JP5591088B2 - 光検出装置および観察装置 - Google Patents
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本発明の第1の態様は、標本からの光を検出して電気信号に変換するセルを複数有するマルチセル光検出器と、該マルチセル光検出器により変換された電気信号を増幅する増幅回路と、各前記セルにより変換された電気信号のそれぞれの増幅率を設定する設定部と、該設定部により設定された増幅率に応じて1画素として積算する電気信号のサンプリング数を決定する制御部とを備え、前記増幅回路は、前記制御部が決定したサンプリング数の電気信号を積算する演算部を備える光検出装置である。
このようにすることで、演算部による電気信号の増幅に加えて、ゲイン増幅部により各セルにより変換された電気信号を増幅することができる。この場合において、ゲイン増幅部により、演算部の増幅幅よりも小さな増幅幅で各セルにより変換された電気信号を増幅することで、各セルにより変換された電気信号を精度よく増幅することができ、より鮮明な画像を得ることができる。
このようにすることで、増幅分担決定部により、設定部により設定された増幅率に応じて、演算部により積算するサンプリング数とゲイン増幅部により乗じるゲインとを決定して、各セルにより変換された電気信号を増幅することができる。このように演算部とゲイン増幅部とを併用することで、S/Nの低下を抑制しつつ、各セルにより変換された電気信号を精度よく増幅することができ、より鮮明な画像を得ることができる。
このようにすることで、合算部により、演算部により積算された各セルの電気信号を複数のセル分合算して、1つの電気信号として増幅して出力することができる。
本実施形態では、本発明に係る光検出装置および観察装置をレーザ走査型顕微鏡に適用した例について説明する。
本実施形態に係るレーザ走査型顕微鏡1は、レーザ光を標本に照射して標本において発生した蛍光を検出する顕微鏡であり、図1に示すように、レーザ光源装置10と、顕微鏡本体20と、光学系ユニット30と、制御装置40と、光検出装置50とを主な構成要素として備えている。
レーザ光源11,12は、互いに異なる波長のレーザ光を射出するようになっている。レーザ光源装置10は、観察対象に応じて、これらレーザ光源からのレーザ光を同時に、あるいは切り替えて射出するようになっている。レーザ光源11,12は、例えば、標本A中の観察対象に特異的に付着または発現する蛍光物質を励起させる励起光をそれぞれ射出するようになっている。
なお、本実施形態では、レーザ光源装置10として、複数のレーザ光源を備えた例を説明したが、これに代えて、広帯域のレーザ光を射出可能なスーパーコンティニュムレーザ光源を用いてもよい。
対物レンズ22は、レーザ光源装置10からのレーザ光を標本A上に照射する一方、標本Aから発生した蛍光を集めるようになっている。
レンズ35,36,37,38は、それぞれ、対物レンズ22とミラー33との間、ミラー33とスキャナ32との間、ダイクロイックミラー31とピンホール34との間、ピンホール34と回折格子39との間に配置されており、レーザ光源装置10からのレーザ光および標本Aからの蛍光を集光またはリレーするようになっている。
ピンホール34は、標本A上におけるレーザ光の焦点位置から発生した蛍光のみを通過させるようになっている。すなわち、対物レンズ22により集められてスキャナ32およびダイクロイックミラー31を透過した蛍光は、ピンホール34を通過することによりレーザ光の焦点位置(測定点)から光軸方向にずれた位置からの光がカットされる。これにより、光軸方向に焦点位置と同一な面からの蛍光だけが回折格子39に入射する。
レンズ51は、回折格子39により分光されたスペクトル成分を、マルチセル光検出器52の各セルに入射させるようになっている。
集積回路64は、ADデータ演算部(積算部、ゲイン増幅部)59と、セルデータ加算部(合算部)60とを備えている。
コンデンサ56およびスイッチ57は、マルチセル光検出器52の各セルについて、アンプ55と並列に接続されている。
メモリ62には、観察対象毎の観察条件が記憶されており、例えば観察対象と合算するセルとが対応付けられて記憶されている。
入力部44に入力される条件は、例えば、観察対象や、合算するセルや、各セルにより変換された電気信号の増幅率である。
レーザ光源装置10から出射されたレーザ光は、ダイクロイックミラー31によりそれぞれ反射されてスキャナ32に入射し、スキャナ32により標本A上において2次元的に走査される。スキャナ32により走査されたレーザ光は、対物レンズ22に入射し、ステージ21上に載置された標本A上に集光される。標本Aの焦点面においては、レーザ光により標本A内の蛍光物質が励起されて蛍光が発生する。
次に、積算されたデータから予め設定された初期オフセット値を積算回数分除去する(ステップS5)。なお、この初期オフセット値は、キャリブレーション時の値をメモリ62に予め記憶させておくこととしてもよく、入力部44から入力することとしてもよい。
次に、セルデータ加算部60により、ADデータ演算部59により増幅された各セルの電気信号が、入力部44により設定された複数のセル分合算され、合算データ(ChADデータ)として、通信I/F61および制御部41を介してPC42に出力される(ステップS8)。
なお、上記のステップS4〜S6において、ADC58が取り込んだサンプリングデータのそれぞれについて初期オフセット値を減算し、このデータを全サンプリング数について積算することとしてもよい。
図7は、本実施形態に係る積算機能により電気信号を増幅した場合と、回路ゲインにより電気信号を増幅した場合と、電子増倍(HV)により電気信号を増幅した場合における、入射光量を変えたときS/Nの変化を示すグラフである。いずれの場合においても、最終的に生成される画像の輝度が一定となるようにそれぞれのゲインを調整している。
これに対して、本実施形態に係る積算機能により電気信号を増幅した場合には、セル毎に電気信号を増幅するとともに、S/Nの低下を抑制することができる。
IV変換抵抗71は、マルチセル光検出器52の各セルについて、アンプ55と並列に接続されている。マルチセル光検出器52の各セルから電気信号は、アンプ55によりIV変換され、図9に示すように、電圧波形としてADC58に出力される。
1 レーザ走査型顕微鏡
10 レーザ光源装置
20 顕微鏡本体
30 光学系ユニット
39 回折格子(分光素子)
40 制御装置
41 制御部(増幅分担決定部)
42 PC
43 モニタ
44 入力部(設定部)
50 光検出装置
52 マルチセル光検出器
53 光検出回路(増幅回路)
55 アンプ
56 コンデンサ
57 スイッチ
58 ADC(ADコンバータ)
59 ADデータ演算部(積算部、ゲイン増幅部)
60 セルデータ加算部(合算部)
63 DAC(DAコンバータ)
64 集積回路
71 IV変換抵抗
Claims (5)
- 標本からの光を検出して電気信号に変換するセルを複数有するマルチセル光検出器と、
該マルチセル光検出器により変換された電気信号を増幅する増幅回路と、
各前記セルにより変換された電気信号のそれぞれの増幅率を設定する設定部と、
該設定部により設定された増幅率に応じて1画素として積算する電気信号のサンプリング数を決定する制御部とを備え、
前記増幅回路は、前記制御部が決定したサンプリング数の電気信号を積算する演算部を備える光検出装置。 - 前記演算部が、前記サンプリング数の電気信号を積算した増幅幅よりも小さな増幅幅で、各前記セルにより変換された電気信号にゲインを乗じるゲイン増幅部を更に備える請求項1に記載の光検出装置。
- 前記制御部が、前記設定部により設定された増幅率に応じて、前記サンプリング数と前記ゲインとを決定する増幅分担決定部を備える請求項2に記載の光検出装置。
- 前記演算部により積算された複数の各前記セルの電気信号を合算する合算部を備える請求項1から請求項3いずれかに記載の光検出装置。
- 請求項1から請求項4いずれかに記載の光検出装置と、
標本からの光をスペクトル成分に分光する分光素子とを備え、
各前記セルが、前記分光素子の分光方向に配列され、前記分光素子により分光されたスペクトル成分をそれぞれ検出する観察装置。
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