JP2009116031A - 光検出ユニット、顕微鏡 - Google Patents

Abstract

【課題】外光が検出素子へ入射することを防止しながら光学素子の交換を行うことが可能な光検出ユニット等を提供する。
【解決手段】観察光を所定の波長成分に分離する少なくとも１つの光学素子２０，２１，２２と、光学素子２０，２１，２２によって分離された観察光を、前記波長成分毎に検出するための複数の光検出素子２３，２４，２５，２６と、を有する光検出ユニット６において、光学素子２０，２１，２２を保持し、光学素子２０，２１，２２を前記観察光の受光位置から前記観察光の受光位置以外であって光学素子２０，２１，２２の交換を行う交換位置まで移動させる移動可能な保持手段２７，２８，２９と、光学素子２０，２１，２２の前記交換位置への移動に伴って配置される、光検出素子２３，２４，２５，２６への自然光の入射を防止する遮光手段３５と、を有することを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、光検出ユニット、顕微鏡に関する。

近年の顕微鏡、特に共焦点顕微鏡等においては、標本からの観察光をダイクロイックミラー及びバリアフィルタによって所望の波長成分に分離し、分離した観察光を複数の検出素子によって検出する構成の光検出ユニットを備えたものが知られている（例えば、特許文献１を参照。）。
特開２００５−８５８８５号公報

しかしながら上述のような従来の顕微鏡では、光検出ユニットからダイクロイックミラーやバリアフィルタを取り外したり、異なるダイクロイックミラーやバリアフィルタに交換しようとすれば、光検出ユニット外部の光が光検出ユニット内へ侵入して検出素子まで到達し、これによって検出素子がダメージを受けて感度が劣化してしまうという問題があった。このことは特に、共焦点顕微鏡等で用いられるＰＭＴ（Photo Multiplier Tube）やＡＰＤ（Avalanche Photo Diode）等の微弱な光を検出可能な高感度の検出素子において大きな問題となっていた。

そこで本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、外光が検出素子へ入射することを防止しながら光学素子の交換を行うことが可能な光検出ユニット、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、
観察光を所定の波長成分に分離する少なくとも１つの光学素子と、
前記光学素子によって分離された観察光を、前記波長成分毎に検出するための複数の光検出素子と、を有する光検出ユニットにおいて、
前記光学素子を保持し、前記光学素子を前記観察光の受光位置から前記観察光の受光位置以外であって前記光学素子の交換を行う交換位置まで移動させる移動可能な保持手段と、
前記光学素子の前記交換位置への移動に伴って配置される、前記光検出素子への自然光の入射を防止する遮光手段と、を有することを特徴とする光検出ユニットを提供する。

本発明によれば、外光が検出素子へ入射することを防止しながら光学素子の交換を行うことが可能な光検出ユニット、顕微鏡を提供することができる。

以下、本発明の実施形態に係る光検出ユニットを備えた顕微鏡を添付図面に基づいて詳細に説明する。
はじめに、本実施形態に係る光検出ユニットを備えた顕微鏡の全体的な構成を説明する。図１は、本発明の実施形態に係る光検出ユニットを備えた顕微鏡の全体構成を示す図である。
本顕微鏡１は、レーザ走査型の共焦点顕微鏡であって、図１に示すようにレーザ光を供給するレーザユニット２と、該レーザユニット２からのレーザ光を走査するスキャナヘッド３と、顕微鏡本体４と、標本５からの観察光を検出する光検出ユニット６と、本顕微鏡１の各部を制御するコンピュータ７とを備えている。

スキャナヘッド３は、図２（ａ）に示すように、光を二次元的に走査するガルバノスキャナ８と、ミラー９と、ピンホール１０と、反射プリズム１１とを有する。このスキャナヘッド３は、顕微鏡本体４の上部に取り付けられており、レーザユニット２及び光検出ユニット６とは光ファイバ１２ａ，１２ｂを介して接続されている。
また図１に示すように、顕微鏡本体４は、スキャナヘッド３側から順に、対物レンズ１３と、標本５を載置するステージ１４とを備えており、さらにコンピュータ７にはモニタ１５が接続されている。

光検出ユニット６は、図１に示すように光ファイバ１２ｂ側から順に、ダイクロイックミラー２０ａとその反射光路上に配置されたバリアフィルタ２０ｂとからなるフィルタキューブ２０と、これと同様の構成のフィルタキューブ２１，２２を有している。そして、各フィルタキューブ２０，２１，２２の反射光路上には検出素子としてＰＭＴ２３，２４，２５を有している。なお、フィルタキューブ２２については、その透過光路上にもバリアフィルタ２２ｃを有しており、これに対応してＰＭＴ２６も設けられている。

ここで、フィルタキューブ２０，２１，２２はそれぞれフィルタホイール２７，２８，２９に保持されており、このフィルタホイール２７，２８，２９は図３（ａ）に示すように波長特性の異なるフィルタキューブを計６個ずつ備えている。このため使用者は、各フィルタホイール２７，２８，２９を回転操作することで、所望のフィルタキューブ２０，２１，２２を観察光路内へ選択的に切り換えて配置することが可能である。
なお、本実施形態において各フィルタホイール２７，２８，２９には、電動のものが用いられており、使用者はコンピュータ７を介してこれらを回転操作することができる。

斯かる構成の下、レーザユニット２から発せられたレーザ光は、スキャナヘッド３を介して顕微鏡本体４へ導かれ、該顕微鏡本体４において対物レンズ１３を経てステージ１４上の標本５に照射される。そしてこれによって標本５から発せられた観察光は、再び対物レンズ１３を経た後、スキャナヘッド３を介して光検出ユニット６へ入力される。

光検出ユニット６へ入力された観察光は、１つめのフィルタキューブ２０によって反射光と透過光に分離され、この透過光は２つめのフィルタキューブ２１によってさらに反射光と透過光に分離され、この透過光は３つめのフィルタキューブ２２によってさらに反射光と透過光に分離される。即ち光検出ユニット６へ入力された観察光は、波長特性の異なる３つのフィルタキューブ２０，２１，２２によって４つの波長成分（フィルタキューブ２０の反射光、フィルタキューブ２１の反射光、及びフィルタキューブ２２の透過光と反射光）に分離されることとなり、この４つの波長成分はそれぞれ対応するＰＭＴ２３，２４，２５，２６で検出される。ここで、標本５に照射されるレーザ光は、スキャナヘッド３によって二次元的に走査されるため、各ＰＭＴ２３，２４，２５，２６では標本５の観察領域全体にわたって観察光が検出されることとなる。

これによりコンピュータ７は、各ＰＭＴ２３，２４，２５，２６から観察光の波長成分毎の検出信号を取得し、これに基づいて波長成分毎に標本５の二次元画像を生成しモニタ１５に表示させる。このようにして本顕微鏡１の使用者は、標本５の波長成分毎の共焦点画像を観察することが可能となる。

次に、本実施形態において最も特徴的な部分であるフィルタキューブ２０，２１，２２を交換するための機構を備えた光検出ユニット６の構成について詳細に説明する。
図２は、本発明の実施形態に係る光検出ユニットを備えた顕微鏡における光検出ユニットを上方から見た図である（（ａ）は観察時、（ｂ）はフィルタキューブ交換時）。また図３は、本発明の実施形態に係る光検出ユニットを備えた顕微鏡における光検出ユニットを側方から見た図である（（ａ）は観察時、（ｂ）はフィルタキューブ交換時）。

本実施形態に係る光検出ユニット６は、上述のように波長特性の異なるフィルタキューブ２０，２１，２２を６個ずつ備えた３つのフィルタホイール２７，２８，２９を、同じ回転軸３１上に直列に備えている。
そして図２及び図３に示すように、光検出ユニット６の筐体３２の天井壁３２ａには、フィルタホイール２７，２８，２９の回転軸３１の真上の位置に、使用者がフィルタキューブ２０，２１，２２の交換を行うための回転軸３１方向へ延在した交換用開口部３３が形成されており、さらにこの交換用開口部３３を塞ぐ開閉可能な蓋部材３４が設けられている。
また筐体３２の側壁３２ｂには、フィルタホイール２７，２８，２９の回転軸３１の真横の位置に、各フィルタホイール２７，２８，２９に対応した検出用開口部３６（フィルタホイール２９については２箇所）が形成されており、それぞれＰＭＴ２３，２４，２５，２６が配置されている。

ここで、フィルタホイール２７に備えられた６個のフィルタキューブ２０は、詳細には図３に示すように該フィルタホイール２７の回転方向において隣り合うフィルタキューブ２０と回転軸３１の中心とのなす角が６０度となるようにそれぞれ配置されている。そして、各フィルタキューブ２０の間には、それぞれ前記なす角を等分する位置に、検出用開口部３６を覆う遮光部材３５が計６枚備えられている。したがって、これらの構成及び前述した筐体３２の構成により、フィルタホイール２７におけるフィルタキューブ２０と遮光部材３５とは、該フィルタホイール２７を回転操作した際に、図３に示すように一方が交換用開口部３３に対向していれば、他方は必ず検出用開口部３６（ＰＭＴ２３）へ対向することとなる。
なお、以上の構成は他の２つのフィルタホイール２８，２９についても同様であり、特にフィルタホイール２９の遮光部材３５は２箇所の検出用開口部３６を覆うべく図２（ｂ）に示すように断面がＬ字形状のものが用いられている。

斯かる構成の光検出ユニット６は、観察時には図３（ａ）に示すように、使用者が各フィルタホイール２７，２８，２９を回転操作して、観察に使用したいフィルタキューブ２０，２１，２２を観察光路上（回転軸３１と各ＰＭＴ２３，２４，２５との間であり「観察位置」という。）に配置して用いられる。
これに対し、フィルタキューブ２０，２１，２２の交換時には、使用者は図３（ｂ）に示すように各フィルタホイール２７，２８，２９を回転操作して、交換したいフィルタキューブ２０，２１，２２を回転軸３１と交換用開口部３３との間（「交換位置」という。）に配置した後、蓋部材３４を開放して当該フィルタキューブ２０，２１，２２の交換を行う。なおこのとき、交換用開口部３６から外部の光が光検出ユニット６内へ侵入したとしても、各フィルタホイール２７，２８，２９の遮光部材３５が各検出用開口部３６に対向して光路を遮っているため、外部からの光が各ＰＭＴ２３，２４，２５，２６へ入射することを効果的に防ぎ損壊を防止することができる。

斯かる光検出ユニット６の構成により、使用者はＰＭＴ２３，２４，２５，２６の損壊を引き起こすことなくフィルタキューブ２０，２１，２２の交換を安全かつ簡便に行うことができる。
なお、フィルタキューブ２０，２１，２２の交換に際して外部からの光が各ＰＭＴ２３，２４，２５，２６へ入射することを防止する構成は上記に限られるものではなく、例えば蓋部材３４の開閉を検知するセンサと各検出用開口部３６にシャッタ部を配置し、蓋部材３４の開閉に連動してシャッタ部を開閉する構成等とすることも可能である。
なお、本実施形態に係る光検出ユニット６は、フィルタキューブ単位で交換を行う構成であるため、交換用フィルタキューブのフィルタホイール２７，２８，２９への取り付けは十分な位置精度で行うことができ、交換後の光軸調整等をする必要がない。
また、本実施形態に係る光検出ユニット６においてフィルタキューブ２０，２１，２２自体は特異な構成を備えていないため、使用者は蛍光顕微鏡の従来のフィルタキューブを本光検出ユニット６においても共用でき、コストの削減を図ることができる。

また、本実施形態に係る光検出ユニット６には、筐体３２の蓋部材３４の開閉を制限する次のロック機構が備えられている。
図３に示すように、光検出ユニット６の筐体３２に設けられた上述の蓋部材３４の内側にはツメ部４０が形成されている。
また、筐体３２の側壁３２ｂの内側面には支柱部４１が固設されており、この支柱部４１は「く」の字形状のクリックアーム４２を回動可能に備えている。クリックアーム４２の一端にはフィルタホイール２７の外周に当接して回転するクリックローラ４３が設けられており、他端にはロックピン４４が連結されている。このロックピン４４は、クリックアーム４２の回動に伴い天井壁３２ａに沿って移動可能であり、通常は図３（ａ）に示すように蓋部材３４のツメ部４０に係止して該蓋部材３４の開放を禁止している。なお、斯かるクリックアーム４２は、バネ４５を介して側壁３２ｂと接続されており、これによってクリックローラ４３は常にフィルタホイール２７に対して付勢されている。
また、フィルタホイール２７の外周には、各フィルタキューブ２０に対応した位置にクリック溝４６がそれぞれ形成されている。

以上のような構成のロック機構によって光検出ユニット６は、観察時は図３（ａ）に示すようにロックピン４４がツメ部４０を係止しているため、使用者は蓋部材３４を開放することができない。
これに対し、フィルタキューブ２０，２１，２２の交換に際して、交換したいフィルタキューブ２０を交換位置に配置した時には、図３（ｂ）に示すようにクリックローラ４３がフィルタホイール２７のクリック溝４６に落ち込むため、クリックアーム４２はバネ４５に引っ張られて回動する。これによりロックピン４４はツメ部４０から外れて退避するため蓋部材３４は開閉可能な状態となり、使用者は蓋部材３４を開放してフィルタキューブ２０，２１，２２の交換を行うことが可能となる。
したがってロック機構は、フィルタキューブ２０，２１，２２を交換位置に配置した時、即ち遮光部材３５によって各ＰＭＴ２３，２４，２５，２６への光路が塞がれている時のみ蓋部材３４の開閉を許可するものである。斯かるロック機構の構成により、使用者が不用意に蓋部材３４を開放して外部の光が侵入しＰＭＴ２３，２４，２５，２６を破損してしまうというような事態を未然に防止することができる。

以上、本実施形態によれば、外光が検出素子へ入射することを防止しながら光学素子の交換を行うことが可能な光検出ユニット、顕微鏡を実現することができる。

本発明の実施形態に係る光検出ユニットを備えた顕微鏡の全体構成を示す図である。 本発明の実施形態に係る光検出ユニットを備えた顕微鏡における光検出ユニットを上方から見た図である（（ａ）は観察時、（ｂ）はフィルタキューブ交換時）。 本発明の実施形態に係る光検出ユニットを備えた顕微鏡における光検出ユニットを側方から見た図である（（ａ）は観察時、（ｂ）はフィルタキューブ交換時）。

符号の説明

１ 顕微鏡
２ レーザユニット
３ スキャナヘッド
４ 顕微鏡本体
６ 光検出ユニット
２０，２１，２２ フィルタキューブ
２３，２４，２５，２６ ＰＭＴ
２７，２８，２９ フィルタホイール
３５ 遮光手段
３１ 回転軸
３２ 筐体
３４ 蓋部材

Claims (4)

1. 観察光を所定の波長成分に分離する少なくとも１つの光学素子と、
   前記光学素子によって分離された観察光を、前記波長成分毎に検出するための複数の光検出素子と、を有する光検出ユニットにおいて、
   前記光学素子を保持し、前記光学素子を前記観察光の受光位置から前記観察光の受光位置以外であって前記光学素子の交換を行う交換位置まで移動させる移動可能な保持手段と、
   前記光学素子の前記交換位置への移動に伴って配置される、前記光検出素子への自然光の入射を防止する遮光手段と、を有することを特徴とする光検出ユニット。
2. 前記移動可能な保持手段には、前記遮光手段として前記光学素子と対をなす遮光部材が配置され、前記光学素子を前記交換位置へ移動させた結果、当該光学素子と対をなす前記遮光部材が前記光検出素子の前へ移動しており、前記光検出素子への光の入射を防止することを特徴とする請求項１に記載の光検出ユニット。
3. 前記光学素子を交換するために筐体の前記交換位置付近には蓋部材を備えた開口部が形成されており、
   前記遮光手段によって前記光検出素子への光の入射が防止されているときのみ前記蓋部材の開閉を許可するロック機構を備えていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の光検出ユニット。
4. 請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の光検出ユニットを備えたことを特徴とする顕微鏡。

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