(57)【要約】【課題】第二高調波を利用して試料の物理特性を計測する際に、その時間分解能を向上させる。【解決手段】レーザ光源１１より出射されたレーザ光を、マイクロレンズアレイディスク１３に導入し、前記レーザ光を複数のビームに分割する。次いで、前記複数のビームを試料Ｘ内に同時に焦点させるとともに、マイクロレンズアレイディスク１３を回転させることにより、前記複数のビームを試料Ｘ内で同時に走査する。次いで、前記複数のビームを焦点させることによって、試料Ｘから発生した複数の第二高調波を検出し、試料Ｘの物理特性を計測する。【選択図】        図１
2004212132.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定のレーザ光源より出射されたレーザ光を、マイクロレンズアレイに導入し、前記レーザ光を複数のビームに分割する工程と、
前記複数のビームを所定の試料内に同時に焦点させ、前記試料から発生した複数の第二高調波を検出する工程と、
を具えることを特徴とする、試料の多点同時計測方法。
【請求項２】
前記複数のビームを前記試料内に同時に焦点させるとともに、前記マイクロレンズアレイを回転させることにより、前記複数のビームを前記試料内で同時に走査する工程を具えることを特徴とする、請求項１に記載の試料の多点同時計測方法。
【請求項３】
前記レーザ光は、その光線幅を拡張した後に前記マイクロレンズアレイに導入することを特徴とする、請求項１又は２に記載の試料の多点同時計測方法。
【請求項４】
前記マイクロレンズアレイにおける各マイクロレンズの直径が２μｍ〜２０００μｍであることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一に記載の試料の多点同時計測方法。
【請求項５】
前記マイクロレンズアレイにおける各マイクロレンズの開口数（ＮＡ）が０．００１〜０．９であることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一に記載の試料の多点同時計測方法。
【請求項６】
前記マイクロレンズアレイの回転数を６０ｒｐｍ〜３００００ｒｐｍに設定することを特徴とする、請求項２〜５のいずれか一に記載の試料の多点同時計測方法。
【請求項７】
前記複数の第二高調波を集光させ、イメージインテンシファイアによって増幅した後に検出することを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一に記載の試料の多点同時計測方法。
【請求項８】
前記試料の分子配向を多点で同時に計測することを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一に記載の試料の多点同時計測方法。
【請求項９】
前記試料の膜電位を多点で同時に計測することを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一に記載の試料の多点同時計測方法。
【請求項１０】
所定のレーザ光源と、
前記レーザ光源より発射されたレーザ光を複数のビームに分割するためのマイクロレンズアレイと、
前記複数のビームを所定の試料内に同時に焦点させるための集光手段と、
前記複数のビームを焦点させることによって、前記試料から発生した複数の第二高調波を検出するための検出手段と、
を具えることを特徴とする、多点同時計測用顕微鏡。
【請求項１１】
前記複数のビームを前記試料内で同時に走査させるべく、前記マイクロレンズアレイを回転させるための回転駆動手段を具えることを特徴とする、請求項１０に記載の多点同時計測顕微鏡。
【請求項１２】
前記マイクロレンズアレイの前方において、前記レーザ光線の光線幅を拡張するための拡張手段を具えることを特徴とする、請求項１０又は１１に記載の多点同時計測用顕微鏡。
【請求項１３】
前記マイクロレンズアレイにおける各マイクロレンズの直径が２μｍ〜２０００μｍであることを特徴とする、請求項１０〜１２のいずれか一に記載の多点同時計測用顕微鏡。
【請求項１４】
前記マイクロレンズアレイにおける各マイクロレンズの開口数（ＮＡ）が０．００１〜０．９であることを特徴とする、請求項１０〜１３のいずれか一に記載の試料の多点同時計測用顕微鏡。
【請求項１５】
前記回転駆動手段は、前記マイクロレンズアレイを配置したディスクを含むことを特徴とする、請求項１１〜１４のいずれか一に記載の多点同時計測用顕微鏡。
【請求項１６】
前記試料の分子配向を多点で同時に計測することを特徴とする、請求項１０〜１５のいずれか一に記載の多点同時計測用顕微鏡。
【請求項１７】
前記試料の膜電位を多点で同時に計測することを特徴とする、請求項１０〜１５のいずれか一に記載の多点同時計測用顕微鏡。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、試料の分子配向や膜電位を多点で同時に計測することができる、試料の多点同時計測方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、試料にレーザ光を照射させることにより発生した第二高調波を利用して、前記試料の各種物理特性を計測する第二高調波顕微鏡が実用化されるようになってきている。この第二高調波顕微鏡を用いた計測は、所定のレーザ光源から発せられたレーザ光を、計測すべく試料内に焦点させるとともに、前記試料内を走査させ、前記試料内部から発せられた第二高調波を検出することによって実施する。
【０００３】
上述した従来の第二高調波顕微鏡においては、単一のレーザ光のみが用いられ、前記レーザ光の走査はガルバノミラーなどを用いることにより実施していた。試料から発せられる第二高調波の数は前記レーザ光の焦点数に依存するので、前記試料の所定領域を走査することによって所定の物理特性を計測する場合、最終的な物理特性は前記レーザ光の走査が完了した時点で得られることになる。したがって、従来の第二高調波顕微鏡においては十分な時間分解能を得ることができないという問題があった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、第二高調波を利用して試料の物理特性を計測する際に、その時間分解能を向上させることを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成すべく、本発明は、
所定のレーザ光源より出射されたレーザ光を、マイクロレンズアレイに導入し、前記レーザ光を複数のビームに分割する工程と、
前記複数のビームを所定の試料内に同時に焦点させ、前記試料から発生した複数の第二高調波を検出する工程と、
を具えることを特徴とする、試料の多点同時計測方法に関する。
【０００６】
また、本発明は、
所定のレーザ光源と、
前記レーザ光源より発射されたレーザ光を複数のビームに分割するためのマイクロレンズアレイと、
前記複数のビームを所定の試料内に同時に焦点させるための集光手段と、
前記複数のビームを焦点させることによって、前記試料から発生した複数の第二高調波を検出するための検出手段と、
を具えることを特徴とする、多点同時計測用顕微鏡に関する。
【０００７】
本発明者らは、上記目的を達成すべく鋭意検討した結果、上記多点同時計測方法及び多点同時計測用顕微鏡を発明するに至った。
【０００８】
本発明によれば、レーザ光をマイクロレンズアレイによって複数のビームに分割した後、これら複数のビームを計測すべき試料内に同時に焦点させている。したがって、単一のレーザ光を用いた単一焦点の場合と比べて、複数のビームを用いた同時焦点により、同一時間内において、極めて多くの第二高調波を発生させることができ、これら第二高調波を検出することによって、短時間で極めて多くの物理情報を得ることができるようになる。
【０００９】
したがって、本発明の多点同時計測方法及び多点同時計測用顕微鏡を用いることにより、試料の物理特性を計測する際の時間分解能を飛躍的に向上させることができるようになる。
【００１０】
なお、本発明の好ましい態様においては、前記マイクロレンズアレイを回転させるための回転駆動手段を設け、前記複数のビームを前記試料内に同時に焦点させるとともに、前記マイクロレンズアレイを回転させることにより、前記複数のビームを前記試料内で同時に走査する。これによって、一定の走査時間内において極めて多くの第二高調波を発生させることができ、これら第二高調波を検出することによって、短時間で極めて多くの物理情報を得ることができるようになる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を発明の実施の形態に基づいて詳細に説明する。
図１は、本発明の多点同時計測用顕微鏡の構成を概略的に示す図である。図１に示す多点同時計測用顕微鏡１０は、レーザ光源１１を有し、このレーザ光源１１から発せられたレーザ光の光路に沿って、ビームエキスパンダ１２、マイクロレンズアレイディスク１３、対物レンズ１５及び１６、及びＣＣＤカメラ１９が順次に設けられている。
【００１２】
マイクロレンズアレイディスク１３は、所定のディスク上のマイクロレンズアレイが配置された構造を呈しており、図示しないモータなどの回転駆動系によって、前記ディスクを回転させることにより、マイクロレンズアレイを含むディスク１３全体が回転するように構成されている。なお、計測すべく試料Ｘは、対物レンズ１５及び１６間に配置されている。
【００１３】
ビームエキスパンダ１２は、レーザ光源１１から発射されたレーザ光の光線幅を拡大するために設けられているものであり、本発明の必須構成要素ではない。しかしながら、ビームエキスパンダ１２によって、前記レーザ光の光線幅を所定の大きさに拡大することができ、マイクロレンズアレイディスク１３のディスク幅のほぼ全体に亘って照射することができるようになる。したがって、マイクロレンズアレイディスク１３によって、前記レーザ光をより効率良く分割することができるようになり、より多くの分割ビームを生成できるようになる。
【００１４】
また、ディスク１３上に配置されたマイクロレンズアレイの各マイクロレンズの直径は２μｍ〜２０００μｍであることが好ましい。これによって、試料Ｘの、以下に示す分子配向や膜電位などの物理特性を、数百ｎｍの高い空間分解能、かつ従来に比し数十倍から数百倍の高い時間分解能で計測するに十分な分割ビームを生成することができる。
【００１５】
さらに、各マイクロレンズアレイの開口数（ＮＡ）は０．００１〜０．９であることが好ましい。これによって、試料Ｘの物理特性をより高い空間分解能で計測することができるようになる。
【００１６】
次に、図１に示す多点同時計測用顕微鏡１０を用いた、試料Ｘに対する多点同時計測方法について説明する。
【００１７】
レーザ光源１１より出射されたレーザ光は、ミラー２１によって下方に反射し、ビームエキスパンダ１２でその光線幅を拡大した後、マイクロレンズアレイディスク１３に導入する。前記レーザ光は、マイクロレンズアレイディスク１３を透過する際に、複数のビームに分割される。これら複数のビームはチューブレンズ１４を通過させることによって平行光束とし、この平行光束はミラー２２及び２３で反射させることにより、対物レンズ１５内に導入する。
【００１８】
次いで、前記平行光束を対物レンズ１５で絞り、試料Ｘ内に焦点させる。前記平行光束は分割された前記複数のビームから構成されているため、前記操作によって前記複数のビームが試料Ｘ内に同時に焦点されることになる。一方、上述した操作と同時にマイクロレンズアレイディスク１３を所定の速度で回転させ、前記複数のビームが試料Ｘ内を同時に走査するようにする。この走査時間内において、前記複数のビームは、試料Ｘ内を短時間で広範囲に走査するので、高い空間分解能と時間分解能とを同時に実現できるようになる。具体的には、上述したように、数百ｎｍの空間分解能を実現することができ、かつ従来に比し数十倍から数百倍の時間分解能を実現することができる。
【００１９】
なお、マイクロレンズアレイディスク１３の回転数は６０ｒｐｍ〜３００００ｒｐｍであることが好ましい。これによって、試料Ｘの空間分解能と時間分解能とを良好な状態に保持することができるようになる。
【００２０】
上述したようにしてビームが試料Ｘ内に焦点すると、その焦点部分からは第二高調波が発生するようになり、上述したように複数のビームを同時に焦点させるとともに、前記複数のビームを走査させることにより、試料Ｘからは多くの第二高調波が所定の走査時間の間に発生するようになる。これらの第二高調波は、対物レンズ１６を介して取り出した後、ミラー２４及び集光レンズ１８を介してＣＣＤカメラ１９内に導入して、検出する。したがって、試料Ｘの物理特性は生成した第二高調波を検出することによって間接的に計測することになる。
【００２１】
なお、試料Ｘを透過したビームはフィルタ１７によって除去され、ＣＣＤカメラ１９へ入射しないように構成されている。
【００２２】
上述した多点同時計測用顕微鏡及び多点同時計測方法は、種々の物理特性の計測手段として用いることができるが、特に医療やバイオテクノロジーの分野などにおける、細胞などの膜電位や分子配向の計測などに好ましく用いることができる。なお、細胞の膜電位を計測する際には、超分極電位が膜電位によって変化するスチリル色素やＡＮＥＰ色素などで前記細胞を標識することが好ましい。
【００２３】
以上、具体例を挙げながら発明の実施の形態に基づいて本発明を詳細に説明してきたが、本発明は上記内容に限定されるものではなく、本発明の範疇を逸脱しない限りにおいてあらゆる変形や変更が可能である。
【００２４】
例えば、図１においては、多点同時計測用顕微鏡の一例を示したに過ぎず、図示した以外の光学部品を用いることもできる。さらには、図１と異なる光学部品を用い、これらの光学部品を図１と異なるように配置して、異なる光学系の顕微鏡を構成することもできる。具体的には、集光レンズ１８の後方にイメージインテンシファイアを設け、前記第二高調波を増幅した後に、ＣＣＤカメラ１９内に導入することもできる。また、ＣＣＤカメラに代えて、フォトダイオードや光電子増倍管など、その他の撮像素子を用いることもできる。
【００２５】
さらに、上記具体例においては、マイクロレンズアレイディスク１３を用い、マイクロレンズアレイを回転させることによって、複数のビームが試料Ｘ内を走査するようにしているが、マイクロレンズアレイディスク１３を回転させることなく静止させておくこともできる。この場合においても、前記複数のビームによって十分な物理情報を得ることができる。
【００２６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の多点同時計測方法及び多点同時計測用顕微鏡によれば、第二高調波を利用して試料の物理特性を計測する際に、その時間分解能及び空間分解能を同時に向上させることができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の多点同時計測用顕微鏡の構成を概略的に示す図である。
【符号の説明】
１０  多点同時計測用顕微鏡
１１  レーザ光源
１２  ビームエキスパンダ
１３  マイクロレンズアレイディスク
１４  チューブレンズ
１５、１６  対物レンズ
１７  フィルタ
１８  集光レンズ
１９  ＣＣＤカメラ
２１、２２、２３、２４  ミラー
【図１】
2004212132.tif 000003