を整理すると式
（８）を得る。
【００２５】
−Δｅ＜−β×(ｎ１−ｎ０)／ｎ０＋γ×(ｎ２−ｎ０)／ｎ０＜Δｅ （８）
そして、この式（８）を用いて光分散用光学素子１を設
計する。
計する。
【００２６】先ず、ウエッジ型ガラス基板２、３の種類
（材質）を選定し、それぞれの種類について波長ごとの
屈折率を調べる。尚、ここでは、周囲の媒質は空気とし
ているが、その空気についても波長ごとの屈折率を調べ
る。図２は、波長ごとの媒質の屈折率を示す表である。
図２においてλ１、λ２、λ３は、例えば緑、黄、赤の
色の光を表している。
（材質）を選定し、それぞれの種類について波長ごとの
屈折率を調べる。尚、ここでは、周囲の媒質は空気とし
ているが、その空気についても波長ごとの屈折率を調べ
る。図２は、波長ごとの媒質の屈折率を示す表である。
図２においてλ１、λ２、λ３は、例えば緑、黄、赤の
色の光を表している。
【００２７】次に、振れ角が０となる波長の光について
の条件を求める。この条件は式（９）で表される。 −β×（ｎ１−ｎ０）／ｎ０＋γ×（ｎ２−ｎ０）／ｎ０＝０ （９） 即ち、式（１０）が成立するように頂角β、γを設計す
れば、その波長の光の振れ角を０とすることができる。 β／γ＝（ｎ２−ｎ０）／（ｎ１−ｎ０） （１０） そこで、式（１０）を充足する頂角β、γを特定し、そ
の条件の下で各波長毎に式（８）を用いて計算して、各
波長ごとの振れ角を求めることができる。
の条件を求める。この条件は式（９）で表される。 −β×（ｎ１−ｎ０）／ｎ０＋γ×（ｎ２−ｎ０）／ｎ０＝０ （９） 即ち、式（１０）が成立するように頂角β、γを設計す
れば、その波長の光の振れ角を０とすることができる。 β／γ＝（ｎ２−ｎ０）／（ｎ１−ｎ０） （１０） そこで、式（１０）を充足する頂角β、γを特定し、そ
の条件の下で各波長毎に式（８）を用いて計算して、各
波長ごとの振れ角を求めることができる。
【００２８】図３は、上記設計計算で求めた各波長ごと
の振れ角を示す図である。図３において、横軸は波長を
表し、縦軸は振れ角を表している。そして、特性曲線１
０、１１、１２はそれぞれ波長が５００、６００、７０
０ｎｍの光の振れ角を０とするように構成された光分散
用光学素子１の各波長に対する振れ角を表している。
の振れ角を示す図である。図３において、横軸は波長を
表し、縦軸は振れ角を表している。そして、特性曲線１
０、１１、１２はそれぞれ波長が５００、６００、７０
０ｎｍの光の振れ角を０とするように構成された光分散
用光学素子１の各波長に対する振れ角を表している。
【００２９】そこでこの結果を用いれば、例えば、６０
０ｎｍの光の振れ角を０とする構成の光分散用光学素子
１において、５００ｎｍと７００ｎｍの光の振れ角を求
めることができる。図３は、ウエッジ型ガラス基板の種
類としてＳＦ６とＢＫを用いた特性曲線であるが、これ
以外にＳＦ６とＬＡＫ３３、ＳＦ４とＢＫ、石英とＢ
Ｋ、ＢＫとＦＫ１、ＬＡＫ３３とＢＫ、ホタル石とＢＫ
などを用いて構成することも可能である。
０ｎｍの光の振れ角を０とする構成の光分散用光学素子
１において、５００ｎｍと７００ｎｍの光の振れ角を求
めることができる。図３は、ウエッジ型ガラス基板の種
類としてＳＦ６とＢＫを用いた特性曲線であるが、これ
以外にＳＦ６とＬＡＫ３３、ＳＦ４とＢＫ、石英とＢ
Ｋ、ＢＫとＦＫ１、ＬＡＫ３３とＢＫ、ホタル石とＢＫ
などを用いて構成することも可能である。
【００３０】従って、種々の条件の下での特性曲線に基
づいて、設計者は所望の分光角度をもつ光分散用光学素
子１を構成することができる。尚、光分散用光学素子１
の厚みを適宜選択することにより、入射光と出射光の位
置ずれ量が所望の値となるように構成することができ
る。
づいて、設計者は所望の分光角度をもつ光分散用光学素
子１を構成することができる。尚、光分散用光学素子１
の厚みを適宜選択することにより、入射光と出射光の位
置ずれ量が所望の値となるように構成することができ
る。
【００３１】次に、本光分散用光学素子１を適用したエ
バネッセント場蛍光顕微鏡を例としてその構成と動作に
ついて説明する。
バネッセント場蛍光顕微鏡を例としてその構成と動作に
ついて説明する。
【００３２】生体分子の機能を解析するため、局所的な
エバネッセント場を発生させて観察することのできる蛍
光顕微鏡が用いられている。そして、この光学顕微鏡に
は蛍光分子を可視化する手法としてＴＩＲＦＭ（Ｔｏｔ
ａｌ ｉｎｔｅｒｎａｌ ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ ｆｌ
ｕｏｒｅｓｃｅｎｔ ｍｏｌｅｃｕｌｅｓ ｍｉｃｒｏ
ｓｃｏｐｙ）が使用されている。
エバネッセント場を発生させて観察することのできる蛍
光顕微鏡が用いられている。そして、この光学顕微鏡に
は蛍光分子を可視化する手法としてＴＩＲＦＭ（Ｔｏｔ
ａｌ ｉｎｔｅｒｎａｌ ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ ｆｌ
ｕｏｒｅｓｃｅｎｔ ｍｏｌｅｃｕｌｅｓ ｍｉｃｒｏ
ｓｃｏｐｙ）が使用されている。
【００３３】図４は、本光分散用光学素子１を適用した
エバネッセント場蛍光顕微鏡の構成を示す図である。
エバネッセント場蛍光顕微鏡の構成を示す図である。
【００３４】試料を励起するための照明用光源１５には
ＹＡＧレーザを用いる。そして発生したレーザ光（５３
２ｎｍ）の偏光面を、１／２波長板１６によって回転し
た後、ビームスプリッタ１７を介して１／４波長板１８
に入射する。偏光面を回転させた後、ビームスプリッタ
１７を通すことでレーザ光は減衰する。また１／４波長
板１８を使用するのは、レーザ光は直線偏光しているた
め、この１／４波長板１８を用いてレーザ光を円偏光に
変換し、蛍光分子の蛍光強度が変動するなどの影響を生
じさせないようにするためである。
ＹＡＧレーザを用いる。そして発生したレーザ光（５３
２ｎｍ）の偏光面を、１／２波長板１６によって回転し
た後、ビームスプリッタ１７を介して１／４波長板１８
に入射する。偏光面を回転させた後、ビームスプリッタ
１７を通すことでレーザ光は減衰する。また１／４波長
板１８を使用するのは、レーザ光は直線偏光しているた
め、この１／４波長板１８を用いてレーザ光を円偏光に
変換し、蛍光分子の蛍光強度が変動するなどの影響を生
じさせないようにするためである。
【００３５】次にレーザ光は集光レンズ１９を介して石
英ブロック２０に照射される。この石英ブロック２０の
下面側には、標本である蛍光分子を固定した石英スライ
ドガラス２１が設けられ、石英ブロック２０と石英スラ
イドガラス２１の間はグリセロールによって充たされて
いる。
英ブロック２０に照射される。この石英ブロック２０の
下面側には、標本である蛍光分子を固定した石英スライ
ドガラス２１が設けられ、石英ブロック２０と石英スラ
イドガラス２１の間はグリセロールによって充たされて
いる。
【００３６】レーザ光は石英スライドグラス２１と標本
溶液との間で反射を繰り返しながら局所領域であるエバ
ネセント場を形成し、その場に存在する蛍光分子を励起
する。そして、レーザ光は反射光として石英ブロック２
０から出て行く。
溶液との間で反射を繰り返しながら局所領域であるエバ
ネセント場を形成し、その場に存在する蛍光分子を励起
する。そして、レーザ光は反射光として石英ブロック２
０から出て行く。
【００３７】励起された蛍光分子の挙動を観測するため
対物レンズ２２が設けられ、この対物レンズ２２の像は
バンドパスフィルタ２３によって散乱光や背景光の影響
が除去された後、リレーレンズ２４を介してイメージ増
幅器２５と組み合わされたＣＣＤ撮像素子２６に投射さ
れ、図示しない以降の機器を用いて画像処理が行われ
る。
対物レンズ２２が設けられ、この対物レンズ２２の像は
バンドパスフィルタ２３によって散乱光や背景光の影響
が除去された後、リレーレンズ２４を介してイメージ増
幅器２５と組み合わされたＣＣＤ撮像素子２６に投射さ
れ、図示しない以降の機器を用いて画像処理が行われ
る。
【００３８】本発明に係る光分散用光学素子１は、対物
レンズ２２とリレーレンズ２４間の光路中に挿入し、あ
るいは光路からの取り出しが容易に行えるように配設さ
れている。本実施の形態においては、この光分散用光学
素子１は緑色の波長の光の振れ角が０となるように設計
されている。このため、分光後のスペクトル像において
も緑色の波長の光が元の観察像の位置からそれることが
少ない。
レンズ２２とリレーレンズ２４間の光路中に挿入し、あ
るいは光路からの取り出しが容易に行えるように配設さ
れている。本実施の形態においては、この光分散用光学
素子１は緑色の波長の光の振れ角が０となるように設計
されている。このため、分光後のスペクトル像において
も緑色の波長の光が元の観察像の位置からそれることが
少ない。
【００３９】このように本発明の光分散用光学素子１を
用いれば、光路に対する挿入・引出し操作のみによって
容易に観察像とスペクトル像とを得ることができる。ま
た本発明の光分散用光学素子１を組み込む際にも、従来
の倒立顕微鏡の構造を大きく変更することなく構成する
ことができる。
用いれば、光路に対する挿入・引出し操作のみによって
容易に観察像とスペクトル像とを得ることができる。ま
た本発明の光分散用光学素子１を組み込む際にも、従来
の倒立顕微鏡の構造を大きく変更することなく構成する
ことができる。
【００４０】図５は、蛍光分子の観察像と、光分散用光
学素子１を用いたそのスペクトル像を示す図である。
学素子１を用いたそのスペクトル像を示す図である。
【００４１】図５の（１）は、光分散用光学素子１を用
いずに観察した蛍光分子３０の観察像である。この観察
像では、蛍光分子３０は小さな橙色の点として表されて
いる。この状態で光分散用光学素子１を光路中に挿入す
ると、図５の（２）に示すようにそれぞれの蛍光分子毎
のスペクトル３１が現れる。この蛍光分子３０の発する
蛍光は可視領域の広い波長成分を含んでいるため、スペ
クトル像に現れる緑、黄色、赤などの帯像を明瞭に識別
することができる。そして、必要に応じて、観察像の上
で輝度分布を計測し、スペクトル特性の定量的な分析を
行うことができる。
いずに観察した蛍光分子３０の観察像である。この観察
像では、蛍光分子３０は小さな橙色の点として表されて
いる。この状態で光分散用光学素子１を光路中に挿入す
ると、図５の（２）に示すようにそれぞれの蛍光分子毎
のスペクトル３１が現れる。この蛍光分子３０の発する
蛍光は可視領域の広い波長成分を含んでいるため、スペ
クトル像に現れる緑、黄色、赤などの帯像を明瞭に識別
することができる。そして、必要に応じて、観察像の上
で輝度分布を計測し、スペクトル特性の定量的な分析を
行うことができる。
【００４２】尚、本実施の形態では、光分散用光学素子
１を光束がほぼ平行になっている光路中に挿入し、ある
いは光路から引出すことで観察像とスペクトル像を切り
替えたが、本発明はこの形態に限定されるものではな
い。例えば、光路中にビームスプリッタを設けて分割さ
れた一方の光路中に光分散用光学素子１を設けるように
構成しても良い。このように構成すれば、観察像とスペ
クトル像を同時に観察することが可能である。
１を光束がほぼ平行になっている光路中に挿入し、ある
いは光路から引出すことで観察像とスペクトル像を切り
替えたが、本発明はこの形態に限定されるものではな
い。例えば、光路中にビームスプリッタを設けて分割さ
れた一方の光路中に光分散用光学素子１を設けるように
構成しても良い。このように構成すれば、観察像とスペ
クトル像を同時に観察することが可能である。
【００４３】また、本発明を用いた場合であっても、ビ
デオカメラあるいは写真撮影により記録して解析するこ
とは可能である。例えば、波長５６７ｎｍの緑色光と波
長６７０ｎｍの赤色光を角度９度で分光させたい場合
は、前述の設計計算に基づいて頂角が９度のＳＦ６と、
１０．０５度のＢＫ７のウエッジ型ガラス基板を用い
る。この構成の光分散用光学素子を使用した場合、２０
０ｍｍ離れた結像面上で５６７ｎｍの光と波長６７０ｎ
ｍの光は、０．４４ｍｍ離れた２点あるいは２つのスポ
ットとして分離して観察することが可能である。
デオカメラあるいは写真撮影により記録して解析するこ
とは可能である。例えば、波長５６７ｎｍの緑色光と波
長６７０ｎｍの赤色光を角度９度で分光させたい場合
は、前述の設計計算に基づいて頂角が９度のＳＦ６と、
１０．０５度のＢＫ７のウエッジ型ガラス基板を用い
る。この構成の光分散用光学素子を使用した場合、２０
０ｍｍ離れた結像面上で５６７ｎｍの光と波長６７０ｎ
ｍの光は、０．４４ｍｍ離れた２点あるいは２つのスポ
ットとして分離して観察することが可能である。
【００４４】この結果、高感度ビデオカメラを使用し
て、スペクトル像の時間変化を記録することによりＦＲ
ＥＴ（蛍光エネルギ移動）現象などの１分子蛍光像のス
ペクトル変化を追跡することにも応用が可能である。
て、スペクトル像の時間変化を記録することによりＦＲ
ＥＴ（蛍光エネルギ移動）現象などの１分子蛍光像のス
ペクトル変化を追跡することにも応用が可能である。
【００４５】尚、本発明に係る光分散用光学素子は実施
の形態に示した構成に限定されず、種々のバリエーショ
ンで形成することが可能である。
の形態に示した構成に限定されず、種々のバリエーショ
ンで形成することが可能である。
【００４６】図６は、光分散用光学素子の他の実施形態
を示す図である。この形態では、ウエッジ型ガラス基板
の片面に反射コーティング３５を施しているため、分光
された反射光が得られる。従って、反射型の顕微鏡など
の光学機器に対して適用することができる。
を示す図である。この形態では、ウエッジ型ガラス基板
の片面に反射コーティング３５を施しているため、分光
された反射光が得られる。従って、反射型の顕微鏡など
の光学機器に対して適用することができる。
【００４７】図７は、光分散用光学素子の他の実施形態
を示す図である。この形態では、ウエッジ型ガラス基板
の片面に反射コーティング３６を施し、一部の波長の光
のみを選択して反射するように構成している。従って、
特定の光の影響を除去して観測を行いたい場合に有効で
ある。
を示す図である。この形態では、ウエッジ型ガラス基板
の片面に反射コーティング３６を施し、一部の波長の光
のみを選択して反射するように構成している。従って、
特定の光の影響を除去して観測を行いたい場合に有効で
ある。
【００４８】以上説明したように、本発明に係る光分散
用光学素子は光路内に挿入するだけで、観察している試
料の任意点のスペクトル分光解析が可能であり、かつ、
装着前の観察像との対応付けも容易な光学部品である。
従って、一分子蛍光分析装置のみでなく広く適用するこ
とができる。例えば、暗視野照明顕微鏡、明視野照明顕
微鏡、蛍光顕微鏡などの光学顕微鏡、セルソータ、フロ
ーセルなどの光学系を組み込んだ分注機器、顕微分光光
度計などにも適用が可能である。
用光学素子は光路内に挿入するだけで、観察している試
料の任意点のスペクトル分光解析が可能であり、かつ、
装着前の観察像との対応付けも容易な光学部品である。
従って、一分子蛍光分析装置のみでなく広く適用するこ
とができる。例えば、暗視野照明顕微鏡、明視野照明顕
微鏡、蛍光顕微鏡などの光学顕微鏡、セルソータ、フロ
ーセルなどの光学系を組み込んだ分注機器、顕微分光光
度計などにも適用が可能である。
【００４９】尚、上記実施形態には種々の段階の発明が
含まれているため、開示される複数の構成要件における
適宜な組み合わせにより種々の発明を抽出することがで
きる。例えば、実施形態に示される全構成要件から幾つ
かの構成要件が削除されても、発明が解決しようとする
課題の欄で述べた課題が解決でき、発明の効果の欄で述
べられている効果が得られる場合には、この構成要件が
削除された構成が発明として抽出できる。
含まれているため、開示される複数の構成要件における
適宜な組み合わせにより種々の発明を抽出することがで
きる。例えば、実施形態に示される全構成要件から幾つ
かの構成要件が削除されても、発明が解決しようとする
課題の欄で述べた課題が解決でき、発明の効果の欄で述
べられている効果が得られる場合には、この構成要件が
削除された構成が発明として抽出できる。
【００５０】
【発明の効果】本発明に係る光分散用光学素子を用いれ
ば、光路内に挿入するだけで、観察している試料の任意
点のスペクトル分光解析が可能であり、かつ、装着前の
観察像との対応付けも容易に行うことができる。
ば、光路内に挿入するだけで、観察している試料の任意
点のスペクトル分光解析が可能であり、かつ、装着前の
観察像との対応付けも容易に行うことができる。
【図１】本発明に係る第１の実施の形態の光分散用光学
素子の構造を示す図。
素子の構造を示す図。
【図２】波長ごとの媒質の屈折率を示す表。
【図３】各波長ごとの振れ角を示す図。
【図４】本発明に係る光分散用光学素子を適用したエバ
ネッセント場蛍光顕微鏡の構成を示す図。
ネッセント場蛍光顕微鏡の構成を示す図。
【図５】蛍光分子の観察像と、光分散用光学素子を用い
たそのスペクトル像を示す図。
たそのスペクトル像を示す図。
【図６】光分散用光学素子の他の実施形態を示す図。
【図７】光分散用光学素子の他の実施形態を示す図。
【図８】従来の光分散用光学素子を示す図。
１…光分散用光学素子
２…ウエッジ型ガラス基板
３…ウエッジ型ガラス基板
５…光軸
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 鈴木 良和
東京都目黒区駒場３−８−１ 東京大学総
合文化研究科内
Ｆターム(参考） 2H042 CA07 CA14 CA17
2H052 AA09 AB02 AC09 AC20 AC27
AC34 AD02 AD31 AF07 AF14
Claims (6)
- 【請求項１】 光学顕微鏡の観察像をスペクトル分析す
るための光分散用光学素子において、 異なる分散特性を有する２種類のウエッジ型ガラス基板
を、互いにウエッジ角の向きが反対方向になるように重
ねて形成されたことを特徴とする光分散用光学素子。 - 【請求項２】 特定の波長の光について、前記光分散用
光学素子に入射する光の進行方向と、前記光分散用光学
素子を透過して出射する光の進行方向とが平行となるよ
うに形成されたことを特徴とする請求項１に記載の光分
散用光学素子。 - 【請求項３】 前記光分散用光学素子を構成する２種類
のウエッジ型ガラス基板のそれぞれのウエッジ角β、
γ、特定の波長の光についてのそれぞれの屈折率ｎ１、
ｎ２、前記光分散用光学素子の周囲の媒質の屈折率ｎ０
の間に下記式で表される関係を有することを特徴とする
請求項１記載の光分散用光学素子。 β／γ＝（ｎ２−ｎ０）／（ｎ１−ｎ０） - 【請求項４】 請求項１乃至３の内いずれか１の請求項
に記載の光分散用光学素子を、光束がほぼ平行となって
いる光路中に配設したことを特徴とする光学顕微鏡。 - 【請求項５】 請求項１乃至３の内いずれか１の請求項
に記載の光分散用光学素子を、光束がほぼ平行となって
いる光路中に着脱自在に構成したことを特徴とする光学
顕微鏡。 - 【請求項６】 前記光学顕微鏡は、エバネッセント場蛍
光顕微鏡であることを特徴とする請求項４または５に記
載の光学顕微鏡。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002089387A JP2003287609A (ja) | 2002-03-27 | 2002-03-27 | 光分散用光学素子及び光学顕微鏡 |
| US10/284,148 US20030184854A1 (en) | 2002-03-27 | 2002-10-31 | Optical dispension element and optical microscope |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002089387A JP2003287609A (ja) | 2002-03-27 | 2002-03-27 | 光分散用光学素子及び光学顕微鏡 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003287609A true JP2003287609A (ja) | 2003-10-10 |
Family
ID=28449511
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002089387A Pending JP2003287609A (ja) | 2002-03-27 | 2002-03-27 | 光分散用光学素子及び光学顕微鏡 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US20030184854A1 (ja) |
| JP (1) | JP2003287609A (ja) |
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|---|---|---|---|---|
| US6597499B2 (en) * | 2001-01-25 | 2003-07-22 | Olympus Optical Co., Ltd. | Total internal reflection fluorescence microscope having a conventional white-light source |
| DE10231475A1 (de) * | 2002-07-12 | 2004-01-22 | Leica Microsystems Heidelberg Gmbh | Scanmikroskop mit optischem Bauteil und optisches Bauteil |
| US9709811B2 (en) | 2013-08-14 | 2017-07-18 | Kla-Tencor Corporation | System and method for separation of pump light and collected light in a laser pumped light source |
| KR102276432B1 (ko) * | 2014-04-07 | 2021-07-09 | 삼성전자주식회사 | 색분리 소자 및 상기 색분리 소자를 포함하는 이미지 센서 |
| CN111504609B (zh) * | 2020-04-07 | 2022-02-15 | 西安应用光学研究所 | 一种变间隙法布里-珀罗干涉仪楔角确定方法 |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4405203A (en) * | 1980-10-08 | 1983-09-20 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Air Force | Atmospheric dispersion corrector |
| US4634241A (en) * | 1984-04-27 | 1987-01-06 | Canon Kabushiki Kaisha | Stereoscopic microscope |
| US4794398A (en) * | 1986-10-01 | 1988-12-27 | United Technologies Corporation | Multimode, multispectral scanning and detection |
| US4850686A (en) * | 1987-02-06 | 1989-07-25 | Asahi Kogaku Kogyo K.K. | Apparatus for adjusting light beam direction |
| DE4028359C2 (de) * | 1989-09-06 | 1994-05-19 | Asahi Optical Co Ltd | Bildstabilisierungseinrichtung |
| US5596456A (en) * | 1994-02-25 | 1997-01-21 | New Focus, Inc. | Achromatic anamorphic prism pair |
-
2002
- 2002-03-27 JP JP2002089387A patent/JP2003287609A/ja active Pending
- 2002-10-31 US US10/284,148 patent/US20030184854A1/en not_active Abandoned
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US20030184854A1 (en) | 2003-10-02 |
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