特開 2023-181129 撮像デバイスのための光源ユニットおよび方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023181129

(43)【公開日】2023-12-21

(54)【発明の名称】撮像デバイスのための光源ユニットおよび方法

(51)【国際特許分類】

   G02B 21/06 20060101AFI20231214BHJP

   G02B 5/20 20060101ALI20231214BHJP

   G01N 21/64 20060101ALI20231214BHJP

   G02B 21/36 20060101ALN20231214BHJP

   G02F 1/37 20060101ALN20231214BHJP

   G02F 1/365 20060101ALN20231214BHJP

【ＦＩ】

G02B21/06

G02B5/20

G01N21/64 E

G02B21/36

G02F1/37

G02F1/365

【審査請求】未請求

【請求項の数】17

【出願形態】ＯＬ

【外国語出願】

(21)【出願番号】P 2023094671

(22)【出願日】2023-06-08

(31)【優先権主張番号】22178228

(32)【優先日】2022-06-09

(33)【優先権主張国・地域又は機関】EP

(71)【出願人】

【識別番号】511079735

【氏名又は名称】ライカ マイクロシステムズ シーエムエス ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング

【氏名又は名称原語表記】Ｌｅｉｃａ Ｍｉｃｒｏｓｙｓｔｅｍｓ ＣＭＳ ＧｍｂＨ

【住所又は居所原語表記】Ｅｒｎｓｔ－Ｌｅｉｔｚ－Ｓｔｒａｓｓｅ １７－３７， Ｄ－３５５７８ Ｗｅｔｚｌａｒ， Ｇｅｒｍａｎｙ

(74)【代理人】

【識別番号】100114890

【弁理士】

【氏名又は名称】アインゼル・フェリックス＝ラインハルト

(74)【代理人】

【識別番号】100098501

【弁理士】

【氏名又は名称】森田 拓

(74)【代理人】

【識別番号】100116403

【弁理士】

【氏名又は名称】前川 純一

(74)【代理人】

【識別番号】100134315

【弁理士】

【氏名又は名称】永島 秀郎

(74)【代理人】

【識別番号】100162880

【弁理士】

【氏名又は名称】上島 類

(72)【発明者】

【氏名】マヌエル クレーマー

【テーマコード（参考）】

2G043

2H052

2H148

2K102

【Ｆターム（参考）】

2G043AA03

2G043EA01

2G043FA02

2G043GA06

2G043GB28

2G043HA09

2G043JA03

2G043KA02

2G043KA09

2G043LA03

2H052AA08

2H052AA09

2H052AC13

2H052AC27

2H052AC34

2H052AD34

2H052AF14

2H148AA12

2H148AA14

2H148AA19

2K102AA08

2K102AA32

2K102BA18

2K102BA20

2K102BB02

2K102BB03

2K102BC01

2K102BD09

2K102DA01

2K102DA06

2K102DA10

2K102DA20

2K102DD05

2K102DD10

2K102EB10

2K102EB20

(57)【要約】      （修正有）

【課題】広範なスペクトルを有するレーザー光を生成するための費用効果の高い光源ユニットおよび方法を提供する。
【解決手段】撮像デバイスのための光源ユニット（１００）は、広帯域レーザー光（１０４）を受光し、第１の波長を有する広帯域レーザー光（１０４）の少なくとも一部を増幅器ビーム路（１０８）へ配向し、残りのレーザー光を第１の照明ビーム路（１１０）へ配向するように構成された、ビーム抽出ユニット（１０６，３０２）を備えている。光源ユニット（１００）はまた、増幅器ビーム路（１０８）内に配置され、第１の波長を有するレーザー光を増幅するように構成された、光増幅器ユニット（１１２）を備えている。光源ユニット（１００）はさらに、増幅器ビーム路（１０８）内に配置され、第１の波長を有する増幅されたレーザー光から第２の波長を有するレーザー光を生成するように構成された、周波数変更ユニット（１１４）を備えている。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

撮像デバイス（８００）のための光源ユニット（１００，２００，３００，４００）であって、前記光源ユニット（１００，２００，３００，４００）は、
広帯域レーザー光（１０４）を受光し、第１の波長を有する広帯域レーザー光（１０４）の少なくとも一部を増幅器ビーム路（１０８）へ配向し、残りのレーザー光を第１の照明ビーム路（１１０）へ配向するように構成されたビーム抽出ユニット（１０６，３０２）と、
前記増幅器ビーム路（１０８）内に配置され、前記第１の波長を有するレーザー光を増幅するように構成された光増幅器ユニット（１１２）と、
前記増幅器ビーム路（１０８）内に配置され、前記第１の波長を有する増幅されたレーザー光から第２の波長を有するレーザー光を生成するように構成された周波数変更ユニット（１１４）と、
を備える光源ユニット（１００，２００，３００，４００）。

【請求項2】

前記周波数変更ユニット（１１４）は、前記第２の波長を有するレーザー光を第２の照明ビーム路（２０２）へ配向するように構成されている、
請求項１記載の光源ユニット（２００，４００）。

【請求項3】

前記光源ユニット（１００，３００）は、前記第２の波長を有するレーザー光を前記第１の照明ビーム路（１１０）へ結合するように構成されたビーム統合ユニット（１１６，３０８）を備える、
請求項１記載の光源ユニット（１００，３００）。

【請求項4】

前記光源ユニット（１００，２００，３００，４００）は、前記第１の照明ビーム路（１１０）および前記第２の照明ビーム路（２０２）のうちの少なくとも１つ内に配置された少なくとも１つの音響光学波長可変フィルタ（１１８，２０４）を備えている、
請求項１から３までのいずれか１項記載の光源ユニット（１００，２００，３００，４００）。

【請求項5】

前記ビーム抽出ユニット（３０２）は、第１の偏光を有する広帯域レーザー光（１０４）の少なくとも一部を前記増幅器ビーム路（１０８）へ配向し、第２の偏光を有するレーザー光を前記第１の照明ビーム路（１１０）へ配向するように構成されている、
請求項１から４までのいずれか１項記載の光源ユニット（３００，４００）。

【請求項6】

前記ビーム抽出ユニット（１０６，３０２）は、エッジフィルタ、特にショートパスフィルタを備えている、
請求項１から５までのいずれか１項記載の光源ユニット（１００，２００，３００，４００）。

【請求項7】

前記ビーム抽出ユニット（１０６，３０２）は、前記第１の波長に等しい中心波長を有するバンドパスを備えている、
請求項１から５までのいずれか１項記載の光源ユニット（１００，２００，３００，４００）。

【請求項8】

前記周波数変更ユニット（１１４）は、前記第１の波長を有する増幅された光から前記第２の波長を有するレーザー光を生成するためにパラメトリックプロセスを実行するように構成されている、
請求項１から７までのいずれか１項記載の光源ユニット（１００，２００，３００，４００）。

【請求項9】

前記パラメトリックプロセスは、第２次高調波の発生またはより高次の高調波の発生である、
請求項８記載の光源ユニット（１００，２００，３００，４００）。

【請求項10】

前記周波数変更ユニット（１１４）は、第１のコリメートレンズ、非線形光学結晶および第２のコリメートレンズを含み、前記第１のコリメートレンズ、前記非線形光学結晶および前記第２のコリメートレンズは、前記増幅器ビーム路（１０８）内にこの順序で配置されており、前記非線形光学結晶は、好ましくは、周期的に分極反転されたニオブ酸リチウム結晶またはホウ酸バリウム結晶である、
請求項９記載の光源ユニット（１００，２００，３００，４００）。

【請求項11】

前記第２の波長は、３５０ｎｍ～４５０ｎｍの値、特に３８０ｎｍ～４２０ｎｍの値を有する、
請求項１から１０までのいずれか１項記載の光源ユニット（１００，２００，３００，４００）。

【請求項12】

前記第１の波長は、７００ｎｍ～９００ｎｍの値、特に７６０ｎｍ～８４０ｎｍの値を有する、
請求項１から１１までのいずれか１項記載の光源ユニット（１００，２００，３００，４００）。

【請求項13】

前記光源ユニット（１００，２００，３００，４００）は、広帯域レーザー光（１０４）を生成して前記広帯域レーザー光（１０４）を前記ビーム抽出ユニット（１０６，３０２）へ配向するように構成されたスーパーコンティニウム光源（１０２）を備える、
請求項１から１２までのいずれか１項記載の光源ユニット（１００，２００，３００，４００）。

【請求項14】

前記光源ユニット（１００，２００，３００，４００）は、光増幅器制御ユニット（８２０）を備え、前記スーパーコンティニウム光源（１０２）は、パルス化されており、前記光増幅器制御ユニット（８２０）は、前記スーパーコンティニウム光源（１０２）のパルスレートに従って前記光増幅器ユニット（１１２）のパラメータを設定するように構成されている、
請求項１３記載の光源ユニット（１００，２００，３００，４００）。

【請求項15】

前記光源ユニット（１００，２００，３００，４００）は、光増幅器制御ユニット（８２０）を備え、前記光増幅器制御ユニット（８２０）は、前記スーパーコンティニウム光源（１０２）のパワーに従って前記光増幅器ユニット（１１２）のパラメータを設定するように構成されている、
請求項１３または１４記載の光源ユニット（１００，２００，３００，４００）。

【請求項16】

請求項１から１５までのいずれか１項記載の光源ユニット（１００，２００，３００，４００）を備えた撮像デバイス（８００）。

【請求項17】

レーザー光を生成する方法であって、前記方法は、
ａ）広帯域レーザー光（１０４）を受光するステップと、
ｂ）第１の波長を有する広帯域レーザー光（１０４）の少なくとも一部を増幅器ビーム路（１０８）へ配向し、残りのレーザー光を第１の照明ビーム路（１１０）へ配向するステップと、
ｃ）前記第１の波長を有する光を増幅するステップと、
ｄ）前記第１の波長を有する増幅された光から第２の波長を有する光を生成するステップと、
を含む方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、撮像デバイスのための光源ユニットに関する。本発明は、さらに、レーザー光を生成する方法に関する。

【背景技術】

【0002】

典型的なレーザー光源は、単一の波長を中心とする非常に狭い波長帯域を含むレーザー光を生成する。一方、広帯域レーザー光源は、しばしば連続体（continuum）と称される波長の広範なスペクトルを含むレーザー光を生成する。広範なスペクトルを生成するための１つの一般的な方法は、パルスレーザーと組み合わせて、微細構造ガラス繊維、例えばフォトニック結晶ファイバ（ＰＣＦ：photonic crystal fiber）を使用することである。

【0003】

広帯域レーザー光源は、蛍光顕微鏡における多用途の励起光源として使用されている。通常、音響光学波長可変フィルタは、広範なスペクトルから１つ以上のスペクトル帯域の波長を含むレーザー光を選択するために使用される。次に、選択されたレーザー光が、試料中に位置するフルオロフォアを励起するために試料へと配向される。特定の蛍光色素またはタンパク質に対する最適な励起波長は、音響光学波長可変フィルタを調整することによって、広帯域レーザー光の広範なスペクトルから容易に選択することができる。これは、高い励起効率をもたらし、例えば試料を過度に励起することによって試料に応力を生じさせることなく、高品質の顕微鏡画像を取得することが可能になる。

【0004】

しかしながら、フレキシビリティを最大限に高めるために、蛍光顕微鏡法において使用される光源は、それぞれ異なる励起スペクトルを有する複数の異なる蛍光色素および蛍光タンパク質を励起できる必要がある。したがって、蛍光顕微鏡法における励起源としての使用が意図される広帯域レーザー光源は、可視スペクトル全体にわたって励起光を放出することができなければならない。しかしながら、単一のレーザー光源からこうした広範なスペクトルを生成することは非常に複雑であり、したがって高価となる。特に、短波長のレーザー光を発生させる場合、広帯域レーザー光源に典型的に使用される微細構造ガラスファイバは、増大する応力の作用を大きく被り、その結果、寿命が低下する。したがって、広帯域レーザー光源は、可視スペクトルの短波長領域、すなわち約４００ｎｍの青色スペクトル範囲において光出力を有さないか、または不十分な光出力しか有さないことが多い。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

したがって、可視スペクトルの短波長領域を含む広範なスペクトルを有するレーザー光を生成するための費用効果の高い手段を提供する撮像デバイスのための光源ユニットおよび方法を提供することが目的である。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上述した目的は、各独立請求項の主題によって達成される。有利な実施形態は、各従属請求項および以下の説明において定義される。

【0007】

提案する撮像デバイスのための光源ユニットは、広帯域レーザー光を受光し、第１の波長を有する広帯域レーザー光の少なくとも一部を増幅器ビーム路へ配向し、残りのレーザー光を第１の照明ビーム路へ配向するように構成された、ビーム抽出ユニットを備えている。光源ユニットはまた、増幅器ビーム路内に配置され、第１の波長を有するレーザー光を増幅するように構成された、光増幅器ユニットを備えている。光源ユニットはさらに、増幅器ビーム路内に配置され、第１の波長を有する増幅されたレーザー光から第２の波長を有するレーザー光を生成するように構成された、周波数変更ユニットを備えている。

【0008】

第１の波長を有するレーザー光は、広帯域レーザー光から抽出されて、照明ビーム路とは別個の増幅器ビーム路へ配向される。増幅器ビーム路では、第１の波長を有するレーザー光が増幅される。次に、増幅されたレーザー光が、第１の波長から第２の波長へと周波数シフトされる。この構成は、広帯域レーザー光のスペクトルの外側にある第２の波長を有するレーザー光を生成するために使用することができる。これにより、提案する光源ユニットは、広帯域レーザー光のスペクトルを、特に可視スペクトルの短波長領域、すなわち４００ｎｍ付近のスペクトルの青色部分へと拡張する手段を提供する。

【0009】

したがって、広帯域レーザー光の１つの光源のみが使用され、追加のレーザー光源を必要としないため、提案する光源ユニットは非常に費用効果の高いものとなる。提案する光源ユニットはまた、同じ理由で非常にコンパクトにすることができる。短波長レーザー光は、広帯域レーザー光源の外部で生成される。したがって、短波長レーザー光は、こうした光源において典型的に使用される微細構造ファイバを損傷することがなく、これにより、広帯域レーザー光の光源の寿命を延ばすことができる。さらに、広帯域レーザー光のための光源がパルス化された場合、第２の波長を有するレーザー光も残りのレーザー光と同期される。これは、蛍光寿命に基づく蛍光撮像の用途にとって特に重要であり、光源ユニットをさらなる用途、例えばパルスインターリーブ励起顕微鏡法に使用することが可能となる。

【0010】

一実施形態では、周波数変更ユニットが、第２の波長を有するレーザー光を第２の照明ビーム路へ配向するように構成される。本実施形態では、光源ユニットは、２つの別個の照明ビーム路を含む。また、残りのレーザー光と第２の波長のレーザー光とを独立して使用することができるため、光源ユニットの汎用性をさらに高めることができる。

【0011】

別の実施形態では、光源ユニットが、第２の波長を有するレーザー光を第１の照明ビーム路に結合するように構成されたビーム統合ユニットを備える。本実施形態では、光源ユニットは、１つの照明ビーム路のみを含む。残りのレーザー光および第２の波長を有するレーザー光の両方は、位相同期レーザー光の単一ビームに結合される。得られた励起光の単一ビームは、広範なスペクトルを有し、種々の異なる蛍光色素および／または蛍光タンパク質を励起するために使用することができる。

【0012】

別の実施形態では、光源ユニットが、第１の照明ビーム路および第２の照明ビーム路のうちの少なくとも１つ内に配置された少なくとも１つの音響光学波長可変フィルタを備える。例えば、音響光学波長可変フィルタは、ビーム統合ユニットに続く単一の照明ビーム路内に配置されてもよい。こうした実施形態では、音響光学波長可変フィルタは、光源ユニットによって提供される拡張スペクトルから特定の励起波長または波長帯域を選択するために使用することができる。これにより、光源ユニットは、多数の異なるフルオロフォアを励起可能な非常にフレキシブルな励起光源を提供する。こうした励起光源は、例えば、蛍光顕微鏡法、特に走査型および／または共焦点顕微鏡法において非常に有利に使用することができる。２つの照明ビーム路の各々に１つの音響光学波長可変フィルタを配置することも可能である。第２の照明ビーム路内の追加の音響光学波長可変フィルタは、第２の波長を有するレーザー光がオンに切り替えられるか否かを選択するために、または第２の波長を有するレーザー光の強度を調整するために使用することができる。代替的に、光増幅器ユニットは、第２の波長を有するレーザー光が生成されないように制御されうる。

【0013】

別の実施形態では、ビーム抽出ユニットが、第１の偏光を有する広帯域レーザー光の少なくとも一部を増幅器ビーム路へ配向し、第２の偏光を有するレーザー光を第１の照明ビーム路へ配向するように構成される。これは、例えば、偏光ビームスプリッタによって達成することができる。

【0014】

代替的にまたは付加的に、音響光学波長可変フィルタは、特定の偏光（すなわち、ｓ偏光またはｐ偏光のいずれか）の光をフィルタリングする。したがって、音響光学波長可変フィルタを使用して特定の励起波長または特定の波長帯域を選択する場合、音響光学波長可変フィルタによってフィルタリングされる偏光を有する光は、例えば励起光としては利用することができない。別の形態では使用されないレーザー光が広帯域レーザー光から抽出され、第２の波長を有するレーザー光を生成するために使用されることにより、広帯域レーザー光が浪費されず、光源ユニットがより効率的となる。第２の波長を有するレーザー光と残りのレーザー光とを結合して一緒に戻すために、第２の波長を有するレーザー光の偏光は、例えば波長板またはプリズムまたは単純なミラー構成によって変更する必要がある。

【0015】

別の実施形態では、ビーム抽出ユニットは、エッジフィルタ、特にショートパスフィルタを備える。エッジフィルタは、中心波長より上の波長または中心波長より下の波長を有する光を遮断する。本実施形態では、ビーム抽出ユニットが中心波長を超える波長を有する広帯域レーザー光の大部分を増幅器ビーム路へ配向するという意味で、ビーム抽出ユニットは、エッジフィルタと同様に、特にショートパスフィルタと同様に、機能する。残りのレーザー光、すなわち中心波長未満の波長を有する広帯域レーザー光の大部分は、第１の照明ビーム路へ配向される。エッジフィルタは、特に、ビーム分割素子、例えばダイクロイックビームスプリッタによって実現することができる。代替的に、ビーム分割素子と光増幅器ユニットとの間に専用フィルタ素子が配置されてもよい。エッジフィルタとして機能するダイクロイックビームスプリッタおよび専用フィルタ素子の両方は、例えば音響光学波長可変フィルタよりも安価であり、これにより、ビーム抽出ユニットの費用効果がより高くなる。

【0016】

別の実施形態では、ビーム抽出ユニットは、第１の波長に等しい中心波長を有するバンドパスを含む。バンドパスは、中心波長付近の波長帯域以外の光の全ての波長を遮断するフィルタである。本実施形態では、ビーム抽出ユニットが中心波長を中心とする波長帯域内の波長を有する広帯域レーザー光の大部分を増幅器ビーム路へ配向するという意味で、ビーム抽出ユニットはバンドパスフィルタと同様に機能する。バンドパスは、特にビーム分割素子、例えばダイクロイックビームスプリッタによって実現することができる。代替的に、ビーム分割素子と光増幅器ユニットとの間に専用のフィルタ素子が配置されてもよい。前述の実施形態と同様に、バンドパスフィルタとして機能するダイクロイックビームスプリッタおよび専用フィルタ素子は、例えば、音響光学波長可変フィルタよりも安価であり、これにより、ビーム抽出ユニットの費用効果がより高くなる。

【0017】

別の実施形態では、周波数変更ユニットが、第１の波長を有する増幅された光から第２の波長を有するレーザー光を生成するためにパラメトリックプロセスを実行するように構成される。パラメトリックプロセスは、第１の波長から第２の波長への波長シフトを達成するために非線形光学効果を使用する。特に、パラメトリックプロセスは、第２次高調波の発生またはより高次の高調波の発生である。第２次高調波の発生中、増幅された光の周波数は２倍となり、すなわち、増幅光の波長は半分になる。より高次の高調波発生中には、増幅された光の周波数は、整数係数だけ変化する。例えば、第３次高調波の発生の間、周波数は３倍となり、第４次高調波の発生の間、周波数は４倍となり、以下同様である。パラメトリックプロセスによって、広帯域レーザー光から抽出された光から、より短い波長の光が生成される。これにより、広帯域レーザー光のスペクトルは短波長領域に向かって拡張され、光源ユニットがさらにいっそう多用途となる。

【0018】

別の実施形態では、周波数変更ユニットは、第１のコリメートレンズ、非線形光学結晶および第２のコリメートレンズを含み、当該第１のコリメートレンズ、当該非線形光学結晶および当該第２のコリメートレンズは増幅器ビーム路内にこの順序で配置されている。非線形光学結晶は、周期的に分極反転されたニオブ酸リチウム結晶またはホウ酸バリウム結晶であることが好ましい。しかし、非線形光学結晶として他の種類の結晶を用いてもよい。非線形光学結晶は受動光学素子であり、すなわち、これらが機能するために、せいぜい温度制御のためのペルチエ素子を含む単純な制御回路しか必要としない。したがって、周波数変更ユニットは、光源ユニットの製造をより容易にする特に単純な設計を有する。

【0019】

別の実施形態では、第２の波長は、３５０ｎｍ～４５０ｎｍの値、特に３８０ｎｍ～４２０ｎｍの値を有する。本実施形態では、第２の波長は、可視スペクトルの青色領域、すなわち短波長領域にある。この波長領域のレーザー光は、多くの蛍光撮像用途、例えば、細胞核を染色するためのフルオロフォアとしてＤＡＰＩを使用する生体実験において使用される。多くの広帯域レーザー光源は当該波長領域の光を提供せず、当該波長領域の光を提供する広帯域レーザー光源は高価であることから、本実施形態による光源ユニットは、重大な乖離を補完するものであり、広範囲の用途に使用可能な費用効果の高い広帯域レーザー光源を提供する。

【0020】

別の実施形態では、第１の波長は、７００ｎｍ～９００ｎｍの値、特に７６０ｎｍ～８４０ｎｍの値を有する。多くの広帯域レーザー光源は、赤色領域および近赤外領域のレーザー光を提供する。この光は、抽出され、増幅され、次いで３５０ｎｍ～４５０ｎｍの範囲、特に３８０ｎｍ～４２０ｎｍの範囲の光へと周波数２倍化されうる。上述したように、当該波長領域は、蛍光撮像における多くの用途にとって重要である。

【0021】

別の実施形態では、光源ユニットは、広帯域レーザー光を生成し、広帯域レーザー光をビーム抽出ユニットへ配向するように構成されたスーパーコンティニウム光源を含む。スーパーコンティニウムレーザーは、典型的には、パルスレーザー光源から広帯域レーザー光を生成するために微細構造ガラスファイバを使用するレーザー光源である。典型的には、パルスレーザー光源は、フェムト秒からピコ秒の範囲のパルス長を有し、近赤外の波長を有する光を放出する。スーパーコンティニウムレーザーによって生成される広帯域レーザー光は、シードレーザー光とも称される元のパルスレーザー光の波長よりも長い波長および短い波長の両方である。スーパーコンティニウム光源は、単一のパルスシードレーザー光源を使用するため、広帯域レーザー光または複数の単一波長を有する光を生成するために複数の異なるレーザー光源を使用する構成と比較してコンパクトとなる。したがって、スーパーコンティニウム光源を使用することにより、光源ユニットも非常にコンパクトにすることができる。

【0022】

別の実施形態では、光源ユニットは、光増幅器制御ユニットを備える。スーパーコンティニウム光源はパルス化されている。光増幅器制御ユニットは、スーパーコンティニウム光源のパルスレートに応じて光増幅器ユニットのパラメータを設定するように構成される。スーパーコンティニウム光源のパルスレートに応じて第１の波長の抽出光の増幅を行うことにより、抽出光をより効率的に増幅することができる。これにより、抽出された光の無駄な部分が少なくなり、例えばフルオロフォアを励起するために、抽出された光のより多くの部分を使用することができる。こうして、光源ユニットがより効率的となる。

【0023】

別の実施形態では、光源ユニットは、光増幅器制御ユニットを備える。光増幅器制御ユニットは、スーパーコンティニウム光源のパワーに応じて光増幅器ユニットのパラメータを設定するように構成される。本実施形態では、スーパーコンティニウム光源のパワーに応じて第１の波長の抽出光の増幅を行うことにより、抽出光をより効率的に増幅することができる。これにより、抽出された光の無駄な部分が少なくなり、例えばフルオロフォアを励起するために、抽出された光のより多くの部分を使用することができる。また、光増幅器ユニットの破損を防止することができる。こうして、光源ユニットがより効率的となる。

【0024】

本発明はまた、上述した光源ユニットを備える撮像デバイスに関する。好ましくは、撮像デバイスは、顕微鏡、特に共焦点顕微鏡および／または走査型顕微鏡である。当該撮像デバイスは、上述した光源ユニットと同様の効果を奏する。

【0025】

本発明は、さらに、レーザー光を生成する方法に関する。本方法は、広帯域レーザー光を受光するステップと、第１の波長を有する広帯域レーザー光の少なくとも一部を増幅器ビーム路へ配向するステップと、残りのレーザー光を第１の照明ビーム路へ配向するステップと、第１の波長を有する光を増幅するステップと、第１の波長を有する増幅された光から第２の波長を有する光を生成するステップと、を含む。

【0026】

本方法は、上述した光源ユニットと同じ利点を有し、光源ユニットを対象とした各従属請求項の特徴を用いて補足することができる。

【0027】

以下に、図面を参照して具体的な実施形態を説明する。

【図面の簡単な説明】

【0028】

【図1】一実施形態による撮像デバイスのための光源ユニットの概略図である。

【図2】２つの照明ビーム路を有する別の実施形態による光源ユニットの概略図である。

【図3】偏光ビームスプリッタ素子を有する別の実施形態による光源ユニットの概略図である。

【図4】偏光ビームスプリッタ素子および第２の照明ビーム路を有する別の実施形態による光源ユニットの概略図である。

【図5】広帯域レーザー光のスペクトルを概略的に示すグラフである。

【図6】増幅されたレーザー光のスペクトルを概略的に示すグラフである。

【図7】周波数変更ユニットによって生成されるレーザー光のスペクトルを概略的に示すグラフである。

【図8】一実施形態による撮像デバイスの概略図である。

【発明を実施するための形態】

【0029】

図１は、一実施形態による撮像デバイス８００のための光源ユニット１００の概略図である。

【0030】

光源ユニット１００は、広帯域レーザー光１０４を生成するように構成されたスーパーコンティニウム光源として例示的に形成された広帯域レーザー光源１０２を備える。広帯域レーザー光１０４は、可視スペクトルおよび近赤外線における広範囲の波長を有するレーザー光を含み、赤外線にまで及んでいてよい。広帯域レーザー光１０４の例示的なスペクトルについては、図５を参照して以下に説明する。広帯域レーザー光源１０２は、ビーム抽出ユニット１０６の方向に広帯域レーザー光１０４を放出するように配置および構成されている。ビーム抽出ユニット１０６は、広帯域レーザー光１０４の一部を抽出し、広帯域レーザー光１０４の抽出された部分を増幅器ビーム路１０８へ配向する。広帯域レーザー光１０４の残りの部分、すなわち抽出されなかった部分は、ビーム抽出ユニット１０６によって照明ビーム路１１０へ配向され、以下では残りのレーザー光と称される。広帯域レーザーの抽出された部分は、第１の波長を中心とする狭い波長帯域からの波長を有するレーザー光を含みうる。この場合、ビーム抽出ユニット１０６はバンドパスフィルタとして機能する。広帯域レーザーの抽出された部分は、第１の波長を含む特定の波長より上の全ての波長のレーザー光を含むこともできる。この場合、ビーム抽出ユニット１０６はエッジフィルタとして機能する。いずれの場合も、広帯域レーザーの抽出された部分は、第１の波長を有するレーザー光を含む。

【0031】

広帯域レーザーの抽出された部分は、増幅器ビーム路１０８内に配置された光増幅器ユニット１１２へ配向される。光増幅器ユニット１１２は、増幅されたレーザー光を生成するために、第１の波長を有するレーザー光を増幅するように適応化されている。増幅されたレーザー光の例示的なスペクトルについては、図６を参照して以下に説明する。次いで、増幅されたレーザー光は、増幅器ビーム路１０８内に配置された周波数変更ユニット１１４内へ配向される。周波数変更ユニット１１４は、増幅された第１の波長のレーザー光から第２の波長のレーザー光を生成する。しかしながら、周波数変更ユニット１１４は、第１の波長を有する全ての光を第２の波長を有する光に変換しない場合があるため、周波数変更ユニット１１４によって生成されるレーザー光は、第１の波長と第２の波長との両方を含みうる。周波数変更ユニット１１４によって生成されるレーザー光の例示的なスペクトルについては、図７を参照して以下に説明する。

【0032】

本実施形態では、周波数変更ユニット１１４によって生成されたレーザー光は、次いで、第１の照明ビーム路１１０と増幅器ビーム路１０８との交点に配置されたビーム統合ユニット１１６へ配向される。ビーム統合ユニット１１６は、周波数変更ユニット１１４によって生成されたレーザー光を結合して照明ビーム路１１０に戻すことによって、残りの光と周波数変更ユニット１１４によって生成されたレーザー光とを結合し、結合レーザー光とする。

【0033】

音響光学波長可変フィルタ１１８は、ビーム統合ユニット１１６の後の照明ビーム路１１０内に配置される。音響光学波長可変フィルタ１１８は、例えば、試料８０８（図８参照）内に位置するフルオロフォアを励起するために試料８０８へ配向されうる励起光を生成するために、結合レーザー光から１つ以上のスペクトル帯域をフィルタリングするために使用することができる。

【0034】

図２は、別の実施形態による光源ユニット２００の概略図である。

【0035】

図２による光源ユニット２００は、第２の照明ビーム路２０２を有する点で、図１による光源ユニット１００から区別される。第２の照明ビーム路２０２は、周波数変更ユニット１１４の後に開始し、第２の音響光学波長可変フィルタ２０４を備えている。第２の音響光学波長可変フィルタ２０４は、周波数変更ユニット１１４によって生成されたレーザー光の強度を、前記レーザー光が光源ユニット２００によって放出される前、例えば励起光として使用される前に制御するために使用される。本実施形態では、光源ユニット２００はビーム統合ユニット１１６を備えていない。第１の音響光学波長可変フィルタ１１８は、第１の照明ビーム路１１０においてビーム抽出ユニット１０６の直後に配置されている。

【0036】

図３は、別の実施形態による光源ユニット３００の概略図である。

【0037】

広帯域レーザー光１０４は、典型的には非偏光であり、すなわち、全ての偏光が広帯域レーザー光１０４に存在する。第１の音響光学波長可変フィルタユニット１１８は、ｓ偏光またはｐ偏光のいずれかを有する全てのレーザー光をフィルタリングする。これは、図１による光源ユニット１００によっては広帯域レーザー光１０４の約半分しか利用できないことを意味する。したがって、図３による光源ユニット３００は、ビーム抽出ユニット３０２が偏光に基づいて広帯域レーザー光からレーザー光を抽出するという点で、図１による光源ユニット１００から区別される。

【0038】

本実施形態によれば、ビーム抽出ユニット３０２は、第１の偏光を有するレーザー光を増幅器ビーム路１０８へ配向し、第２の偏光を有するレーザー光を第１の照明ビーム路１１０へ配向するように構成された、ビーム分割素子３０４を備えている。ビーム抽出ユニット３０２は、ビーム分割素子３０４と光増幅器ユニット１１２との間の増幅器ビーム路１０８内に配置されたフィルタ素子３０６をさらに含む。フィルタ素子３０６は任意選択手段であり、第１の波長を中心とする狭帯域以外の全ての波長をフィルタリングするように構成されたバンドパスであってよい。代替的に、フィルタ素子３０６は、特定の波長未満の全ての波長のレーザー光をフィルタリングするように構成されたエッジフィルタであってもよい。フィルタ素子３０６は、広帯域レーザーの抽出された部分を光増幅器ユニット１１２の増幅プロファイルに合うよう適応化するために、第１の波長以外の波長をフィルタリングするために使用される。

【0039】

本実施形態では、ビーム統合ユニット３０８は、周波数変更ユニット１１４によって生成されたレーザー光の偏光を第２の偏光、すなわち残りのレーザー光の偏光に変更するように構成された偏光変更素子、例えば波長板を含みうる。これにより、周波数変更ユニット１１４によって生成されたレーザー光が、第１の音響光学波長可変フィルタ１１８によってフィルタリングされず、したがって光源ユニット３００によって利用可能となることが保証される。

【0040】

図４は、別の実施形態による光源ユニット４００の概略図である。

【0041】

図４による光源ユニット４００は、第２の照明ビーム路２０２を有する点で、図３による光源ユニット３００から区別される。換言すれば、図４による光源ユニット４００は、図２による光源ユニット２００と図３による光源ユニット３００との組み合わせである。第２の照明ビーム路２０２は、第２の音響光学波長可変フィルタ２０４を備える。本実施形態では、第１の音響光学波長可変フィルタ１１８は、第２の偏光、すなわち残りのレーザー光の偏光を有するレーザー光をフィルタリングしないように構成されており、第２の音響光学波長可変フィルタ２０４は、第１の偏光、すなわち周波数変更ユニット１１４によって生成されたレーザー光の偏光を有するレーザー光をフィルタリングしないように構成されている。

【0042】

図５は、広帯域レーザー光１０４のスペクトルを概略的に示すグラフ５００である。

【0043】

グラフ５００の横座標５０２は、波長をｎｍで示している。グラフ５００の縦座標５０４は強度を示している。図５に示す広帯域レーザー光１０４の例示的なスペクトルは、約４５０ｎｍの可視スペクトルの青色領域から約８５０ｎｍの近赤外領域までの波長を含む。広帯域レーザー光１０４の強度は、約５２０ｎｍ～約７５０ｎｍの領域で最も高い。５２０ｎｍ付近の強度に顕著なピーク５０６がある。約５２０ｎｍの波長未満では、強度は急激にゼロまで低下し、約４００ｎｍ～約４５０ｎｍの可視スペクトルの青色では強度はほとんどない。

【0044】

図６は、増幅されたレーザー光のスペクトルを概略的に示すグラフ６００である。

【0045】

グラフ６００の横座標６０２は、波長をｎｍで示している。グラフ６００の縦座標６０４は強度を示している。増幅されたレーザー光、すなわち光増幅器ユニット１１２によって増幅されたレーザー光の例示的なスペクトルは、本実施形態では７８５ｎｍであるように例示的に選択された第１の波長を中心とする狭帯域６０６を含む。

【0046】

図７は、周波数変更ユニット１１４によって生成されるレーザー光のスペクトルを概略的に示すグラフ７００である。

【0047】

グラフ７００の横座標７０２は、波長をｎｍで示している。グラフ７００の縦座標７０４は強度を示している。周波数変更ユニット１１４によって生成されるレーザー光の例示的なスペクトルは、２つの狭帯域７０６，７０８を含む。図７の右側に示されている第１の帯域７０６は、第１の波長を中心とする波長を含む。図７の左側に示されている第２の帯域７０８は、第２の波長を中心とする波長を含み、第２の波長は、本実施形態では３９２．５ｎｍ、すなわち第１の波長のちょうど半分であるように例示的に選択されている。すなわち、本実施形態による周波数変更ユニット１１４は、周波数２倍化を行う。

【0048】

図７に示されているグラフ７００から分かるように、第２の波長を有するレーザー光の強度は、第１の波長を有するレーザー光の強度よりも低い。これは、周波数変更ユニット１１４が第１の波長のレーザー光の全てを第２の波長のレーザー光に変換するわけではないためである。波長変換の効率には限界がある。

【0049】

図５～図７を参照して上述した実施形態における第１の波長および第２の波長は、広帯域レーザー光１０４のスペクトルが約４００ｎｍの青色スペクトル領域内の光によって拡張されるように選択されている。スペクトル領域内のレーザー光は、既知の広帯域レーザー光源を用いて生成するには高コストであるが、にもかかわらず、所定の蛍光撮像用途、例えば、典型的には細胞核を撮像するために使用されるＤＡＰＩを含む蛍光撮像にとっては重要である。

【0050】

図８は、一実施形態による撮像デバイス８００の概略図である。

【0051】

撮像デバイス８００は、例示的に顕微鏡として形成される。より具体的には、撮像デバイス８００は、蛍光撮像によって試料８０８を撮像するように構成された蛍光顕微鏡として形成される。

【0052】

撮像デバイス８００は、図１～図７を参照して上述し、図８において共通の参照符号８０２により参照する光源ユニット１００，２００，３００，４００のうちの１つを備える。光源ユニット８０２は、試料８０８内に位置するフルオロフォアを励起するための励起光を撮像デバイス８００の照明ビーム路８０４へ放出するように構成されている。

【0053】

撮像デバイス８００の光学検出系８０６は、励起されたフルオロフォアによって放出される蛍光に基づいて、試料８０８の画像を生成するように構成されている。本実施形態による光学検出系８０６は、試料８０８へ配向された対物レンズ８１０と、検出器素子８１２と、を備えている。対物レンズ８１０は、励起されたフルオロフォアによって放出された蛍光を受光し、蛍光を検出ビーム路８１４へ配向する。ビームスプリッタ８１６は、本実施形態では互いに垂直であるように例示的に示されている照明ビーム路８０４と検出ビーム路８１４との交点に配置されている。ビームスプリッタ８１６は、励起光が対物レンズ８１０を介して試料８０８へ配向されるように構成されている。ビームスプリッタ８１６は、対物レンズ８１０によって受光された蛍光が検出器素子８１２に向かって配向されるようにさらに構成されている。

【0054】

撮像システムは、光学検出系８０６および光源ユニット８０２に接続された制御ユニット８１８をさらに備える。制御ユニット８１８は、例えばユーザ入力に基づいて、光学検出系８０６および光源ユニット８０２を制御するように構成されている。本実施形態による制御ユニット８１８は、光源ユニット８０２の光増幅器ユニット１１２を制御するように構成された光増幅器制御ユニット８２０を備えている。

【0055】

また、撮像デバイス８００が顕微鏡である場合を例に説明したが、撮像デバイス８００は他の撮像デバイスであってよい。特に、撮像デバイス８００は、蛍光撮像用に構成された任意の撮像デバイスであってよい。

【0056】

同一または同様に機能する要素は、全ての図において同じ参照符号で示されている。本明細書で使用されるように、用語「および／または（かつ／または）」は、関連する記載項目のうちの１つまたは複数の項目のあらゆる全ての組み合わせを含んでおり、「／」として略記されることがある。実施形態の個々の特徴および実施形態の個々の特徴の互いの間の全ての組み合わせ、ならびに前述の説明および／または特許請求の範囲の個々の特徴または特徴群との組み合わせが開示されていると考えられる。

【0057】

いくつかの態様を装置の文脈において説明してきたが、これらの態様が、対応する方法の説明も表していることが明らかであり、ここではブロックまたは装置がステップまたはステップの特徴に対応している。同様に、ステップの文脈において説明された態様は、対応する装置の対応するブロックまたは項目または特徴の説明も表している。

【符号の説明】

【0058】

１００ 光源ユニット
１０２ 広帯域レーザー光源
１０４ 広帯域レーザー光
１０６ ビーム抽出ユニット
１０８ 増幅器ビーム路
１１０ 照明ビーム路
１１２ 光増幅器ユニット
１１４ 周波数変更ユニット
１１６ ビーム統合ユニット
１１８ 音響光学波長可変フィルタ
２００ 光源ユニット
２０２ 照明ビーム路
２０４ 音響光学波長可変フィルタ
３００ 光源ユニット
３０２ ビーム抽出ユニット
３０４ ビーム分割素子
３０６ フィルタ素子
３０８ ビーム統合ユニット
４００ 光源ユニット
５００ グラフ
５０２ 横座標
５０４ 縦座標
５０６ ピーク
６００ スペクトル
６０２ 横座標
６０４ 縦座標
６０６ 帯域
７００ スペクトル
７０２ 横座標
７０４ 縦座標
７０６，７０８ 帯域
８００ 撮像デバイス
８０２ 光源ユニット
８０４ 照明ビーム路
８０６ 光学検出系
８０８ 試料
８１０ 対物レンズ
８１２ 検出器素子
８１４ 検出ビーム路
８１６ ビームスプリッタ
８１８ 制御ユニット
８２０ 光増幅器制御ユニット

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【外国語明細書】