(57)【要約】      （修正有）【課題】光検出装置での波長依存性を抑えながら、高い光検出効率を実現する技術を提供する。【解決手段】光検出装置１０は、光電子増倍管１１と、反射部材１３を備えている。光電子増倍管１１は、受光面である光電面１２を有していて、入射窓１１ａは、光を透過する部材からなる窓部材である。光電面１２は、入射窓１１ａを介して光を受光し電荷に変換する。反射部材１３は、例えば、光電子増倍管１１に反射面を向けたミラーである。これにより、入射窓１１ａを透過することなく反射した光が再び入射窓１１ａへ入射して光電面１２で受光される。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
窓部材を介して光を受光する受光面を有する光検出器と、
前記窓部材で反射した光を前記光検出器へ導く反射部材と、を備える
ことを特徴とする光検出装置。
【請求項２】
請求項１に記載の光検出装置において、
前記反射部材は開口を有する
ことを特徴とする光検出装置。
【請求項３】
請求項２に記載の光検出装置において、
前記窓部材は、前記反射部材で覆われている
ことを特徴とする光検出装置。
【請求項４】
請求項２に記載の光検出装置において、さらに、
前記反射部材と前記光検出器の間に、前記開口を通過した光をコリメートする第１の光学系を備える
ことを特徴とする光検出装置。
【請求項５】
請求項２乃至請求項４のいずれか１項に記載の光検出装置において、さらに、
前記開口に光を集光させる第２の光学系を備え、
前記第２の光学系と前記光検出器の間に、前記反射部材が位置する
ことを特徴とする光検出装置。
【請求項６】
請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の光検出装置を備える
ことを特徴とする顕微鏡。
【請求項７】
請求項６に記載の顕微鏡において、さらに、
前記反射部材に形成された前記開口と光学的に共役な位置に開口が形成された共焦点絞りを備え、
前記顕微鏡は、共焦点顕微鏡である
ことを特徴とする顕微鏡。
【請求項８】
請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の光検出装置を備える
ことを特徴とする分光器。
【請求項９】
請求項８に記載の分光器において、
前記反射部材に形成された開口と光学的に共役な位置に前記分光器の入射スリットが形成されている
ことを特徴とする分光器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、受光面を有する光検出器を備える光検出装置、光検出装置を備える顕微鏡、及び光検出装置を備える分光器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、光検出装置での光検出効率の向上は、光検出器の光電面における量子化効率を改善することにより図られてきたが、近年では異なるアプローチも行われている。例えば、特許文献１には、光電子増倍管の入射窓に反射防止膜を形成することで、光電面に到達する前に入射窓で生じる反射光の強度を抑える技術が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−１１６２５１号公報
【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、反射防止膜で広い波長域に渡って低反射率を実現することは困難であるため、波長に依存した光検出装置の性能変化が大きく、用途が制限されてしまう。
以上のような実情を踏まえ、本発明は、光検出装置での波長依存性を抑えながら、高い光検出効率を実現する技術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】
【０００５】
本発明の一態様は、窓部材を介して光を受光する受光面を有する光検出器と、前記窓部材で反射した光を前記光検出器へ導く反射部材と、を備える光検出装置を提供する。
【０００６】
本発明の別の態様は、上記態様の光検出装置を備える顕微鏡を提供する。
【０００７】
本発明の更に別の態様は、上記態様の光検出装置を備える分光器を提供する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、光検出装置での波長依存性を抑えながら、高い光検出効率実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施例１に係る顕微鏡１の構成を示した図である。
【図２】実施例１に係る光検出装置１０の構成を示した図である。
【図３】実施例２に係る光検出装置２０の構成を示した図である。
【図４】実施例３に係る光検出装置３０の構成を示した図である。
【図５】実施例４に係る光検出装置４０の構成を示した図である。
【図６】実施例５に係る光検出装置５０の構成を示した図である。
【図７】実施例６に係る光検出装置６０の構成を示した図である。
【図８】実施例７に係る光検出装置７０の構成を示した図である。
【図９】実施例８に係る光検出装置８０の構成を示した図である。
【図１０】実施例９に係る光検出装置９０の構成を示した図である。
【図１１】実施例１０に係る分光器１００の構成を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
［実施例１］
図１は、本実施例に係る顕微鏡１の構成を示した図である。顕微鏡１は、蛍光観察に用いられるレーザ走査型の共焦点顕微鏡であり、レーザ２と、ダイクロイックミラー３と、スキャナ４と、走査光学系５と、共焦点レンズ６と、共焦点ピンホール７が形成された共焦点絞り８と、コリメートレンズ９と、光検出装置１０とを備えている。
【００１１】
レーザ２は、例えば、可視域、紫外域、赤外域などのレーザ光を発振する。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からの蛍光を反射させる波長特性を有する光路分割素子である。スキャナ４は、対物レンズの光軸と直交する方向にサンプルＳを走査する走査手段であり、例えば、ガルバノスキャナやレゾナントスキャナであってもよい。走査光学系５は、対物レンズを含み、対物レンズの瞳がスキャナ４とおよそ光学的に共役な位置に位置するように構成されている。
【００１２】
共焦点レンズ６は、ダイクロイックミラー３を透過した蛍光を集光するレンズである。共焦点絞り８は、共焦点レンズ６の後側焦点位置に共焦点ピンホール７が設けられたピンホール板である。コリメートレンズ９は、共焦点絞り８の共焦点ピンホール７を通過した蛍光をコリメートして光検出装置１０に導くレンズであり、コリメートレンズ９の前側焦点位置に共焦点ピンホール７が位置するように配置されている。
【００１３】
光検出装置１０は、窓部材を介して光を受光する受光面を有する光検出器を備えている。光検出器は、例えば、保護ガラスで覆われた光電面を有し、外部光電効果を利用して光電変換を行う、光電子増倍管（ＰＭＴ）、ハイブリッド型光検出器（ＨＰＤ）であってもよい。また、内部光電効果を利用して光電変換行う、フォトダイオードであってもよい。なお、受光面が露出しておらず窓部材を介して光を受光する光検出器であれば、特にこれらに限られない。また、窓部材は、光を透過する部材であればよく、例えば、石英ガラスやサファイアガラスなどのガラスであってもよい。以降では、光検出装置１０が光電子増倍管を備える例で説明する。
【００１４】
以上のように構成された顕微鏡１は、スキャナ４を用いてレーザ光でサンプルＳを走査して、サンプルＳの各位置からの蛍光を光検出装置１０で検出する。そして、図示しない画像処理装置が、光検出装置１０からの信号を変換した信号（輝度信号）と図示しない走査ユニットからの信号に基づいて、画像データを生成する。
【００１５】
図２は、光検出装置１０の構成を示した図である。光検出装置１０は、ヘッドオン型の光電子増倍管１１と、反射部材１３を備えている。光電子増倍管１１は、受光面である光電面１２を有していて、入射窓１１ａは、光を透過する部材からなる窓部材である。光電面１２は、入射窓１１ａを介して光を受光し電荷に変換する。反射部材１３は、例えば、光電子増倍管１１に反射面を向けたミラーである。
【００１６】
光電子増倍管１１に入射した光のほとんどは、入射窓１１ａを透過して光電面１２に入射するが、その一部は、入射窓１１ａで反射する。光電子増倍管１１は、図２に示すように、コリメートレンズ９でコリメートされた光に対してわずかに傾斜して配置されている。このため、入射窓１１ａで反射した光は、コリメートレンズ９から光電子増倍管１１へ向かうときとは異なる方向へ進行する。
【００１７】
反射部材１３は、入射窓１１ａで反射した光が入射する位置に配置された平面ミラーであり、反射部材１３へ入射した光が反射部材１３で反射して光電子増倍管１１へ、より望ましくは、光電面１２へ向うような向きに配置されている。即ち、反射部材１３は、入射窓１１ａで反射した光を光電子増倍管１１へ導く部材である。
【００１８】
以上のように構成された光検出装置１０では、入射窓１１ａを透過することなく反射した光が再び入射窓１１ａへ入射して光電面１２で受光される。このため、光検出装置１０によれば、より多くの光を光電面１２に到達させることができるため、光検出装置１０に入射した光を効率よく検出することができる。つまり、高い光検出効率を実現することができる。また、光検出装置１０は、反射部材１３を光電子増倍管１１の近傍に配置するだけで、上記の効果を奏する。反射部材１３は、ミラーなどの比較的廉価な部材であり、また、反射防止膜に比べて波長に依存した性能の変動が少ない。従って、光検出装置１０によれば、波長依存性を抑えながら、高い光検出効率を安価に実現することができる。
【００１９】
なお、以上では、顕微鏡１が蛍光顕微鏡である例を示したが、顕微鏡１は蛍光顕微鏡に限られない。顕微鏡１は、例えば、ダイクロイックミラー３の代わりに偏光ビームスプリッタを備え、さらに、偏光ビームスプリッタと走査光学系５の間に１／４λ板を備えることで、サンプルＳで反射したレーザ光を検出する工業用の共焦点顕微鏡として構成されてもよい。
【００２０】
［実施例２］
図３は、本実施例に係る光検出装置２０の構成を示した図である。光検出装置２０は、反射部材１３の代わりに反射部材１４を備える点が、図２に示す光検出装置１０とは異なっている。なお、本実施例に係る顕微鏡は、光検出装置１０の代わりに光検出装置２０を備える点を除き、図１に示す顕微鏡１と同様である。
【００２１】
反射部材１４は、開口１４ａを有する点が、反射部材１３とは異なっている。また、反射部材１４は、コリメートレンズ９でコリメートされた光が開口１４ａを通るように配置されている点も、反射部材１３と異なっている。その他の点は、反射部材１３と同様であり、反射部材１４は、入射窓１１ａで反射した光を光電子増倍管１１へ導く部材である。
【００２２】
光検出装置２０でも、入射窓１１ａを透過することなく反射した光が、反射部材１４で反射し、再び入射窓１１ａへ入射して光電面１２で受光される。従って、光検出装置２０によっても、光検出装置１０と同様に、波長依存性を抑えながら、高い光検出効率を安価に実現することができる。また、光検出装置２０では、反射部材１４は検出対象となる光の光路上に配置されるため、既存の光検出装置のレイアウトを大きく変更することない。このため、スペース効率がよく、上記の効果を得ることができる。
【００２３】
［実施例３］
図４は、本実施例に係る光検出装置３０の構成を示した図である。光検出装置３０は、光学系１５を備える点、光学系１５と光電子増倍管１１の間に反射部材１４が位置する点が、図３に示す光検出装置２０とは異なっている。なお、本実施例に係る顕微鏡は、光検出装置１０の代わりに光検出装置３０を備える点を除き、図１に示す顕微鏡１と同様である。
【００２４】
光学系１５は、コリメートレンズ９でコリメートされた光を開口１４ａに集光させる光学系である。即ち、光検出装置３０では、共焦点ピンホール７と光学的に共役な位置に開口１４ａが形成されている。
【００２５】
光検出装置３０でも、光検出装置１０及び光検出装置２０と同様に、波長依存性を抑えながら、高い光検出効率を安価に実現することができる。また、光検出装置２０と同様に、反射部材１４が検出対象となる光の光路上に配置されるため、既存の光検出装置のレイアウトを大きく変更することなく、上記の効果を得ることができる。さらに、光検出装置３０によれば、光学系１５により開口１４ａに光が集光するため、コリメートレンズ９でコリメートされた光を遮ることなく開口１４ａのサイズを小さくすることができる。開口１４ａのサイズを小さくすることで、入射窓１１ａで反射した光が開口１４ａを通過することを抑制することができるため、より高い光検出効率を実現することが可能となる。
【００２６】
［実施例４］
図５は、本実施例に係る光検出装置４０の構成を示した図である。光検出装置４０は、光学系１６を備える点が、図４に示す光検出装置３０とは異なっている。なお、本実施例に係る顕微鏡は、光検出装置１０の代わりに光検出装置４０を備える点を除き、図１に示す顕微鏡１と同様である。
【００２７】
光学系１６は、開口１４ａを通過した光をコリメートする光学系であり、反射部材１４と光電子増倍管１１の間に配置される。光電子増倍管１１の入射窓１１ａと光学系１６の光軸との交点は、光学系１６のほぼ後側焦点位置となるよう配置されるのが望ましい。光検出装置４０は、開口１４ａを通過した光をコリメートする光学系１６（第１の光学系）と開口１４ａに光を集光させる光学系１５（第２の光学系）を備えている。光検出装置４０では、入射窓１１ａで反射した光（即ち、入射窓１１ａへ入射した光の一部である入射窓１１ａで反射した光）は、光学系１６により反射部材１４上に集光する。集光した光は反射部材１４で反射し、再度光学系１６でコリメートされ、光電子増倍管１１に向う。
【００２８】
光検出装置４０でも、実施例１から実施例３に係る光検出装置と同様に、波長依存性を抑えながら、高い光検出効率を安価に実現することができる。また、光検出装置３０と同様に、反射部材１４が検出対象となる光の光路上に配置されるため、既存の光検出装置のレイアウトを大きく変更することなく、上記の効果を得ることができる。さらに、光検出装置４０では、光検出装置３０と同様に開口１４ａのサイズを小さくすることができることに加えて、光学系１６により反射部材１４に光（反射光）を集光させることができる。このため、入射窓１１ａで反射した光が開口１４ａを通過することを更に抑制することが可能であり、更に高い光検出効率を実現することが可能となる。また、光電子増倍管１１の入射窓１１ａと光学系１６の光軸との交点が光学系１６のほぼ後側焦点位置に一致している場合には、入射窓１１ａで反射した光は、光学系１６で光学系１６の光軸とおよそ平行な方向に屈折する。このため、光電子増倍管１１へ反射部材１４によって比較的容易に再入射させることができる。
【００２９】
［実施例５］
図６は、本実施例に係る光検出装置５０の構成を示した図である。光検出装置５０は、反射部材１４の代わりに反射部材１７を備える点が、図４に示す光検出装置３０とは異なっている。なお、本実施例に係る顕微鏡は、光検出装置１０の代わりに光検出装置５０を備える点を除き、図１に示す顕微鏡１と同様である。
【００３０】
反射部材１７は、光電子増倍管１１に取り付けて使用される入射窓１１ａを覆う略半球状の反射部材であり、光電子増倍管１１に取り付けられたときに、入射窓１１ａを覆うように構成されている。反射部材１７は、略半球状の反射部材１７の頂点部分に開口１７ａを有し、コリメートレンズ９でコリメートされた光が開口１７ａを通るように配置されている。なお、反射部材１７の光電子増倍管１１に向けた内面は反射面である。反射部材１７は、例えば、積分球を半分に割りさらに開口１７ａを形成したものであってもよい。
【００３１】
光検出装置５０でも、実施例１から実施例４に係る光検出装置と同様に、波長依存性を抑えながら、高い光検出効率を安価に実現することができる。また、光検出装置３０と同様に、反射部材１４が検出対象となる光の光路上に配置されるため、既存の光検出装置のレイアウトを大きく変更することなく、上記の効果を得ることができる。さらに、光検出装置５０では、入射窓１１ａが反射部材１７に覆われているため、入射窓１１ａで反射した光をより確実に光電子増倍管１１に再入射させることができる。
【００３２】
［実施例６］
図７は、本実施例に係る光検出装置６０の構成を示した図である。光検出装置６０は、反射部材１７の代わりに箱形状の反射部材１８を備える点が、図６に示す光検出装置５０とは異なっている。なお、本実施例に係る顕微鏡は、光検出装置１０の代わりに光検出装置６０を備える点を除き、図１に示す顕微鏡１と同様である。
【００３３】
なお、反射部材１８は、箱形状に限らず、光電子増倍管１１の入射窓１１ａを覆う形状であればよい。例えば、光電子増倍管１１の入射窓１１ａの形状が円であれば円筒形状であってもよい。
【００３４】
反射部材１８は、平面部材を組み合わせた形状を有する点を除き、反射部材１７と同様であり、開口１７ａの代りに開口１８ａが形成されている。光検出装置６０によっても、光検出装置５０と同様の効果を得ることができる。
【００３５】
［実施例７］
図８は、本実施例に係る光検出装置７０の構成を示した図である。光検出装置７０は、反射部材１８の代わりに反射部材１９を備える点が、図７に示す光検出装置６０とは異なっている。なお、本実施例に係る顕微鏡は、光検出装置１０の代わりに光検出装置７０を備える点を除き、図１に示す顕微鏡１と同様である。
【００３６】
反射部材１９は、平面部材を組み合わせた形状を有する点は反射部材１８と同様であるが、開口１９ａが形成される位置が開口１８ａの位置とは異なる。また、光電子増倍管１１は光学系１５に対してやや傾斜して配置されている。光検出装置７０によっても、光検出装置６０と同様の効果を得ることができる。特に入射窓１１ａで１度目に反射した光（即ち、入射窓１１ａに最初に入射した光の一部である入射窓１１ａで最初に反射した光）が、開口１９ａを通過することが減るので、より確実に光電子増倍管１１に再入射させることができる。また、光検出装置７０では、光検出装置６０よりも少ない枚数の平面部材で反射部材１９を構成することができる。
【００３７】
［実施例８］
図９は、本実施例に係る光検出装置８０の構成を示した図である。光検出装置８０は、サイドオン型の光電子増倍管８１と、反射部材８３を備えている。光電子増倍管１１は、受光面である光電面８２を有していて、入射窓８１ａは、光を透過する部材からなる窓部材である。光電面８２は、入射窓８１ａを介して光を受光し電荷に変換する。
【００３８】
反射部材８３は、側面に開口８３ａが形成された筒形状を有し、内面がミラーで構成されている。反射部材８３は、反射部材８３の内部に光電子増倍管８１が配置された上で、コリメートレンズ９でコリメートされた光が開口８３ａを通るように配置されている。反射部材８３は、反射部材８３の曲率中心が、入射窓８１ａの曲率中心とおよそ一致するように配置されてもよい。
【００３９】
光検出装置８０では、入射窓８１ａを透過することなく反射した光が反射部材８３で反射し再び入射窓８１ａへ入射して光電面８２で受光される。光検出装置８０によっても、実施例１から実施例７に係る光検出装置と同様に、波長依存性を抑えながら、高い光検出効率を安価に実現することができる。
【００４０】
［実施例９］
図１０は、本実施例に係る光検出装置９０の構成を示した図である。光検出装置９０は、光学系１５を備える点が、図９に示す光検出装置８０とは異なっている。なお、本実施例に係る顕微鏡は、光検出装置１０の代わりに光検出装置９０を備える点を除き、図１に示す顕微鏡１と同様である。
【００４１】
光学系１５は、コリメートレンズ９でコリメートされた光を開口８３ａに集光させる光学系である。即ち、光検出装置９０では、共焦点ピンホール７と光学的に共役な位置に開口８３ａが形成されている。
【００４２】
光検出装置９０でも、実施例１から実施例８に係る光検出装置と同様に、波長依存性を抑えながら、高い光検出効率を安価に実現することができる。また、光検出装置９０によれば、光学系１５により開口８３ａに光が集光するため、コリメートレンズ９でコリメートされた光を遮ることなく開口８３ａのサイズを小さくすることができる。開口８３ａのサイズを小さくすることで、入射窓８１ａで反射した光が開口８３ａを通過することを抑制することができるため、より高い光検出効率を実現することが可能となる。
【００４３】
［実施例１０］
図１１は、本実施例に係る分光器１００の構成を示した図である。分光器１００は、スリット板１０１と、回折格子１０２と、スリット板１０３と、図２に示す光検出装置１０を備えている。
【００４４】
スリット板１０１に形成された入射スリット１０１ａから分光器１００に入射した光は、凹面回折格子である回折格子１０２に入射する。回折格子１０２は、光を分散させて分光するとともに、光検出装置１０の前面に配置されたスリット板１０３上に光を集光させる。スリット板１０３には、入射スリット１０１ａと光学的に共役な位置に出射スリット１０３ａが形成されている。スリット板１０３は、出射スリット１０３ａの位置を波長分散方向に移動させることができる。このため、分光器１００では、出射スリット１０３ａの位置を移動させることで、光の波長域を特定して、光検出装置１０で光を検出することができる。
【００４５】
上述した実施例は、発明の理解を容易にするために具体例を示したものであり、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。光検出装置、顕微鏡、及び、分光器は、特許請求の範囲に記載した本発明の範囲を逸脱することなく、さまざまな変形、変更が可能である。
【００４６】
実施例１から実施例９では、共焦点顕微鏡を例示したが、顕微鏡１は、共焦点顕微鏡に限られず、例えば、二光子励起顕微鏡などの他の顕微鏡であってもよい。また、実施例１０では、光検出装置１０を備える分光器を例示したが、分光器は、実施例１に係る光検出装置１０の代わりに、他の実施例に係る光検出装置を備えてもよい。また、実施例１０では、分光器が光検出装置とは別に、出射スリットが形成されたスリット板を備える例を示したが、出射スリットが形成されたスリット板は、光検出装置に含まれてもよい。その場合、出射スリットが形成されたスリット板は、窓部材で反射した光を光検出器へ導く反射部材を兼ねてもよい。また、上述した実施例において、反射部材に設けられる開口は、貫通孔ではなく光を透過する透過部材であってもよい。また、上述した実施例では、反射部材での反射回数については特に言及していないが、１回以上反射すればよく、例えば、入射窓→反射部材→入射窓→反射部材→入射窓、のように、２回又はそれ以上、反射部材で反射してもよい。また、分光器１００は光検出装置１０の代わりにマルチチャンネルの光検出装置を備えてもよい。
【符号の説明】
【００４７】
１              顕微鏡
２              レーザ
３              ダイクロイックミラー
４              スキャン
５              走査光学系
６              共焦点レンズ
７              共焦点ピンホール
８              共焦点絞り
９              コリメートレンズ
１０、２０、３０、４０、５０、６０、７０、８０、９０    光検出装置
１１、８１      光電子増倍管
１１ａ、８１ａ  入射窓
１２、８２      光電面
１３、１４、１７、１８、１９、８３    反射部材
１４ａ、１７ａ、１８ａ、１９ａ、８３ａ    開口
１５、１６      光学系
１００          分光器
１０１、１０３  スリット板
１０１ａ        入射スリット
１０２          回折格子
１０３ａ        出射スリット
【図１】
2017037001.tif 000003
【図２】
2017037001.tif 000004
【図３】
2017037001.tif 000005
【図４】
2017037001.tif 000006
【図５】
2017037001.tif 000007
【図６】
2017037001.tif 000008
【図７】
2017037001.tif 000009
【図８】
2017037001.tif 000010
【図９】
2017037001.tif 000011
【図１０】
2017037001.tif 000012
【図１１】
2017037001.tif 000013