遮光を高め超高S/N比を実現するための追加吸収フィルター

TIRFイメージングにおいて励起レーザーの「全反射」によってもたらされます。吸収フィルターは​​、顕微鏡の対物レンズから戻る大量のレーザー照明を減衰させる必要があります。TIRFモードでのPALMおよびSTORMイメージングを含む単一分子TIRFなどの一部のアプリケーションでは、照明/蛍光信号の比率が10e15：1に達する場合もあります。

標準的な顕微鏡フィルターキューブのダイクロイックミラーのOD値は、通常レーザー波長においては約OD2です。一方キューブまたはフィルターホイール内に取りついた吸収フィルターのOD値は通常良くてもOD6-OD7です。そのため多くの場合、TIRFアプリケーションで最適な画質を得るには追加のブロッキングが必要となります。吸収フィルターをペアリングするとS/N比が増加が改善でき、検証も行えます。これは、キューブ内にロングパスフィルターとバンドパスフィルターをペアにして装着した場合でも、キューブに入れたマルチバンドフィルターとフィルターホイールに入れたシングルバンドパスフィルターをペアににした場合のいずれの場合でも実現できます。

当社のTIRFセットは、推測ではなく、非常に高いレベルでレーザー照明をブロックすることにより、可能な限り最高のS/N比を取得するためのツールとして提供します。さらに独自の金属TIRFキューブに取り付けられた当社のUltra-Flatダイクロイックミラーによって、レーザーを歪みなく反射し、完璧なエバネッセント波で照明することが可能です。
 

金属キューブと歪のないダイクロイックミラー取り付け

当社 は、Nikon、Olympus、Zeiss の現在のモデルに適合する自社ブランドの金属製キューブを提供しています

2mm または 3mm の厚さのウルトラ フラットシリーズの ダイクロイックミラーは、標準的な顕微鏡メーカーのフィルター キューブに収まりませんので、当社製のキューブが必要です。

当社の TIRF フィルター キューブは、スプリングやクリップを使用せずにダイクロイックを固定し、セット スクリューを使用して正確に 45 度の入射角になるように調整して出荷します。アライメントはお客様で調整することも可能です。

注意）スプリングやクリップなど、ダイクロイックミラーを機械的に保持する手段では、ダイクロイックミラーに力がかかるため表面がゆがむ原因となります。そうした歪みにより、反射したレーザービームが歪み、TIRF、STED、PALM/STORM や構造化照明などの超解像技術や一部の画像分割アプリケーションなど、非常に平坦な反射面を必要とするアプリケーションで問題になる可能性があります。

当社の TIRF キューブは、ダイクロイックミラーを歪なく取り付け、レーザーが歪みなく反射することにより、完璧なエバネッセント波を提供します。

厚いUltra-Flatダイクロイックミラーによる歪みのないレーザー反射

当社は、永年に渡り高い平坦性が要求される用途向けのダイクロイックミラーを製造してきました。現在、TIRFや反射面の平坦性が求められるアプリケーション向けに、キューブに組み込んだフィルターセットを提供しています。こうしたキューブには、平面度が1インチ当たり0.5波長PV以下（0.1波長RMS以下）のダイクロイックミラーが取りついています。ダイクロイックミラーの厚さと平面度の仕様については下記をご参照ください

この欄では、平面度と曲率の関係、並びにダイクロイック表面がどの程度湾曲しているかについて解説します。表面に曲率があると、凹面であれば反射光の収束凸面であれば反射光の発散を引き起こします。そのため反射光に反射波面歪み（RWD）が発生します。例：基本的なイメージングアプリケーション、TIRFやSTEDなど高度な方法、 構造化照明、 画像分割システムなど

スパッタによる薄膜によってガラス基板に応力がかかり、さまざまな曲率の歪が生じます。当社は、曲率を最小限に抑える独自の製造方法を開発し、歪を大幅に制御することに成功しました。曲率を減らす別の方法としては、より厚い基板を使用し剛性を高めることが挙げられます。厚いガラスを使用することでコーティングによる歪に強くなります。

これら2つの要素を組み合わせ、当社はダイクロイックミラーの厚さ毎に平面度を規定しています。当社のUltraFlatダイクロイックミラー（-UF）のコーティング後の最終的な平面度は次の通りです。

Thickness	Surface Flatness	Application
1mm thick:	=/< 2 waves/inch Peak-Valley (P-V)	Standard Laser Filter Sets
2mm thick:	=/< 0.5 waves/inch P-V	TIRF Filter Sets, PALM and STORM
3mm thick:	=/< 0.25 waves/inch P-V	STED and Structured Illumination
=/>5mm thick:	Contact us	Custom Applications

Ultra Flatダイクロイックミラーの各ロットの平面度は、レーザー干渉計を使用して測定します。 平坦性に関しては、ダイクロイックミラーの保持方法も重要です。非常に平坦なミラーであっても、機械的手段によってキューブに保持されると、歪を起こす場合があります。 詳しくは下記「ダイクロイックミラーの保持について」を参照してください。

注意：すべてのレーザー用ダイクロイックミラーの部品名は、頭文字が「ZT」で始まります。通常、落射蛍光顕微鏡用のダイクロイックミラー（頭文字T）は、非コヒーレント照明であり、平坦性を必要としませんので、平坦性の規定はありません。ただし、蛍光顕微鏡用のダイクロイックミラーでも、UltraFlatタイプを提供しているものもありますので、お問い合わせください。

ダイクロイックミラーの保持について

ダイクロイックミラーをフィルターキューブに保持方法は、ミラーの平坦度に大きな影響を与える場合があります。

主な顕微鏡メーカーのキューブでは、厚さ1mmのダイクロイックミラーを指定しており、ミラーはスプリングまたはクリップによって機械的にキューブに保持されます。厚さ1mmのダイクロイックミラーは、レーザー照明、光刺激、レーザーアブレーションを目的とした共焦点または落射蛍光などのレーザーアプリケーションの使用には使うことができる場合もあります。当社の厚さ1mmのUltraFlatダイクロイックミラーは平面度が1インチ当たり2波長以内となっており、より良い平坦性となっています。

しかし、ダイクロイックミラーを保持するいかなる機械的手段もある程度の歪を生じさせ、ダイクロイックミラーが反る原因となります。

TIRFやSTEDなどのより高い平坦性が求められるレーザーアプリケーション、構造化照明、画像を反射させる用途に、当社のより厚いUltra-Flatダイクロイックミラーは非常に適しています。これらのダイクロイックミラーを最適に保持するため当社では、各主要顕微鏡メーカーの現有モデルに適合し、最大3mmの厚さのダイクロイックミラーに対応できるカスタム設計の金属キューブを製造し販売しています。

これらのキューブでは、スプリングやクリップを使用せずにダイクロイックミラーを固定し、セットネジを使用して正確な45度の入射角になるよう調整されています。角度はお客様が調整することも可能です。

独自のホルダーまたはマウントを使用している場合、反りを最小限に抑えるために上下面を抑えず、外側の端に最小限の力で保持することをお勧めします。提供可能なサイズや厚さについては、電話またはメールでお問い合わせください。

RWDの指定方法について

私たちが測定するRWDの値は「Peak-to-Valley」（PV値）を使い、レーザー干渉計で測定した「Wave/インチ」（またはラムダ/インチ）で表わします。この値にはダイクロイックミラーの有効径内の最大変形を意味し、POWER（球面収差成分）とIRREGULARITY（非点収差成分）を含みます。

ダイクロイックミラーなどの平面度測定の業界標準はISO規格に準拠しており、干渉縞で表されます。 これらは、レーザーが測定面で反射されるときに、ダイクロイックミラーの材料と空気の屈折率の違いによって生じる干渉パターンです。

干渉縞の数は、測定表面が基準となる「オプチカルフラット」からどれくらい偏差があるかを計算するために使用されます。 干渉計では、最も頻繁に使用されるレーザーである633nmの波長を使用して測定します。

あるフィルターメーカーでは、平面度を曲率半径（ROC）で表すことがありますが、平坦度を表す方法としては曖昧で紛らわしい方法と言えます。ROCは主に、曲率の値が比較的大きいレンズメーカーで使用されます。ひとつの例として、平面度の仕様とROCの値で考えると、0.5 wave/inchの平面度が曲率半径254メートルに相当します。ROCは、測定された光学部品の曲率と同等の表面曲率を持つ球の半径と定義されます。

他社では、表面の均一性を示すのに「RMS」（二乗平均平方根）を用いる場合があります。それは、私たちが使用するような薄膜コーティングでは、ガラス表面の歪みは球状に歪むためです。RMS値は概ねP-V値の約1/4以下となります。そのため「RMS」は、同じダイクロイックミラーを測定しても、P-Vよりも小さい値を示します。

即ち、同じ表面を測定した場合でも、測定値はパラメーターによって次のように異なります。P-V > Power >> RMS.

時々P-Vの平面度が10mmまたは15mmのように小さな領域で定義されることがあります。 1インチの領域で測定した値は、そうした小さな領域で測定した値に比べて大きくなるので、注意が必要です。  

測定する長さと平面度の関係は非線形です。 変形がコーティング応力による主に球形の曲率であると仮定すると、これは単純な二次方程式で表すことができます。従って 測定有効径を1/2にして等価平面度を計算すると、平面度は1/4になります。つまり1インチ当たりで 2 波長PVの平面度を持つ光学部品は、0.5 インチ当たりでは0.5波長PVに相当します。

平面度に関して不明点がありましたら、お気軽にご相談ください。

最後なりますが、ダイクロイックミラーの保持の仕方によっては、ミラーの平面度に大きく影響すること場合がありますので、ご留意ください。