JPH01292221A - 高感度分光装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、極微弱発光のための分光装置に係り。

特に、生体試料等にみられる極微弱発光の分光検出に適
した回折格子を用いた分光装置に関する。

（従来の技術） 近年、バイオルミネッセンス、ケミルミネッセンス、生
体試料からの蛍光等、生体試料等にみられる極微弱発光
現象が注目されている。従来、これらの極微弱発光を分
光検出するには、色ガラスフィルターを用いる分光法が
一般に用いられていた。第６図はこのための装置のブロ
ック図である。

極微弱発光を生じる各種の試料は、温度調整器２２によ
り測定条件に適するある一定の温度に制御された試料用
セル又は容器２１に収められる。このような光源からの
光は回転楕円筒形反射鏡２３を用いてフォトマルチプラ
イアー（ＰＭ）２４の光電面上に集光される。スペクト
ル分析に用いる色ガラスフィルター２５は機械的に回転
可能なディスク２６上に配置され、フィルター關動制御
装置２７により自動的にＰＭ２４の前面で測定光路内に
次々に挿入、交換されて、フィルター２５を通過した後
の透過光強度がＰＭ２４により計数されるようになって
いる。測定に使用するＰＭ２４は熱雑音パルスを抑制す
るため、熱電冷却用温度制御器２８により冷却されてい
る。ＰＭ２４からの信号はパルス増幅器３０、パルス波
高弁別器３１を経て加減算カウンター３４により計数さ
れるが、光源からの入射光を周期的に断続し、ディジタ
ル的なロックイン検出を行うために、チョッパー３２と
移相器３３が設けである。加減算カウンター３４による
計数結果はディジタルプリンター３５に記録されるとと
もに、ミニコンピユータ−３６で直接スペクトル分布を
求めるために必要なデータ処理が行われ、その結果はオ
ッシロスコープ３７及びＸ−Ｙレコーダー３８によって
表示されるようになっている。なお、図中符号２９は高
圧安定化電源を、また、符号３９はプリセットタイマー
を表している。

このような色ガラスフィルターを用いる分光法は、明る
さの点では、試料からの光を全面的に検出するため、回
折格子分光器に比較して優れているが１色ガラスフィル
ターを複数枚用いる必要があり、そのためにｉｉｌ！８
Ｉ！１時間が非常に長くなる欠点がある。

一方１回折格子を用いた分光器は、特定の次数の回折光
に光エネルギーを集中できることから、反射型の回折格
子が用いられているが、明るさを決めるＦナンバーが大
きく、微弱な発光を検出するのに用いるのは困難である
と共に、分光装置が大型になるのを避けることが出来な
かった。

ところで、最近ダイオードアレイを用いたフーリエ分光
が種々なされるようになった。しかし、これは分光する
光が比較的強い場合に行われるもので、極微弱な生物フ
ォトンの分光等に用いることは、ダイオードの雑音が大
きく、不可能であった。

このような極微弱発光の分光とは別に、極微弱発光物体
の像を得る装置としては、後述する二次元光子計数装置
が知られているが、この装置は。

回折格子を用いた従来の分光器に用いられているだけで
、極微弱発光の分光に使用可能な明るい分光装置に用い
るという試みは全く無かった。

（発明が解決しようとする問題点） 近年、透過型回折格子においおいても、格子溝形状に精
密にブレーズ角を持たせ、反射型と変わらない回折効率
を得ることが出来るようになってきた。本発明は、この
ような透過型回折格子を用いることにより、従来の分光
装置の欠点を克服し、極めて明るい、小型の高感度分光
装置を提供することを目的とする。

（問題点を解決するための手段） 本発明の高感度分光装置は、第１図に示すように、分光
すべき光子放出源である発光物体Ｓからの光をピンホー
ルＰその他の手段によって点状光源または線状光源とし
、該光源位置に焦点を有する開口数の小さいレンズＬ８
で平行光束とし、透過型回折格子Ｇで分光した後、レン
ズＬ２で葉先し、その焦点位置で光強度の波長分布を検
出するようにしたものである。

（作用） 光子放出源を絞ることによって点状光源または線状光源
とし、これをレンズによって平行光束としたので、回折
格子に入射する光束は高い平行度を有することとなり、
回折格子の分解能を十分に発揮出来ることとなる。

そして、平行光束であることが要求されるのは、回折格
子への入射、出射の部分だけであり、レンズＬいＬ２は
回折格子Ｇの挿入を許す程度に接近配置出来るので、分
光装置自体を極めて小型に構成することが出来る。

また、レンズＬｌ、Ｌ、は、明るいレンズとすることが
容易であり、光学系としての明るさは、両レンズの合成
系としての明るさとなるのでさらに明るさが増大する。

（実施例） 実施例１ 第１図に示す実施例において、極微弱発光物体Ｓの特定
部分にピンホールＰを合わせ、分光すべき発光部分を特
定する。

二のピンホールの位置合わせは、回折格子Ｇを外したレ
ンズ系り、、　Ｌ、で売先物体Ｓの像を観察しながら、
目的とする部分の位置にピンホールを重ねあわせる。こ
れは、物体ＳをＸＹ可動テーブルに載置し、回折格子Ｇ
を抜き、ディテクターＤを接眼レンズと交換した観察系
で、目的位置を十字線の交点に持ち来たした後、ピンホ
ールを十字線の交点に合わせることで容易に行なうこと
が出来る。

レンズＬ２からの射出光は実線は０次光、点線は＋と−
の１次光を示す。この１次光を検出するには、二次元デ
ィテクタＤは１図のようにレンズ系Ｌｉ、Ｌ２の光軸か
らシフトさせてその中心に回折光が入射するように配置
する。

極微弱発光物体の画像を得るために用いる装置として二
次元光子計数装置があるが、本実施例で使用されるのは
、これと同様の２次元ディテクターである。この中には
第２図に示したように、二次元光子計数管と低残像ビジ
コンを組み合わせたもの（ＶＩＭＳ）と、第３図のよう
な光子計数型画像計測装置（ＰＩＡＳ）が含まれる。第
２図において、二次元光子計数管１の光電面２に入射し
た光子は光電子に変換され、この光電子はメツシュ３、
電子レンズ４を経て２段接続のマイクロチャンネルプレ
ート（ＭＣＰ）５に入射して増幅され、出射面の蛍光面
６に当って輝点を形成する。

この輝点はレンズ７によって低残像ビジコン８の光電面
に結像し、ビジコン８の出力から光子が対応する輝点の
二次元の位置がパルス信号とし求められるので、この輝
点の分布をとることによって極微弱発光物体の画像が求
められる。

また、第３図のＰＩＡＳにおいては、光電面２からＭＣ
Ｐ５に至るまでの構成は第２図のものと同様であり（も
っとも、第３図に示す例においては、ＭＣＰ５は３段接
続である）、ＭＣＰ５から出る電子群はその後に配置さ
れたシリコン半導体装置検出器（ＰＳＤ）９に入射し、
電子衝撃効果によってさらに増幅され、パルス信号とし
てＰＳＤ９から出力される。ＰＳＤ９はその周辺に４個
の信号出力電極１０を持つ電荷分配型の位置検出器であ
り、ＰＳＤ９内部で発生した電荷は１表面の抵抗層を経
てこれら４個の電極１０にその発生位置に応じて分配さ
れる。この結果、ＰＳＤ９に入射する電子群の重心位置
すなわち、輝点位置に対応する信号が４個の電極１０か
ら得られる。ＰＳＤ９から得られるパルス信号はアンプ
１２で増幅された後１位置演算装置１１に導かれる。こ
こで、これらパルス信号を積分回路１３で積分して各電
極１ｏからの電荷量を求める。次に、これらの信号を加
減算回ｇ１４に導き、ウィンドゲート１５を介して除算
器１６に導いて位置信号に変換し、ＡＤ変換器１７でＡ
Ｄ変換して出力する。この出力信号を処理して輝点の分
布を求め、極微弱発光生物体の画像を得ることができる
。なお、第２図、第３図において、符号Ｌ０は入射光子
（矢印）を光電面２上に結像させる対物レンズを示して
いる。

また、第１図中のＣはコンピュータで、これらの信号処
理を行なうためのものである。

実施例２ また、第４図は別の実施例を示し、実施例１と同じ部材
は同じ符号が附されている。

この実施例においては、入射光の回折角度だけ回折格子
Ｇを傾け、回折光がレンズ系Ｌ１．Ｌ２の光軸上に配置
された二次元ディテクタの中心に入射するようにしたも
のである。

実施例３ 第５図は、さらに別の実施例を示す。この実施例におい
ては、極微弱発光生物体Ｓからの光は。

ライトコレクターＬＣによって集光される。、このよう
に、ライトコネクターを用いた場合には、底面から入射
した光は、内面で反射を繰返し、その底部がカバーする
範囲内の総ての発光を混合し、その射出孔から点光源か
らの光のように射出する。

細かい部分ごとの発光状況は検出出来ないが、光量は増
えるので、ある範囲の平均的な発光の分光を行なう場合
には都合が良い。

（発明の効果） 上記のように、本発明は、極めて小さい射出孔からの光
をレンズで平行光束とし、その平行光束中に透過型の回
折格子を配置したので、光の平行度が高く１回折格子の
分解能を一杯に発揮させることが出来る。また、２枚の
レンズを使うのでＦ値が小さく、その両レンズの間には
回折格子を挿入し得る空間を設ければ良く分光装置を極
めて小型に構成することが出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の高感度分光装置分光装置の１実施例の
光学配置図、第２図はこの実施例に用いる二次元光子計
数管と低残像ビジコンを組み合わせたものの断面図、第
３図は他の光子計数型画偉計測装置の断面図、第４図、
第５図は他の実施例の光学配置図、第６図は従来の色ガ
ラスフィルターを用いる分光装置のブロック図である。 に二次元ディテクタ　　２：光電面 ３：メツシュ　４：電子レンズ　　５：ＭＣＰ６：蛍光
面　　７：レンズ　　８：ビジコン９：ＰＳＤ　　　ｉ
ｏ：電極 １１：位置演算装置　　１２：アンプ １３：積分回路　　　　１４：加減算回路１５：ウィン
ドケース　１６：除算器 １７：ＡＤ変換器　　　　Ｃ：コンピュータＤ：２次元
ディテクタ　　Ｌ：レンズ Ｇ：透過型回折格子　　ＬＣニライトコレクタＳ：発光
物体 特許出願人　　新技術開発事業団 出願人代理人　弁理士　佐藤文男 第１図 第　　　４　　　図 ｌ 第５図 ご

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）分光すべき光子放出源である発光物体からの光を
   点状あるいは線状光源とする部材、該光源位置に焦点を
   有する開口数の小さいレンズ、透過型回折格子、該回折
   格子を透過した光を集光する集光レンズ、その焦点位置
   に配置された二次元ディテクタからなることを特徴とす
   る高感度分光装置分光装置。
2. （２）上記発光物体からの光を点状あるいは線状光源と
   する部材がピンホールあるいはスリットであることを特
   徴とする特許請求の範囲第１項記載の高感度分光装置。
3. （３）上記発光物体からの光を点状あるいは線状光源と
   する部材がライトコレクタであることを特徴とする特許
   請求の範囲第１項記載の高感度分光装置。