(57)【要約】【課題】装置の大型化および高コスト化を抑制して、高量子効率および低暗ノイズで観察を行う。【解決手段】レーザ光源から射出されたレーザ光を試料Ｘにおいて走査させる光走査部と、光走査部によりレーザ光が走査された結果、試料Ｘから戻る光を検出するＳＳＰＤからなる２以上の光検出器と、光検出器を冷却する単一の冷凍機４とを備え、光検出器が、異なるチャネルを経由した光をそれぞれ検出するレーザ顕微鏡１を提供する。【選択図】図１
2018072430.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光源から射出されたレーザ光を試料において走査させる光走査部と、
該光走査部により前記レーザ光が走査された結果、前記試料から戻る光を検出するＳＳＰＤからなる２以上の光検出器と、
該光検出器を冷却する単一の冷凍機とを備え、
前記光検出器が、異なるチャネルを経由した光をそれぞれ検出するレーザ顕微鏡。
【請求項２】
各前記チャネルが、波長の異なる光を各前記光検出器に入射させる請求項１に記載のレーザ顕微鏡。
【請求項３】
前記試料から戻る光を異なる波長の光に分光する分光光学系を備え、
該分光光学系により分光された各前記光が各前記チャネルを経由して各前記光検出器により検出される請求項２に記載のレーザ顕微鏡。
【請求項４】
各前記光検出器が、各前記光の波長に応じた感度ピークを有する請求項２または請求項３に記載のレーザ顕微鏡。
【請求項５】
各前記チャネルと各前記光検出器とが、導光部材によって接続されている請求項１から請求項４のいずれかに記載のレーザ顕微鏡。
【請求項６】
前記導光部材が、異なる前記チャネルに接続可能に設けられている請求項５に記載のレーザ顕微鏡。
【請求項７】
レーザ光源から射出されたレーザ光を試料において走査させる光走査部と、該光走査部により前記レーザ光が走査された結果、前記試料から戻る光を検出するＳＳＰＤからなる１以上の光検出器とを備える２以上のレーザ顕微鏡と、
各該レーザ顕微鏡の各前記光検出器を冷却する単一の冷凍機とを備えるレーザ顕微鏡システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ顕微鏡およびレーザ顕微鏡システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、量子効率が高く、暗ノイズが低い、顕微鏡の光検出器として、超伝導ナノワイヤ単一光子検出器（ＳＳＰＤ：Ｓｕｐｅｒｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇ  ｎａｎｏｗｉｒｅ  Ｓｉｎｇｌｅ  Ｐｈｏｔｏｎ  Ｄｅｔｅｃｔｏｒ）が知られている（例えば、非特許文献１参照。）。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】１４  Ｄｅｃ  ２０１５  Ｖｏｌ．２３，Ｎｏ．２５  ＤＯＩ：１０．１３６４／ＯＥ．２３．０３２６３３  ＯＰＴＩＣＳ  ＥＸＰＲＥＳＳ  ３２６３３
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、ＳＳＰＤは、正常動作させるためには超伝導状態を保つ必要があり、ＳＳＰＤを極低温（数Ｋ）下に置くために、冷凍機を用いる必要がある。極低温状態を維持するための冷凍機には、蓄冷器入り真空チャンバ、真空ポンプおよびヘリウム循環用のコンプレッサが最低限必要であり、装置が大型化するとともに、コストが高くつくという不都合がある。
【０００５】
本発明は上述した事情に鑑みてなされたものであって、装置の大型化および高コスト化を抑制して、高量子効率および低暗ノイズで観察を行うことができるレーザ顕微鏡およびレーザ顕微鏡システムを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明は以下の手段を提供する。
本発明の一態様は、レーザ光源から射出されたレーザ光を試料において走査させる光走査部と、該光走査部により前記レーザ光が走査された結果、前記試料から戻る光を検出するＳＳＰＤからなる２以上の光検出器と、該光検出器を冷却する単一の冷凍機とを備え、前記光検出器が、異なるチャネルを経由した光をそれぞれ検出するレーザ顕微鏡を提供する。
【０００７】
本態様によれば、光走査部の作動によりレーザ光源から射出されたレーザ光が試料において光走査されると、各走査位置から戻る光が光検出器により検出されるので、各走査位置の情報と光検出器により検出された光量とを対応づけることにより、試料の画像を生成することができる。この場合において、レーザ顕微鏡に備えられた複数の光検出器が単一の冷凍機により冷却されて、各光検出器を構成しているＳＳＰＤが超伝導状態に保たれるので、ＳＳＰＤを正常動作させて高量子効率かつ低暗ノイズで観察を行うことができる。異なるチャネルを経由した光を検出する複数の光検出器を別個の冷凍機で冷凍する場合と比較して、複数の光検出器により冷凍機を共有することで、チャネル毎に冷凍機のために必要なスペースおよびコストを低減し、装置の大型化および高コスト化を抑制することができる。
【０００８】
上記態様においては、各前記チャネルが、波長の異なる光を各前記光検出器に入射させてもよい。
このようにすることで、波長の異なる複数の光を検出するための複数の光検出器を単一の冷凍機で冷却して、各光検出器を構成しているＳＳＰＤを超伝導状態に保ち、ＳＳＰＤを正常動作させて高量子効率かつ低暗ノイズで観察を行うことができる。
【０００９】
また、上記態様においては、前記試料から戻る光を異なる波長の光に分光する分光光学系を備え、該分光光学系により分光された各前記光が各前記チャネルを経由して各前記光検出器により検出されてもよい。
このようにすることで、試料から戻る光が分光光学系により複数の波長の光に分光され、複数の波長の光を、単一の冷凍機により冷却されたＳＳＰＤからなる光検出器により、高量子効率かつ低暗ノイズで観察することができる。
【００１０】
また、上記態様においては、各前記光検出器が、各前記光の波長に応じた感度ピークを有していてもよい。
ＳＳＰＤからなる光検出器の感度ピークを検出する光の波長に応じて設定することにより、全ての波長の光を高感度に検出することができる。
【００１１】
また、上記態様においては、各前記チャネルと各前記光検出器とが、導光部材によって接続されていてもよい。
このようにすることで、異なるチャネルを経由した光が導光部材によって導光された後に複数の光検出器により検出される。光検出器は冷凍機内に配置されるので、導光部材によって導光して確実に検出することができる。
【００１２】
また、上記態様においては、前記導光部材が、異なる前記チャネルに接続可能に設けられていてもよい。
このようにすることで、導光部材を接続するチャネルを切り替えることにより、異なるチャネルを経由した光を異なる光検出器により検出させることができる。チャネル数に対して光検出器数が少ない場合に効果的である。
【００１３】
また、本発明の他の態様は、レーザ光源から射出されたレーザ光を試料において走査させる光走査部と、該光走査部により前記レーザ光が走査された結果、前記試料から戻る光を検出するＳＳＰＤからなる１以上の光検出器とを備える２以上のレーザ顕微鏡と、各該レーザ顕微鏡の各前記光検出器を冷却する単一の冷凍機とを備えるレーザ顕微鏡システムを提供する。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、装置の大型化および高コスト化を抑制して、高量子効率および低暗ノイズで観察を行うことができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施形態に係るレーザ顕微鏡を示す全体構成図である。
【図２】図１のレーザ顕微鏡の顕微鏡本体の構成を示す模式図である。
【図３】図１のレーザ顕微鏡の分光光学系および冷凍機を示す模式図である。
【図４】本発明の一実施形態に係るレーザ顕微鏡システムを示す全体構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明の一実施形態に係るレーザ顕微鏡１について、図面を参照して以下に説明する。
本実施形態に係るレーザ顕微鏡１は、図１に示されるように、顕微鏡本体２と、該顕微鏡本体２に接続された分光光学系３と、冷凍機４と、分光光学系３と冷凍機４とを接続する光ファイバ（導光部材）５とを備えている。
【００１７】
顕微鏡本体２は、図２に示されるように、レーザ光源６からのレーザ光を２次元的に走査するガルバノミラー（光走査部）７と、該ガルバノミラー７によって走査されたレーザ光を試料Ｘに集光する一方、試料Ｘにおいて発生した蛍光を集光する対物レンズ８と、該対物レンズ８によって集光され、ガルバノミラー７を介して戻る蛍光をレーザ光の光路から分岐するダイクロイックミラー９とを備えている。図中、符号１０はレーザ光源６からのレーザ光を略平行光にするコリメートレンズ、符号１１，１２は、レーザ光および蛍光をリレーする瞳投影レンズおよび結像レンズ、符号１３は集光レンズ、符号１４は共焦点ピンホールである。
【００１８】
分光光学系３は、図３に示されるように、共焦点ピンホール１４を通過した蛍光を略平行光にするコリメートレンズ１５と、該コリメートレンズ１５により略平行光に変換された蛍光を波長毎に分岐する２枚のダイクロイックミラー１６，１７と、蛍光に含まれるレーザ光を遮断するバリアフィルタ１８と、バリアフィルタ１８を透過した蛍光を集光する集光レンズ１９とを備えている。蛍光の一部が１枚目のダイクロイックミラー１６によって偏向されることにより分岐され、該ダイクロイックミラー１６を透過した残りの部分の一部が２枚目のダイクロイックミラー１７により２つに分岐されることにより、波長範囲の異なる蛍光が３チャネル２０，２１，２２の射出口２０ａ，２１ａ，２２ａから射出されるようになっている。
【００１９】
冷凍機４は、図３に示されるように、内部に３個の光検出器２３，２４，２５を備え、これらの光検出器２３，２４，２５を極低温状態に冷却して、超伝導状態に保持するようになっている。各光検出器２３，２４，２５は、ＳＳＰＤからなり、光取り込み口（チャネル）２３ａ，２４ａ，２５ａに入射された蛍光が、光ファイバ２３ｂ，２４ｂ，２５ｂを経由して導かれ、入射された光の光子数に応じた電圧信号を外部に出力するようになっている。また、各光検出器２３，２４，２５は、射出口２０ａ，２１ａ，２２ａからの各光の波長に応じた感度ピークを有していることが好ましい。
光ファイバ５は、分光光学系３の３つの射出口２０ａ，２１ａ，２２ａと冷凍機４の３つの光取り込み口２３ａ，２４ａ，２５ａとを結ぶマルチモードファイバである。
【００２０】
このように構成された本実施形態に係るレーザ顕微鏡１によれば、レーザ光源６から発せられたレーザ光が、コリメートレンズ１０によって略平行光に変換され、ダイクロイックミラー９によって偏向されてガルバノミラー７に入射される。ガルバノミラー７の作動により２次元的に走査されたレーザ光は、瞳投影レンズ１１および結像レンズ１２を経由して、対物レンズ８により試料Ｘに集光される。
【００２１】
試料Ｘにおいては、レーザ光の各走査位置において蛍光物質が励起されることにより、蛍光が発生する。発生した蛍光は、対物レンズ８により集光され、結像レンズ１２、瞳投影レンズ１１およびガルバノミラー７を経由して戻る途中で、ダイクロイックミラー９を透過することにより、レーザ光の光路から分岐されて、集光レンズ１３により集光され、共焦点ピンホール１４を通過した部分が分光光学系３に入射される。
【００２２】
分光光学系３に入射した蛍光は、コリメートレンズ１５によって略平行光に変換された後に、ダイクロイックミラー１６によって波長毎に２つの光路に分岐され、その１つがさらにダイクロイックミラー１７によって波長毎に２つの光路に分岐される。これにより、３つの光路に分岐された蛍光は、それぞれ、バリアフィルタ１８によって蛍光に含まれるレーザ光を除去された後に集光レンズ１９により集光され、３チャネル２０，２１，２２の射出口２０ａ，２１ａ，２２ａから射出される。
【００２３】
３チャネル２０，２１，２２の射出口２０ａ，２１ａ，２２ａにはそれぞれ光ファイバ５が接続されているので、蛍光は各光ファイバ５を経由して導光され、冷凍機４の３つの光取り込み口２３ａ，２４ａ，２５ａにそれぞれ入射される。
冷凍機４内部においては、３チャネル２０，２１，２２の蛍光が光取り込み口２３ａ，２４ａ，２５ａから光ファイバ２３ｂ，２４ｂ，２５ｂによってそれぞれ異なる光検出器２３，２４，２５に導光され、光検出器２３，２４，２５によって検出され、３チャネル２０，２１，２２分の検出信号が得られる。
【００２４】
この場合において、本実施形態に係るレーザ顕微鏡１によれば、顕微鏡本体２から出力された３チャネル２０，２１，２２の蛍光が、冷凍機４によって極低温に冷却されて超伝導状態に保持されている３つの光検出器２３，２４，２５によって検出されるので、高量子効率かつ低暗ノイズで蛍光を検出することができる。この場合において、３チャネル２０，２１，２２分の光検出器２３，２４，２５が単一の冷凍機４によって冷却されているので、各光検出器２３，２４，２５を別個の冷凍機で冷却する場合と比較して、冷凍機４に要するスペースを大幅に削減し、かつ、冷凍機４に係るコストを大幅に低減することができるという利点がある。
【００２５】
また、単一の冷凍機４によって複数の光検出器２３，２４，２５を冷却するので、各チャネル２０，２１，２２間での冷却温度のバラツキをなくし、光検出器２３，２４，２５のチャネル２０，２１，２２間での性能安定性を得ることができるという利点もある。
また、各光検出器２３，２４，２５が射出口２０ａ，２１ａ，２２ａからの各光の波長に応じた感度ピークを有しているので、感度ピークを検出する光の波長に応じて設定することにより、全ての波長の光を高感度に検出することができるという利点もある。
【００２６】
なお、本実施形態においては、分光光学系３の射出口２０ａ，２１ａ，２２ａと冷凍機４の光取り込み口２３ａ，２４ａ，２５ａとを光ファイバ５によって接続したが、これに代えて、ガラスロッドで接続したり、ミラーによって空気光路を経由して蛍光を光取り込み口２３ａ，２４ａ，２５ａに導いたりしてもよい。また、分光光学系３の射出口２０ａ，２１ａ，２２ａを３チャネル２０，２１，２２設けた例を示したが、これに代えて、２以上の任意のチャネルを有していてもよい。
【００２７】
次に、本発明の一実施形態に係るレーザ顕微鏡システム１００について、図面を参照して以下に説明する。
本実施形態の説明において、上述したレーザ顕微鏡１と構成を共通とする箇所には同一符号を付して説明を省略する。
【００２８】
本実施形態に係るレーザ顕微鏡システム１００は、図４に示されるように、複数の顕微鏡本体（レーザ顕微鏡）２と、単一の冷凍機４と、顕微鏡本体２の射出口２６と冷凍機４の光取り込み口２３ａ，２４ａ，２５ａとを接続する光ファイバ５とを備えている。
各顕微鏡本体２の射出口２６は、共焦点ピンホール１４の後段に設けられた集光レンズ１９の後段に設けられている。集光レンズ１９により集光された蛍光は、射出口２６に接続された光ファイバ５の入射端に入射され、冷凍機４に導光されるようになっている。
【００２９】
本実施形態に係るレーザ顕微鏡システム１００によれば、複数の顕微鏡本体２によって検出された別々の試料Ｘ，Ｙ，Ｚからの蛍光を単一の冷凍機４に備えられている複数の光検出器２３，２４，２５によって検出することができ、冷凍機４を共用することによって、スペースおよびコストの削減を図ることができるという利点がある。また、単一の冷凍機４によって複数の光検出器２３，２４，２５を冷却するので、各顕微鏡本体２に接続する光検出器２３，２４，２５間での冷却温度のバラツキをなくし、光検出器２３，２４，２５の性能安定性を得ることができる。
【００３０】
なお、本実施形態においては、冷凍機４の光取り込み口２３ａ，２４ａ，２５ａにおける光ファイバ５の射出端が着脱可能かつ差し替え可能に設けられていてもよい。冷凍機４に内蔵可能な光検出器２３，２４，２５の数には限りがあるので、光検出器２３，２４，２５より多い顕微鏡によって検出された蛍光を検出する際に、光ファイバ５の射出端を差し替えて検出を行うことができる。
【００３１】
また、本実施形態においては、顕微鏡本体２の射出口２６に光ファイバ５が接続されていることとしたが、これに代えて、上記実施形態に係るレーザ顕微鏡１と同様に分光光学系３を備え、分光光学系３の各チャネル２０，２１，２２に光ファイバ５が接続されていてもよい。これにより、各顕微鏡本体２から出力され、各分光光学系３によって異なる波長に分光された蛍光を単一の冷凍機４に備えられた光検出器２３，２４，２５によって検出することができる。
【符号の説明】
【００３２】
１  レーザ顕微鏡
２  顕微鏡本体（レーザ顕微鏡）
３  分光光学系
４  冷凍機
５  光ファイバ（導光部材）
６  レーザ光源
７  ガルバノミラー（光走査部）
２３，２４，２５  光検出器
２３ａ，２４ａ，２５ａ  光取り込み口（チャネル）
１００  レーザ顕微鏡システム
Ｘ，Ｙ，Ｚ  試料
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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