JP6044991B2

JP6044991B2 - 光学フィルタ及びその製造方法と光学フィルタを用いた蛍光顕微鏡

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Publication number: JP6044991B2
Application number: JP2013135389A
Authority: JP
Inventors: 顕雄江本; 福田　隆史; 隆史福田
Original assignee: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Current assignee: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Priority date: 2013-06-27
Filing date: 2013-06-27
Publication date: 2016-12-14
Anticipated expiration: 2033-06-27
Also published as: JP2015011120A

Description

本発明は、特定の波長の光を濾波する光学フィルタ及びその製造方法と光学フィルタを用いた蛍光顕微鏡とに関し、特に、異方的な半球状の微細構造の反射光学特性を応用して異方的な二色性の発生を可能にした光学フィルタ及びその製造方法と光学フィルタを用いた蛍光顕微鏡に関する。

現在、市販の光学機器には複数の波長を利用するものが数多く存在している。複数の波長域の光を用いることで、色情報を再現し画像を構成できる。また、単色光は互いに可干渉性を持たないことを利用すれば、光路が共通でも混信することなく同時に複数の情報を伝播させることが出来る。このように、複数の光波長を用いることで、高機能な光学機器が実現できるが、波長が異なる光を精度よく制御するためには個別に波長対応した光学素子を用いる必要があり、機器の性能やサイズまたは価格に対して制約が生じる。したがって、可能な限り１素子が複数の機能を発現する、あるいは複数の波長に対応する事が望まれている。

複数の波長の光を利用する場合には、波長フィルタを用いて白色光を分光して利用する場合と、レーザーのような単色光源を利用する場合が考えられる。単色光源を利用する場合でも、一つの機器で複数の波長を同一光路で利用する場合には、波長フィルタが必要である。

波長フィルタには、誘電体の多層膜を利用したもの(特許文献１、特許文献２)や、異方的な分子や微粒子を配向したもの(特許文献３、特許文献４)が知られている。前者は多層膜におけるブラッグ反射の波長依存性を利用したもので、斜めに入射することで偏光依存性を生じるが、一般的には濾波される波長域は変わらず、波長帯の幅が変化する特徴を有する。また、高精度の多層膜形成が必要である。後者は分子や微粒子の吸収異方性を利用するもので、大きな二色性は一軸でのみ観測される特徴を有する。

特開２００１−１１６９２１号公報特開２０１１−２４２４３７号公報特開２００５−２５５８４６号公報特開２００９−１２８６５５号公報

しかしながら、上述したような既存の波長フィルタでは、１素子で複数の波長に対応することが困難であった。
また、励起波長の光を照射された蛍光分子が、蛍光を発することで、蛍光標識でマークされた分子や組織の像を観察する光学機器である蛍光顕微鏡には、次のような問題があった。即ち、従来の蛍光顕微鏡は、蛍光分子は一般に励起光照射によって少なからず分解・劣化する傾向があるため、励起光を長時間当てておくことは好ましくないが、観察試料上で位置あわせをするためには光を照射し続けなければならない。その際、励起波長を除く波長フィルタを利用すればよいが、光路に余分な光学素子(ここでは波長フィルタ)が挿入されれば、これにより新たに収差等が生じるため、最終的に励起波長用のフィルタに変換するとピントズレや光路の並進ズレが生じるという問題があった。

よって、このことからも光学素子の構成をほとんど変えることなく、位置合わせ用の波長と励起波長とを切り替え可能なフィルタ、即ち、１素子で複数の波長に対応する波長フィルタ(光学フィルタ)の実現が必要とされる。

本発明は、かかる実情に鑑み、異方的に明確な二色性を発現させることにより、１素子で複数の波長に対応した光学フィルタを提供するとともに、その光学フィルタを用いることにより、蛍光分子の分解・劣化を防止し、かつ、ピントズレや光路の並進ズレが生じない蛍光顕微鏡を提供しようとするものである。

本発明の課題は、下記の各発明によって解決することができる。即ち、本発明の光学フィルタは、入射光の偏光方向に依存したスペクトルの光を濾波する光学フィルタであって、平板状のベースと、前記ベースの表面に配置された、表面が曲面である複数の粒状部材と、前記粒状部材の表面を覆う光反射部材と、を備え、前記粒状部材は、その長手方向が前記ベースの表面に平行な半楕円体状か、または、半球状であり、前記粒状部材が半球状の場合は、前記ベースの表面に平行な軸をＹ軸、前記ベースの表面に平行で前記Ｙ軸に垂直な軸をＸ軸とし、前記粒状部材が半楕円体状の場合は、前記粒状部材の長手方向の軸である長軸をＸ軸とし、前記Ｘ軸に垂直で前記ベースの表面に平行な軸である短軸をＹ軸とすると、複数の前記粒状部材は、Ｘ軸同士が互いに平行になり、Ｙ軸方向に一定の配列周期Λ₁、Ｘ軸方向に一定の配列周期Λ₂になるように配置され、Λ₁とΛ₂とが異なった配列周期であることを主要な特徴としている。

また、本発明の光学フィルタは、Ｙ軸方向の配列周期とＸ軸方向の配列周期の比であるΛ₁／Λ₂が、１.０６〜１.４６の範囲であるか、または、Ｘ軸方向の配列周期とＹ軸方向の配列周期の比であるΛ₂／Λ₁が、１.０６〜１.４６の範囲であることを主要な特徴にしている。

更に、本発明の光学フィルタは、前記配列周期Λ₁とΛ₂とが、いずれも３００ｎｍ〜２５００ｎｍの範囲であることを主要な特徴にしている。

更にまた、本発明の光学フィルタは、前記粒状部材が、最密状に配置されていることを主要な特徴にしている。

また、本発明の光学フィルタは、前記粒状部材は、半楕円体状であり、前記粒状部材の長軸の長さＡと短軸の長さＢとの比であるＡ／Ｂが、１.１〜１.４の範囲であることを主要な特徴にしている。

更に、本発明の蛍光顕微鏡は、試料に励起光を照射し、試料から発生した蛍光を観察する蛍光顕微鏡であって、上記記載の光学フィルタと、偏光子と、ビームスプリッタと、ダイクロイックミラーと、白色光源と、を備え、前記白色光源からの光は、前記偏光子と前記ビームスプリッタとを通して前記光学フィルタに照射され、前記光学フィルタは、前記白色光源からの光を濾波して励起光を反射し、前記光学フィルタが反射した前記励起光は、前記ビームスプリッタで反射し、更に前記ダイクロイックミラーで反射して前記試料に照射され、前記励起光の照射により前記試料から生じた蛍光は、前記ダイクロイックミラーを透過して観察されることを主要な特徴にしている。

更にまた、本発明の蛍光顕微鏡は、試料に励起光を照射し、試料から発生した蛍光を観察する蛍光顕微鏡であって、上記記載の光学フィルタと、偏光子と、白色光源と、を備え、前記白色光源からの光は、前記偏光子を通して前記光学フィルタに照射され、前記光学フィルタは、前記白色光源からの光のうち励起光を濾波して反射し、前記光学フィルタが反射した前記励起光は、前記試料に照射され、前記試料から発生した蛍光は、前記光学フィルタを通過して観察されることを主要な特徴にしている。

また、本発明の光学フィルタの製造方法は、入射光の偏光方向に依存したスペクトルの光を濾波する光学フィルタの製造方法であって、複数の球形部材を第１基板上に、一定の縦周期、かつ、一定の横周期で、単層に配列する配列工程と、配列した複数の前記球形部材全体を、液状の型形成材料で充填し、前記型形成材料を硬化させて前記球形部材から剥離することにより、配列した複数の前記球形部材の型を形成する型形成工程と、形成した前記型を一方向に延伸する延伸工程と、延伸した前記型に液状の硬化性材料を充填し、硬化させて剥離することにより半楕円体状である粒状部材を複数個形成する粒状部材形成工程と、前記粒状部材の表面に光反射部材を成膜する成膜工程と、を備えたことを主要な特徴にしている。

更に、本発明の光学フィルタの製造方法は、前記球形部材がポリスチレン球であることを主要な特徴にしている。

また、本発明の光学フィルタの製造方法は、前記型形成材料が、シリコーン樹脂であることを主要な特徴にしている。

更にまた、本発明の光学フィルタの製造方法は、前記硬化性材料が、光硬化樹脂であることを主要な特徴にしている。

また、本発明の光学フィルタの製造方法は、前記光反射部材が金、銀、銅、アルミニウム、ニッケル、クロム、白金、またはこれらの合金であることを主要な特徴にしている。

波長フィルタを１素子で複数の波長に対応可能にするとともに、その波長フィルタを用いることにより、蛍光分子の分解・劣化を防止し、かつ、ピントズレや光路の並進ズレが生じない蛍光顕微鏡を提供することができる。

光学フィルタの断面図である。光学フィルタを斜めから見た図である。半円球状の粒状部材を有する光学フィルタを上から見た図である。半楕円体状の粒状部材を有する光学フィルタを上から見た図である。本発明の光学フィルタの説明図である。素子からの回折を説明する説明図である。光学フィルタの製造方法を示す説明図である。延伸度１.３の素子の電子顕微鏡写真である。素子の反射スペクトル測定の光学系を示すブロック図である。入射直線偏光の偏光方向を回転させて反射スペクトルを測定した光波長と反射率を示すグラフである。各波長の反射率の偏光方向依存性を示すグラフである。光吸収の最大値と最小値との差と、配列周期Λ₂／Λ₁との関係を示すグラフである。本発明の光学フィルタを用いた蛍光顕微鏡の構成を示すブロック図である。本発明の光学フィルタを用いた蛍光顕微鏡の他の構成を示すブロック図である。

以下、添付図面を参照しながら、本発明を実施するための形態を詳細に説明する。ここで、図中、同一の記号で示される部分は、同様の機能を有する同様の要素である。
また、数値を“〜”を用いて接続することにより、数値範囲を表す場合は、“〜”の両端の数値は数値範囲に含まれるものとする。

＜光学フィルタの構成＞
本発明の光学フィルタについて、図面を参照して説明する。
図１Ａは、光学フィルタの断面説明図である。図１Ｂ、光学フィルタを斜め上から見た図である。図１Ｃは、半円球状の粒状部材を有する光学フィルタを上から見た図であり、図１Ｄは、半楕円体状の粒状部材を有する光学フィルタを上から見た図である。
図１Ｂ〜図１Ｄは、陰影をつけて立体的に表している。

図１Ａ〜図１Ｄに示すように、本発明の光学フィルタ１は、ベース１０と、ベース１０の表面に配置された表面が曲面である複数の粒状部材１２と、を主に備えて構成される。粒状部材１２は、粒状のコア部材１３と、コア部材１３の表面に形成された光反射部材１４とを備えている。ここで粒状部材１２は、光反射性の部材のみでコア部材１３と光反射部材１４とが形成されてもよい。

ベース１０は、平板１７上に形成されてもよい。ここで、図１Ａは、光学フィルタの断面を説明するための図であり、粒状部材１２の配置は、図１Ｂ〜図１Ｄとは、必ずしも対応していない。

粒状部材１２は、楕円体を長手方向に平行に半分に切ったような形状である半楕円体状の形状を成した部材か(図１Ｂ，図１Ｄ参照)、または、半球状の部材であり(図１Ｃ参照)、ベース１０と接合している部分である底面部１６と、それ以外の曲面部とで構成されている。

別の言い方をすれば、粒状部材１２は、半球を一方向に引っ張って延伸した形状、または、半球状をしている。よって、図１Ｄに示すように、粒状部材１２は、半楕円体状を成す場合においては、上面視(上から見た光景)において円とはならず長手方向が必ず存在する。
ここで、粒状部材の上面視での軸として、ベース１０の表面に平行で、互いに垂直な軸である、Ｘ軸、Ｙ軸を考える。図１Ｃに示すように、粒状部材１２が半楕円体状であるときは、長手方向の軸である長軸(記号１８の矢印で示す軸：Ａと称する)をＸ軸と、長軸に垂直な軸である短軸(記号１９の矢印で示す軸：Ｂと称する)をＹ軸と考える。

粒状部材１２は、図１において半楕円体状のものを示しているが、半球状の形状を成していてもよい。粒状部材１２が半球状をなす場合においては、粒状部材１２は上面視において円であり、Ａ(Ｘ軸)とＢ(Ｙ軸)とは同じ長さになる。

本発明者は、鋭意研究の結果、粒状部材１２が形状の異方性、または、配置の異方性を有することにより光を濾波する特性が発現することを発見した。また、この光の濾波特性は、入射光の偏光方向に依存することも発見した。

これを図面で説明すると図１Ｅのようになる。図１Ｅは、本発明の光フィルタの説明図である。図１Ｅを参照して、入射光２０、２１は、それぞれ異なる偏光方向２２、２３を有している。光フィルタ１に入射した入射光２０、２１は、それぞれ光フィルタ１で反射し、反射光２４，２５となるが、入射光２１，２１の偏光方向の違いにより、反射光２４，２５の波長が異なることになる。

ここで形状の異方性を有するとは、粒状部材１２の形状が上面視において対称ではない形状を有すること、即ち、半球状ではない形状を有することをいう。また、配置の異方性を有するとは、Ｘ軸方向とＹ軸方向とで配列周期が異なっていることをいう。

よって、粒状部材１２が形状の異方性を有する場合は、配置の異方性を有していてもいなくても光を濾波する特性を有する。また、粒状部材１２が形状の異方性を有しない半球状であったとしても、配置の異方性を有すれば光を濾波する特性を有する。粒状部材１２が、形状の異方性と配置の異方性との両方を備えることにより、光を濾波する特性はより強力になる。

＜形状の異方性と配置の異方性とを備える場合＞
第１実施形態として、図１Ｂ、図１Ｄに示すように、粒状部材１２が異方性を持つ形状として楕円体状であり、粒状部材１２の配置も異方性を有する場合について説明する。楕円体状である複数の粒状部材１２は、その長軸(Ｘ軸)がすべて平行になるように配置されている。また、複数の粒状部材１２は、短軸(Ｙ軸)方向に一定の周期Λ₁で、長軸(Ｘ軸)方向に一定の周期Λ₂で配置されている。周期Λ₁とΛ₂とは、同一ではない。これにより、粒状部材１２の配置は異方性を有する。

このように、光を反射する表面を有する半楕円体状の粒状部材１２が周期的に短軸(Ｙ軸)方向、長軸(Ｘ軸)方向に配置されることにより、これらは、入射光の偏光状態に依存した波長の光を濾波して反射する。

粒状部材１２は、形状を保つことができる材料ならばどのようなもので形成されてもよいが、合成樹脂などが好ましく、光硬化性樹脂は、製造が容易になるのでより好ましい。粒状部材１２を構成する材料自体が光を反射するものである場合は、光を反射する材料を光反射部材１４として粒状部材１２の表面に成膜する必要はないが、そうでない場合は、光反射部材１４を粒状部材１２の表面に成膜する必要がある。

光反射部材１４としては、光を反射し、粒状部材１２の表面をコートできる任意の材料を適用することができるが、光の反射特性から金属を使用することが好ましく、金、銀、銅、アルミニウム、ニッケル、クロム、白金、または、これらの合金を使用することが可視光から近赤外波長域における光の反射率、耐食性等の観点からより好ましく、中でも金、アルミニウム、ニッケル、クロムを使用することが最も好ましい。

ベース１０は、粒状部材１２をその表面に保持できるものならばどのような材料で構成されていてもよい。例えば、粒状部材１２と同じ材料を用いて、粒状部材１２とともに形成されてもよいし、粒状部材１２とは別材料の基板、平板等であってもよい。

ここで本発明者らは、鋭意研究により、粒状部材１２の配列周期と同じ波長付近の光が濾波されることを発見した。よって、濾波したい光の波長に応じて粒状部材１２の配列周期を決めることができる。

そのため、粒状部材１２の配列周期(Λ₁、Λ₂)は、光学フィルタとしてよく使用される波長域であるエキシマレーザ波長域〜可視〜近赤外の光波長と同じにすることができる。
具体的には、図１Ｄに示す２種類の周期Λ₁とΛ₂はともにエキシマレーザ波長域〜可視〜近赤外全域に相当する３００ｎｍから２５００ｎｍの範囲が好ましく、さらに好ましくは５００ｎｍから１７００ｎｍの範囲である。

下限の５００ｎｍは、これは光反射部材１４として使用する金属を金とした場合に、金自体の吸収波長域(＜５００ｎｍ)を避けてフィルタとして動作させるためである。よって、光反射部材１４として金を使用しない場合は、下限が５００ｎｍである必要はない。上限の１７００ｎｍは、本発明の適用分野の一つである生態観察分野における「生態の窓」といわれる生体組織の透過率が高い波長領域の上限に相当する。

また、球状の物体によるミー散乱が顕著になるのは入射波長と球の直径とが同等以上の場合であるので(B.Goldenberg, Journal of Optical Society of America, 43巻1221ページ、1953年)、エキシマレーザ波長域〜可視〜近赤外域の光波長を利用する場合、１７００ｎｍより大きな周期にたいしては利用する利点が無いためである。
よって、上記周期Λ₁とΛ₂の数値範囲は、素子作製上の制約というわけではない。

粒状部材１２の高さは、短軸(Ｙ軸)の長さの半分と同等程度である。コア部材１３を作製する部材には、高分子材料が加工容易性やコスト面から適しているが、ガラスおよび金属であっても問題ない。このような微細構造に所望の反射率が得られるよう金属膜をコートする。
金属としては、金、銀、銅、アルミニウム、ニッケル、クロム、白金、またはこれらの合金などが適用できるが、十分な反射率が所望の波長帯で得られるものであれば、コートされる金属に制限はない。

異方性は短軸(Ｙ軸)と長軸(Ｘ軸)の長さの比(Ａ/Ｂ)が、１.１〜１.４となる範囲が望まれるが、より望ましくは１.１５〜１.３５の範囲である。長さの比(Ａ/Ｂ)が、１.１〜１.４のとき、作製した光フィルタは濾波により鮮明な２色性を得ることができ、１.１５〜１.３５のとき更に鮮明な２色性を得ることができた。粒状部材１２を構成する曲率の分布は、明確に規定されるものではなく緩やかに連続した曲面で構成されることを要件とする。

次に、本発明の光学フィルタ(以後、単に素子とも称する)の、反射光学特性を、図２を用いて説明する。図２は、素子からの回折を説明する説明図である。角度θで入射した白色光の内、ブラッグ条件(式１)に適合した波長の光が、格子と強く結合し回折光として分離される。回折されなかった波長の光が反射光として観測される。

２Λｓｉｎθ＝ｎλ （式１）
（Λは格子周期、θは入射角、λは波長、ｎは整数）

したがって、本発明の素子は格子周期が異方的に異なるため(異なる周期Λ₁とΛ₂を有するため)、反射される波長が異なり、光学フィルタとして機能する特徴を有している。

＜形状の異方性のみを備える場合＞
第２実施形態として、形状の異方性のみを備える場合について説明する。形状の異方性のみを備えるとは、図１Ｄを参照して説明すると、粒状部材１２が半球状ではない形状、例えば半楕円体状であり、配置の周期であるΛ₁とΛ₂とが同一である場合のことである(図１Ｄは、Λ₁とΛ₂とが異なる図である)。

このような第２実施形態においては、第１実施形態よりは光の濾波能力が落ちるがそれ以外は第１実施形態と全く同じことがいえる。

＜配置の異方性のみを備える場合＞
第３実施形態として、配置の異方性のみを備える場合について説明する。配置の異方性のみ備えるとは、図１Ｃに示すように、粒状部材１２が半球状であり(形状の異方性を有さず)、配置の周期であるΛ₁とΛ₂とが異なる場合のことである。

このような第３実施形態においても、第１実施形態よりは光の濾波能力が落ちるがそれ以外は第１実施形態と全く同じことがいえる。

＜製造方法＞
以下、本発明の第１実施形態に係る光学フィルタの製造方法の一例について図３を参照して説明する。図３は、光学フィルタの製造方法を示す説明図である。

市販の直径５００ｎｍのポリスチレン球３０のコロイド溶液に第１のガラス基板３１を浸漬する。ディップコータを用いて第１のガラス基板３１を適当な速度で引き上げることで、ポリスチレン球３０の最密構造による単層膜が得られる(ａ)。このとき、ポリスチレン球３０は一定の縦周期、横周期で配列している。
ここに、液状の型形成材料である重合前のシリコンゴム３２(PDMS、信越化学工業SIM-360)を充填し、過熱して硬化させる(ｂ)。

硬化後シリコンゴムを最密構造から引き離すと、半球状のモールド(型)３３が得られる(ｃ)。これを一軸に(一方向に)延伸し(ｄ)、液状の硬化性材料である光硬化性樹脂３４(NOA61, Norland Products Inc.)を充填し第２のガラス基板３５をかぶせて、光を照射して硬化させる(ｅ)。ここで、延伸度は延伸前のモールド長さＬ₀と延伸後のモールド長さＬから、Ｌ／Ｌ₀にて定義する。この延伸度が図１における長軸(Ｘ軸)短軸(Ｙ軸)比(Ａ/Ｂ)に相当する。モールドを樹脂から引き剥がした(ｆ)後に表面に金３６を１００ｎｍ程度コートして、本発明の光学フィルタ１を作製した(ｇ)。

実際に作製した延伸度１.３の光学フィルタの電子顕微鏡写真を図４に示す。図４(Ａ)は、光学フィルタの真上から撮影した像であり、(Ｂ)は斜め上から撮影した像である。

＜評価＞
このようにして製造した光学フィルタの評価を行った。評価は反射スペクトルを測定することによって行った。光学フィルタの反射スペクトルの測定には図５に示す光学系を使用した。図５は、光学フィルタの反射スペクトル測定の光学系を示すブロック図である。

図５に示すように、白色光源５０からの白色光を偏光子５２に通して直線偏光とし、ビームスプリッタ５４で反射させて本発明の光学フィルタ１に入射させた。光学フィルタ１からの反射光は、スペクトルメータ５６に導入され測定された。

（１）評価１
異方的な反射スペクトルを測定するために、入射直線偏光の偏光方向を回転し、反射スペクトルを測定した。このとき、引き延ばし方向、即ち粒状部材１２の長軸(Ｘ軸)方向と光の偏光方向との角度が、それぞれを０°(長軸方向と偏光方向とが平行),１５°,３０°,４５°,６０°,７５°,９０°(長軸方向と偏光方向とが垂直)の時の光の波長に対する反射率(％)を測定した。

その結果を図６Ａ、図６Ｂに示す。図６Ａは、光の波長と反射率の関係を示すグラフである。偏光方向と延伸方向との関係に依存して、赤色波長域((1)６１２ｎｍ付近)と緑色波長域((2)５４７ｎｍ付近)の反射率がトレードオフの関係を示している。図６Ｂは、各波長の反射率の偏光方向依存性を示すグラフである。偏光方向に応じて反射率が相反するトレードオフの関係が得られている。
これは本発明の光学フィルタが白色光から、赤色波長光や緑色波長光を選択して反射できることを示している。さらに、黄色波長域((3)５８４ｎｍ付近)の反射率は偏光方向に無依存である。

（２）評価２
次に、図３に示す方法で本発明の光学フィルタを作製する際、モールド３３の延伸度Ｌ／Ｌ₀［図３の(ｃ)、(ｄ)のＬ、Ｌ₀］を変化させることにより、粒状部材１２の配列周期Λ₂／Λ₁(図１Ｄ参照)を変化させた光学フィルタを作製し、この粒状部材１２の配列周期Λ₂／Λ₁の異なる光学フィルタについて評価１と同じ光学系で評価を行った。評価内容としては、入射光の偏光方向の変化に伴う濾波光の２色性の発現の評価と、光学フィルタの光吸収の最大値と最小値の測定とを行った。２色性の発現の評価は、入射光の偏光方向を変化させつつ、濾波光の色をモニタして色の変化を調べた。

光学フィルタの光吸収の最大値と最小値の測定評価では、モールドの引き延ばし方向と入射光の偏光とが平行な場合と垂直な場合とで測定を行った。測定後、測定した光吸収の最大値と最小値との差をもとめた。この最大値と最小値との差と、延伸度Ｌ／Ｌ₀、配列周期との関係をまとめたものが図６Ｃのグラフである。

２色性の発現の評価の結果、配列周期Λ₂／Λ₁が、１.０６〜１.４６の範囲のときに目視にて十分に２色性の確認がされた。この範囲を図６Ｃに示したのが、Ｂで示した矢印の範囲である。また、配列周期Λ₂／Λ₁が１.１０〜１.３０の範囲のときには鮮明な２色性が得られた。

この範囲を図６Ｃに示したのが記号Ａの矢印の範囲である。記号Ａの範囲をみると、引き延ばし方向と入射偏光が平行な場合も垂直な場合も光吸収の最大値と最小値との差が最も大きくなっている。
よって、光吸収されなかった波長が高コントラストで目視確認でき鮮明な２色性が得られたものと考えられる。

これら評価結果から有効な２色性が得られる配列周期Λ₂／Λ₁の範囲は、１.０６〜１.４６と考えられる。

以上より、配列周期Λ₂／Λ₁は、１.０６〜１.４６の範囲が望ましく、１.１０〜１.３０の範囲がより望ましいことが判明した。なお、周期配列Λ₁／Λ₂においても、１.０６〜１.４６の範囲が望ましく、１.１０〜１.３０の範囲がより望ましいことになる。

その理由は、配列周期Λ₂／Λ₁を周期配列Λ₁／Λ₂としても、図６Ａおよび図６Ｂに記載の光学特性について、引き延ばし方向と入射白色偏光との関係が、０°と９０°との間で入れ替わるだけで、本素子の機能としては、全く同じ効果を発現するからである。

＜蛍光顕微鏡への応用＞
次に本発明の光学フィルタを蛍光顕微鏡に応用した例について図面を参照して説明する。図７は、本発明の光学フィルタを用いた蛍光顕微鏡の構成を示すブロック図である。白色光源５０からの光を偏光子５２に通し、本発明の光学フィルタ１を経由して、対物レンズ７５を通して蛍光観察試料７６に照射する。試料から発した蛍光は、対物レンズ７５を介して接眼レンズ７７の位置にて結像する。偏光子５２にて、光学フィルタ１に入射する偏光方向を調整することで、蛍光分子の励起波長光とその他の観察光との間で簡便に切り替えることが出来る。本構成により、波長フィルタ１を交換した場合の位相差の変化による結像位置のズレを解決することが出来る。

次に、本発明の光学フィルタを蛍光顕微鏡に応用した他の例について図８を参照して説明する。図８は、本発明の光学フィルタを用いた蛍光顕微鏡の他の構成を示すブロック図である。

図８に示すように、白色光源５０からの光は、偏光子５２を通って本発明の光学フィルタ１で濾波されて、対物レンズ７５を通して蛍光観察試料７６に照射される。試料から発した蛍光は、対物レンズ７５と本発明の光学フィルタ１を通って接眼レンズ７７の位置で結像する。本構成においても、波長フィルタ１を交換した場合の位相差の変化による結像位置のズレを解決することが出来る。また、本構成により、図７に示すよう構成よりもコンパクトに蛍光顕微鏡を構成することができる。

１光学フィルタ
１０ベース
１２粒状部材
１３コア部材
１４光反射部材
１６底面部
１７平板
２０入射光
２１入射光
２２偏光方向
２３偏光方向
２４反射光
２５反射光
３０ポリスチレン球
３１ガラス基板
３２シリコンゴム
３３モールド
３４光硬化性樹脂
３５ガラス基板
３６金
５０白色光源
５２偏光子
５４ビームスプリッタ
５６スペクトルメータ
７５対物レンズ
７６蛍光観察試料
７７接眼レンズ

Claims

入射光の偏光方向に依存したスペクトルの光を濾波する光学フィルタであって、
平板状のベースと、
前記ベースの表面に配置された、表面が曲面である複数の粒状部材と、
前記粒状部材の表面を覆う光反射部材と、
を備え、
前記粒状部材は、その長手方向が前記ベースの表面に平行な半楕円体状か、または、半球状であり、
前記粒状部材が半球状の場合は、前記ベースの表面に平行な軸をＹ軸、前記ベースの表面に平行で前記Ｙ軸に垂直な軸をＸ軸とし、
前記粒状部材が半楕円体状の場合は、前記粒状部材の長手方向の軸である長軸をＸ軸とし、前記Ｘ軸に垂直で前記ベースの表面に平行な軸である短軸をＹ軸とすると、
複数の前記粒状部材は、Ｘ軸同士が互いに平行になり、Ｙ軸方向に一定の配列周期Λ₁、Ｘ軸方向に一定の配列周期Λ₂になるように配置され、
Λ₁とΛ₂とが異なった配列周期である光学フィルタ。
Ｙ軸方向の配列周期とＸ軸方向の配列周期の比であるΛ₁／Λ₂が、１.０６〜１.４６の範囲であるか、または、Ｘ軸方向の配列周期とＹ軸方向の配列周期の比であるΛ₂／Λ₁が、１.０６〜１.４６の範囲である請求項１に記載の光学フィルタ。
前記配列周期Λ₁とΛ₂とが、いずれも３００ｎｍ〜２５００ｎｍの範囲である請求項１または２に記載の光学フィルタ。
前記粒状部材が、最密状に配置されている請求項１から３のいずれか１項に記載の光学フィルタ。
前記粒状部材は、半楕円体状であり、
前記粒状部材の長軸の長さＡと短軸の長さＢとの比であるＡ／Ｂが、１.１〜１.４の範囲である請求項１から４のいずれか１項に記載の光学フィルタ。
試料に励起光を照射し、試料から発生した蛍光を観察する蛍光顕微鏡であって、
請求項１〜５のいずれか１項に記載の光学フィルタと、
偏光子と、
ビームスプリッタと、
ダイクロイックミラーと、
白色光源と、を備え、
前記白色光源からの光は、前記偏光子と前記ビームスプリッタとを通して前記光学フィルタに照射され、
前記光学フィルタは、前記白色光源からの光を濾波して励起光を反射し、
前記光学フィルタが反射した前記励起光は、前記ビームスプリッタで反射し、更に前記ダイクロイックミラーで反射して前記試料に照射され、
前記励起光の照射により前記試料から生じた蛍光は、前記ダイクロイックミラーを透過して観察される蛍光顕微鏡。
試料に励起光を照射し、試料から発生した蛍光を観察する蛍光顕微鏡であって、
請求項１〜５のいずれか１項に記載の光学フィルタと、
偏光子と、
白色光源と、を備え、
前記白色光源からの光は、前記偏光子を通して前記光学フィルタに照射され、
前記光学フィルタは、前記白色光源からの光のうち励起光を濾波して反射し、
前記光学フィルタが反射した前記励起光は、前記試料に照射され、
前記試料から発生した蛍光は、前記光学フィルタを通過して観察される蛍光顕微鏡。
入射光の偏光方向に依存したスペクトルの光を濾波する光学フィルタの製造方法であって、
複数の球形部材を第１基板上に、一定の縦周期、かつ、一定の横周期で、単層に配列する配列工程と、
配列した複数の前記球形部材全体を、液状の型形成材料で充填し、前記型形成材料を硬化させて前記球形部材から剥離することにより、配列した複数の前記球形部材の型を形成する型形成工程と、
形成した前記型を一方向に延伸する延伸工程と、
延伸した前記型に液状の硬化性材料を充填し、硬化させて剥離することにより半楕円体状である粒状部材を複数個形成する粒状部材形成工程と、
前記粒状部材の表面に光反射部材を成膜する成膜工程と、
を備えた光学フィルタの製造方法。
前記球形部材がポリスチレン球である請求項８に記載の光学フィルタの製造方法。
前記型形成材料が、シリコーン樹脂である請求項８または請求項９に記載の光学フィルタの製造方法。
前記硬化性材料が、光硬化樹脂である請求項８〜請求項１０のいずれか１項に記載の光学フィルタの製造方法。
前記光反射部材が、金、銀、銅、アルミニウム、ニッケル、クロム、白金、またはこれらの合金である請求項８〜請求項１１のいずれか１項に記載の光学フィルタの製造方法。