JP2005268394A - レーザ光照射装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】基板上に、同じ光強度および同じ波長で発振する半導体レーザ光照射器の対を配置し、前記各レーザ光の光が平行光として前記半導体照射装置の対を結ぶ線分の中心位置を通る前記基板の垂線上の同じ位置を通るように、各半導体レーザ光照射器から発振される各レーザ光の光軸方向およびビーム径を、光学系によってそれぞれ規制する。
【選択図】図2
Description
また、蛍光物質に照射するレーザ光の強度を強くする第2の方法として、高出力のレーザ光を照射することができるレーザ光照射装置を用いる方法がある。下記特許文献1では、基板上に互いに同一ピッチの2次回折格子を備えた複数の面発光LD(レーザダイオード)を、各々の2次回折格子が上記基板上の一点に向かうよう、この一点を中心とした同心円上に配置したレーザ光照射装置が開示されている。
特許文献1に開示されるレーザ光照射装置70では、図6に示すように、複数の面発光LD72が、基板上に各々の2次回折格子が基板74上の一点に向かうよう、この一点を中心とした同心円上に配置されている。このレーザ光照射装置70において、複数の面発光LD72を互いに等しい注入電流で駆動してレーザ発振させると、図7に示すように、複数の面発光素子各々から基板の垂直方向に出射するレーザ光72a、72bは同一波長、同一位相となり、素子中央で互いに干渉して合成されて、高出力のレーザ光76が得られる。特許文献1では、このようなレーザ光照射装置において、各面発光レーザ素子を同一の駆動電流でレーザ発振させることにより、同一位相で同一波長の複数のレーザ光が合成された高出力のレーザ光を所定方向に安定して出力することを可能としている。
装置10は、測定対象物である溶液試料11を表面に配置する、透明基板からなるステージ12と、ステージ12に配置された溶液試料11から蛍光を発生させるためにステージ12に配置された溶液試料11にレーザ光を照射する、本発明のレーザ光照射装置の一例であるレーザ光照射装置14と、レーザ光照射装置14から照射されたレーザ光によって生じた蛍光を撮影装置へと導く対物レンズ16と、対物レンズ16によって導かれた蛍光を撮影して観測像を得る撮影装置18と、溶液試料11へレーザ光の照射、および撮影装置18による観測像の撮影の制御を行うための制御部20とを有して構成されている。
蛍光分析(本実施形態では蛍光の観察のことを指す)を高精度に行うためには、溶液試料中のラマン光や器壁などからの散乱光(装置内構成物からの散乱光)の影響をなくすことが重要である。そのためには、溶液試料に発生する蛍光が有限の寿命時間を有するという特徴を利用して、高出力レーザ光を溶液試料11に照射した直後は観察(撮影装置18による撮影)は行わず、バックグラウンド光が減衰した後に観察を行うことが望ましい。そのためには、時間幅の短いパルスレーザ光によって蛍光を励起してナノ秒の時間分解能で蛍光の測定を行う、時間分解蛍光分析法を実施することが好ましい。制御部20は、このような時間分解蛍光分析法の実施のために、レーザ光照射装置14による高出力レーザ光の照射のタイミング、および撮影装置18による蛍光の撮影のタイミングをナノ秒単位で制御する部位である。
図3は、レーザ基板34に配置された面発光レーザ素子32について説明する図で、面発光レーザ32の構成を示す概略図である。面発光レーザ素子である面発光レーザ32は、中心に光を放出する部位である活性層52があり、その上下に屈折率の違う材料を交互に積み重ねてゆき99パーセント以上の高い反射率を有する多層反射鏡(DBR)54が存在する。活性層52から出た光がこの上下の反射鏡54で反射されながら増幅されたレーザ光がレーザ基板34に垂直な方向に発振される。
レーザ素子32から発振されるレーザ光の発振方向(図2中の上側)には、レーザ基板34と所定の距離だけ離間して、レンズ基板38がレーザ基板34と平行に配置されている。レンズ基板38のレーザ素子32と対応する位置には、レンズ36が設けられている。レーザ素子32から出射されたレーザ光は、これらのレンズ36によって細いビーム径の平行光とされて、プリズム基板42に配置された各プリズム40に入射する。このレンズ基板38は、基板上のレーザ素子32に対応する位置にレンズが配置されていればよく、例えば、公知のマイクロレンズアレイなどが挙げられる。本発明におけるレンズ基板の構成は特に限定されない。
ステージ12は、透明なガラス基板22を備えて構成されている。溶液試料11はこのガラス基板22の一方の表面である溶液配置表面22aに配置されている。レーザ光照射装置14からは、溶液試料11の溶液試料配置表面22aとの界面である溶液試料界面11aの所定の集光点Pに向けて複数のレーザ素子32からレーザ光が照射される。装置10は、このようにレーザ光照射装置14から複数のレーザ光を照射して溶液試料11の集光点Pに集中して短い時間幅で高いエネルギーを照射することができる。このエネルギーの照射よって集光点Pにおいて生じた蛍光は、対物レンズ16によって集光されて撮影装置18に導かれる。
なお、レーザ光照射装置14から照射された複数のレーザ光は、それぞれガラス基板22のレーザ光入射面(図5中の下側の面)で屈性する。レーザ光照射装置14は上述の各光学系によってレーザ光の照射方向および集光点が調節可能となっており、それぞれガラス基板22のレーザ光入射面での屈性を考慮して、これら光学系を調節することで溶液試料11の所定の集光点Pにレーザ光を集光することができる。
この結果、溶液試料11の他の部分や対物レンズ16の受光面にレーザ光が直接回り込むこともなく、高い蛍光の励起エネルギーが必要な物質に対しても、バックグラウンドノイズ成分の少ない、高精度な撮影(ノイズ光の少ない撮影画像の取得)を可能としている。
レーザ光の照射は、上述のように、制御部20からレーザ光照射装置14の図示しない光源制御手段にレーザ光の照射の指示が出され、図示しない光源制御手段から、各レーザ素子32に駆動電圧が印加されて、各レーザ素子42からレーザ光が発振されることで行われる。発振された複数のレーザ光は上述のように溶液試料11の集光点Pに集光され、この複数のレーザ光の合成されたエネルギーが溶液試料11の、試料背面11aの集光点P近傍に存在する測定対象試料に付着された蛍光色素が励起され、励起光が対物レンズ16に入射する。
各レーザ素子32から発振されるレーザ光は、集光点Pにおいて必要な時間分解精度に応じた所定の時間内で蛍光色素が励起されるよう、レーザ光の出力およびレーザ光のパルス幅が調整されている。レーザ素子32は面発光レーザ基板であり、上記蛍光色素の種類(測定対象物の種類)や必要な時間分解能に応じて、出力や発振周波数が任意に変更可能となっている。
なお、本発明のレーザ光照射装置を用いた蛍光分析装置をしては、上述の時間分解測定に限定されるものではなく、レーザ光照射装置14から照射されるレーザ光は短パルス光に限定されず連続発振光でもよい。
11 溶液試料
12 ステージ
14、70 レーザ光照射装置
16 対物レンズ
18 撮影装置
20 制御部
22 ガラス基板
22a 試料配置面
24 プリズム
32 面発光レーザ素子
34 レーザ基板
36 レンズ
38 レンズ基板
40 プリズム
42 プリズム基板
44 光源制御手段
72 面発光LD
72a、72b レーザ光
Claims (7)
- 測定対象物にレーザ光を照射するレーザ光照射装置であって、
基板と、
この基板上に配置され、同じ光強度および同じ波長で発振する半導体レーザ光照射器の対と、
前記半導体レーザ光照射器から発振される各レーザ光の光軸方向をそれぞれ規制して、前記半導体レーザ光照射器の対を結ぶ線分の中心位置を通る前記基板の垂線上の同じ位置を前記各レーザ光の光軸が通るように、前記各レーザ光を集光させる光学系と、を有することを特徴とするレーザ光照射装置。 - 前記半導体レーザ光照射器の各レーザ光の光軸方向を規制する光学系は、前記半導体レーザ光照射器それぞれに個別に設けられていることを特徴とする請求項1に記載のレーザ光照射装置。
- 前記半導体レーザ光照射器は、前記中心位置を中心点とする同心円の周上の位置に複数の対が配置されている請求項1または2に記載のレーザ光照射装置。
- 前記半導体レーザ光照射器の対は、前記基板上に複数配置され、これら複数の対の半導体レーザ光照射器から発振するレーザ光の集光位置は、全て同じ位置であることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項のレーザ光照射装置。
- 前記半導体レーザ光照射器は面発光レーザ素子であることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載のレーザ光照射装置。
- 前記光学系は、前記半導体レーザ光照射器の対から発振される各レーザ光が測定対象物に向けて偏向するプリズムを半導体レーザ光照射器のそれぞれに対応して配置したプリズム基板を有し、このプリズム基板は前記基板と離れた位置に配されている請求項1〜5のいずれか1項に記載のレーザ光照射装置。
- 前記プリズム基板と半導体レーザ光照射器を配置した前記基板との間に、前記レーザ光をコリメート光とするコリメートレンズを設けたレンズ基板が配置され、前記レンズ基板および前記プリズム基板が前記基板に対して遠近方向に自在に調整可能に設定される請求項1〜6のいずれか1項に記載のレーザ光照射装置。
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