(57)【要約】  【課題】フィルタを交換することなく、簡単な構成で、バリア性能を高くすることができ、更には、光量のロスを抑えて効率よく、高精度に蛍光を検出することができる音響光学素子を用いた蛍光フィルタ及びそれを備えた顕微鏡装置を提供する。  【解決手段】音響光学素子１２と、偏光ビームスプリッタ１１と、偏光回転素子としてのλ／２板１５を有し、偏光ビームスプリッタ１１とλ／２板１５を介して、蛍光が音響光学素子１２を２回通過するように構成されている。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも一つの音響光学素子を有し、
蛍光が音響光学素子を２回通過するようにしたことを特徴とする蛍光フィルタ。
【請求項２】
少なくとも一つの音響光学素子と、偏光ビームスプリッタと、偏光回転素子を有し、
前記偏光ビームスプリッタと前記偏光回転素子を介して、蛍光が前記音響光学素子を２回通過するようにしたことを特徴とする蛍光フィルタ。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の蛍光フィルタを二つ組み合わせてなることを特徴とする蛍光フィルタ。
【請求項４】
蛍光が２回通過するようになされた音響光学素子を二つ有し、
該二つの音響光学素子を通過した蛍光がそれぞれ別の検出器で検出されるようにしたことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の蛍光フィルタ。
【請求項５】
一つの音響光学素子と、偏光ビームスプリッタと、偏光回転素子と、異なる方向から入射された光を同一方向に射出する合成プリズムを有し、
前記偏光ビームスプリッタと前記偏光回転素子と前記合成プリズムを介して、蛍光が音響光学素子を２回通過するようにしたことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の蛍光フィルタ。
【請求項６】
前記偏光回転素子が、λ／２板で構成されていることを特徴とする請求項２、請求項２に従属する請求項３又は４、請求項５のいずれかに記載の蛍光フィルタ。
【請求項７】
前記偏光回転素子が、λ／４板とミラーと偏光ビームスプリッタとを組み合わせて構成されていることを特徴とする請求項２、請求項２に従属する請求項３又は４、請求項５のいずれかに記載の蛍光フィルタ。
【請求項８】
前記合成プリズムが、アキシコーンプリズムで構成されていることを特徴とする請求項５、請求項５に従属する請求項６又は７のいずれかに記載の蛍光フィルタ。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれかに記載の蛍光フィルタを備えたことを特徴とする顕微鏡装置。
【請求項１０】
請求項１又は２に記載の蛍光フィルタを備え、かつ、該蛍光フィルタに備わる前記音響光学素子の０次回折光の光路上を光源からの照明光が通過するようにしたことを特徴とする顕微鏡装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、音響光学素子を用いた蛍光フィルタ及びそれを備えた顕微鏡装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、音響光学素子（ＡＯＴＦ）を用いた蛍光フィルタとして、例えば、次の特許文献１に走査型レーザ顕微鏡装置に用いた蛍光フィルタが知られている。
【特許文献１】特開2003-177329号公報（図１）
【０００３】
特許文献１に記載の蛍光フィルタは、音響光学素子で波長を選択（分光）することで蛍光を検出するように構成されている。音響光学素子は、通常、図示しない結晶と、ＲＦトランスデューサとを備えている。ＲＦトランスデューサに所望の周波数の高周波電圧（ＲＦ）が印加されると、結晶の中に所望の周波数の音波が発生する。ＲＦの周波数と入射する光の波長との間で、ブラッグ反射の条件が満たされた波長のみ、±１次回折光として回折、偏向され、光検出器（「ＰＭＴ」）によって受光されて光量が検出される。
【０００４】
特許文献１に記載の蛍光フィルタのように、音響光学素子を用いた蛍光フィルタによれば、複数種類のフィルタを交換することなく、音響光学素子に印加する高周波電圧を制御することにより所望の蛍光波長を検出することができる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、音響光学素子は、その特性上、１次回折光中に所望の蛍光波長以外の波長を完全に遮断することは困難である。このため、音響光学素子で回折、偏向された１次回折光には、わずかな割合で所望の波長以外の波長が含まれてしまう。
また、蛍光は、試料から反射されるその他の波長の光に比べて光量が非常に小さい。このため、所望の蛍光波長以外の波長を遮断するバリア性能が高くないと、蛍光を高精度に検出することが困難になる。
しかるに、特許文献１に記載のような従来の音響光学素子を用いた蛍光フィルタでは、所望の蛍光波長以外の波長を遮断するバリア性能を高くすることが困難であり、高精度な蛍光検出が困難であった。
【０００６】
また、音響光学素子は、±１次回折光が、二つの偏光成分に応じてそれぞれ異なる方向に偏向するという特性を有している。しかるに、特許文献１に記載の蛍光フィルタでは、音響光学素子により回折、偏向した±１次回折光のうち一方の１次回折光、即ち、一方の偏光成分だけしか一つの検出器で検出できない。これでは、一つの検出器で検出できる蛍光の光量が少なく、高精度な蛍光検出が困難になる。
【０００７】
本発明は、上記従来の問題点に鑑みてなされたものであり、フィルタを交換することなく、簡単な構成で、バリア性能を高くすることができ、更には、光量のロスを抑えて効率よく、高精度に蛍光を検出することができる音響光学素子を用いた蛍光フィルタ及びそれを備えた顕微鏡装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するため、本発明による蛍光フィルタは、少なくとも一つの音響光学素子を有し、蛍光が音響光学素子を２回通過するようにしたことを特徴としている。
【０００９】
また、本発明による蛍光フィルタは、少なくとも一つの音響光学素子と、偏光ビームスプリッタと、偏光回転素子を有し、前記偏光ビームスプリッタと前記偏光回転素子を介して、蛍光が前記音響光学素子を２回通過するようにしたことを特徴としている。
【００１０】
また、本発明の蛍光フィルタにおいては、上記いずれかの構成の蛍光フィルタを二つ組み合わせて構成してもよい。
【００１１】
また、本発明の蛍光フィルタにおいては、蛍光が２回通過するようになされた音響光学素子を二つ有し、該二つの音響光学素子を通過した蛍光がそれぞれ別の検出器で検出されるようにするのが好ましい。
【００１２】
また、本発明の蛍光フィルタにおいては、一つの音響光学素子と、偏光ビームスプリッタと、偏光回転素子と、異なる方向から入射された光を同一方向に射出する合成プリズムを有し、前記偏光ビームスプリッタと前記偏光回転素子と前記合成プリズムを介して、蛍光が音響光学素子を２回通過するようにするのが好ましい。
【００１３】
また、本発明の蛍光フィルタにおいては、前記偏光回転素子を、λ／２板で構成するのが好ましい。
【００１４】
また、本発明の蛍光フィルタにおいては、前記偏光回転素子を、λ／４板とミラーと偏光ビームスプリッタとを組み合わせて構成してもよい。
【００１５】
また、本発明の蛍光フィルタにおいては、前記合成プリズムを、アキシコーンプリズムで構成するのが好ましい。
【００１６】
また、本発明による顕微鏡は、上記本発明のいずれかの蛍光フィルタを備えたことを特徴としている。
【００１７】
また、本発明による顕微鏡は、少なくとも一つの音響光学素子を有し、蛍光が音響光学素子を２回通過するようにしたことを特徴とする蛍光フィルタ、又は、少なくとも一つの音響光学素子と、偏光ビームスプリッタと、偏光回転素子を有し、前記偏光ビームスプリッタと前記偏光回転素子を介して、蛍光が音響光学素子を２回通過するようにしたことを特徴とする蛍光フィルタを備え、かつ、該蛍光フィルタに備わる前記音響光学素子の０次回折光の光路上を光源からの照明光が通過するようにしたことを特徴としている。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、フィルタを交換することなく、簡単な構成で、バリア性能を高くすることができ、更には、光量のロスを抑えて効率よく、高精度に蛍光を検出することができる音響光学素子を用いた蛍光フィルタ及びそれを備えた顕微鏡装置が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
実施例の説明に先立ち、本発明の作用効果について説明する。
本発明の蛍光フィルタによれば、蛍光が音響光学素子を２回通過するようにしたので、フィルタを交換することなく、簡単な構成で、バリア性能を格段に向上させることができ、高精度に蛍光を検出することができる。
即ち、１回目に音響光学素子に入射する光には、試料で発した所望の蛍光波長の他に、試料で反射した励起波長等、所望の蛍光波長以外の波長の光が、蛍光に比べて遥かに多くの割合で含まれている。音響光学素子では、所望の蛍光波長を±１次回折光として回折、偏向するとともに、多くの割合で含まれている蛍光以外の波長を０次回折光として通過させる。（なお、０次回折光について使用の用途がない場合には、０次回折光の光路上に、迷光を防ぐための光学的な遮光部材を設けて０次回折光を遮断する。）このとき、音響光学素子で回折、偏向された±１次回折光には、所望の蛍光波長の他に、わずかな割合で蛍光波長以外の波長が含まれる。（ここで、音響光学素子での回折に際し、±１次回折光中に含まれる蛍光波長以外の波長の割合をｎ／１００とする）。本発明では、この音響光学素子で１回回折、偏向された１次回折光を、さらに音響光学素子に入射させる（２回目の入射）。このとき、音響光学素子で遮断対象となる波長の光量は、１回目に遮断対象となる波長の光量に比べて遥かに小さくなっている。この遥かに小さい光量の波長の光を音響光学素子で０次回折光として通過させ、光学的な遮光部材を設けて遮断して、１次回折光から除外することになるため、音響光学素子で回折、偏向された光に含まれる蛍光波長以外の波長の割合が２乗倍（即ち、（ｎ／１００）2）に少なくなる。これにより、本発明の蛍光フィルタによれば、バリア性能を格段に向上させることができる。
【００２０】
また、本発明の蛍光フィルタにおいて、偏光ビームスプリッタと偏光回転素子を介して蛍光が音響光学素子を２回通過するようにすれば、蛍光を構成する互いに直交する２つの偏光成分の光をいずれか一方と同じ偏光成分に偏光して音響光学素子を介しての回折時に同じ方向に偏向できる。このため、一つの音響光学素子で蛍光を検出することができる。
【００２１】
また、本発明の蛍光フィルタにおいて、上記いずれかの構成の蛍光フィルタを二つ組み合わせれば、Ｐ波とＳ波の両方の偏光成分の蛍光を同じ一つの検出器で検出することができる。このため、検出器で検出される蛍光の光量が大きくなり、光量ロスなく、高効率で、高精度に蛍光を検出することが可能となる。
なお、本発明の蛍光フィルタにおいて、蛍光が２回通過する音響光学素子を２つ有し、該２つの音響光学素子を通過した蛍光がそれぞれ別の検出器で検出されるようにしてもよい。このようにすれば、蛍光の偏光成分ごとの信号強度を検出することができる。
【００２２】
また、本発明の蛍光フィルタにおいて、少なくとも一つの音響光学素子と、偏光ビームスプリッタと、偏光回転素子と、異なる方向から入射された光を同一方向に射出する合成プリズムを有し、前記偏光ビームスプリッタと前記偏光回転素子と前記合成プリズムを介して、蛍光が音響光学素子を２回通過するようにすれば、一つの音響光学素子でＰ波とＳ波の両方の偏光成分の蛍光を検出することができ、光量ロスなく有効に蛍光を検出することが可能となる。
【００２３】
また、本発明の蛍光フィルタにおいては、偏光回転素子をλ／４板とミラーと偏光ビームスプリッタとを組み合わせて構成することができる。また、偏光回転素子をλ／２板で構成することもできる。λ／２板で構成すれば、蛍光フィルタの構成が簡素化できるので好ましい。
また、本発明の蛍光フィルタにおいては、前記光合成素子をアキシコーンプリズムで構成するのが好ましい。
【００２４】
そして、本発明の顕微鏡装置のように、上記本発明のいずれかの蛍光フィルタを備えれば、上記蛍光フィルタの効果を備えた顕微鏡装置が得られる。
【００２５】
また、本発明の顕微鏡装置のように、少なくとも一つの音響光学素子を有し、蛍光が音響光学素子を２回通過するようにした蛍光フィルタ、又は、少なくとも一つの音響光学素子と、偏光ビームスプリッタと、偏光回転素子を有し、前記偏光ビームスプリッタと前記偏光回転素子を介して、蛍光が音響光学素子を２回通過するようにした蛍光フィルタを備え、かつ、該蛍光フィルタに備わる前記音響光学素子の０次回折光の光路上を光源からの照明光が通過するようにして構成すれば、上記蛍光フィルタの効果に加えて、顕微鏡装置全体の構成を小型化することができる。
【００２６】
ここで、音響光学素子を１回通過させたときと、２回通過させたときとでのバリア性能の差異について具体的に説明する。
図１０は、音響光学素子に印加するＲＦ周波数に対する回折効率の関係を示すグラフである。
ここで、音響光学素子の回折効率をη、音響光学素子に印加する高周波電圧（ＲＦ）のパワーをＰ0、音響光学素子に印加する電圧の周波数をｆ、１次回折光の強度が最大となる周波数をｆ0、Δｆ＝ｆ−ｆ0、カットオフ周波数をΔｆｃとする。すると、回折効率ηは次式のように表すことができる。
2006162983.tif 000003
音響光学素子を２回通過させたときの回折効率は、η2で表すことができる。図１０のグラフに示すように、２回通過させたときの回折効率は二乗で効いてくる。このため、同じ周波数Δｆずれた光のバリア性能は格段に向上する。
【００２７】
以下、本発明の蛍光フィルタ及びそれを備えた顕微鏡装置の実施例について図面を用いて説明する。
図１は本発明の実施例１〜実施例５にかかる蛍光フィルタを備えた顕微鏡装置の一構成例を示す概略構成図である。
本構成例における実施例１〜実施例５にかかる蛍光フィルタを備えた顕微鏡装置は、レーザ光源５１と、ファイバ５２と、走査ユニット６２と、瞳投影レンズ５６ａと、結像レンズ５６ｂと、対物レンズ５６と、制御部６３を有している。
走査ユニット６２は、コリメータレンズ５３と、ビームスプリッタ５４と、光走査手段５５と、反射ミラー５８と、共焦点レンズ５９と、共焦点ピンホール６０と、レンズ６１と蛍光フィルタユニット部１を有している。
蛍光フィルタユニット部１は後述する実施例１〜５のいずれかの蛍光フィルタと検出器（ＰＭＴ）を有して構成されている。なお、図１では、制御部と蛍光フィルタユニット部１とを接続する回線は便宜上一つのみ示してあるが、実際の回線の個数は、各実施例において用いる検出器の個数及び蛍光フィルタを構成する音響光学素子の個数によって異なり、それぞれの検出器及び音響光学素子に接続されている。
【００２８】
図１の顕微鏡装置では、レーザ光源５１から発振されたレーザ光は、ファイバ５２を介して走査ユニット５２に導かれる。導かれたレーザ光は、コリメータレンズ５３で平行光に変換され、ビームスプリッタ５４に導かれる。ビームスプリッタ５２で反射されたレーザ光は、光走査手段５５を構成するガルバノメータスキャナである光走査ミラー５５ａ，５５ｂにより偏向される。光走査ミラー５５で偏向されたレーザ光は、瞳投影レンズ５６ａ、結像レンズ５６ｂ、対物レンズ５６を経て、試料５７上に集光、照射される。試料５７は、レーザ光の照射により蛍光を発する。試料５７から発した蛍光及び試料５７で反射したその他の光は、ビームスプリッタ５４まで同一光路を逆に辿る。ビームスプリッタ５４を透過した光は、反射ミラー５８で反射された後、共焦点レンズ５９により、共焦点ピンホール６０上に結像される。共焦点ピンホール６０を透過した光は、レンズ６１により平行光に変換され、蛍光フィルタ部１に導かれる。導かれた光は、蛍光フィルタ部１の音響光学素子（図１では不図示）を２回通過して所望の蛍光以外の波長が含まれる割合が極めて少ない状態で抽出され検出器（図１では不図示）を介して光量が検出される。
【００２９】
なお、制御部６３は、光走査ミラー５５ａ，５５ｂの走査に同期して、光検出器に入射する光量を検出する機能、音響光学素子に印加するＲＦ周波数の走査に同期して光検出器の光量を検出する機能、光走査ミラー５５ａ，５５ｂの走査に同期して、音響光学素子に印加するＲＦ周波数を走査し、かつ音響光学素子に印加するＲＦ周波数の走査に同期して光検出器の光量を検出する機能等を有している。
なお、本発明の蛍光フィルタが適用される顕微鏡装置は、図１のレーザ走査型共焦点顕微鏡に限定されるものではない。蛍光観察が可能な顕微鏡装置であれば、どのような光学構成の顕微鏡装置にも本発明の蛍光フィルタは適用可能である。
【実施例１】
【００３０】
図２は本発明の実施例１にかかる蛍光フィルタの概略構成及び光の経路を示す説明図である。
実施例１の蛍光フィルタ１０１は、偏光ビームスプリッタ１１と、音響光学素子（ＡＴＯＦ）１２と、ミラー１３，１４と、λ／２板１５を有して構成されている。なお、１６は検出器（ＰＭＴ）である。蛍光フィルタ１０１と検出器１６とで図１の顕微鏡装置における蛍光フィルタ部１を構成している。（なお、図２においては、図示を省略したが、０次回折光について使用の用途がない場合には、音響光学素子１２の０次回折光の光路上に、迷光を防ぐための光学的な遮光部材を設けて０次回折光を遮断するように構成する。）
【００３１】
実施例１の蛍光フィルタ１０１では、図１に示した試料５７から発した蛍光及び試料５７で反射したその他の光は、偏光ビームスプリッタ１１に入射する。偏光ビームスプリッタ１１に入射した光のうちＰ偏光成分の光は、偏光ビームスプリッタ１１を透過して音響光学素子１２に導かれる。音響光学素子１２に入射したＰ偏光成分の光のうち所望の蛍光の周波数に合わせて設定されたＲＦ周波数に一致する周波数の波長は、音響光学素子１２を介して±１次回折光のうちの一方の１次回折光として回折され、ミラー１３方向に偏向される。
【００３２】
±１次回折光のうちの一方の１次回折光として回折されたＰ偏光成分の光は、ミラー１３，１４で反射し、λ／２板１５に導かれ、λ／２板１５を通過することによりＳ偏光成分の光に偏光されて、偏光ビームスプリッタ１１に入射する。
偏光ビームスプリッタ１１に入射したＳ偏光成分の光は、偏光ビームスプリッタ１１で反射して、音響光学素子１２に導かれる。音響光学素子１２に入射したＳ偏光成分の光のうち所望の蛍光の周波数に合わせて設定されたＲＦ周波数に一致する周波数の波長は、音響光学素子１２を介して±１次回折光のうち他方の１次回折光として回折され、検出器１６方向に偏向され、検出器１６で検出される。
【００３３】
ここで、音響光学素子１２に２回目に入射するＳ偏光成分の光は、既に１回目にＰ偏光成分の光として音響光学素子１２に入射したときに所望の周波数の波長に回折されている。しかしながら、音響光学素子１２の回折効率は１００％ではないため、音響光学素子１２に２回目に入射するＳ偏光成分の光には、所望の周波数以外の波長帯域の光がわずかな割合で含まれている。しかるに、実施例１では蛍光を含む光が音響光学素子１２を２回通過するようにしたので、１回目の通過ではカットできずにわずかに含まれている所望の波長の周波数以外の波長帯域の光をさらに除去することができる。即ち、実施例１の蛍光フィルタ１０１によれば、音響光学素子１２を１回通過させたときに比べて、不要な波長領域の光の割合が２乗倍に少なくなるように除去される。
このため、実施例１の蛍光フィルタ１０１によれば、従来の蛍光フィルタに比べて、フィルタを交換することなく、簡単な構成で、バリア性能を格段に向上させることができ、高精度に蛍光を検出することができる。
【実施例２】
【００３４】
図３は本発明の実施例２にかかる蛍光フィルタの概略構成及び光の経路を示す説明図である。
実施例２の蛍光フィルタ１０２は、偏光ビームスプリッタ１１と、音響光学素子（ＡＯＴＦ）１２と、ミラー１３，１４と、λ／２板１５とを有して構成される第１の蛍光フィルタ系１０Ａと、偏光ビームスプリッタ２１と、音響光学素子（ＡＯＴＦ）２２と、ミラー２３，２４，２５と、λ／２板２６と、ミラー２７とを有して構成される第２の蛍光フィルタ系１０Ｂとを有して構成されている。なお、１６は第１のフィルタ系１０Ａの音響光学素子１２からの±１次回折光のうちの他方の１次回折光及び第２のフィルタ系１０Ｂの音響光学素子２２からの±１次回折光のうちの一方の１次回折光を検出する検出器（ＰＭＴ）である。蛍光フィルタ１０２と検出器１６とで図１の蛍光フィルタ部１を構成している。（なお、図３においては、図示を省略したが、０次回折光について使用の用途がない場合には、音響光学素子１２，２２のそれぞれの０次回折光の光路上に、迷光を防ぐための光学的な遮光部材を設けて０次回折光を遮断するように構成する。）
【００３５】
実施例２の蛍光フィルタ１０２では、図１に示した試料５７から発した蛍光及び試料５７で反射したその他の光は、偏光ビームスプリッタ１１に入射する。偏光ビームスプリッタ１１に入射した光のうちＰ偏光成分の光は、偏光ビームスプリッタ１１を透過して音響光学素子１２に導かれる。一方、偏光ビームスプリッタ１１に入射した光のうちＳ偏光成分の光は、偏光ビームスプリッタ１１で反射し、偏光ビームスプリッタ２１に入射する。
【００３６】
音響光学素子１２に入射した光は、実施例１と同様に、音響光学素子１２に入射したＰ偏光成分の光のうち所望の蛍光の周波数に合わせて設定されたＲＦ周波数に一致する周波数の波長が、音響光学素子１２を介して±１次回折光のうちの一方の１次回折光として回折され、ミラー１３方向に偏向される。
±１次回折光のうちの一方の１次回折光として回折されたＰ偏光成分の光は、ミラー１３，１４で反射し、λ／２板１５に導かれ、λ／２板１５を通過することによりＳ偏光成分の光に偏光されて、偏光ビームスプリッタ１１に入射する。
偏光ビームスプリッタ１１に入射したＳ偏光成分の光は、偏光ビームスプリッタ１１で反射して、音響光学素子１２に導かれる。音響光学素子１２に入射したＳ偏光成分の光のうち所望の蛍光の周波数に合わせて設定されたＲＦ周波数に一致する周波数の波長は、音響光学素子１２を介して±１次回折光のうち他方の１次回折光として回折され、検出器１６方向に偏向され、検出器１６で検出される。
【００３７】
ここで、音響光学素子１２に２回目に入射するＳ偏光成分の光は、既に１回目にＰ偏光成分の光として音響光学素子１２に入射したときに所望の周波数の波長に回折されている。しかしながら、音響光学素子１２の回折効率は１００％ではないため、音響光学素子１２に２回目に入射するＳ偏光成分の光には、所望の周波数以外の波長帯域の光がわずかな割合で含まれている。しかるに、実施例２では蛍光を含む光が音響光学素子１２を２回通過するようにしたので、１回目の通過ではカットできずにわずかに含まれている所望の波長の周波数以外の波長帯域の光をさらに除去することができる。即ち、実施例２の蛍光フィルタ１０２によれば、音響光学素子１２を１回通過させたときに比べて、不要な波長領域の光の割合が２乗倍に少なくなるように除去される。
【００３８】
一方、偏光ビームスプリッタ２１に入射したＳ偏光成分の光は、偏光ビームスプリッタ２１で反射して、音響光学素子２２に導かれる。音響光学素子２２に入射した光は、音響光学素子２２に入射したＳ偏光成分の光のうち所望の蛍光の周波数に合わせて設定されたＲＦ周波数に一致する周波数の波長が音響光学素子２２を介して±１次回折光のうちの他方の１次回折光として回折され、ミラー２３方向に偏向される。
±１次回折光のうちの他方の１次回折光として回折されたＳ偏光成分の光は、ミラー２３，２４，２５で反射し、λ／２板２６に導かれ、λ／２板２６を通過することによりＰ偏光成分に偏光されて、偏光ビームスプリッタ２１に入射する。
偏光ビームスプリッタ２１に入射したＰ偏光成分の光は、偏光ビームスプリッタ２１を透過して、音響光学素子２２に導かれる。音響光学素子２２に入射したＰ偏光成分の光のうち所望の蛍光の周波数に合わせて設定されたＲＦ周波数に一致する周波数の波長は、音響光学素子２２を介して±１次回折光のうちの一方の１次回折光として回折され、ミラー２７方向に偏向される。偏向された光は、ミラー２７で反射して、検出器１６で検出される。
【００３９】
ここで、音響光学素子２２に２回目に入射するＰ偏光成分の光は、既に１回目にＳ偏光成分の光として音響光学素子２２に入射したときに所望の周波数の波長に回折されている。しかしながら、音響光学素子２２の回折効率は１００％ではないため、音響光学素子２２に２回目に入射するＰ偏光成分の光には、所望の周波数以外の波長帯域の光がわずかな割合で含まれている。しかるに、実施例２では蛍光を含む光が音響光学素子２２を２回通過するようにしたので、１回目の通過ではカットできずにわずかに含まれている所望の波長の周波数以外の波長帯域の光をさらに除去することができる。即ち、実施例２の蛍光フィルタ１０２によれば、音響光学素子２２を１回通過させたときに比べて、不要な波長領域の光の割合が２乗倍に少なくなるように除去される。
【００４０】
このため、実施例２の蛍光フィルタ１０２によれば、従来の蛍光フィルタに比べて、フィルタを交換することなく、簡単な構成で、バリア性能を格段に向上させることができ、高精度に蛍光を検出することができる。
また、実施例２の蛍光フィルタ１０２によれば、一つの検出器でＰ波とＳ波の両方の偏光成分の蛍光を検出することができ、光量ロスなく効率よく蛍光を検出することができる。
なお、第１のフィルタ系１０Ａから検出器１６に向かう光と第２のフィルタ系１０Ｂから検出器１６に向かう光は、互いに平行な光線になり重ならないが、検出器１６は、互いに平行な光線のいずれも受光できる大きさの受光面を備えている。
【実施例３】
【００４１】
図４は本発明の実施例３にかかる蛍光フィルタの概略構成及び光の経路を示す説明図である。
実施例３の蛍光フィルタ１０３は、第１のフィルタ系１０Ａの音響光学素子１２からの回折光を検出する検出器（ＰＭＴ）１６とは別個に、第２のフィルタ系１０Ｂの音響光学素子２２からの回折光を検出する検出器（ＰＭＴ）２８を有している。蛍光フィルタ１０３と検出器１６，２８とで図１の蛍光フィルタ部１を構成している。（なお、図４においては、図示を省略したが、０次回折光について使用の用途がない場合には、音響光学素子１２，２２のそれぞれの０次回折光の光路上に、迷光を防ぐための光学的な遮光部材を設けて０次回折光を遮断するように構成する。）
実施例３の蛍光フィルタ１０３によれば、第１のフィルタ系１０Ａと第２のフィルタ系１０Ｂとでそれぞれ別個に検出器を設けたので、別個の検出器でもって蛍光の偏光成分ごとの信号強度を検出することができる。
その他の構成及び作用効果は実施例２の蛍光フィルタとほぼ同じである。
【実施例４】
【００４２】
図５は本発明の実施例４にかかる蛍光フィルタの概略構成及び光の経路を示す説明図である。図６は実施例４の蛍光フィルタに用いる合成プリズムの機能を示す説明図である。
実施例４の蛍光フィルタ１０４は、偏光ビームスプリッタ１１と、合成プリズムとしてのアキシコーンプリズム３１と、音響光学素子（ＡＯＴＦ）１２と、ミラー１３と、１／２λ板１５と、ミラー１４と、ミラー３２と、λ／２板３３を有して構成されている。なお、１６は検出器（ＰＭＴ）である。蛍光フィルタ１０４と検出器１６とで図１の蛍光フィルタ部１が構成される。（なお、図５においては、図示を省略したが、０次回折光について使用の用途がない場合には、音響光学素子１２の０次回折光の光路上に、迷光を防ぐための光学的な遮光部材を設けて０次回折光を遮断するように構成する。）
アキシコーンプリズム３１は、図６に示すように、異なる２方向から入射された光線を平行に出射する、即ち、同じ方向に導く機能を有している。
【００４３】
実施例４の蛍光フィルタ１０４では、図１に示した試料５７から発した蛍光及び試料５７で反射したその他の光は、偏光ビームスプリッタ１１に入射する。偏光ビームスプリッタ１１に入射した光のうちＰ偏光成分の光は、偏光ビームスプリッタ１１を透過してアキシコーンプリズム３１に入射する。一方、偏光ビームスプリッタ１１に入射した光のうちＳ偏光成分の光は、偏光ビームスプリッタ１１で反射し、ミラー３２で反射し、λ／２板３３に導かれ、λ／２板３３を通過することによりＰ偏光成分の光に偏光されて、上記「偏光ビームスプリッタ１１を透過したＰ偏光成分の光」とは異なる方向からアキシコーンプリズム３１に入射する。
【００４４】
アキシコーンプリズム３１に入射した異なる２方向からのＰ偏光成分の光は、アキシコーンプリズム３１で互いに平行になって出射され、音響光学素子１２に導かれる。
音響光学素子１２に入射した互いに平行な光は、互いに平行な状態のまま、実施例１と同様に、音響光学素子１２に入射したＰ偏光成分の光のうち所望の蛍光の周波数に合わせて設定されたＲＦ周波数に一致する周波数の波長が、音響光学素子１２を介して±１次回折光のうちの一方の１次回折光として回折され、ミラー１３方向に偏向される。
【００４５】
±１次回折光のうちの一方の１次回折光として回折された、互いに平行なＰ偏光成分の光は、互いに平行な状態のまま、ミラー１３で反射し、λ／２板１５に導かれ、λ／２板１５を通過することによりＳ偏光成分の光に偏光され、ミラー１４で反射して、偏光ビームスプリッタ１１に入射する。
偏光ビームスプリッタ１１に入射した互いに平行なＳ偏光成分の光は、互いに平行な状態のまま、偏光ビームスプリッタ１１で反射して、アキシコーンプリズム３１に入射する。
【００４６】
アキシコーンプリズム３１に入射した互いに平行なＳ偏光成分の光は、互いに平行な状態のまま、アキシコーンプリズム３１から出射され、音響光学素子１２に導かれる。音響光学素子１２に入射した互いに平行なＳ偏光成分の光のうち所望の蛍光の周波数に合わせて設定されたＲＦ周波数に一致する周波数の波長は、互いに平行な状態のまま、音響光学素子１２を介して±１次回折光のうちの他方の１次回折光として回折され、検出器１６方向に偏向され、検出器１６で検出される。
なお、異なる２方向からの光は、アキシコーンプリズム３１を介して平行な光線になり、重ならないが、検出器１６は、互いに平行な光線のいずれも受光できる大きさの受光面を備えている。
【００４７】
実施例４の蛍光フィルタ１０４によれば、異なる方向から入射された光を同一方向に射出する合成プリズムとしてのアキシコーンプリズムを有して構成したので、１つの音響光学素子１６だけで、Ｐ波とＳ波の両方の偏光成分の蛍光を光量をロスすることなく同じ偏光成分にして検出することができる。
その他の作用効果は、実施例１の蛍光フィルタとほぼ同じである。
【００４８】
なお、上記各実施例では、偏光回転素子をλ／２板で構成したが、偏光回転素子は、図７に示すように、偏光ビームスプリッタ４１と、λ／４板４２と、ミラー４３とを有して構成してもよい。次に、その一例を示す。
【実施例５】
【００４９】
図８は本発明の実施例５にかかる蛍光フィルタの概略構成及び光の経路を示す説明図である。
実施例５の蛍光フィルタ１０５は、実施例４の蛍光フィルタ１０５における偏光回転素子を図７に示した偏光ビームスプリッタとλ／４板とミラーを有して構成したものである。
即ち、実施例５の蛍光フィルタ１０５は、図５に示した構成におけるλ／２板１５に代えて、偏光ビームスプリッタ４１と、λ／４板４２と、ミラー４３を有し、さらに、ミラー４４を有して構成されている。その他の構成は、実施例４の蛍光フィルタ１０４とほぼ同じである。
【００５０】
実施例５の蛍光フィルタ１０５によれば、±１次回折光のうちの一方の１次回折光として回折された、互いに平行なＰ偏光成分の光は、互いに平行な状態のまま、ミラー１３で反射して、偏光ビームスプリッタ４１に入射する。偏光ビームスプリッタ４１に入射した互いに平行なＰ偏光成分の光は、互いに平行な状態のまま、偏光ビームスプリッタ４１を透過して、λ／４板４２に導かれ、λ／４板４２を通過することにより円偏光となってミラー４３に入射する。ミラー４３に入射した互いに平行な円偏光は、互いに平行な状態のまま、ミラー４３で反射して、λ／４板４２に導かれ、λ／４板４２を通過することによりＳ偏光成分の光となって偏光ビームスプリッタ４１に入射する。偏光ビームスプリッタ４１に入射した互いに平行なＳ偏光成分の光は、偏光ビームスプリッタ４１で反射し、ミラー４４で反射して、ミラー１４に入射する。その他の作用効果は、実施例４の蛍光フィルタ１０４とほぼ同じである。
【実施例６】
【００５１】
図９は本発明の実施例６にかかる、蛍光フィルタを備えた顕微鏡装置の概略構成図である。
実施例６の顕微鏡装置は、図２に示した実施例１の蛍光フィルタ１０１の音響光学素子１２の０次回折光の光路上をレーザ光源５１からのレーザ光が通過するように蛍光フィルタ部１を配置して構成されている。また、コリメータレンズ５３と蛍光フィルタ１０１の音響光学素子１２との間には、コリメータレンズ５３からのレーザ光の偏光成分をＰ偏光に変換する偏光板６４が設けられている。
【００５２】
実施例６の顕微鏡装置では、レーザ光源５１から発振されたレーザ光は、コリメータレンズ５３で平行光に変換され、偏光板６４でＰ偏光に変換された後、蛍光フィルタ部１の音響光学素子１２に入射する。このときＰ偏光は、本来音響光学素子１２から出射される０次回折光の進む向きとは正反対から入射される。このため、音響光学素子１２に印加されるＲＦ周波数の影響を受けることなく音響光学素子１２を通過する。
音響光学素子１２を通過したＰ偏光は偏光ビームスプリッタ１１を透過し、レンズ６１、共焦点ピンホール６０、共焦点レンズ５９を経て平行光の状態で、光走査手段５５で所定方向に偏向され、結像レンズ５６ｂ、対物レンズ５６を経て、試料５７上に集光、照射される。
【００５３】
試料５７は、レーザ光の照射により蛍光を発する。試料５７から発した蛍光及び試料５７で反射したその他の光は、偏光ビームスプリッタ１１まで同一光路を逆に辿る。
偏光ビームスプリッタ１１に入射した光は、実施例１と同様の経路を辿り、所望蛍光波長が検出器１６で検出される。
【００５４】
実施例６の顕微鏡装置によれば、実施例１の蛍光フィルタ１０１の効果に加えて、蛍光フィルタが照明光路を兼ね備えているので、その分、省スペース化でき、顕微鏡装置全体を小型化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明の実施例１〜実施例５にかかる蛍光フィルタを備えた顕微鏡装置の一構成例を示す概略構成図である。
【図２】本発明の実施例１にかかる蛍光フィルタの概略構成及び光の経路を示す説明図である。
【図３】本発明の実施例２にかかる蛍光フィルタの概略構成及び光の経路を示す説明図である。
【図４】本発明の実施例３にかかる蛍光フィルタの概略構成及び光の経路を示す説明図である。
【図５】本発明の実施例４にかかる蛍光フィルタの概略構成及び光の経路を示す説明図である。
【図６】実施例４の蛍光フィルタに用いる合成プリズムの機能を示す説明図である。
【図７】本発明の実施例１〜４の蛍光フィルタに用いる偏光回転素子の変形例を示す説明図である。
【図８】本発明の実施例５にかかる蛍光フィルタの概略構成及び光の経路を示す説明図である。
【図９】本発明の実施例６にかかる、蛍光フィルタを備えた顕微鏡装置の概略構成図である。
【図１０】音響光学素子に印加するＲＦ周波数に対する回折効率の関係を、音響光学素子を１回通過させたときと２回通過させたときのそれぞれにおいて示すグラフである。
【符号の説明】
【００５６】
１            蛍光フィルタ部
１０Ａ        第１の蛍光フィルタ系
１０Ｂ        第２の蛍光フィルタ系
１１、２１、４１          偏光ビームスプリッタ
１２、２２    音響光学素子
１３、１４、２３、２４、２５、２７、３２、４３、４４          ミラー
１５、２６、３３          λ／２板
１６、２８    検出器（ＰＭＴ）
３１          合成手段（アキシコーンプリズム）
４２          λ／４板
５１          レーザ光源
５２          ファイバ
５３          コリメータレンズ
５４          ビームスプリッタ
５５          走査手段
５５ａ、５５ｂ        光走査ミラー
５６          対物レンズ
５６ａ        瞳投影レンズ
５６ｂ        結像レンズ
５７          試料
５８          反射ミラー
５９          共焦点レンズ
６０          共焦点ピンホール
６１          レンズ
６２          走査ユニット
６３          制御部
６４          偏光板
１０１、１０２、１０３、１０４、１０５        蛍光フィルタ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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