JP2012255731A

JP2012255731A - 円二色性イメージング装置

Info

Publication number: JP2012255731A
Application number: JP2011129462A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Satozono; 浩里園
Original assignee: Hamamatsu Photonics KK
Current assignee: Hamamatsu Photonics KK
Priority date: 2011-06-09
Filing date: 2011-06-09
Publication date: 2012-12-27

Abstract

【課題】高速且つ高精度に円二色性イメージを撮像することが可能な円二色性イメージング装置を提供する。
【解決手段】円二色性イメージング装置１の変調器３０から出射された右円偏光は、試料１００を透過した後に波長板８０により直線偏光に変換され、さらに偏光プリズム９０により分岐された後にカメラ５１により撮像される。また、円偏光光源から出射された左円偏光は、試料１００を透過した後に波長板８０により右円偏光を変換した直線偏光とは互いに異なる方向の直線偏光に変換され、さらに偏光プリズム９０により分岐された後にカメラ５２により撮像される。そして、上記の結果得られた右円偏光画像と左円偏光画像とから円二色性イメージを作成・出力される。
【選択図】図１

Description

本発明は、円二色性イメージング装置に関する。

円二色性は、分子の光学活性（キラリティ）によって起こる現象であり、左右の円偏光に対する吸光度の違いとして定義される。この円二色性のスペクトル情報は、分子の高次構造を反映していることから、特に生理活性物質の高次構造の解析等によく適用される。

円二色性を計測するためには、右の円偏光と左の円偏光の吸光度の差を計測する必要があるが、汎用の円二色性分光計においては、円偏光変調器を用いて右と左の円偏光を周期的に発生させ、試料を透過したときに生じる透過光の周期的な強度変化を、透過光のＡＣ成分として計測する方法や、円偏光変調器の変調信号から透過光の強度変化をロックインアンプで計測するといった方法等が一般的に用いられる。

具体的には、例えば特許文献１では、円二色性のイメージを計測する従来技術として、近接場プローブを使って試料をスキャンする方法が開示されている。また、特許文献２では、共焦点蛍光顕微鏡と円二色性のイメージ計測とを組み合わせた方法が知られている。

また、特許文献３では、左右の円偏光を自由に発生できる光源を使って、左右の円偏光をそれぞれ計測し、差を求めることで円二色性イメージを得る技術が開示されている。さらに、特許文献４では、光偏光変調器を使わずに、回転する偏光板を用いて左右の円偏光を生成し、各々の透過画像から円二色性イメージを得る技術が開示されている。また、特許文献５では、無偏光の光を試料に照射し、この試料からの光を変調した後に、偏光成分を抽出し、この光成分から円二色性を測定する二色性分散計が開示されている。

特開平１０−３２５８４０号公報国際公開第２００７／０８８９４７号特開平０５−０４５３０４号公報米国特許出願公開第２００５／０１３４６８７号明細書特許第３３４１９２８号公報

しかしながら、上記特許文献１，２に記載の方法は、いずれも試料を走査して測定を行うことから測定に時間を要するため、例えば経時変化が速い試料の測定を精度よく行うことは困難である。また、特許文献３に記載の方法は、左右の円偏光を自由に発生できる光として放射光を想定していることから、装置を容易に作成することができない。さらに、特許文献４に記載の方法は、偏光板の回転等のメカニカルな機構が必要となるため、装置由来の誤差を考慮すると、より高い精度での測定が困難である。また、特許文献５に記載の方法は、円二色性の測定には適用できるものの画像取得を想定しておらず、特許文献５記載の円二色性分散計の構成を円二色性イメージの形成に適用することは困難であった。

本発明は上記を鑑みてなされたものであり、高速且つ高精度に円二色性イメージを撮像することが可能な円二色性イメージング装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に係る円二色性イメージング装置は、試料に対して右円偏光及び左円偏光を交互に出射する円偏光光源と、前記円偏光光源により出射されて前記試料により透過された前記右円偏光を第１直線偏光に変換して出射すると共に、前記円偏光光源により出射されて前記試料により透過された前記左円偏光を前記第１直線偏光と直交する第２直線偏光に変換する１／４波長板と、前記第１直線偏光と前記第２直線偏光とを入射し、互いに異なる方向へ出射する偏波分離手段と、前記偏波分離手段により出射された前記第１直線偏光による画像を撮像する右円偏光画像撮像手段と、前記偏波分離手段により出射された前記第２直線偏光による画像を撮像する左円偏光画像撮像手段と、前記右円偏光画像撮像手段により撮像された画像を格納する右円偏光画像格納手段と、前記左円偏光画像撮像手段により撮像された画像を格納する左円偏光画像格納手段と、前記右円偏光画像格納手段に格納された前記右円偏光画像と、前記左円偏光画像格納手段に格納された前記左円偏光画像との差分を求め、その結果を円二色性イメージとして出力する出力手段と、を備えることを特徴とする。

上記の円二色性イメージング装置によれば、円偏光光源から出射された右円偏光は、試料を透過した後に１／４波長板により第１直線偏光に変換され、さらに偏波分離手段により第１直線偏光の光のみ分離されて右円偏光画像撮像手段により撮像される。また、円偏光光源から出射された左円偏光は、試料を透過した後に１／４波長板により第１直線偏光と直交する第２直線偏光に変換され、さらに偏波分離手段により第２直線偏光の光のみ分離された後に左円偏光画像撮像手段により撮像される。そして、上記の結果得られた右円偏光画像と左円偏光画像とから円二色性イメージを作成・出力される。このように上記の円二色性イメージング装置では、右円偏光及び左円偏光が試料を透過した後に、互いに直交する直線偏光に変換され、その後、偏波分離手段によりそれぞれ分離された後に互いに異なる２つの撮像手段によって撮像される。したがって、上記の円二色性イメージング装置によれば、試料を走査して測定する場合と比較してより高速に、且つ、より簡易な装置を用いて高精度の円二色性イメージを撮像することができる。

ここで、上記の円二色性イメージング装置は、円偏光光源は、試料に対して光を出射する光源と、光源からの光を右円偏光と左円偏光とに交互に変換して出射する円偏光変調手段と、から構成され、光源と円偏光変換手段との間の光路上に単色フィルタを更に備える態様とすることができる。

上記のように、光源と円偏光変換手段との間に特定の波長の光のみを通過させる単色フィルタを設ける構成とすることで、ノイズ成分となる光を除去することができるため、撮像手段において右円偏光画像及び左円偏光画像を精度よく撮像することができ、より高精度な円二色性イメージを得ることができる。さらに、単色フィルタにより目的とする波長のみが選別されるため、光源が非単色光源であっても、目的の波長における円二色性イメージを得ることも可能となる。

本発明によれば、高速且つ高精度に円二色性イメージを撮像することが可能な円二色性イメージング装置が提供される。

本実施形態に係る円二色性イメージング装置の構成を説明する概略構成図である。本実施形態に係る円二色性イメージング装置における変調について説明する図である。本実施形態に係る円二色性イメージング装置による処理を説明するフローチャートである。

以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための形態を詳細に説明する。なお、図面の説明においては同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。

図１は、本実施形態に係る円二色性イメージング装置の構成を説明する概略構成図である。図１に示すように、円二色性イメージング装置１は、光源１０、単色フィルタ４０、偏光子２０、変調器３０、波長板８０、偏光プリズム９０、カメラ５１，５２、及び画像処理装置６０を含んで構成され、変調器３０と波長板８０との間に試料１００が配置される。

光源１０は、試料１００に対して照射するための光を出射する。この光源１０から出射される光は非偏光であり、例えば、波長２８０ｎｍの光を出射する重水素ランプ等が光源１０として用いられる。

光源１０から出射された光は単色フィルタ４０を通過して、偏光子２０に入射する。単色フィルタ４０は、円二色性イメージの形成には不要な波長成分やノイズ成分等の除去のために設けられている。本実施形態の円二色性イメージング装置１では、波長２８０ｎｍの光のみを通過させる単色フィルタ４０が用いられる。偏光子２０では、光源１０から出射された光のうち直線偏光のみが取り出される。偏光子２０としては、例えば、グランテーラープリズムが用いられる。

偏光子２０により取り出された直線偏光は、変調器３０によって右円偏光又は左円偏光に変換して出射される。変調器３０は、円偏光変調器３１と変調信号発振器３２とを含んで構成されている。変調信号発振器３２は、右円偏光への変換を指示する信号と左円偏光への変換を指示する信号とを変調信号とし、これらを周期的に交互に発振する。変調信号発生器は、例えば５０ｋＨｚ周期の変調信号を発振する。そして、変調信号発振器３２により発振される変調信号に基づいて、円偏光変調器３１に入射した直線偏光が右円偏光又は左円偏光に交互に変換されて出射される。

上記により、円偏光変調器３１によって出射された右円偏光及び左円偏光が試料１００に対して交互に出射される。すなわち、光源１０、単色フィルタ４０、偏光子２０及び変調器３０が円偏光光源として機能する。円偏光変調器３１により出射されて、試料１００を透過した透過光は、波長板８０に入射する。

波長板８０（１／４波長板）は、単色光の波長に対して１／４λの位相変化を行う働きを有する。これにより偏光状態が変換された透過光が、波長板８０から出射され、偏光プリズム９０（偏波分離手段）へ入射する。

ここで、光源１０から出射された光がどのように変調されるかについて図２を用いて説明する。光源１０から出射された光は偏光子２０を通過することで、図２（ａ）に示すように、所定の方向の直線偏光のみが取り出される。そして、変調信号発振器３２の変調信号に基づいて円偏光変調器３１において周期的に位相変調が行われ、直線偏光に対して−１／４λ〜＋１／４λの位相変化が加えられ、図２（ｂ）に示すように、プラス方向に位相変化を加えられた時間帯に円偏光変調器３１に入射した光は右円偏光となる。一方、マイナス方向に位相変化を加えられた時間帯に円偏光変調器３１に入射した光は左円偏光となる。さらに位相変化が加えられない時期に円偏光変調器３１に入射した光は、直線偏光のまま出射される。

次に、円偏光変調器３１により変調された左右の円偏光は波長板８０に入射し、波長板８０により＋１／４λの位相変化が加えられる。この結果、図２（ｃ）に示すように、円偏光変調器３１を通過した後に右円偏光だった光は所定の方向の直線偏光（第１直線偏光）となる。また、円偏光変調器３１を通過した後に左円偏光だった光は第１直線偏光に対して直交する方向の直線偏光（第２直線偏光）となる。なお、波長板８０に対しては、円偏光変調器３１から直線偏光のまま出射された光も入射するが、この直線偏光は、波長板８０により右円偏光に変換されて出射される。

図１に戻り、偏光プリズム９０（光分岐手段）は、直線偏光を偏光方向によって互いに異なる方向へ出射するプリズムである。上記のように、偏光プリズム９０の前段の波長板８０により、右円偏光及び左円偏光はそれぞれ互いに直交する方向の直線偏光に変換されるので、偏光プリズム９０によって、右円偏光から変換された直線偏光と、左円偏光から変換された直線偏光と、は互いに異なる方向へ出射される。偏光プリズム９０により、その偏光方向に応じて異なる方向へ出射された透過光は、後段のカメラ５１，５２へ入射する。カメラ５１は、右円偏光から変換された直線偏光が出射される方向に設けられ、カメラ５２は、左円偏光から変換された直線偏光が出射される方向に設けられる。

カメラ５１，５２は、例えば、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）カメラ等が用いられる。カメラ５１，５２では、入射した透過光の強度が画像信号に変換され、この信号がカメラ５１，５２からイメージキャプチャボード６１Ａ，６１Ｂへ送られる。

画像処理装置６０は、カメラ５１及びカメラ５２により撮像された画像から円二色性イメージを形成・出力するための装置である。具体的には、画像処理装置６０は、カメラ５１と接続されたイメージキャプチャボード６１Ａ、カメラ５２と接続されたイメージキャプチャボード６１Ｂ、画像信号切替部６２、右円偏光画像格納部６３、左円偏光画像格納部６４、画像演算部６５、出力部６６を含んで構成されている。

イメージキャプチャボード６１Ａは、カメラ５１からの画像信号を取り込むと共に、画像処理装置６０において画像ファイルとして保存・使用するための処理を行う。イメージキャプチャボード６１Ｂは、カメラ５２からの画像信号を取り込むと共に、画像処理装置６０において画像ファイルとして保存・使用するための処理を行う。

イメージキャプチャボード６１Ａに送られた画像信号は、右円偏光画像格納部６３へ送られる。また、イメージキャプチャボード６１Ｂに送られた画像信号は、左円偏光画像格納部６４へ送られる。右円偏光画像格納部６３（右円偏光画像格納手段）は右円偏光画像を格納する領域であり、左円偏光画像格納部６４（左円偏光画像格納手段）は左円偏光画像を格納する領域である。

画像演算部６５は、右円偏光画像格納部６３に格納された右円偏光画像と、左円偏光画像格納部６４に格納された左円偏光画像との差分を求める機能を有する。画像演算部６５による演算結果は、出力部６６から円二色性イメージとして出力される。円二色性イメージは出力部６６から例えばモニタに表示する方法や、プリンタに出力する方法等によって、画像処理装置６０から外部へ出力される。このように画像演算部６５及び出力部６６は、出力手段として機能する。

ここで、上記の構成を有する円二色性イメージング装置１として好適に用いられる装置を例示する。例えば、光源１０として重水素ランプ（型番L6301-50：：浜松ホトニクス社製）、変調器３０として、光弾性変調器（型番PEM100：Hinds Instruments社製）、カメラ５１，５２として、ＩＣＣＤカメラ（型番V4183ICCD：浜松ホトニクス社製）が好適に用いられる。

次に、円二色性イメージング装置１による円二色性イメージングの方法について図３を用いて説明する。図３は、円二色性イメージング装置１による処理を説明するフローチャートである。

図３に示すように、試料１００に対して右円偏光を照射し、右円偏光画像の撮像（Ｓ１１）と、試料１００に対して左円偏光を照射することによる左円偏光画像の撮像（Ｓ１２）とを並行して行う。すなわち、変調信号発振器３２が所定の間隔で右円偏光と左円偏光とを交互に出射するように動作し、円偏光変調器３１から右円偏光と左円偏光とを交互に出射する。この試料１００を照射することによる透過光が、波長板８０により直線偏光に変換され、さらに偏光プリズム９０によって、右円偏光が変換された直線偏光はカメラ５１が設けられた方向へ出射されることでカメラ５１に入射する。一方、左円偏光が変換された直線偏光は、偏光プリズム９０によって、カメラ５２が設けられた方向へ出射されることでカメラ５２に入射する。このため、カメラ５１で撮像された画像は右円偏光の照射時の画像となり、カメラ５２で撮像された画像は左円偏光の照射時の画像となる。

そして、カメラ５１で撮像された画像はイメージキャプチャボード６１Ａを介して右円偏光画像格納部６３へ格納される。また、カメラ５２で撮像された画像はイメージキャプチャボード６１Ｂを介して左円偏光画像格納部６４へ格納される。

次に、画像演算部６５において、右円偏光画像格納部６３に格納された右円偏光画像と、左円偏光画像格納部６４に格納された左円偏光画像との差分を演算する（Ｓ１３）。具体的には、画像演算部６５によって、右円偏光画像と左円偏光画像との間で減算処理が行われる。そして、この結果が画像演算部６５から出力部６６へ送られ、出力部６６から円二色性イメージとして出力される（Ｓ１４）。以上の処理により円二色性イメージの撮像及び出力が行われる。

なお、右円偏光画像の撮像と左円偏光画像の撮像とは、それぞれ変調１サイクル分に限られず、複数サイクル分の画像を撮像する構成であってもよい。

このように、本実施形態に係る円二色性イメージング装置１によれば、円偏光光源から出射された右円偏光は、試料１００を透過した後に波長板８０により第１直線偏光に変換され、さらに偏光プリズム９０により分岐された後にカメラ５１により撮像される。また、円偏光光源から出射された左円偏光は、試料１００を透過した後に波長板８０によって第１直線偏光に対して直交する第２直線偏光に変換され、さらに偏光プリズム９０により分岐された後にカメラ５２により撮像される。そして、上記の結果得られた右円偏光画像と左円偏光画像とから円二色性イメージを作成・出力される。このように上記の円二色性イメージング装置１では、右円偏光及び左円偏光が試料を透過した後に、互いに直交する直線偏光に変換され、その後、偏光プリズム９０により分岐された後に互いに異なる２つのカメラ５１，５２によって撮像される。したがって、上記の円二色性イメージング装置１によれば、試料を走査して測定する場合と比較してより高速に、且つ、より簡易な装置を用いて高精度の円二色性イメージを撮像することができる。

また、上記の円二色性イメージング装置１では、光源１０と偏光子２０との間に、特定の波長の光のみを通過させる単色フィルタ４０を設ける構成とされていることから、ノイズ成分となる光を単色フィルタ４０で排除することができ、カメラ５１，５２において撮像される画像をより高精度とすることができる。さらに、光源１０がキセノンランプのような非単色光源であっても、単色フィルタにより目的とする波長のみが選別されるため、目的の波長における円二色性イメージを得ることも可能である。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されず、種々の変更を行うことができる。

例えば、上記実施形態では、単色フィルタ４０を光源１０と偏光子２０との間に設けた構成としたが、単色フィルタ４０は光源１０とカメラ５１，５２との間の光路上であればどの場所に設けてもよい。

１…円二色性イメージング装置、１０…光源、２０…偏光子、３０…変調器、３１…円偏光変調器、３２…変調信号発振器、４０…単色フィルタ、５１，５２…カメラ、６０…画像処理装置、６１Ａ，６１Ｂ…イメージキャプチャボード、６３…右円偏光画像格納部、６４…左円偏光画像格納部、６５…画像演算部、６６…出力部、８０…波長板、９０…偏光プリズム。

Claims

試料に対して右円偏光及び左円偏光を交互に出射する円偏光光源と、
前記円偏光光源により出射されて前記試料により透過された前記右円偏光を第１直線偏光に変換して出射すると共に、前記円偏光光源により出射されて前記試料により透過された前記左円偏光を前記第１直線偏光と直交する第２直線偏光に変換する１／４波長板と、
前記第１直線偏光と前記第２直線偏光とを入射し、互いに異なる方向へ出射する偏波分離手段と、
前記偏波分離手段により出射された前記第１直線偏光による画像を撮像する右円偏光画像撮像手段と、
前記偏波分離手段により出射された前記第２直線偏光による画像を撮像する左円偏光画像撮像手段と、
前記右円偏光画像撮像手段により撮像された画像を格納する右円偏光画像格納手段と、
前記左円偏光画像撮像手段により撮像された画像を格納する左円偏光画像格納手段と、
前記右円偏光画像格納手段に格納された前記右円偏光画像と、前記左円偏光画像格納手段に格納された前記左円偏光画像との差分を求め、その結果を円二色性イメージとして出力する出力手段と、
を備えることを特徴とする円二色性イメージング装置。
前記円偏光光源は、
試料に対して光を出射する光源と、前記光源からの光を右円偏光と左円偏光とに交互に変換して出射する円偏光変調手段と、から構成され、
前記光源と前記円偏光変換手段との間の光路上に単色フィルタを更に備える
ことを特徴とする請求項１記載の円二色性イメージング装置。