(57)【要約】【課題】キセノンランプの放出する光の強度を変調する。【解決手段】キセノンランプ１３の点灯開始時又は直流点灯時には第１スイッチＳＷ１をオン、第２のスイッチＳＷ２をオフとして電源１１からキセノンランプ１３に第１の回路を介して一定の電流を供給し、キセノンランプ１３の放出する光の強度を変調する際には第１のスイッチＳＷ１をオフ、第２のスイッチＳＷ２をオンとして電源からキセノンランプ１３に第１のＭＯＳＦＥＴ  Ｑ１によって変調された一定のバイアス電流と振幅変調された電流を第２の回路を介して供給する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
キセノンランプを駆動するキセノンランプ駆動装置において、
キセノンランプに電流を供給する電源と、
前記電源から前記キセノンランプに一定の電流を供給する第１の回路と、
前記電源から前記キセノンランプに一定のバイアス電流と振幅変調された電流を供給する第２の回路と、
前記第１及び第２の回路を切り替える切り替え手段と、
を有することを特徴とするキセノンランプ駆動装置。
【請求項２】
前記第２の回路は、前記キセノンランプに供給する電流を制御する電流制御手段を有することを特徴とする請求項１記載のキセノンランプ駆動装置。
【請求項３】
前記電源は、前記キセノンランプの点灯開始時に所定電圧を発生する機能を有し、前記切り替え手段は、前記点灯開始時には前記第１の回路に切り替えることを特徴とする請求項１記載のキセノンランプ駆動装置。
【請求項４】
前記第２の回路は、前記第１の回路に直列に前記電流制御手段を挿入したものであることを特徴とする請求項１記載のキセノンランプ駆動装置。
【請求項５】
前記第１の回路は、前記電源から前記キセノンランプに供給する電流を制限する電流制限手段を有し、前記第２の回路は、前記電流制御手段を前記電流制限手段に並列に接続したものであることを特徴とする請求項１記載のキセノンランプ駆動装置。
【請求項６】
キセノンランプと、
前記キセノンランプを駆動する請求項１乃至５のいずれか１項に記載のキセノンランプ駆動装置と、
を有する光源装置。
【請求項７】
請求項６記載の光源装置から供給された強度を変調された光を用いて試料を観測する顕微鏡。
【請求項８】
組織を診断する診断装置において、
請求項６記載の光源装置から供給された強度を変調された光を照射することにより組織を励起する励起手段と、
前記励起された組織からの蛍光又は燐光の寿命を測定する測定手段と、
前記測定した寿命に基づいて当該組織の状態を判定する判定手段と、
を有することを特徴とする診断装置。
【請求項９】
前記励起手段は、強度を正弦波状に変調した光で前記組織を励起し、前記測定手段は、前記寿命を前記正弦波状の強度の光と前記蛍光又は燐光の位相差から算出することを特徴とする請求項８記載の診断装置。
【請求項１０】
前記判定手段は、前記寿命が閾値を超えると当該組織が腫瘍であると判定することを特徴とする請求項８記載の診断装置。
【請求項１１】
前記励起手段は、前記光源装置から供給された光で前記試料を前記試料に落射照明することにより励起し、前記測定手段は前記試料の特定部位からの蛍光又は燐光についての前記位相差から当該部位について前記寿命を算出することを特徴とする請求項７記載の顕微鏡を用いた請求項８記載の診断装置。
【請求項１２】
組織を診断する診断方法において、
請求項６記載の光源装置から供給された強度を変調された光を照射することにより組織を励起するステップと、
前記励起された組織からの蛍光又は燐光の寿命を測定するステップと、
前記測定した寿命に基づいて当該組織の状態を判定するステップと、
を有することを特徴とする診断方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、キセノンランプを駆動するキセノンランプ駆動装置、キセノンランプを用いた光源装置、このような光源装置を用いた分析装置、顕微鏡並びに診断装置及び方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
キセノンランプ（Ｘｅランプ）は、紫外から近赤外波長域の波長連続な、汎用分光分析用光源、計測用光源として広く用いられている。特に蛍光分光光度計や液体クロマトグラフィー用蛍光検出器など、蛍光測定用の光源には殆ど全てＸｅランプが使用されている。Ｘｅランプを点灯するためには、点灯開始時に数万ボルトの高電圧パルスをランプのアノード電極とカソード電極間に印加する。そして電極間にスパーク放電を生じさせ、電極間のインピーダンスを瞬間的に低下させて電流経路を形成し、数アンペア以上の定電流を流して直流点灯させる。ここで、電流値はランプの定格によって決まる。
【０００３】
図１０は従来の直流点灯回路を説明する図である。
【０００４】
Ｘｅランプ１３を点灯する際には、電源１１に含まれる高電圧パルス発生器（スタータ）から高電圧を発生してＸｅランプ１３を点灯させる。その後、Ｘｅランプ１３に電源１１から一定の電流を流して直流点灯させる。
【０００５】
このように従来のＸｅランプは直流的に駆動させるのが常識であった。しかし、蛍光分光分析を初めとする全ての計測分野において、光源からの放射光を変調させたいという要求が非常に強い。例えば、蛍光分光測定においては、変調光源とロックインアンプなどを組み合わせて、背景光に埋もれた微弱蛍光信号を取得しようとする場合や（例えば、非特許文献１，２参照。）、蛍光位相変調法を用いて試料の蛍光寿命を求めたい場合などが当てはまる（例えば、非特許文献文献３，４参照。）。さらに蛍光分光測定に限らず、吸光分光測定の場合でも信号対雑音比の向上の目的で光源を変調したい場合が多い。光音響分光分析、光熱レンズ・光熱偏向分光分析法などにおいても同様である。
【０００６】
上記の変調光源とは目的をやや異とするが、従来例としてパルス点灯タイプのＸｅランプがフラシュキセノンランプとして市販されている。このようなランプでは、比較的ワット数の低いＸｅランプをパルス点灯し、繰り返し周波１００Ｈｚ程度、パルス幅数マイクロ秒のオーダの非常にデユーティ比が小さな状態でスパーク放電させるものである。その応用の殆どは、試料をデルタ関数的に励起して、その後の過渡応答を測定するというものである。本発明者らは、このような目的に対しても、パルス放電キセノンランプに関して、繰り返し周波数ＫＨｚ程度、パルス幅数ナノ秒のオーダでスパーク放電させるより適切な方式を提案し（例えば、非特許文献５，６，７，８参照。）パルス励起蛍光寿命測定や液体クロマトグラフィー用時間分解蛍光検出器として応用している（例えば、非特許文献９参照。）。しかし、この種の短時間パルス放電タイプのＸｅランプは、上記の変調光源目的には使用できない。
【０００７】
一方、レーザダイオード（ＬＤ）、発光ダイオード（ＬＥＤ）は、非常に簡単にパルス点灯が行なえ、また一方で電流変調も行なえる。本発明者らは、ＬＥＤのナノ秒パルスを以前から報告しているが、電流変調に関しても、紫外ＬＥＤを利用して、位相変調方式蛍光寿命計を提案した（例えば、非特許文献３，４参照。）。しかし、それぞれ、発光波長域の問題や発光パワーの問題がある。現状ではまだ汎用分光計測用光源というまでには到っていない。そのような理由で、Ｘｅランプを任意の周波数で簡便に変調する手法の開発が強く望まれていた。しかし、Ｘｅランプをパルス点灯させることは、点灯開始時の高電圧パルス印加の必要性があることからから原理的に不可能である。したがって直流点灯用のＸｅランプをバイアス電流を流しながら、直接電流変調できれば良いのであるが、これまでそのような試みは全くなされていない。
【０００８】
したがって従来は、通常の直流点灯タイプのＸｅランプを変調させる目的のため、通常は機械的なチョッパー、音響光学素子、非線形光学結晶を用いた電気光学素子などを用いてランプ放射光の変調を行なっていた。しかし機械的なチョッパーは、チョッパー面上に光源の像を結像し、さらにチョッパー通過後の光束を試料等の目的物に結像する必要があり、装置的に形状が大きくなってしまう（例えば、非特許文献１０参照。）。チョッピングの周波数も高々１０ＫＨｚ程度である。また、チョッパーとそのドライバーに加えて紫外波長対応の光学系等、全体としてコストも高くなる。音響光学素子や電気光学素子は外部電気信号によって変調が可能であるが、チョッパーの場合と同様、結像光学系が必要であるといった問題や、紫外波長域での分光透過率の低下の問題がある。また、特に電気光学素子は周辺制御回路や高圧電源等を含めて価格が非常に高くなるという問題もあった。音響光学素子の場合は、電気光学素子の場合ほどではないがやはりシステムが高価複雑になってしまう。さらに、これらはいずれも従来の直流点灯モードと併用、あるいは容易に切り替えて使用するのはシステム構成上かなり繁雑となっていた。
【０００９】
【非特許文献１】
佐藤隆宣、須崎寛則、岩田哲郎、山本賢太郎、小竹玉緒、伊永隆史、「マイクロチップを用いた蛍光検出型ＮＯ２モニタリング装置」、電気学会誌Ｅ、Ｖｏｌ．１２１−Ｅ、Ｎｏ．９、ｐｐ．５０７  −  ５１２、２００１．
【００１０】
【非特許文献２】
Ｔ．  Ｉｗａｔａ，  Ｔ．  Ｔａｋａｓｕ，  Ｔ．  Ｍｉｙａｔａ，  Ｔ．  Ａｒａｋｉ，  “Ｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎ  ｏｆ  ａ  Ｇａｔｅｄ  Ｐｈｏｔｏｍｕｌｔｉｐｌｉｅｒ  Ｔｕｂｅ  ａｎｄ  ａ  Ｐｈａｓｅ  Ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ  Ｄｅｔｅｃｔｏｒ  ｆｏｒ  Ｕｓｅ  ｉｎ  ａｎ  Ｉｎｔｅｎｓｉｖｅ  Ｐｕｌｓｅｄ  Ｂａｃｋｇｒｏｕｎｄ  Ｓｉｔｕａｔｉｏｎ”，  Ｏｐｔ．  Ｒｅｖ．  ，  Ｖｏｌ．９，  Ｎｏ．１，  ｐｐ．１８  −  ２４，  ２００２．
【００１１】
【非特許文献３】
Ｔ．  Ｉｗａｔａ，  Ｔ．  Ｋａｍａｄａ，  Ｔ．  Ａｒａｋｉ，  “Ｐｈａｓｅ−Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ  Ｆｌｕｏｒｏｍｅｔｅｒ  Ｕｓｉｎｇ  ａｎ  Ｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔ  Ｌｉｇｈｔ−Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ，”  Ｏｐｔ．  Ｒｅｖ．  ，  Ｖｏｌ．７，  Ｎｏ．６，  ｐｐ．４９５−  ４９８，２０００．
【００１２】
【非特許文献４】
Ｔ．  Ｉｗａｔａ，  Ａ．  Ｈｏｒｉ，  Ｔ．  Ｋａｍａｄａ，  “Ｐｔｏｔｏｎ−Ｃｏｕｎｔｉｎｇ  Ｐｈａｓｅ−Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ  Ｆｌｕｏｒｏｍｅｔｅｒ”，  Ｏｐｔ．  Ｒｅｖ．，  Ｖｏｌ．８，  Ｎｏ．５，  ｐｐ．３２６  −  ３３０，  ２００１．
【００１３】
【非特許文献５】
Ｔ．  Ｋｏｍａｔｓｕ，  Ｔ．  Ｉｗａｔａ，  Ｔ．  Ａｒａｋｉ，  “Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ  ｉｎ  Ｔｉｍｅ  Ｊｉｔｔｅｒ  ｆｏｒ  Ｆｒｅｅ−Ｒｕｎｎｉｎｇ，  Ｎａｎｏｓｅｃｏｎｄ−Ｐｕｌｓｅｄ，  Ｘｅ  Ｌａｍｐ  ｂｙ  Ｓｕｐｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ  Ｉｌｌｕｍｉｎａｔｉｏｎ  ｗｉｔｈ  Ｂｌｕｅ  Ｌｉｇｈｔ−Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ，”  Ｒｅｖ．  Ｓｃｉ．  Ｉｎｓｔｒｕｍ．．  ，  Ｖｏｌ．７１，  Ｎｏ．４，  ｐｐ．１６２１−１６２６，  ２０００．
【００１４】
【非特許文献６】
岩田哲郎、堀留知徳、小松敏行、荒木勉、「自走放電型ナノ秒Ｘｅパルス白色光源の空間過渡発光特性」、分光研究、Ｖｏｌ．４９、Ｎｏ．５、ｐｐ．２４３  −  ２４８、２０００．
【００１５】
【非特許文献７】
Ｔ．  Ｉｗａｔａ，  Ｔ．  Ｔａｎａｋａ，  Ｔ．  Ｋｏｍａｔｓｕ，  Ｔ．  Ａｒａｋｉ，  “Ａｎ  Ｅｘｔｅｒｎａｌｌｙ−Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ，  Ｎａｎｏｓｅｃｏｎｄ−Ｐｕｌｓｅｄ，  Ｘｅ  Ｌａｍｐ  Ｕｓｉｎｇ  ａ  Ｈｉｇｈ  Ｖｏｌｔａｇｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｓｗｉｔｃｈ，  ”  Ｒｅｖ．  Ｓｃｉ．  Ｉｎｓｔｒｕｍ．，  Ｖｏｌ．７１，  Ｎｏ．１１，  ｐｐ４０４５  −  ４０４９，  ２０００．
【００１６】
【非特許文献８】
Ｔ．  Ｉｗａｔａ，  Ｔ．  Ｔａｎａｋａ，  Ｔ．  Ａｒａｋｉ，  Ｔ．  Ｕｃｈｉｄａ，  “Ｅｘｔｅｒｎａｌｌｙ−Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ  Ｎａｎｏｓｅｃｏｎｄ  Ｘｅ  Ｄｉｓｃｈａｒｇｅ  Ｌａｍｐ  Ｅｑｕｉｐｐｅｄ  ｗｉｔｈ  ａ  Ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ  Ｈｉｇｈ−Ｖｏｌｔａｇｅ  Ｐｏｗｅｒ  Ｓｕｐｐｌｙ  Ｕｓｉｎｇ  ａｎ  Ａｕｔｏｍｏｂｉｌｅ  Ｉｇｎｉｔｉｏｎ  Ｃｏｉｌ”，  Ｒｅｖ．  Ｓｃｉ．  Ｉｎｓｔｒｕｍ．  ，  Ｖｏｌ．７３，  Ｎｏ．９，  ｐｐ３１６５  −  ３１６９，  ２００２．
【００１７】
【非特許文献９】
Ｔ．  Ｉｗａｔａ，  Ｊ．  Ｋｏｓｈｏｕｂｕ，  Ｙ．  Ｋｕｒｏｓｕ，  Ｔ．  Ａｒａｋｉ，  “Ｔｉｍｅ−Ｒｅｓｏｌｖｅｄ  Ｈｉｇｈ−Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ  Ｌｉｑｕｉｄ  Ｃｈｒｏｍａｔｏｇｒａｐｈｙ  Ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｃｅ  Ｄｅｔｅｃｔｏｒ  Ｕｓｉｎｇ  ａ  Ｎａｎｏｓｅｃｏｎｄ  Ｐｕｌｓｅｄ  Ｌｉｇｈｔ  Ｓｏｕｒｃｅ  ｆｏｒ  Ｄｅｔｅｃｔｉｎｇ  Ｌａｎｔｈａｎｉｄｅ−Ｃｈｅｌａｔｅｄ  Ｃｏｍｐｏｕｎｄｓ，  ”  Ｊ．  Ｃｈｒｏｍａｔｏｇｒ．  Ａ  ，  Ｖｏｌ．８５９，  ｐｐ．１３−２１，  １９９９．
【００１８】
【非特許文献１０】
Ｔ．  Ｉｗａｔａ，  Ｍ．  Ｓｅｎｄａ，  Ｙ．  Ｋｕｒｏｓｕ，  Ｔ．  Ｔｓｕｊｉ，  Ｍ．  Ｍａｅｄａ，  “Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｔｉｍｅ−Ｒｅｓｏｌｖｅｄ  Ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｃｅ  Ｄｅｔｅｃｔｏｒ  ｆｏｒ  Ａｍｉｎｏ  Ｃｏｍｐｏｕｎｄｓ  ａｆｔｅｒ  Ｈｉｇｈ  Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ  Ｌｉｑｕｉｄ  Ｃｈｒｏｍａｔｏｇｒａｐｈｙ  Ｕｓｉｎｇ  Ｅｕｒｏｐｉｕｍ  Ｃｈｅｌａｔｅ，”  Ａｎａｌ．  Ｃｈｅｍ．，  Ｖｏｌ．６９，Ｎｏ．１０，  ｐｐ．１８６１−１８６５，  １９９７．
【００１９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、前述の課題を解決するために提案されるものであって、キセノンランプの放出する光の強度を変調するキセノンランプ駆動装置、このようなキセノンランプ駆動装置を用いてキセノンランプを駆動する光源装置、このような光源装置を用いた分析装置、顕微鏡並びに診断装置及び方法を提供することを目的とする。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
前述の課題を解決するために、本発明に係るキセノンランプ駆動装置は、キセノンランプを駆動するものであって、キセノンランプに電流を供給する電源と、前記電源から前記キセノンランプに一定の電流を供給する第１の回路と、前記電源から前記キセノンランプに一定のバイアス電流と振幅変調された電流を供給する第２の回路と、前記第１及び第２の回路を切り替える切り替え手段と、を有する。
【００２１】
好ましくは、前記第２の回路は、前記キセノンランプに供給する電流を制御する電流制御手段を有する。
【００２２】
好ましくは、前記電流制御手段は、半導体素子であり、前記半導体素子は、ＭＯＳＦＥＴ、パワートランジスタ又はＩＧＢＴ（インシュレーテッドギガビットトランジスタ）の少なくとも一つを含む。
【００２３】
好ましくは、前記切り替え手段は、機械式スイッチ、電磁リレー又は高圧半導体スイッチである。
【００２４】
好ましくは、前記電源は、前記キセノンランプの点灯開始時に所定電圧を発生する機能を有し、前記切り替え手段は、前記点灯開始時には前記第１の回路に切り替える。
【００２５】
好ましくは、前記第２の回路は、前記第１の回路に直列に前記電流制御手段を挿入したものである。
【００２６】
好ましくは、前記第１の回路は、前記電源から前記キセノンランプに供給する電流を制限する電流制限手段を有し、前記第２の回路は、前記電流制御手段を前記電流制限手段に並列に接続したものである。
【００２７】
好ましくは、前記第１の回路は、前記電源から前記キセノンランプに供給される電流を制御する第１の電流制御手段を有し、前記第２の回路は、前記電源から前記キセノンランプに供給される電源を制御する第２の電流制御手段を有する。
【００２８】
好ましくは、前記第１および第２の電流制御手段は、半導体スイッチング素子であり、前記半導体スイッチング素子は、ＭＯＳＦＥＴ、パワートランジスタ又はＩＧＢＴ（インシュレーテッドギガビットトランジスタ）の少なくとも一つを含む。
【００２９】
好ましくは、本発明に係るキセノンランプ駆動装置は、キセノンランプを駆動するものであって、キセノンランプに電流を供給する電源と、前記電源の電圧が一定の値を超えると前記電源から前記キセノンランプに電流を供給する第１の回路と、前記電源から前記キセノンランプに一定のバイアス電流と振幅変調された電流を供給する、前記第１の回路と並列に接続された第２の回路と、を有する。
【００３０】
好ましくは、前記第２の回路は、前記キセノンランプに供給する電流を制御する電流制御手段を含む。
【００３１】
好ましくは、前記電流制御手段は、半導体スイッチング素子であり、ＭＯＳＦＥＴ、パワートランジスタ又はＩＧＢＴ（インシュレーテッドギガビットトランジスタ）の少なくとも一つを含む。
【００３２】
好ましくは、前記電源は、前記キセノンランプの点灯開始時に所定電圧を発生する機能を有する。
【００３３】
好ましくは、前記第１の回路は、一定電圧を越えると導通する電圧感知手段を有する。
【００３４】
好ましくは、前記電圧感知手段は、サージアブゾーバである。
【００３５】
本発明に係る光源装置は、キセノンランプと、前記キセノンランプを駆動する前記いずれか１つの構成のキセノンランプ駆動装置と、を有する。
【００３６】
本発明に係る顕微鏡は、前記光源装置から供給された強度を変調された光を用いて試料を観測する。
【００３７】
好ましくは、前記光源装置から供給された光で前記試料を落射照明する。
【００３８】
本発明に係る診断装置は、組織を診断するものであって、前記光源装置から供給された強度を変調された光を照射することにより組織を励起する励起手段と、前記励起された組織からの蛍光又は燐光の寿命を測定する測定手段と、前記測定した寿命に基づいて当該組織の状態を判定する判定手段と、を有する。
【００３９】
好ましくは、前記励起手段は、強度を正弦波状に変調した光で前記組織を励起し、前記測定手段は、前記寿命を前記正弦波状の強度の光と前記蛍光又は燐光の位相差から算出する。
【００４０】
好ましくは、前記判定手段は、前記寿命が閾値を超えると当該組織が腫瘍であると判定する。
【００４１】
好ましくは、前記顕微鏡を用い、前記励起手段は、前記光源装置から供給された光で前記試料を前記試料に落射照明することにより励起し、前記測定手段は前記試料の特定部位からの蛍光又は燐光についての前記位相差から当該部位について前記寿命を算出する。
【００４２】
本発明に係る診断方法は、組織を診断するものであって、光源装置から供給された強度を変調された光を照射することにより組織を励起するステップと、前記励起された組織からの蛍光又は燐光の寿命を測定するステップと、前記測定した寿命に基づいて当該組織の状態を判定するステップと、を有する。
【００４３】
好ましくは、前記光源装置の供給する光は強度を正弦波状に変調されたものであり、前記寿命は、前記蛍光又は燐光との位相差から算出する。
【００４４】
好ましくは、前記蛍光又は燐光の寿命が閾値を超えると当該組織が腫瘍であると判断する。
【００４５】
好ましくは、前記顕微鏡を用いて、前記組織の所定部位に前記光源装置から供給された光を照射し、当該部位についての前記位相差から蛍光又は燐光の寿命を算出する。
【００４６】
本発明に係る分析装置は、前記光源装置から供給された強度を変調された光を照射することで試料を励起し、前記励起された試料からの蛍光又は燐光を観測し、前記観測の結果に基づいて当該試料を分析する。
【００４７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るキセノンランプ（以下、Ｘｅランプという。）駆動装置、光源装置、分析装置、顕微鏡並びに診断装置及び方法の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
【００４８】
本実施の形態では、Ｘｅランプを駆動するＸｅランプ駆動装置をＸｅランプと組み合わせた光源装置について説明するが、本発明はＸｅランプを駆動するＸｅランプ駆動装置単体でも実現することができる。
【００４９】
図１は、第１の実施の形態の光源装置の構成を示す図である。
【００５０】
第１の実施の形態の光源装置は、電源１１と、Ｘｅランプ１３と、第１及び第２のスイッチ（切り替え手段）ＳＷ１，ＳＷ２とを有している。これらの内、電源１１、Ｘｅランプ１３及び第１のスイッチＳＷ１は、Ｘｅランプ１３の点灯開始時又は直流点灯の際に電源１１からＸｅランプ１３に電流を供給する第１の回路を構成している。
【００５１】
電源１１は、Ｘｅランプ１３に電流を供給するとともに、Ｘｅランプ１３の点灯開始時に高電圧パルスを発生するスタータを備えている。Ｘｅランプ１３の点灯開始時には、第１のスイッチＳＷ１をオン、第２のスイッチＳＷ２をオフとして、電源１１のスタータからＸｅランプ１３に第１の回路を介して高電圧パルスを印加する。
【００５２】
Ｘｅランプ１３を直流点灯する際には、同じく第１のスイッチＳＷ１をオン、第２のスイッチＳＷ２をオフとして、電源１１からＸｅランプ１３に第１の回路を介して一定の電流を供給する。
【００５３】
第１の実施の形態の光源装置は、Ｎチャンネルの第１のＭＯＳＦＥＴ（電流制御手段）Ｑ１と、第１乃至第３の抵抗Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３と、結合用コンデンサＣとを有している。前記電源１１及びＸｅランプ１３、第２のスイッチＳＷ２、第１のＭＯＳＦＥＴ  Ｑ１及び第１の抵抗Ｒ１は、Ｘｅランプ１３の放出する光の強度を変調する際に電源１１からキセノンランプ１３に電流を供給する第２の回路を構成している。この第２の回路は、第１の回路の第１のスイッチＳＷ１を第２のスイッチＳＷ２、第１のＭＯＳＦＥＴ  Ｑ１及び第１の抵抗Ｒ１で置き換えたものである。第１の抵抗Ｒ１は、第１のＭＯＳＦＥＴ  Ｑ１のソース電流を制限している。
【００５４】
第１の実施の形態の光源装置は、第１のＭＯＳＦＥＴ  Ｑ１のバイアス電圧を設定する第２及び第３の抵抗Ｒ２，Ｒ３と、第１のＭＯＳＦＥＴ  Ｑ１に入力信号を結合する結合用コンデンサＣを有している。
【００５５】
第２及び第３の抵抗Ｒ２，Ｒ３は、バイアス用電圧源Ｖｂから供給される電圧を分割して第１のＭＯＳＦＥＴ  Ｑ１のゲートに印加するバイアス電圧を設定している。結合用コンデンサＣは、入力端子Ｓに入力された信号の交流成分を第１のＭＯＳＦＥＴ  Ｑ１のゲートに供給している。
【００５６】
第１のＭＯＳＦＥＴ  Ｑ１は、第２及び第３の抵抗Ｒ２，Ｒ３によって設定されたバイアス電圧と結合用コンデンサＣから入力された入力端子Ｓへの入力信号の交流成分の重畳に応じて、バイアス電流及び変調電流をドレイン電流として流すように制御している。
【００５７】
ここで、バイアス電流とは、Ｘｅランプ１３におけるアークを維持するために必要な例えば数Ａ程度の一定電流である。バイアス電流は、第１乃至第３の抵抗Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３の値によって設定される。
【００５８】
変調電流とは、Ｘｅランプ１３の放出する光の強度を変調する電流である。この変調電流は、入力端子Ｓに入力された入力信号によって制御される。入力端子Ｓは、例えば光の強度を変調する所望の周波数の正弦波が入力される。
【００５９】
このように、Ｘｅランプ１３は、バイアス電流によってアークが維持されつつ、入力端子Ｓへの入力信号に応じた変調電流によって放出する光の強度が変調される。
【００６０】
第１の実施の形態の光源装置において強度を変調した光を放出するまでには、次のような手順が必要である。
【００６１】
まず、第１のスイッチＳＷ１をオン、第２のスイッチＳＷ２をオフとし、電源１１の備えるスタータからＸｅランプ１３に第１の回路を介して高電圧パルスを供給し、Ｘｅランプ１３を点灯させる。スタータによってＸｅランプ１３が点灯した後、Ｘｅランプ１３の状態が安定するまで、電源１１からＸｅランプ１３に第１の回路を介して一定の電流を供給し、直流点灯を維持する。
【００６２】
Ｘｅランプ１３の点灯から所定時間が経過してＸｅランプ１３の状態が安定すると、第２のスイッチＳＷ２をオンとした後、第１のスイッチＳＷ１をオフとして、電源１１からＸｅランプ１３に第２の回路を介して電流を供給する。第２の回路においては、Ｘｅランプ１３に供給される電流は、第１のＭＯＳＦＥＴ  Ｑ１によって制御される。すなわち、Ｘｅランプ１３には、第１のＭＯＳＦＥＴ  Ｑ１のドレイン電流としてバイアス電流及び変調電流が供給される。Ｘｅランプ１３は、変調電流に応じた強度で変調された光を放出する。
【００６３】
第１の実施の形態の光源装置では、Ｘｅランプ１３の点灯開始時には、電源１１の備えるスタータによってＸｅランプ１３に高電圧パルスが供給されるが、この際には第２のスイッチＳＷ２はオフにされている。したがって、第１のＭＯＳＦＥＴ  Ｑ１が高電圧パルスの印加により破壊される恐れがない。このように、本実施の形態の光源装置においては、Ｘｅランプ１３の点灯起動、直流点灯、光の強度を変動させた点灯を安全で確実に実行することができる。
【００６４】
図２は、ソース電圧とＸｅランプ１３の光強度の測定結果を示すタイムチャートである。
【００６５】
図２（ａ）はＸｅランプ１３の光強度（任意単位、正負逆転）であり、図２（ｂ）はソース電圧（任意単位）である。横軸は、単位目盛り５μｓである。
【００６６】
光源装置には、３５ＷタイプのＸｅランプ１３（Ｌ２１９３、浜松フォトニクス）と第１のＭＯＳＦＥＴ  Ｑ１（ＢＵＫ４５４−２００Ｂ，  Ｐｈｉｌｉｐｓ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒｓ）を用いた。
【００６７】
ここでは、入力端子Ｓに周波数１００ｋＨｚの信号を入力して電流変調させた場合の第１のＭＯＳＦＥＴ  Ｑ１のソース電圧の波形と、Ｘｅランプ１３からの放射光を光電子増倍管（Ｕ７４００  浜松フォトニクス、５０Ω負荷）で受光したオシロスコープの波形を示した。このときの変調度は約２５％であった。変調度の最大値は、Ｘｅランプ１３が消灯もしくは発光が不安定になる電流値と電源１１の最大電流容量によって決まる。第１のＭＯＳＦＥＴ  Ｑ１のゲート電圧と平均ドレイン電流、入力端子Ｓに印加する正弦波のピーク電圧を最適化すれば、さらに約５０％にまで変調度を向上させることができると思われる（日本光学会、Ｏｐｔｉｃｓ  Ｊａｐａｎ  ２００２、講演要旨集）。
【００６８】
図３は、第２の実施の形態の光源装置の構成を示す図である。
【００６９】
第２の実施の形態の光源装置は、図１に示した第１の実施の光源装置において第１のスイッチＳＷ１と電源１１間に抵抗（電流制限手段）を挿入したものである。
【００７０】
第２の実施の形態では、電源１１、Ｘｅランプ１３、第１のスイッチＳＷ１及び抵抗Ｒが、Ｘｅランプ１３の点灯開始時又は直流点灯時に電源１１からＸｅランプ１３に電流を供給する第１の回路を構成している。
【００７１】
また、前記電源１１及びＸｅランプ１３と、第１のスイッチＳＷ１及び抵抗Ｒ、第２のスイッチＳＷ２、第１のＭＯＳＦＥＴ  Ｑ１及び第１の抵抗Ｒ１の並列回路とが、Ｘｅランプ１３の放出する光の強度を変調する際に電源１１からＸｅランプ１３に電流を供給する第２の回路を構成している。すなわち、第２の回路は、第１の回路における第１のスイッチＳＷ１及び抵抗Ｒに、第２のスイッチＳＷ２、第１のＭＯＳＦＥＴ  Ｑ１及び第１の抵抗Ｒ１を並列に接続したものである。
【００７２】
第２の実施の形態では、Ｘｅランプ１３の点灯開始時又は直流点灯の際には、第１のスイッチＳＷ１をオン、第２のスイッチＳＷ２をオフとして、電源１１からＸｅランプ１３に第１の回路を介して電流を供給する。Ｘｅランプ１３の放出する光の強度を変調する際には、第１及び第２のスイッチＳＷ１，ＳＷ２をオンにして、電源からＸｅランプ１３に第２の回路を介して電流を供給する。第２の回路においては、Ｘｅランプ１３に供給される電流は、第１のＭＯＳＦＥＴ  Ｑ１によって制御される。
【００７３】
第２の実施の形態では、第１のスイッチＳＷ１は常に閉じられ、抵抗Ｒには常時電流が流れている。したがって、抵抗Ｒを流れる電流と、この抵抗Ｒに並列接続された第１のＭＯＳＦＥＴ  Ｑ１を流れる電流によりＸｅランプ１３の光の強度が制御される。
【００７４】
このように、第２の実施の形態は、抵抗Ｒと第１のＭＯＳＦＥＴ  Ｑ１の並列回路によって電流を制御しているので並列制御方式といえる。これに対して、第１の実施の形態は、第１のＭＯＳＦＥＴ  Ｑ１でのみ電流を制御しているので直列制御方式といえる。これら並列制御方式と直列制御方式のいずれかを使用するべきかは、第１のＭＯＳＦＥＴ  Ｑ１に流れる電流（オン抵抗）とパワー消費、変調の深さなどを考慮して判断すべきである。
【００７５】
図４は、第３の実施の形態の光源装置の構成を示す図である。
【００７６】
第３の実施の形態の光源装置は、図３に示した第２の実施の形態の光源装置において、第１のスイッチＳＷ１及び抵抗Ｒに、第３のスイッチＳＷ３、第２のＭＯＳＦＥＴ（第２の電流制御手段）  Ｑ２及び第５の抵抗Ｒ５を並列接続したものである。また、第３の実施の形態の光源装置は、第２のＭＯＳＦＥＴ  Ｑ２に印加するバイアス電圧を設定する第６及び第７の抵抗Ｒ６，Ｒ７も有している。
【００７７】
第３の実施の形態では、電源１１、Ｘｅランプ１３と、第１のスイッチＳＷ１及び抵抗Ｒ、第３のスイッチＳＷ３、第２のＭＯＳＦＥＴ  Ｑ２及び第５の抵抗Ｒ５の並列回路とが、Ｘｅランプ１３の点灯開始時又は直流点灯時に電源１１からＸｅランプ１３に電流を供給する第１の回路を構成している。
【００７８】
また、前記電源１１及びＸｅランプ１３と、第１のスイッチＳＷ１及び抵抗Ｒ、第２のスイッチＳＷ２、第１のＭＯＳＦＥＴ（第１の電流制御手段）  Ｑ１及び第１の抵抗Ｒ１の並列回路とが、Ｘｅランプ１３の放出する光の強度を変調する際に電源１１からＸｅランプ１３に電流を供給する第２の回路を構成している。
【００７９】
第３の実施の形態では、Ｘｅランプ１３の点灯開始時に第１のスイッチＳＷ１をオン、第２及び第３のスイッチＳＷ２，ＳＷ３をオフ、Ｘｅランプ１３の直流点灯の際には第１及び第３のスイッチＳＷ１，ＳＷ３をオン、第２のスイッチＳＷ２をオフとし、電源１１からＸｅランプ１３に第１の回路を介して電流を供給する。
【００８０】
ここで、Ｘｅランプ１３の点灯開始時に第２及び第３のスイッチＳＷ２，ＳＷ３をオフにするのは、第１及び第２のＭＯＳＦＥＴ  Ｑ１，Ｑ２が電源１１の備えるスタータによる高電圧パルスによって破損しないようにするためである。
【００８１】
Ｘｅランプ１３の放出する光の強度を変調する際には、第１及び第２のスイッチＳＷ１，ＳＷ２をオン、第３のスイッチＳＷ３をオフにして、電源からＸｅランプ１３に第２の回路を介して電流を供給する。
【００８２】
第３の実施の形態では、Ｘｅランプ１３の直流点灯の際に第１の回路を介してＸｅランプ１３に供給する電流を、第２のＭＯＳＦＥＴ  Ｑ２によって制御することができる。すなわち、直流点灯の際には第１及び第３のスイッチＳＷ１，ＳＷ３をオンとし、第６及び第７の抵抗Ｒ６，Ｒ７によって第２のＭＯＳＦＥＴ  Ｑ２のバイアス電圧を設定することにより、第２のＭＯＳＦＥＴ  Ｑ２のドレイン電流を制御することができる。したがって、第１のスイッチＳＷ１及び第１の抵抗Ｒ１、第３のスイッチＳＷ３、第２のＭＯＳＦＥＴ  Ｑ２及び第５の抵抗Ｒ５の並列回路によって電流が制御される。
【００８３】
Ｘｅランプ１３の放出する光の強度を変調する際の制御は、第２の実施の形態と同様である。
【００８４】
図５は、第４の実施の形態の光源装置の構成を示す図である。
【００８５】
第４の実施の形態の光源装置は、図４に示した第３の実施の形態の光源装置に、Ｘｅランプ１３が放射した光を検出するフォトダイオード１５と、フォトダイオード１５から入力された信号を増幅する増幅器１７と、増幅器１７から入力された信号に基づいて制御を行う制御部１９と追加したものである。
【００８６】
これらの追加要素を除くと、第４の実施の形態の光源装置は、前述の第３の実施の形態と同様である。ただし、第４の実施の形態においては、Ｘｅランプ１３の放出する光の強度を変調する際に電源１１からＸｅランプ１３に電流を供給する第２の回路は、電源１１及びＸｅランプ１３と、第１のスイッチＳＷ１及び抵抗Ｒ、第２のスイッチＳＷ２、第１のＭＯＳＦＥＴ  Ｑ１及び第１の抵抗Ｒ１、第３のスイッチＳＷ３、第２のＭＯＳＦＥＴ  Ｑ２及び第５の抵抗Ｒ５の並列回路とによるものである。
【００８７】
第４の実施の形態においては、第２のＭＯＳＦＥＴ  Ｑ２のゲート電圧は、フォトダイオード１５によって検出されたＸｅランプ１３の光強度に基づいて制御部１９によってフィードバック制御されている。
【００８８】
制御部１９は、Ｘｅランプ１３の放出する光の強度が大きいときには第２のＭＯＳＦＥＴ  Ｑ２のゲート電圧を下げてドレイン電流を減少させ、光強度が小さいときには第２のＭＯＳＦＥＴ  Ｑ２のゲート電圧を上げてドレイン電流を増加させる。Ｘｅランプ１３の放出する光の強度のフィードバックによる制御は、蛍光分光光度計における励起スペクトルの測定などに適している。
【００８９】
図６は、第５の実施の形態の光源装置の構成を示す図である。
【００９０】
第５の実施の形態の光源装置は、第１の実施の形態の光源装置において、電源１１からＸｅランプ１３に至る経路に、コイルＬ及びコンデンサＣからなるＬＣ回路２１を切り替えにより挿入可能に設けたものである。
【００９１】
第５の実施の形態においては、Ｘｅランプ１３の点灯開始時又は直流点灯の際には、第３のスイッチＳＷ３を接点ａに、第４のスイッチＳＷ４を接点ｃに接続する。これによって、電源１１の備えるスタータからコイルＬのインダクタンスに妨げられることなくＸｅランプ１３に高電圧パルスを供給することができる。
【００９２】
一方、Ｘｅランプ１３の放出する光の強度を変調する際には第３のスイッチＳＷ３を接点ｂに、第４のスイッチＳＷ４を接点ｄに接続する。この場合、直流成分であるバイアス成分は電源１１からコイルＬを介してＸｅランプ１３に供給され、交流成分の変調電流は、コンデンサＣによって電源１１をバイパスされる。
【００９３】
第５の実施の形態では、Ｘｅランプ１３の放出する光の強度を変調する変調電流が電源１１をバイパスされるので交流成分の損失が小さい。このような交流成分の損失は周波数が高くなるにつれて大きくなるので、第５の実施の形態は、Ｘｅランプ１３の放出する光の強度を高周波で変調する場合に適している。
【００９４】
図７は、第６の実施の形態の光源装置の構成を示す図である。
【００９５】
第６の実施の形態の光源装置は、第２の実施の形態の光源装置において、第１及び第２のスイッチＳＷ１，ＳＷ２を取り除き、抵抗Ｒをサージアブゾーバ（電圧感知手段）ＳＡに置き換えたものである。サージアブゾーバＳＡは、所定値以上の電圧が印加されると導通する性質を有すし、たとえば大電流容量のツェナーダイオードによって代用することもできる。
【００９６】
第６の実施の形態では、Ｘｅランプ１３の点灯開始時にＸｅランプ１３に高電圧パルスを印加する際には、サージアブゾーバＳＡが導通し、電流はサージアブゾーバＳＡを介して流れる。このため、第１のＭＯＳＦＥＴ  Ｑ１に高電圧パルスが加わって破損の恐れはない。
【００９７】
Ｘｅランプ１３の直流点灯又はＸｅランプ１３の放出する光の強度を変調する際は、サージアブゾーバ１３に印加される電圧は所定電圧以下であり、サージアブゾーバ１３は導通せず、電流は第１のＭＯＳＦＥＴ  Ｑ１及び第１の抵抗Ｒ１を介して流れる。
【００９８】
このように、第７の実施の形態では、第１の実施の形態の光源装置と同等の動作を、第１の実施の形態における第１及び第２のスイッチＳＷ１，ＳＷ２の切り替えなしに行うことができ、操作が容易であるとともに動作が確実である。
【００９９】
図８は、生体組織診断装置を構成する落射型蛍光顕微鏡の構成を示す図である。
【０１００】
落射型蛍光顕微鏡５０は、筐体５１の内部に、光源５２と、コリメータレンズ５３と、反射鏡５４と、試料ステージ５５と、対物レンズ５６と、ダイクロイックビームスプリッタ５７と、プリズム５８と、接眼レンズ５９と、光電子増倍管（ＰＭＴ）６０とを有している。
【０１０１】
落射型蛍光顕微鏡５０は、光源装置４０から強度が変調された光が供給され、試料を落射照明し、励起された蛍光を観測する。光源装置４０から落射型蛍光顕微鏡５０に筐体５０の横から入射された光は、筐体５０内のダイクロイックビームスプリッタ５７によって方向を転じられ、対物レンズ５６を介して試料ステージ５５上の試料を落射照明する。試料は、この照明によって励起され、蛍光を放出する。
【０１０２】
試料の放出した蛍光は、対物レンズ５６、ビームスプリッタ５７、プリズム５８及び接眼レンズ５９を介して像として観測される。また、ビームスプリッタ５７を透過した蛍光の一部は、光電子増倍管６０によって電気信号として検出される。
【０１０３】
コリメータレンズ５３及び反射鏡５４を介して試料ステージ５５に入射する光源５２からの照明は、試料ステージ５５における試料の位置決めなどに用いる。
【０１０４】
このように位置決めした臨床試料のような試料の特定の部位に光源装置４０から供給された強度を変調された光を照射する。そして、この光の照射により励起された蛍光の寿命を測定する。光源装置４０からは正弦波状に強度を変調した光が供給され、これに応じて試料からは正弦波状の強度の蛍光が放出される。これらの正弦波間の位相差を測定し、この位相差から蛍光の寿命を算出する。
【０１０５】
本実施の形態の落射型蛍光顕微鏡５０は、構造が簡単で小型であり、取り扱いが容易である。この落射型蛍光顕微鏡５０によると、臨床試料などの試料にダメージを与えることなく、試料の蛍光寿命を迅速かつ簡便に測定することができる。
【０１０６】
生体組織診断装置は、落射型蛍光顕微鏡５０の他に、落射型蛍光顕微鏡５０に強度を変調された光を供給する前述の光源装置と、前記強度を変調された光とこの光によって励起された蛍光を観測した信号を供給され、これらの信号の位相差から所定のアルゴリズムに基づいて組織の状態を判定するコンピュータを有する。このコンピュータは、生体組織の診断方法として、次に述べるような方法にしたがって組織を判定する。
【０１０７】
図９は、前記生体組織診断装置を用いた生体組織を診断する診断方法を説明する図である。
【０１０８】
この診断方法は、前述の光源装置から臨床試料などの組織に正弦波状に強度を変調した光ｓ１を照射する。そして、この光の照射により励起された組織から放出された正弦波状の強度を有する蛍光ｓ２，ｓ３と前記照射した光ｓ１との位相差を測定する。そして、位相差から蛍光の寿命を算出し、この寿命が閾値を超える場合には当該組織は腫瘍であり、閾値を超えない場合には正常であると判定する。
【０１０９】
より詳細には、以下の通りである。図中の曲線ｓ１は、光源装置から供給された強度が正弦波状の励起光の強度の時間変化を示す。図中の曲線ｓ２，ｓ３は、曲線ｓ１の強度変化を有する励起光によって励起された蛍光の強度の時間変化を示す。
【０１１０】
腫瘍の識別は、次のように行う。例えば、正常組織の放出する蛍光は曲線ｓ２のように励起光ｓ１に対して遅延が比較的小さいが、腫瘍組織の放出する蛍光は曲線ｓ３のように励起光ｓ１に対して遅延が比較的大きい。前記曲線ｓ３は、曲線ｓ２に対して位相差θだけ遅れている。
【０１１１】
ここで、励起光の角周波数をωとすると、位相差θと遅延時間τの間には蛍光減衰波形が単一指数関数で表現されると仮定すると、ｔａｎθ＝ωτの関係がある。したがって、位相差から決まる遅延時間が決まり、この遅延時間に基づいて寿命が得られる。そして、蛍光の寿命が所定の閾値を超える場合に腫瘍であり、超えない場合に正常であると識別する。
【０１１２】
このように、前記光源から発した強度を変調した光を用いることにより、組織が腫瘍であるか正常であるかを容易に診断することができる。また、この診断に前記落射型蛍光顕微鏡を用いることにより、試料の診断を容易に行うことができる。
【０１１３】
なお、前述の実施の形態においては、蛍光について説明したが、燐光についても蛍光と同様に本発明を適用することができる。
【０１１４】
以上のように、本実施の形態によると、紫外から近赤外波長域にわたる安価・簡便な変調Ｘｅ光源を実現することができた。本発明者は、従来は不可能と考えられていた、あるいは全く顧みられていなかった、直流点灯用のＸｅランプの直接電流変調を実現させた。変調回路は極めてシンプル・安価・小型であり、従来の直流点灯用Ｘｅランプに対して、光学系の変更が全くなしに、容易に切り換え、あるいは併用可能であるという優れた特長を有する。
【０１１５】
本提案の電流変調Ｘｅランプは、次のような装置機器に使用可能である。顕微分光用光源、液体クロマトグラフィー用蛍光検出器、汎用の蛍光分光光度計、可視・紫外吸光分光光度計、光音響用光源、フラシュフォトリシス用連続光源、など。また、変調周波数を高くできれば、位相変調型蛍光寿命計の光源として大きな利用価値がある。
【０１１６】
なお、本実施の形態は、本発明の具体例を示すものであり、本発明はこれに限定されない。本技術分野の専門化には、本発明の範囲を逸脱することなく、設計変更等が可能であることは明らかであろう。
【０１１７】
【発明の効果】
前述のように、本発明によると、キセノンランプの放出する光の強度を変調することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態の光源装置の構成を示す図である。
【図２】ソース電圧とキセノンランプの光強度の測定結果を示すタイムチャートである。
【図３】第２の実施の形態の光源装置の構成を示す図である。
【図４】第３の実施の形態の光源装置の構成を示す図である。
【図５】第４の実施の形態の光源装置の構成を示す図である。
【図６】第５の実施の形態の光源装置の構成を示す図である。
【図７】第６の実施の形態の光源装置の構成を示す図である。
【図８】落射型蛍光顕微鏡の構成を示す図である。
【図９】診断方法を説明する図である。
【図１０】従来の直流点灯回路を示す図である。
【符号の説明】
１１  電源
１３  キセノンランプ
Ｃ  結合用コンデンサ
Ｑ１  第１のＭＯＳＦＥＴ
Ｑ２  第２のＭＯＳＦＥＴ
Ｒ  抵抗
Ｒ１  第１の抵抗
Ｒ２  第２の抵抗
Ｒ３  第３の抵抗
Ｓ  入力端子
ＳＷ１  第１のスイッチ
ＳＷ２  第２のスイッチ
【図１】
2004152668.tif 000003
【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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