(57)【要約】【課題】本発明は、蛍光共焦点顕微鏡に好適な高感度の受光器を提供することを目的とする。また、本発明は、高感度な蛍光共焦点顕微鏡を提供することを目的とする。【解決手段】入射光に応じて電子を生成する光電面（２０ｂ）と、前記光電面（２０ｂ）の前面に配置された窓材（２０ａ’）と、前記光電面（２０ｂ）が生成した電子の数を増大させる増幅手段（２０ｃ）と、前記窓材（２０ａ’）の表面に設けられた反射防止膜（２１）とを備えた受光器（２０）を使用する。反射防止膜（２１）の作用によって窓材（２０ａ’）の表面反射による光量ロスが低減されるので、この受光器（２０）は高感度である。【選択図】      図２
2005116251.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射光に応じて電子を生成する光電面と、
前記光電面の前面に配置された窓材と、
前記光電面が生成した電子の数を増大させる増幅手段と、
前記窓材の表面に設けられた反射防止膜と
を備えたことを特徴とする受光器。
【請求項２】
請求項１に記載の受光器において、
前記増幅手段は、
ダイノードからなり、
前記窓材は、
前記入射面及び前記ダイノードを保護すると共にそれらの雰囲気と外界とを遮断する保護部材を兼ねる
ことを特徴とする受光器。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の受光器において、
前記光電面から前記増幅手段に至る受光部が並列に複数化されている
ことを特徴とする受光器。
【請求項４】
被検物から発生した蛍光を検出する受光器を有した蛍光共焦点顕微鏡において、
前記受光器は、
入射光に応じて電子を生成する光電面と、
前記光電面の前面に配置された窓材と、
前記光電面が生成した電子の数を増大させる増幅手段と、
前記窓材の表面に設けられた反射防止膜と
を備えたことを特徴とする蛍光共焦点顕微鏡。
【請求項５】
請求項４に記載の蛍光共焦点顕微鏡において、
前記増幅手段は、
ダイノードからなり、
前記窓材は、
前記入射面及び前記ダイノードを保護すると共にそれらの雰囲気を外界から遮断する保護部材を兼ねる
ことを特徴とする蛍光共焦点顕微鏡。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蛍光共焦点顕微鏡などに用いられる受光器、及びその蛍光共焦点顕微鏡に関する。
【背景技術】
【０００２】
蛍光共焦点顕微鏡には、被検面から射出した強度の小さい蛍光を受光する受光器として光電子増倍管（特許文献１，非特許文献１，非特許文献２など）が用いられる。
光電子増倍管は、高感度な受光器として知られている。因みに、特許文献１に開示された光電子増倍管では、さらなる高感度化のため、ガラス面上に反射防止膜を介して密着するように光電面が設けられている。
【特許文献１】特開平９−２１３２０３号公報
【非特許文献１】「光学技術ハンドブック増補版」，朝倉書店，１９７５（昭和５０）年，Ｐ１２０４
【非特許文献２】「図解・光デバイス辞典」，（株）オプトロニクス社，１９９６（平成８）年，Ｐ６１
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、蛍光共焦点顕微鏡で扱う蛍光の強度は極めて微弱なので、たとえ特許文献１の光電子増倍管を用いても受光感度が不足し得ることが分かった。
そこで本発明は、蛍光共焦点顕微鏡に好適な高感度の受光器を提供することを目的とする。また、本発明は、高感度な蛍光共焦点顕微鏡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】
【０００４】
請求項１に記載の受光器は、入射光に応じて電子を生成する光電面と、前記光電面の前面に配置された窓材と、前記光電面が生成した電子の数を増大させる増幅手段と、前記窓材の表面に設けられた反射防止膜とを備えたことを特徴とする。
請求項２に記載の受光器は、請求項１に記載の受光器において、前記増幅手段は、ダイノードからなり、前記窓材は、前記入射面及び前記ダイノードを保護すると共にそれらの雰囲気と外界とを遮断する保護部材を兼ねることを特徴とする。
【０００５】
請求項３に記載の受光器は、請求項１又は請求項２に記載の受光器において、前記光電面から前記増幅手段に至る受光部が並列に複数化されていることを特徴とする。
請求項４に記載の蛍光共焦点顕微鏡は、被検物から発生した蛍光を検出する受光器を有した蛍光共焦点顕微鏡において、前記受光器は、入射光に応じて電子を生成する光電面と、前記光電面の前面に配置された窓材と、前記光電面が生成した電子の数を増大させる増幅手段と、前記窓材の表面に設けられた反射防止膜とを備えたことを特徴とする。
【０００６】
請求項５に記載の蛍光共焦点顕微鏡は、請求項４に記載の蛍光共焦点顕微鏡において、前記増幅手段は、ダイノードからなり、前記窓材は、前記入射面及び前記ダイノードを保護すると共にそれらの雰囲気を外界から遮断する保護部材を兼ねることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
以上の構成の本発明によれば、反射防止膜の作用によって窓材の表面反射による光量ロスが低減される。
したがって、蛍光共焦点顕微鏡に好適な高感度の受光器、及び高感度な蛍光共焦点顕微鏡が実現する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、図面に基づいて本発明の実施形態について説明する。
［第１実施形態］
図１、図２、図３を参照して本発明の第１実施形態について説明する。
本実施形態は、蛍光共焦点顕微鏡の実施形態である。
この蛍光共焦点顕微鏡には、図１に示すとおり、光源１１、レンズ１２、フィルタ１３、ダイクロイックミラー１４、ガルバノミラー１５、対物レンズ１６、フィルタ１７、レンズ１８、ピンホール１９、光電子増倍管（受光器に対応。）２０などが備えられる。図１において、符号１０ａで示すのは、蛍光観察用の処理が予め施された試料１０ａである。
【０００９】
光源１１から射出した照明光束は、レンズ１２、フィルタ１３、ダイクロイックミラー１４、ガルバノミラー１５、対物レンズ１６を介して試料１０ａ上に集光する。
試料１０ａ上の集光点で発生した蛍光は、対物レンズ１６、ガルバノミラー１５を介してダイクロイックミラー１４に入射する。
ダイクロイックミラー１４に入射した蛍光は、光源１１とは異なる方向に導光され、フィルタ１７、レンズ１８、ピンホール１９を介して光電子増倍管２０に入射する。
【００１０】
入射したその蛍光の強度に応じて光電子増倍管２０が出力する信号は、コンピュータ２１に入力される。
蛍光共焦点顕微鏡では、ガルバノミラー１５が駆動され、試料１０ａ上に形成された集光点が二次元的に移動する。このとき光電子増倍管２０が出力する信号の変化に基づいて、コンピュータ２１は、試料１０ａの像（すなわち試料１０ａ上の各点から発生した蛍光の強度分布）を構築し、それをモニタ２２に表示する。
【００１１】
この蛍光共焦点顕微鏡の特徴は、光電子増倍管２０にある。以下、光電子増倍管２０について説明する。
図２（ａ）は、光電子増倍管２０の外観図であり、図２（ｂ）は、光電子増倍管２０の概略断面図である。
光電子増倍管２０は、図２（ａ），（ｂ）に示すとおり、底板２０ａ’を有した円筒状のカバーガラス（窓材に対応。）２０ａの内部に、透過型の光電面２０ｂ、多段ダイノード（増幅手段に対応。）２０ｃなどを収容してなる。
【００１２】
カバーガラス２０ａの内部の雰囲気は、真空に保たれている。カバーガラス２０ａは、光電面２０ｂ及び多段ダイノード２０ｃを保護すると共に、内部の雰囲気と外界とを遮断する役割を果たす。
カバーガラス２０ａの材料は、内部の雰囲気を真空に保つために十分な強度を有すると共に、少なくとも検出波長（ここでは、図１の試料１０ａにて発生する蛍光の波長）に対し十分な透過率（望ましくは９９％以上の透過率）を有している。
【００１３】
光電面２０ｂの形成位置は、カバーガラス２０ａの底板２０ａ’の内側の面である。よって底板２０ａ’が光電子増倍管２０の入射窓となる。この底板２０ａ’を以下、「入射窓２０ａ’」と称す。因みに、上述した透過率の条件（透過率９９％以上）は、少なくともこの入射窓２０ａ’の材料が満たしていればよい。
このような入射窓２０ａ’の材料としては、例えば、ホウ珪酸ガラスや石英ガラスなどを使用することができる。
【００１４】
入射光Ｌがその入射窓２０ａ’を介して光電面２０ｂに入射すると、図２（ｂ）に示すようにその入射光Ｌの強度に応じた数の電子が光電面２０ｂにて発生し、多段ダイノード２０ｃを経由することによって段階的にその電子の数が増大する。光電子増倍管２０において入射窓２０ａ’の反対側に突出して設けられたピン２０ｄから、その電子の数に応じた信号、すなわち入射光Ｌの強度に応じた信号が外部に出力される。
【００１５】
図３（ａ）は、入射窓２０ａ’の拡大断面図である。
入射窓２０ａ’の表面（入射側）には、図３（ａ）に示すとおり、反射防止膜２１が形成される。
反射防止膜２１は、一般のガラス表面に形成される反射防止膜と同様、多層膜からなる。反射防止膜２１は、例えば、ＴｉＯ2からなる第１の層２１−１，ＳｉＯ2からなる第２の層２１−２，ＴｉＯ2からなる第３の層２１−３を入射窓２０ａ’の側から順に有している。
【００１６】
なお、この反射防止膜２１としては、入射窓２０ａ’の材料に適した公知の様々な反射防止膜を適用することができる。例えば、特開２００２−１４２０３号公報に開示された反射防止膜などである。
反射防止膜２１には、フッ化マグネシウム、酸化チタン、酸化珪素、酸化アルミニウムなどから適宜選択された材料を適宜組み合わせて用いることができる。
【００１７】
図３（ｂ）は、入射窓２０ａ’に対する入射光Ｌの振る舞いを示す図である。
入射窓２０ａ’に対する入射光Ｌは、図３（ｂ）に示すように、入射窓２０ａ’の表面において反射光Ｌｎを生起させる。
仮に反射防止膜２１が形成されなかった場合、入射光Ｌの強度に対する反射光Ｌｎの強度の比、すなわち入射窓２０ａ’の表面の反射率Ｒは、入射窓２０ａ’の屈折率ｎ、空気の屈折率１に対し、Ｒ＝（（１−ｎ）／（１＋ｎ））2で表される。
【００１８】
よって、仮に反射防止膜２１が形成されなかった場合、反射率Ｒ≒４％（Ｒ＝０．０４）となる（但し、入射窓２０ａ’の屈折率ｎを１．５とした。）。
しかし、本実施形態では反射防止膜２１が形成されているので、反射率Ｒ＜４％となる。例えば、特開２００２−１４２０３号公報に開示された反射防止膜が形成された場合には、反射率Ｒ≒０．１％となる。
【００１９】
このようにして反射率Ｒが抑えられれば、入射窓２０ａ’の表面において生起する反射光Ｌｎの強度が低下し、その分だけ光電面２０ｂに到達する光の強度が向上する。その結果、光電子増倍管２０の感度が高まる。
そして、このように高感度な光電子増倍管２０を備えた蛍光共焦点顕微鏡は、光電子増倍管２０以外の各要素が従来の何れかの蛍光共焦点顕微鏡の各要素と同じであったとしても、高性能である。
【００２０】
（その他）
なお、本実施形態では、透過型の光電面２０ｂを用いたヘッドオン型の光電子増倍管を説明したが、図４に示すような別のタイプの光電子増倍管（反射型の光電面４０ｂを用いたサイドオン型の光電子増倍管４０）にも本発明は適用可能である。
図４（ａ）は、本発明を適用した別のタイプの光電子増倍管４０の外観図であり、図４（ｂ）は、その光電子増倍管４０の概略断面図である。
【００２１】
この光電子増倍管４０において、反射型の光電面４０ｂは、カバーガラス４０ａの中心線（円柱の中心線）と平行な姿勢で配置される（図４において、符号４０ａはカバーガラス、符号４０ｃは多段ダイノード、符号４０ｄはピンである。）
よって、図４中に点線枠で示すように、カバーガラス４０ａの側面の一部分４０ａ’が、入射窓となる。以下、その部分を「入射窓４０ａ’」と称す。
【００２２】
反射防止膜２１は、図４（ｂ）に拡大して示すように、その入射窓４０ａ’の表面（入射側）に形成される。
なお、反射防止膜２１は、カバーガラス４０ａの側面のうち入射窓４０ａ’の表面だけでなく、側面の他の部分の表面にまで延長して形成されてもよい。
また、入射窓４０ａ’の表面（入射面）に加え、その裏面に反射防止膜２１が形成されてもよい。
【００２３】
［第２実施形態］
図５を参照して本発明の第２実施形態について説明する。
本実施形態は、光電子増倍管の実施形態である。
図５（ａ）は、本実施形態の光電子増倍管６０の概略断面図である。
この光電子増倍管６０は、共通のカバーガラス６０内に複数（図５では６つ）の受光部６０−１，６０−２，６０−３，・・・をライン状に並べて配置した複数チャネル式の光電子増倍管である。
【００２４】
これら複数の受光部６０−１，６０−２，６０−３，・・・は、共通の光電面６０ｂの互いに異なる領域６０ｂ−１，６０ｂ−２，６０ｂ−３，・・・をそれぞれの光電面として用いる。
また、複数の受光部６０−１，６０−２，６０−３，・・・は、共通の入射窓６０ａ’の互いに異なる領域６０ａ’−１，６０ａ’−２，６０ａ’−３，・・・をそれぞれの入射窓として用いる。
【００２５】
また、複数の受光部６０−１，６０−２，６０−３，・・・は、互いに異なる多段ダイノード６０ｃ−１，６０ｃ−２，６０ｃ−３，・・・を個別に用いる。
つまり、或る受光部６０−ｉに対する入射光Ｌｉは、入射窓６０ａ’の領域６０ａ’−ｉを介して光電面６０ｂの領域６０ｂ−ｉに到達して電子を生成する。領域６０ｂ−ｉにて生成した電子は、多段ダイノード６０ｃ−ｉにてその数を増大させ、受光部６０−ｉに対応するピン６０ｄから入射光Ｌｉの強度に応じた信号を出力させる。
【００２６】
図５（ｂ）は、入射窓６０ａ’の拡大断面図である。
入射窓６０ａ’の表面には、図５（ｂ）に示すとおり、反射防止膜２１が形成される。したがって、第１実施形態と同様、その表面において生起する反射光Ｌｎの強度が抑えられ、その結果、光電子増倍管６０の感度は高まる。
次に、或る受光部６０−ｉに対する入射光Ｌｉについて、図５（ｂ）に基づきもう少し詳細に説明する。
【００２７】
この入射光Ｌｉの殆どは、入射窓６０ａ’の領域６０ａ−ｉを透過して光電面６０ｂの領域６０ｂ−ｉに到達するが、入射光Ｌｉの一部は、入射窓６０ａ’の光電面６０ｂ側の境界面において反射して反射光Ｌｉｎ’を生成している。その反射光Ｌｉｎ’は、入射窓６０ａ’内を入射窓６０ａ’の表面側へと戻る。
仮に、反射防止膜２１が形成されなかった場合、その反射光Ｌｉｎ’は入射窓６０ａ’の表面側の境界面で反射して、隣接する受光部（図５（ｂ）では受光部６０−（ｉ＋１））に入射してしまう。このように入射した光は、その受光部（図５（ｂ）では受光部６０−（ｉ＋１））から出力される信号にノイズ成分を重畳させてしまう。
【００２８】
つまり、互いに隣接する受光部６０−ｉと受光部６０−（ｉ＋１）とがノイズ成分を互いに重畳させ合う。
しかし、本実施形態では反射防止膜２１が形成されるので、入射窓６０ａ’の表面側の反射が抑えられ、そのようなノイズ成分は、抑えられる。
すなわち、本実施形態の光電子増倍管６０は、高感度化されるだけでなく、低ノイズ化される。
【００２９】
［その他］
なお、上記各実施形態では、カバーガラス２０ａ，４０ａ，６０ａの表面（入射窓２０ａ’，４０ａ’，６０ａ’の表面）に反射防止膜２１を直接形成したが、図６に示すように、入射窓２０ａ’，４０ａ’，６０ａ’の表面に、予め反射防止膜２１の形成された別のガラス５０を接合剤で接合してもよい。
【００３０】
ガラス５０の材料は、入射窓２０ａ’，４０ａ’，６０ａ’の材料と同様、検出波長に対し十分な透過率（望ましくは９９％以上の透過率）を有している。また、ガラス５０の材料の屈折率は、入射窓２０ａ’の材料とほぼ同じ屈折率である。簡単には、ガラス５０の材料を、入射窓２０ａ’の材料と同じにすればよい。
また、接合剤は、一般の貼り合わせレンズなどの接合剤として用いられる、光学エポキシ系、ＵＶ硬化型の樹脂などの硬化性の接着剤や、非硬化性の充填剤である。これらの屈折率は、入射窓２０ａ’の材料とほぼ同じ屈折率であることが望ましい。
【００３１】
このようなガラス５０と接合剤とを用意すれば、市販の光電子倍増管に対し本発明を簡単に適用することができる。
なお、第２実施形態の光電子増倍管６０を、蛍光共焦点顕微鏡に適用することもできる。この蛍光共焦点顕微鏡においては、光電子増倍管６０と対物レンズとの間にプリズムなどの分光素子が配置される。光電子増倍管６０を適用すれば、試料１０ａの波長毎の像を個別に検出可能なマルチチャネル式蛍光共焦点顕微鏡が実現する。
【００３２】
このマルチチャネル式蛍光共焦点顕微鏡は、上述したように光電子倍増管６０が高感度化・低ノイズ化された分だけ高性能化される。
また、上記各実施形態では、受光器として光電子増倍管を説明したが、ＡＰＤ（アバランシェフォトダイオード）などの半導体受光器にも本発明は適用可能である。つまり、半導体受光器において半導体の表面保護などの目的で配置されたガラスの表面や裏面に、反射防止膜を設けてもよい。因みに、半導体受光器には、入射光を受けて光電効果により電子を生成する領域が設けられている。この領域が、本明細書でいう「光電面」に相当する。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】蛍光共焦点顕微鏡の構成図である。
【図２】（ａ）は、第１実施形態の光電子増倍管２０の外観図であり、（ｂ）は、光電子増倍管２０の概略断面図である。
【図３】（ａ）は、入射窓２０ａ’の拡大断面図であり、（ｂ）は、入射窓２０ａ’に対する入射光Ｌの振る舞いを示す図である。
【図４】（ａ）は、本発明を適用した別のタイプの光電子増倍管４０の外観図であり、（ｂ）は、その光電子増倍管４０の概略断面図（拡大断面図含む）である。
【図５】（ａ）は、第２実施形態の光電子増倍管６０の概略断面図であり、（ｂ）は、入射窓６０ａ’の拡大断面図である。
【図６】入射窓２０ａ’，４０ａ’，６０ａ’に対する反射防止膜２１の形成方法の別の例を示す図である。
【符号の説明】
【００３４】
１１  光源
１２，１８  レンズ
１３，１７  フィルタ
１４  ダイクロイックミラー
１５  ガルバノミラー
１６  対物レンズ
１９  ピンホール
２０  光電子増倍管
２１  コンピュータ
２２  モニタ
２０ａ，４０ａ，６０ａ  カバーガラス
２０ａ’，４０ａ’，６０ａ’  入射窓
２０ｂ，４０ｂ，６０ｂ  光電面
２０ｃ，４０ｃ，６０ｃ  多段ダイノード
２０ｄ，４０ｄ，６０ｄ  ピン
２１  反射防止膜
５０  ガラス
【図１】
2005116251.tif 000003
【図２】
2005116251.tif 000004
【図３】
2005116251.tif 000005
【図４】
2005116251.tif 000006
【図５】
2005116251.tif 000007
【図６】
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