(57)【要約】【課題】波長選択性と検出効率を高レベルで両立する。【解決手段】分光検出装置１００は、レーザ光を出射するレーザ光源１と、レーザ光をサンプルＳに照射する対物レンズ８と、レーザ光源１と対物レンズ８の間の照明光路上に配置されたスキャナ４と、サンプルＳからの光を検出するＰＭＴ１４と、対物レンズ８とＰＭＴ１４の間の検出光路上に配置された複数の光学フィルタ（光学フィルタ２０、光学フィルタ３０）と、複数の光学フィルタのうちの少なくとも１つの光学フィルタ（光学フィルタ２０）の回転軸が他の光学フィルタ（光学フィルタ３０）の回転軸とは異なる方向を向くように、複数の光学フィルタの各々を回転させる駆動装置（駆動装置２１、駆動装置３１）と、を備える。【選択図】図１
2019070586.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光を出射するレーザ光源と、
前記レーザ光をサンプルに照射する対物レンズと、
前記レーザ光源と前記対物レンズの間の照明光路上に配置されたスキャナと、
前記サンプルからの光を検出する光検出器と、
前記対物レンズと前記光検出器の間の検出光路上に配置された複数の光学フィルタと、
前記複数の光学フィルタのうちの少なくとも１つの光学フィルタの回転軸が他の光学フィルタの回転軸とは異なる方向を向くように、前記複数の光学フィルタの各々を回転させる駆動装置と、を備える
ことを特徴とする分光検出装置。
【請求項２】
請求項１に記載の分光検出装置において、さらに、
制御装置を備え、
前記制御装置は、
検出波長域に関する情報を取得し、
取得した前記情報に応じて前記駆動装置を制御する
ことを特徴とする分光検出装置。
【請求項３】
請求項２に記載の分光検出装置において、さらに、
複数のフィルタ交換装置であって、各々が前記検出光路上に配置された前記複数の光学フィルタの各々を入射角分光特性の異なる他の光学フィルタと交換する、前記複数のフィルタ交換装置を備える
ことを特徴とする分光検出装置。
【請求項４】
請求項３に記載の分光検出装置において、
前記制御装置は、取得した前記情報に応じて前記複数のフィルタ交換装置を制御する
ことを特徴とする分光検出装置。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の分光検出装置において、
前記複数の光学フィルタは、少なくとも２つのエッジフィルタを含む
ことを特徴とする分光検出装置。
【請求項６】
請求項５に記載の分光検出装置において、
前記少なくとも２つのエッジフィルタは、ローパスフィルタとハイパスフィルタを含む
ことを特徴とする分光検出装置。
【請求項７】
請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の分光検出装置において、さらに、
前記検出光路上に配置された前記複数の光学フィルタのうちの２つの光学フィルタの間に、遮光絞りを備える
ことを特徴とする分光検出装置。
【請求項８】
請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載の分光検出装置において、さらに、
共焦点絞りを有する共焦点光学系を備え、
前記複数の光学フィルタは、前記共焦点絞りと前記光検出器の間の前記検出光路上に配置され、
前記分光検出装置は、共焦点顕微鏡装置である
ことを特徴とする分光検出装置。
【請求項９】
請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載の分光検出装置において、
前記レーザ光源は、超短パルスレーザであり、
前記分光検出装置は、多光子励起顕微鏡装置である
ことを特徴とする分光検出装置。
【請求項１０】
分光検出装置の検出波長域の調整方法であって、
前記検出波長域に関する情報を取得し、
取得した前記情報に応じて、複数の光学フィルタの各々を、前記複数の光学フィルタのうちの少なくとも１つの光学フィルタの回転軸が他の光学フィルタの回転軸とは異なる方向を向くように回転する
ことを特徴とする調整方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書の開示は、分光検出装置、及び、検出波長域の調整方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
分光検出装置に用いられる分光手段は、主に、プリズムや回折格子などの分散素子と、ダイクロイックフィルタ（ダイクロイックミラー）やバリアフィルタなどの波長選択フィルタと、に大別される。
【０００３】
分散素子を用いる分光検出装置（以降、分散素子方式の分光検出装置と記す）は、波長選択フィルタを用いる分光検出装置（以降、フィルタ方式の分光検出装置と記す）に比べて高い波長分解能でマルチチャンネル検出を行うことが可能である。また、検出対象とする波長範囲も容易に変更することができるといったメリットがある。しかしながら、波長毎に回折効率が大きく異なる為、広い波長範囲には対応できないといった課題がある。
【０００４】
一方、フィルタ方式の分光検出装置は、波長選択フィルタが検出対象の波長域の光に対して高い透過率を有しているため、分散素子方式の分光検出装置に比べて、高い検出効率を実現することができる。しかしながら、波長選択性がないといった課題がある。
【０００５】
上述した２つの方式には一長一短がある。これに対して、特許文献１には、上述した２つの方式の長所である、波長選択性と検出効率とを両立し得る技術が記載されている。特許文献１に記載の装置は、光軸と直交する軸回りに回転自在に設けられた干渉フィルタを備えている。この装置では、干渉フィルタの回転角度を調整することで透過波長が変更することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第２７３３４９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、特許文献１に記載の装置では、干渉フィルタを透過するときに回転角度に応じた量だけ光束がシフトする。このため、回転角度に応じて生じた光束のシフトを補正する構造が設けられているが、このような構造は、装置の小型化を困難とし、さらに、検出効率の低下も招き得る。
【０００８】
また、特許文献１に記載の装置では、像高毎に干渉フィルタへ入射する光束の角度が異なる。その結果、像高毎に干渉フィルタを透過する光の波長が異なるため、像高毎に干渉フィルタを透過する透過波長域が異なってしまう。従って、大きな視野への対応が困難である。
【０００９】
以上のような実情から、分光検出装置において、波長選択性と検出効率を高レベルに両立する、新たな技術が求められている。本発明の一側面に係る目的は、波長選択性と検出効率を高レベルで両立する技術を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の一態様に係る分光検出装置は、レーザ光を出射するレーザ光源と、前記レーザ光をサンプルに照射する対物レンズと、前記レーザ光源と前記対物レンズの間の照明光路上に配置されたスキャナと、前記サンプルからの光を検出する光検出器と、前記対物レンズと前記光検出器の間の検出光路上に配置された複数の光学フィルタと、前記複数の光学フィルタのうちの少なくとも１つの光学フィルタの回転軸が他の光学フィルタの回転軸とは異なる方向を向くように、前記複数の光学フィルタの各々を回転させる駆動装置と、を備える。
【００１１】
本発明の一態様に係る調整方法は、分光検出装置の検出波長域の調整方法であって、前記検出波長域に関する情報を取得し、取得した前記情報に応じて、複数の光学フィルタの各々を、前記複数の光学フィルタのうちの少なくとも１つの光学フィルタの回転軸が他の光学フィルタの回転軸とは異なる方向を向くように回転する。
【発明の効果】
【００１２】
上記の態様によれば、波長選択性と検出効率を高レベルで両立することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】第１の実施形態に係る分光検出装置１００の構成を例示した図である。
【図２】制御装置４０のハードウェア構成を例示した図である。
【図３】駆動装置２１の構成を例示した図である。
【図４】光学フィルタでの光束のシフトについて説明するための図である。
【図５】光束のシフト量について説明するための図である。
【図６】検出波長域の調整方法について説明するための図である。
【図７】検出波長域調整処理のフローチャートの一例である。
【図８】検出波長域の調整方法について説明するための別の図である。
【図９】フィルタ交換装置の構成を例示した図である。
【図１０】検出波長域調整処理のフローチャートの別の例である。
【図１１】遮光絞りの配置について説明するための図である。
【図１２】第２の実施形態に係る分光検出装置２００の構成を例示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
［第１の実施形態］
図１は、本実施形態に係る分光検出装置１００の構成を例示した図である。図２は、制御装置４０のハードウェア構成を例示した図である。分光検出装置１００は、レーザ走査型顕微鏡装置（LSM）の一種である共焦点顕微鏡装置であり、例えば、蛍光顕微鏡である。分光検出装置１００は、図１に示すように、顕微鏡装置本体と、制御装置４０と、表示装置５０と、入力装置６０を備えている。
【００１５】
顕微鏡装置本体は、レーザ光を出射するレーザ光源１と、レーザ光をサンプルＳに照射する対物レンズ８と、サンプルＳからの光を検出するフォトマルチプライヤ（ＰＭＴ）１４を備えている。また、顕微鏡装置本体は、レーザ光源１と対物レンズ８の間の照明光路上に、ビームエクスパンダ２、ダイクロイックミラー３、スキャナ４、リレー光学系５、ミラー６を備えている。また、顕微鏡装置本体は、対物レンズ８とＰＭＴ１４の間の検出光路上に、上述したダイクロイックミラー３、スキャナ４、リレー光学系５、ミラー６に加えて、ミラー９と、レンズ１１と、共焦点絞り１２と、レンズ１３と、複数の光学フィルタ（光学フィルタ２０、光学フィルタ３０）を備えている。さらに、顕微鏡装置本体は、焦隼装置７と、複数の光学フィルタの各々を回転させる駆動装置（駆動装置２１、駆動装置３１）を備えている。
【００１６】
レーザ光源１は、例えば、可視域又は紫外域のレーザ光を出射するレーザ光源である。なお、レーザ光源１を含む複数のレーザ光源が顕微鏡装置本体に設けられてもよい。また、複数のレーザ光源は、レーザコンバイナに接続されてもよい。
【００１７】
ビームエクスパンダ２は、レーザ光源１から出射したレーザ光の光束径を調整する。ダイクロイックミラー３は、レーザ光を反射し、サンプルＳから放射された蛍光を透過する分光特性を有する光路分岐素子である。
【００１８】
スキャナ４は、レーザ光でサンプルＳを二次元に走査する二次元走査装置であり、レーザ光源１と対物レンズ８の間の照明光路上に配置されている。より詳細には、照明光路上で且つ対物レンズ８とＰＭＴ１４の間の検出光路上に配置されている。スキャナ４は、例えば、ガルバノメータスキャナとレゾナントスキャナを含んでいる。スキャナ４は、２つのガルバノメータスキャナを含んでもよい。
【００１９】
リレー光学系５は、スキャナ４の像を対物レンズ８の瞳位置近傍へ投影する光学系である。ミラー６は、リレー光学系５を透過したレーザ光を対物レンズ８の光軸方向へ向けて反射する反射部材である。
【００２０】
焦隼装置７は、対物レンズ８とサンプルＳとの距離を変更する装置である。焦隼装置７は、例えば、対物レンズ８を対物レンズ８の光軸方向へ動かすことで対物レンズ８とサンプルＳの距離を変更する。なお、焦隼装置７は、サンプルＳを配置する図示しないステージを対物レンズ８の光軸方向へ動かしても良い。
【００２１】
対物レンズ８は、例えば、無限遠補正型の顕微鏡対物レンズであり、補正環を備えてもよい。また、対物レンズ８は、乾燥系の対物レンズであっても、液浸系の対物レンズであってもよい。なお、対物レンズ８を含む複数の対物レンズが顕微鏡装置本体に設けられてもよい。複数の対物レンズは図示しないレボルバに装着されてもよい。
【００２２】
レンズ１１は、レンズ１１の焦点面が共焦点絞り１２上に位置するように、配置されている。共焦点絞り１２は、開口を有し、その開口が対物レンズ８の前側焦点位置と光学的に共役な位置に位置するように配置される。レンズ１３は、共焦点絞り１２を通過した蛍光をＰＭＴ１４へ導くレンズである。なお、検出光路上に配置された対物レンズ８からレンズ１３までの光学素子は、共焦点光学系を構成している。
【００２３】
ＰＭＴ１４は、光検出器の一例である。顕微鏡装置本体は、ＰＭＴ１４の代わりに、光検出器として、例えば、アバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ）など、他の光検出器を含んでもよい。
【００２４】
光学フィルタ２０及び光学フィルタ３０、並びに、駆動装置２１及び駆動装置３１については、後述する。
【００２５】
制御装置４０は、分光検出装置１００の各部を制御する装置である。制御装置４０は、顕微鏡装置本体内部に設けられてもよく、顕微鏡装置本体に実装されたマイコンやＦＰＧＡなどを含んでもよい。また、制御装置４０は、標準的なコンピュータであってもよく、顕微鏡装置本体と有線又は無線通信で接続されていてもよい。
【００２６】
図２は、制御装置４０のハードウェア構成を例示した図である。制御装置４０は、例えば、図２に示すように、プロセッサ４１、メモリ４２、ストレージ４３、インターフェース装置４４、及び、可搬記憶媒体４６が挿入される可搬記憶媒体駆動装置４５を備える。そして、これらの構成要素はバス４７によって相互に接続されている。なお、図２は、制御装置４０のハードウェア構成の一例であり、制御装置４０はこの構成に限定されるものではない。
【００２７】
プロセッサ４１は、例えば、CPU（Central Processing Unit）、MPU（Micro Processing Unit）、DSP（Digital Signal Processor）などであり、プログラムを実行してプログラムされた処理、例えば、後述する検出波長域調整処理を行う。メモリ４２は、例えば、RAM（Random Access Memory）であり、プログラムの実行の際に、ストレージ４３または可搬記憶媒体４６に記録されているプログラムまたはデータを一時的に記憶する。ストレージ４３は、例えば、ハードディスク、フラッシュメモリであり、主に各種データやプログラムの記録に用いられる。インターフェース装置４４は、制御装置４０以外の装置（例えば、顕微鏡装置本体、表示装置５０、入力装置６０など）と信号をやり取りする回路である。可搬記憶媒体駆動装置４５は、光ディスクやコンパクトフラッシュ（登録商標）等の可搬記憶媒体４６を収容するものである。可搬記憶媒体４６は、ストレージ４３を補助する役割を有する。
【００２８】
表示装置５０は、例えば、液晶ディスプレイであるが、有機ＥＬ（OLED）ディスプレイ、ＣＲＴディスプレイなどであってもよい。表示装置５０は、分光検出装置１００が取得した画像や、検出波長を設定する設定画面などを表示する。
【００２９】
入力装置６０は、例えば、キーボードであるが、マウス、ジョイスティック、タッチパネルなどであってもよい。入力装置６０は、制御装置４０へユーザの操作に応じた信号を出力する。
【００３０】
分光検出装置１００では、制御装置４０がレーザ光源１を制御することで、所定の波長を有し且つ所定の強度を有するレーザ光がレーザ光源１から出射される。その後、レーザ光源１から出射したレーザ光は、ビームエクスパンダ２で光束径が調整され、ダイクロイックミラー３で反射し、スキャナ４に入射する。スキャナ４で走査角度に応じた方向へ偏向されたレーザ光は、リレー光学系５、ミラー６、対物レンズ８を介してサンプルＳに照射される。
【００３１】
制御装置４０がスキャナ４を制御することで、レーザ光の集光位置が対物レンズ８の焦点面上を、対物レンズ８の光軸と直交するX軸及びY軸方向に移動し、これによって、サンプルＳがレーザ光で二次元に走査される。なお、スキャナ４による二次元走査手法としては、特に限定しないが、例えば、共焦点顕微鏡装置で一般的に使用されている、ラスタスキャンが採用される。
【００３２】
レーザ光が照射されたサンプルＳは蛍光を放射する。サンプルＳから放射された蛍光は、対物レンズ８、ミラー６、リレー光学系５、スキャナ４を介してダイクロイックミラー３へ入射し、ダイクロイックミラー３を透過する。ダイクロイックミラー３を透過した蛍光は、ミラー９を介して入射したレンズ１１の屈折力により集光する。
【００３３】
レンズ１１の後段に配置された共焦点絞り１２には、対物レンズ８の前側焦点位置と光学的に共役な位置に開口が設けられている。このため、サンプルＳから放射された蛍光のうち対物レンズ８の焦点面上にあるレーザ光の集光位置からの蛍光は、共焦点絞り１２の開口を通過する。一方で、それ以外の蛍光は、共焦点絞り１２によって遮断される。
【００３４】
共焦点絞り１２を通過した蛍光は、レンズ１３により、光学フィルタ２０及び光学フィルタ３０に照射される。光学フィルタ２０及び光学フィルタ３０では、入射した蛍光のうち予め設定された検出波長域以外の蛍光が遮断されるため、検出波長域の蛍光がＰＭＴ１４へ入射し、検出される。なお、検出波長域とは、分光検出装置１００で検出対象とする光の波長域のことである。
【００３５】
ＰＭＴ１４は、受光光量に応じた大きさのアナログ信号を出力する。ＰＭＴ１４から出力されたアナログ信号は、スキャナ４から出力される同期信号に基づいてサンプリングされ、デジタル信号である輝度信号として制御装置４０へ出力される。制御装置４０は、輝度信号に基づいて、サンプルＳの共焦点画像を構築する。
【００３６】
図３は、分光検出装置１００に含まれる駆動装置２１の構成を例示した図である。図４は、光学フィルタでの光束のシフトについて説明するための図である。図５は、光束のシフト量について説明するための図である。以下、図１に加えて、図３から図５を参照しながら、光学フィルタ２０及び光学フィルタ３０、並びに、駆動装置２１及び駆動装置３１について説明する。
【００３７】
光学フィルタ２０及び光学フィルタ３０は、入射角によって異なる分光特性（以降、入射角分光特性と記す）を有する光学素子である。光学フィルタ２０及び光学フィルタ３０は、透過率の高い透過波長域を有するチューナブルフィルタであり、入射角によって透過波長域が連続的に変化する一方で、入射角によらず透過波長域の透過率は高く維持されるように、設計されている。
【００３８】
光学フィルタ２０及び光学フィルタ３０は、例えば、誘電体多層膜を有する干渉フィルタである。光学フィルタ２０及び光学フィルタ３０は、エッジフィルタであってもバンドパスフィルタであってもよいが、エッジフィルタであることが望ましく、ローパスフィルタとハイパスフィルタであることがより望ましい。また、光学フィルタ２０及び光学フィルタ３０は、異なる入射角分光特性を有することが望ましい。
【００３９】
光学フィルタ２０及び光学フィルタ３０は、対物レンズ８とＰＭＴ１４の間の検出光路上に配置される。より具体的には、共焦点絞り１２を通過した光に対して作用するように、共焦点絞り１２とＰＭＴ１４の間の検出光路上に配置される。焦点絞り１２とＰＭＴ１４の間の検出光路上に光学フィルタ２０及び光学フィルタ３０を配置することで、分光検出装置１００は、後述する光束シフトの影響を受けることなく共焦点効果を発揮することができる。
【００４０】
光学フィルタ２０及び光学フィルタ３０は、さらに、検出光路上に回転自在に設けられていて、それぞれ異なる方向を向いた回転軸回りに回転する。例えば、図１に示すように、光学フィルタ２０はy軸回りに回転するように、光学フィルタ３０はz軸回りに回転するように、検出光路上に設けられる。なお、光学フィルタ２０、光学フィルタ３０は、それぞれ駆動装置２１、駆動装置３１に接続されていて、これらの駆動装置の動力によってそれぞれの回転軸回りに回転する。
【００４１】
駆動装置２１及び駆動装置３１は、光学フィルタ２０及び光学フィルタ３０の各々を回転させる。なお、図１では、顕微鏡装置本体が光学フィルタ毎に駆動装置を備える例を示したが、顕微鏡装置本体は、複数の光学フィルタを独立して回転させる単一の駆動装置を備えても良い。
【００４２】
図３に示す駆動装置２１は、光学フィルタ２０を回転させる駆動装置の一例である。図３（ａ）は、駆動装置２１をy軸方向から見た図である。図３（ｂ）は、駆動装置２１をx軸方向から見た図である。なお、図示しないが、駆動装置３１も同様の構成を有している。
【００４３】
駆動装置２１は、光学フィルタ２０に固定された光学フィルタ２０の回転軸であるシャフト２２と、シャフト２２に固定されたギア２３と、ギア２３と噛み合うギア２４と、ギア２４に固定されたシャフト２５と、シャフト２５を回転させるモータ２６と、を備えている。
【００４４】
モータ２６は、例えば、制御装置４０からのパルス信号によって駆動が制御されるステッピングモータである。モータ２６が駆動することでシャフト２５の回転がギア列（ギア２３、ギア２４）を介してシャフト２２に伝達される。これにより光学フィルタ２０が回転し、光学フィルタ２０へ入射する蛍光の入射角が変化する。
【００４５】
光学フィルタ２０及び光学フィルタ３０では、図４に示すように、光学フィルタの表面での屈折により光束が光軸と直交する方向へシフトする。図４（ａ）には、光学フィルタ２０で光束がシフトする様子が、図４（ｂ）には、光学フィルタ３０で光束がシフトする様子が、描かれている。
【００４６】
光学フィルタ２０で光束がシフトする方向と光学フィルタ３０で光束がシフトする方向が同じ場合には、光学フィルタ２０でのシフト量Δｓ１に光学フィルタ３０でのシフト量Δｓ２が単純に加算される可能性があるため、光学フィルタ２０と光学フィルタ３０で生じる合成シフト量Δｓが大きくなりやすい。これに対して、光学フィルタ２０で光束がシフトする方向と光学フィルタ３０で光束がシフトする方向が異なる場合には、図５に示すように、ＰＭＴ１４における合成シフト量Δｓを比較的小さく抑えることができる。
【００４７】
光学フィルタ２０、光学フィルタ３０で光束がシフトする方向は、光学フィルタ２０、光学フィルタ３０の回転軸方向によって定まる。具体的には、光束がシフトする方向は、光学フィルタの回転軸方向と入射光（蛍光）の進行方向の両方に直交する方向である。つまり、光学フィルタ２０と光学フィルタ３０における入射光の進行方向が同じであると仮定すると、回転軸方向を異ならせることで、光学フィルタ２０、光学フィルタ３０で光束がシフトする方向を異ならせることができる。
【００４８】
これらを踏まえて、分光検出装置１００では、駆動装置２１及び駆動装置３１は、光学フィルタ２０の回転軸が光学フィルタ３０の回転軸とは異なる方向を向くように、光学フィルタ２０及び光学フィルタ３０を回転させる。これにより、合成シフト量Δｓを比較的小さく抑えることができる。
【００４９】
例えば、駆動装置２１は、光学フィルタ２０の回転軸がy軸方向を向くように光学フィルタ２０を回転させる。また、駆動装置３１は、光学フィルタ３０の回転軸がz軸方向を向くように光学フィルタ３０を回転させる。このように、光学フィルタ２０と光学フィルタ３０の回転軸の方向を互いに直交させることで、合成シフト量Δｓを最も小さく抑えることができる。
【００５０】
また、光学フィルタ２０と光学フィルタ３０の回転軸方向が同じ場合には、光学フィルタ２０と光学フィルタ３０の間で多重反射が生じやすい。レンズ１３の光軸と略平行な入射光に対して良好な分光特性を有するようにこれらの光学フィルタの傾斜は設定されるが、多重反射した入射光は様々な入射角で光学フィルタに入射し得る。このため、検出波長域の光以外の光が光学フィルタを透過してしまう可能性があり、遮光すべき波長（非検出波長域の波長）に対する光学濃度が劣化してしまう。
【００５１】
光学フィルタ２０と光学フィルタ３０の回転軸方向が異なることで、多重反射を抑制することもできるため、非検出波長域の光に対する光学濃度を改善することができる。
【００５２】
図６は、検出波長域の調整方法について説明するための図である。図７は、検出波長域調整処理のフローチャートの一例である。図６及び図７を参照しながら、分光検出装置１００で行われる検出波長域の調整方法について説明する。
【００５３】
分光検出装置１００では、制御装置４０は、図７に示す検出波長域調整処理を開始すると、まず、検出波長域に関する情報を取得する（ステップＳ１０）。このステップでは、例えば、分光検出装置１００の利用者が表示装置５０に表示された設定画面を参照しながら入力装置６０を用いて検出波長域を指定し、制御装置４０が入力装置６０からの入力に基づいて検出波長域に関する情報を取得してもよい。また、制御装置４０は、記憶領域から設定ファイルの内容を読み出して検出波長域に関する情報を取得してもよい。
【００５４】
検出波長域に関する情報を取得すると、制御装置４０は、取得したその情報に基づいて駆動装置２１及び駆動装置３１を制御する（ステップＳ２０）。例えば、光学フィルタ２０がハイパスフィルタであり、光学フィルタ３０がローパスフィルタである場合を例に説明すると、制御装置４０は、まず、光学フィルタ２０の遮断波長（エッジ波長）が検出波長域の下限に一致するように、駆動装置２１に光学フィルタ２０を回転させ、入射光に対する光学フィルタ２０の分光特性を変更する。その後、制御装置４０は、光学フィルタ３０の遮断波長（エッジ波長）が検出波長域の上限に一致するように、駆動装置３１に光学フィルタ３０を回転させ、入射光に対する光学フィルタ２０の分光特性を変更する。なお、図６に示す線Ｌ２０及び線Ｌ３０は、それぞれ光学フィルタ２０、光学フィルタ３０の分光特性を示している。
【００５５】
これにより、図５に示すように、光学フィルタ２０の遮断波長と光学フィルタ３０の遮断波長に挟まれた光学フィルタ２０及び光学フィルタ３０の合成透過波長域Ｒ１を、検出波長域と一致させることができる。なお、合成透過波長域とは、光学フィルタ２０の透過波長域と光学フィルタ３０の透過波長域が重なっている波長域のことである。
【００５６】
図８は、検出波長域の調整方法について説明するための別の図であり、光学フィルタ２０と光学フィルタ３０がそれぞれバンドパスフィルタである場合の例である。図６では、光学フィルタがエッジフィルタである例を示したが、図８に示すように、光学フィルタはバンドパスフィルタであってもよい。光学フィルタがバンドパスフィルタである場合には、一方の光学フィルタ（ここでは、光学フィルタ２０）の上側の遮断波長が検出波長域の上限に一致するように、他方の光学フィルタ（ここでは、光学フィルタ３０）の下限の遮断波長が検出波長域の下限に一致するように、駆動装置を制御すればよい。
【００５７】
これにより、図８に示すように、光学フィルタ３０の下側の遮断波長と光学フィルタ２０の上側の遮断波長に挟まれた光学フィルタ２０及び光学フィルタ３０の合成透過波長域Ｒ２を、検出波長域と一致させることができる。なお、図８に示す線Ｌ２１及び線Ｌ３１は、それぞれ光学フィルタ２０、光学フィルタ３０の分光特性を示している。
【００５８】
ただし、光学フィルタにバンドパスフィルタを使用した場合には、光学フィルタのバンド幅によって合成透過波長域の幅が制限される。このため、検出波長域の幅が光学フィルタのバンド幅に依存しないという点で、光学フィルタはエッジフィルタであることが望ましい。
【００５９】
以上のように、分光検出装置１００は、検出光路上に回転自在に配置された透過率の高い透過波長域を有する複数の光学フィルタ（光学フィルタ２０、光学フィルタ３０）を含み、検出波長域に応じてこれらの光学フィルタを回転させて検出光（蛍光）の入射角を調整する。これにより、複数の光学フィルタの合成透過波長域を検出波長域に一致させることが可能である。このため、分光検出装置１００によれば、波長選択性と検出効率を高レベルで両立することができる。
【００６０】
また、分光検出装置１００では、複数の光学フィルタの回転軸が互いに異なる方向を向くように、駆動装置（駆動装置２１、駆動装置３１）が複数の光学フィルタの各々を回転させる。これにより、各光学フィルタで生じる光束のシフト方向が異なるため、ＰＭＴ１４上で生じるシフト量を小さく抑えることができる。レーザ走査型顕微鏡装置である分光検出装置１００は、サンプルの像を二次元イメージセンサへ投影して画像を取得する顕微鏡装置（以降、ワイドフィールド型の顕微鏡装置と記す）とは異なり、ＰＭＴ１４に入射するかぎり光束はシフトしても検出結果に影響しない。このため、検出光がＰＭＴ１４に入射する程度にシフト量を小さく抑えることで、従来の装置において検出光路上に配置されていた、光束のシフトを補正する構造（例えば、補正板）を省略することができる。これにより、補正板等での光量ロスを回避することができる。従って、分光検出装置１００によれば、従来の装置によりも高い検出効率を実現することが可能である。
【００６１】
また、共焦点顕微鏡装置である分光検出装置１００は、スキャナ４が照明光路上で且つ検出光路上に配置されている。これにより、像高（走査位置）によらず検出光（蛍光）はおよそ一定の角度で複数の光学フィルタへ入射させることが可能である。従って、分光検出装置１００によれば、像高毎に合成透過波長域が異なるワイドフィールド型の顕微鏡装置とは異なり合成透過波長域が像高に依存しないため、より広い視野へ対応することができる。
【００６２】
さらに、分光検出装置１００では、制御装置４０が駆動装置２１及び駆動装置３１を制御することで、光学フィルタ２０及び光学フィルタ３０を回転し、合成透過波長域を検出波長域に合わせる。このように光学フィルタの調整作業が自動化されることで、利用者による誤った設定を回避することができる。複数の利用者の間で装置が共有されている環境では特に誤った設定を行いやすい。このため、上述した作業の自動化は、分光検出装置１００が複数の利用者の間で共有される環境にある場合に特に効果的である。
【００６３】
図９は、フィルタ交換装置の構成を例示した図である。図１０は、検出波長調整処理のフローチャートの別の例である。以下、図９及び図１０を参照しながら、分光検出装置１００の変形例について説明する。
【００６４】
本変形例に係る分光検出装置は、駆動装置２１の代わりにフィルタ交換装置２７を備え、駆動装置３１の代わりにフィルタ交換装置３７を備える点が、分光検出装置１００とは異なる。その他の点は、分光検出装置１００と同様である。
【００６５】
フィルタ交換装置２７は、検出光路上に配置された光学フィルタ２０を入射角分光特性の異なる他の光学フィルタ（光学フィルタ２０ａ、光学フィルタ２０ｂ、光学フィルタ２０ｃ）と交換する装置である。フィルタ交換装置２７は、光軸と平行な回転軸回りに回転する回転ディスク２７ａを備えていて、回転ディスク２７ａが回転することで、回転ディスク２７ａ上に配置された複数の光学フィルタのいずれかが検出光路上に配置される。さらに、フィルタ交換装置２７は、光軸と直交する回転軸回りに回転する駆動装置２８を備えている。駆動装置２８が光軸と直交する回転軸回りに回転することで、検出光路上に配置された光学フィルタ（ここでは、光学フィルタ２０）が回転し、検出光の入射角が変化する。
【００６６】
フィルタ交換装置３７は、検出光路上に配置された光学フィルタ３０を入射角分光特性の異なる他の光学フィルタ（光学フィルタ３０ａ、光学フィルタ３０ｂ、光学フィルタ３０ｃ）と交換する装置である。フィルタ交換装置３７は、光軸と直交する方向に移動するスライダ３７ａを備えていて、スライダ３７ａが移動することで、スライダ３７ａ上に配置された複数の光学フィルタのいずれかが検出光路上に配置される。さらに、フィルタ交換装置３７は、光軸と直交する回転軸回りに回転する駆動装置３８を備えている。駆動装置３８が光軸と直交する回転軸回りに回転することで、検出光路上に配置された光学フィルタ（ここでは、光学フィルタ３０）が回転し、検出光の入射角が変化する。
【００６７】
なお、駆動装置２８と駆動装置３８は、互いに異なる回転軸回りに光学フィルタを回転させるように配置されている。
【００６８】
本変形例に係る分光検出装置では、制御装置４０は、図１０に示す検出波長調整処理を開始すると、まず、検出波長域に関する情報を取得する（ステップＳ１１０）。この処理は、図７に示すステップＳ１０の処理と同様である。
【００６９】
次に、制御装置４０は、フィルタ交換装置を制御する（ステップＳ１２０）。ここでは、制御装置４０は、ステップＳ１１０で取得した検出波長域に関する情報に基づいて、フィルタ交換装置２７及びフィルタ交換装置３７を制御して、検出波長域に応じた光学フィルタを検出光路上に配置する。つまり、フィルタ交換装置２７は、検出波長域に対して高い透過率の透過波長域を有する光学フィルタが検出光路上に位置するように回転ディスク２７ａを回転する。また、フィルタ交換装置３７は、検出波長域に対して高い透過率の透過波長域を有する光学フィルタが検出光路上に位置するようにスライダ３７ａを移動する。
【００７０】
最後に、制御装置４０は、ステップＳ１１０で取得した情報に基づいて駆動装置２８及び駆動装置３８を制御する（ステップＳ１３０）。この処理は、駆動装置２１及び駆動装置３１の代わりに駆動装置２８及び駆動装置３８を制御する点を除き、図７に示すステップＳ２０の処理と同様である。
【００７１】
以上の処理を行うことで、複数の光学フィルタの合成透過波長域を、検出波長域と一致させることができる。従って、本変形例に係る分光検出装置によっても、分光検出装置１００と同様の効果を得ることができる。
【００７２】
また、本変形例に係る分光検出装置は、各々が検出光路上に配置された複数の光学フィルタ（光学フィルタ２０、光学フィルタ３０）の各々を入射角分光特性の異なる他の光学フィルタ（光学フィルタ２０ａ乃至光学フィルタ２０ｃ、光学フィルタ３０ａ乃至光学フィルタ３０ｃ）と交換する複数のフィルタ交換装置（フィルタ交換装置２７、フィルタ交換装置３７）を備えている。そして、制御装置４０は、取得した検出波長域の情報に応じて複数のフィルタ交換装置（フィルタ交換装置２７、フィルタ交換装置３７）を制御する。
【００７３】
単一の光学フィルタでは対応可能な波長域に限界があるが、本変形例に係る分光検出装置によれば、検出波長域に応じて複数の光学フィルタが切り替えて検出光路上に配置されるため、分光検出装置１００よりも広い波長域に対応することができる。従って、分光検出装置１００よりも高い波長選択性を実現することができる。
【００７４】
また、本変形例に係る分光検出装置は、制御装置４０がフィルタ交換装置２７及びフィルタ交換装置３７を制御することで、検出光路上に配置される光学フィルタを交換する。光学フィルタの交換作業が自動化されることで、利用者による誤った設定を回避することができる。複数の利用者の間で装置が共有されている環境では特に誤った設定を行いやすいため、上述した作業の自動化は、分光検出装置が複数の利用者の間で共有される環境にある場合に特に効果的である。
【００７５】
図１１は、遮光絞りの配置について説明するための図である。以下、図１１を参照しながら、分光検出装置１００の別の変形例（第２の変形例）について説明する。
【００７６】
第２の変形例に係る分光検出装置は、図１１に示すように、検出光路上に、複数の遮光絞り（遮光絞り１５、遮光絞り１６、遮光絞り１７）を備えている点が、分光検出装置１００とは異なる。その他の点は、分光検出装置１００と同様である。
【００７７】
光学フィルタ２０及び光学フィルタ３０は、上述したように、光軸と平行に入射する光に対して合成透過波長域が検出波長域と一致するように調整される。しかしながら、検出光路中で生じた迷光は、様々な角度で光学フィルタ（光学フィルタ２０、光学フィルタ３０）に入射する可能性があり、光学フィルタで十分に遮断できないことがある。
【００７８】
第２の変形例に係る分光検出装置によっても分光検出装置１００と同様の効果を得ることができる。また、第２の変形例に係る分光検出装置では、検出光路上に設けられた複数の遮光絞りが迷光を遮断することができる。従って、第２の変形例に係る分光検出装置によれば、非検出波長域の光に対する光学濃度を分光検出装置１００よりもさらに改善することができる。
【００７９】
なお、図１１では、複数の遮光絞りが検出光路上に設けられた例を示したが、検出光路上に設ける遮光絞りの数は、特に限定しない。１つの遮光絞りだけが検出光路上に配置されても良い。その場合、例えば、遮光絞り１６のように、光学フィルタ２０と光学フィルタ３０の間に配置することが望ましい。光学フィルタ２０と光学フィルタ３０の間では多重反射が生じやすいが、光学フィルタの間に遮光絞りを配置することで、多重反射が生じた場合であっても大部分の迷光を遮断することができるからである。
【００８０】
［第２の実施形態］
図１２は、本実施形態に係る分光検出装置２００の構成を例示した図である。分光検出装置２００は、レーザ走査型顕微鏡装置（LSM）の一種である多光子励起顕微鏡装置である。分光検出装置２００は、図１２に示すように、顕微鏡装置本体と、制御装置４０と、表示装置５０と、入力装置６０を備えている。分光検出装置２００は、顕微鏡装置本体の構成が、分光検出装置１００の顕微鏡装置本体の構成とは異なる点を除き、分光検出装置１００と同様である。なお、分光検出装置２００の構成のうち、分光検出装置１００と同様の構成については同一の符号で参照する。
【００８１】
顕微鏡装置本体は、レーザ光を出射するレーザ光源２０１と、レーザ光をサンプルＳに照射する対物レンズ８と、サンプルＳからの光を検出するフォトマルチプライヤ（ＰＭＴ）１４を備えている。レーザ光源２０１は、例えば、ピコ秒又はフェムト秒のオーダーのパルス幅を有する赤外域のレーザ光を出射する超短パルスレーザである。
【００８２】
また、顕微鏡装置本体は、レーザ光源２０１と対物レンズ８の間の照明光路上に、ビームエクスパンダ２、ミラー２０２、スキャナ４、リレー光学系５、ダイクロイックミラー２０３を備えている。ダイクロイックミラー２０３は、レーザ光を反射し、サンプルＳから放射された蛍光を透過する分光特性を有する光路分岐素子である。
【００８３】
また、顕微鏡装置本体は、対物レンズ８とＰＭＴ１４の間の検出光路上に、上述したダイクロイックミラー２０３に加えて、レンズ２０４と、複数の光学フィルタ（光学フィルタ２０、光学フィルタ３０）を備えている。レンズ２０４は、対物レンズ８により取り込まれてダイクロイックミラー２０３を透過した蛍光をＰＭＴ１４へ導くレンズである。
【００８４】
さらに、顕微鏡装置本体は、焦隼装置７と、複数の光学フィルタの各々を回転させる駆動装置（駆動装置２１、駆動装置３１）を備えている。
【００８５】
分光検出装置２００では、制御装置４０がレーザ光源２０１を制御することで、所定の波長を有し且つ所定の強度を有するレーザ光がレーザ光源２０１から出射される。その後、レーザ光源２０１から出射したレーザ光は、ビームエクスパンダ２で光束径が調整され、ミラー２０２で反射し、スキャナ４に入射する。スキャナ４で走査角度に応じた方向へ偏向されたレーザ光は、リレー光学系５、ダイクロイックミラー２０３、対物レンズ８を介してサンプルＳに照射される。
【００８６】
制御装置４０がスキャナ４を制御することで、レーザ光の集光位置が対物レンズ８の焦点面上を、対物レンズ８の光軸と直交するX軸及びY軸方向に移動し、これによって、サンプルＳがレーザ光で二次元に走査される。
【００８７】
レーザ光が照射されたサンプルＳでは、光子密度の高いレーザ光の集光位置で複数の光子が同時に吸収され、その位置からのみ蛍光が発生する。
【００８８】
サンプルＳ内で拡散した蛍光は、対物レンズ８により取り込まれて、ダイクロイックミラー２０３を透過し、レンズ２０４に入射する。レンズ２０４へ入射した蛍光は、レンズ２０４により、光学フィルタ２０及び光学フィルタ３０に照射される。
【００８９】
光学フィルタ２０及び光学フィルタ３０では、分光検出装置１００と同様に、入射した蛍光のうち予め設定された検出波長域以外の蛍光が遮断されるため、検出波長域の蛍光がＰＭＴ１４へ入射し、検出される。
【００９０】
ＰＭＴ１４は、受光光量に応じた大きさのアナログ信号を出力する。ＰＭＴ１４から出力されたアナログ信号は、スキャナ４から出力される同期信号に基づいてサンプリングされ、デジタル信号である輝度信号として制御装置４０へ出力される。制御装置４０は、輝度信号に基づいて、サンプルＳの画像を構築する。
【００９１】
本実施形態に係る分光検出装置２００でも、分光検出装置１００と同様に、図７に示す検出波長域調整処理を行うことで、合成透過波長域を検出波長域に一致させることができる。従って、分光検出装置２００によれば、分光検出装置１００と同様に、波長選択性と検出効率を高レベルで両立することができる。
【００９２】
また、分光検出装置２００でも、分光検出装置１００と同様に、ＰＭＴ１４に入射するかぎり光束はシフトしても検出結果に影響しない。このため、光束のシフトを補正する構造（例えば、補正板）を省略することが可能であり、補正板等での光量ロスを回避することができる。従って、分光検出装置２００によれば、分光検出装置１００と同様に、従来の装置によりも高い検出効率を実現することが可能である。
【００９３】
また、多光子励起顕微鏡装置である分光検出装置２００では、蛍光は集光位置からのみ発生するがサンプルＳ内で散乱する。その結果、蛍光は、実質的には集光位置（像高）によらず視野全体から取り込まれる。これにより、光学フィルタは、どの集光位置（像高）からの蛍光に対してもほぼ同様の条件で作用することになるため、合成透過波長域が像高にほとんど依存しない。従って、分光検出装置２００によっても、分光検出装置１００と同様に、像高毎に合成透過波長域が異なるワイドフィールド型の顕微鏡装置とは異なり、広い視野へ対応することができる。
【００９４】
さらに、分光検出装置２００でも、制御装置４０が駆動装置２１及び駆動装置３１を制御することで、光学フィルタ２０及び光学フィルタ３０を回転し、合成透過波長域を検出波長域に合わせる。従って、利用者による誤った設定を回避することができる点も、分光検出装置１００と同様である。
【００９５】
以上のように、分光検出装置２００によっても、分光検出装置１００と同様の効果を得ることができる。共焦点顕微鏡装置とは異なり、ピンホールやスリットを有さず比較的太い光束が対物レンズ８からＰＭＴ１４までの検出光路を通る多光子励起顕微鏡では、分散素子を用いることが難しい。このため、多光子励起顕微鏡にチューナブルフィルタを用いた分光検出装置２００は、非常に効果的であり、従来の多光子励起顕微鏡よりも、波長選択性と検出効率を高レベルで両立することができる。
【００９６】
なお、分光検出装置２００においても、分光検出装置１００と同様に種々の変形が可能である。分光検出装置２００は、例えば、駆動装置２１及び駆動装置３１の代わりに、図９に示すフィルタ交換装置２７及びフィルタ交換装置３７を備えても良く、図１０に示す検出波長調整処理を行ってもよい。これにより、広い波長域に対応することが可能であり、さらに高い波長選択性を実現することができる。
【００９７】
また、分光検出装置２００は、図１１に示すように、検出光路上に、複数の遮光絞り（遮光絞り１５、遮光絞り１６、遮光絞り１７）を備えてもよく、複数の光学フィルタの間に遮光絞り１６を備えてもよい。これにより、迷光を遮断することができるため、非検出波長域の光に対する光学濃度をさらに改善することができる。
【００９８】
上述した実施形態は、発明の理解を容易にするための具体例を示したものであり、本発明の実施形態はこれらに限定されるものではない。分光検出装置は、特許請求の範囲の記載を逸脱しない範囲において、さまざまな変形、変更が可能である。
【００９９】
上述した実施形態では、分光検出装置が２つの光学フィルタを含む例を示したが、光学フィルタの数は、複数であればよく、３つ以上であってもよい。そして、その場合、駆動装置は、複数の光学フィルタのうちの少なくとも１つの光学フィルタの回転軸が他の光学フィルタの回転軸とは異なる方向を向くように、それらの複数の光学フィルタの各々を回転させればよい。また、複数の光学フィルタは、少なくとも２つのエッジフィルタを含むことが望ましく、特にその少なくとも２つのエッジフィルタは、ローパスフィルタとハイパスフィルタを含んでいることが望ましい。また、遮光絞りを備える場合には、検出光路上に配置されたそれら複数の光学フィルタのうちの２つの光学フィルタの間に遮光絞りを備えることが望ましい。
【符号の説明】
【０１００】
１、２０１                      レーザ光源
２                              ビームエクスパンダ
３、２０３                      ダイクロイックミラー
４                              スキャナ
５                              リレー光学系
６、９、２０２                  ミラー
７                              焦隼装置
８                              対物レンズ
１１、１３、２０４              レンズ
１２                            共焦点絞り
１４                            ＰＭＴ
１５、１６、１７                遮光絞り
２０、２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、３０、３０ａ、３０ｂ、３０ｃ
光学フィルタ
２１、２８、３１、３８          駆動装置
２２、２５                      シャフト
２３、２４                      ギア
２６                            モータ
２７、３７                      フィルタ交換装置
２７ａ                          回転ディスク
３７ａ                          スライダ
４０                            制御装置
４１                            プロセッサ
４２                            メモリ
４３                            ストレージ
４４                            インターフェース装置
４５                            可搬記憶媒体駆動装置
４６                            可搬記憶媒体
４７                            バス
５０                            表示装置
６０                            入力装置
１００、２００                  分光検出装置
Ｒ１、Ｒ２                      透過波長域
Ｓ                              サンプル
Δｓ、Δｓ１、Δｓ２            シフト量
【図１】
2019070586.tif 000003
【図２】
2019070586.tif 000004
【図３】
2019070586.tif 000005
【図４】
2019070586.tif 000006
【図５】
2019070586.tif 000007
【図６】
2019070586.tif 000008
【図７】
2019070586.tif 000009
【図８】
2019070586.tif 000010
【図９】
2019070586.tif 000011
【図１０】
2019070586.tif 000012
【図１１】
2019070586.tif 000013
【図１２】
2019070586.tif 000014