JP2019035669A - Observation apparatus and observation method - Google Patents

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福武 直樹
Naoki Fukutake
直樹 福武
直志 相川
Naoshi Aikawa
直志 相川
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Abstract

To observe an object efficiently in terms of time.SOLUTION: An observation apparatus comprises: a first observation system that observes an observation object to acquire information associated with an observation area within the observation object; and a second observation system that observes the observation area identified on the basis of the information acquired by the first observation system. In the observation apparatus, an observation range for each unit time of the first observation system may be wider than that of the second observation system. Also, in the observation apparatus, the observation range of the first observation system includes a surface of the observation object, and the information may include the information to identify a spatial area in which the observation object exists.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本発明は、観察装置および観察方法に関する。   The present invention relates to an observation apparatus and an observation method.

生細胞等を損傷することなく観察する方法として、CARS光(コヒーレントアンチストークスラマン散乱光)を検出する方法がある(例えば、特許文献1参照)。
特許文献1 特開2005−062155号公報
As a method for observing a living cell or the like without damaging it, there is a method for detecting CARS light (coherent anti-Stokes Raman scattering light) (for example, see Patent Document 1).
Japanese Patent Application Laid-Open No. 2005-062155

走査型の顕微鏡による観察、例えば、非線形光学効果を利用した顕微鏡による観察では、観察画像が得られるまでに時間がかかる。また、非線形光学効果を利用した観察では、観察対象への照射光および観察対象からの射出光の経路に光学部材が挿入されると、検出効率が低下して、観察に一層多くの時間がかかる。   In observation with a scanning microscope, for example, observation with a microscope using a nonlinear optical effect, it takes time until an observation image is obtained. Further, in observation using the nonlinear optical effect, if an optical member is inserted in the path of the irradiation light to the observation target and the emission light from the observation target, the detection efficiency is reduced and the observation takes more time. .

本発明の第1の態様によると、観察対象を観察して、観察対象の内部における観察領域に関連付けられた情報を取得する第1の観察系と、第1の観察系により取得された情報に基づいて特定された観察領域を観察する第2の観察系とを備える観察装置が提供される。   According to the first aspect of the present invention, the first observation system for observing the observation target and acquiring information associated with the observation region inside the observation target, and the information acquired by the first observation system. An observation device is provided that includes a second observation system that observes the observation region specified based on the observation region.

本発明の第2の態様によると、観察対象を観察して、観察対象の内部における観察領域に関連付けられた情報を取得する第1の観察段階と、第1の観察段階において取得された情報に基づいて特定された観察領域を観察する第2の観察段階とを備える観察方法が提供される。   According to the second aspect of the present invention, the first observation stage of observing the observation target and acquiring information associated with the observation area inside the observation target, and the information acquired in the first observation stage An observation method comprising: a second observation step of observing an observation region identified based on the observation region.

なお、上記の発明の概要は、本発明の特徴の全てを列挙したものではない。これら特徴群のサブコンビネーションもまた発明となり得る。   The summary of the invention does not enumerate all the features of the present invention. A sub-combination of these feature groups can also be an invention.

顕微鏡100の模式図である。1 is a schematic diagram of a microscope 100. FIG. 顕微鏡100による暗視野観察を説明する模式図である。2 is a schematic diagram for explaining dark field observation with a microscope 100. FIG. 顕微鏡100によるCARS光観察を説明する模式図である。2 is a schematic diagram illustrating CARS light observation with a microscope 100. FIG. 反射CARS光による観察で分解可能な空間周波数の領域を示す図である。It is a figure which shows the area | region of the spatial frequency which can be decomposed | disassembled by observation by reflected CARS light. 透過CARS光による観察で分解可能な空間周波数の領域を示す図である。It is a figure which shows the area | region of the spatial frequency which can be decomposed | disassembled by observation by transmitted CARS light. CARS光の発生原理を説明する模式図である。It is a schematic diagram explaining the generation principle of CARS light. 顕微鏡100を用いた観察手順を示す流れ図である。3 is a flowchart showing an observation procedure using a microscope 100. 予備観察領域117の分布を示す模式図である。5 is a schematic diagram showing a distribution of a preliminary observation region 117. FIG. 詳細観察領域119の分布を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows distribution of the detailed observation area | region 119. 予備観察領域117の分布を例示する模式図である。FIG. 6 is a schematic view illustrating the distribution of a preliminary observation region 117. 詳細観察領域119の分布を例示する模式図である。It is a schematic diagram which illustrates distribution of the detailed observation area | region 119. 顕微鏡100の模式図である。1 is a schematic diagram of a microscope 100. FIG. 顕微鏡100の模式図である。1 is a schematic diagram of a microscope 100. FIG. 顕微鏡100の模式図である。1 is a schematic diagram of a microscope 100. FIG. 顕微鏡101の模式図である。1 is a schematic diagram of a microscope 101. FIG. 顕微鏡102の模式図である。2 is a schematic diagram of a microscope 102. FIG.

発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、下記の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。下記の実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。   Although the present invention will be described through embodiments of the invention, the following embodiments do not limit the invention according to the claims. Not all combinations of features described in the following embodiments are essential for the solution of the invention.

図1は、観察装置の一例である顕微鏡100の模式図である。顕微鏡100は、ステージ110、制御部120、照明部130、対物光学系140、画像検出部150、レーザ装置160、励起部170、上側CARS光検出部180、および下側CARS光検出部190を備える。   FIG. 1 is a schematic diagram of a microscope 100 that is an example of an observation apparatus. The microscope 100 includes a stage 110, a control unit 120, an illumination unit 130, an objective optical system 140, an image detection unit 150, a laser device 160, an excitation unit 170, an upper CARS light detection unit 180, and a lower CARS light detection unit 190. .

顕微鏡100において、照明部130は第1の照射部を、レーザ装置160は、第2の照射部をそれぞれ形成する。また、画像検出部150は第1の検出部を、上側CARS光検出部180は第2の検出部を、下側CARS光検出部190は第3の検出部をそれぞれ形成する。   In the microscope 100, the illumination unit 130 forms a first irradiation unit, and the laser device 160 forms a second irradiation unit. The image detection unit 150 forms a first detection unit, the upper CARS light detection unit 180 forms a second detection unit, and the lower CARS light detection unit 190 forms a third detection unit.

ステージ110は、顕微鏡100の観察対象となるサンプル112を支持する。これにより、ステージ110に置かれたサンプル112に対して、照明部130からの照明光を図中上方から照射できる。また、ステージ110に置かれたサンプル112は、上側CARS光検出部180により図中上側から観察できる。   The stage 110 supports a sample 112 that is an observation target of the microscope 100. Thereby, the illumination light from the illumination unit 130 can be applied to the sample 112 placed on the stage 110 from above in the figure. Further, the sample 112 placed on the stage 110 can be observed from the upper side in the drawing by the upper CARS light detection unit 180.

ステージ110は、サンプル112の図中下面を露出させる開口を有する。これにより、ステージ110に置かれたサンプル112に対して、レーザ装置160および励起部170により図中下側からレーザ光を照射できる。また、ステージ110に置かれたサンプル112は、画像検出部150および下側CARS光検出部190により、図中下側から観察できる。   The stage 110 has an opening that exposes the lower surface of the sample 112 in the drawing. Thereby, the laser beam can be irradiated to the sample 112 placed on the stage 110 from the lower side in the figure by the laser device 160 and the excitation unit 170. In addition, the sample 112 placed on the stage 110 can be observed from the lower side in the figure by the image detection unit 150 and the lower CARS light detection unit 190.

また、ステージ110は、ステージスキャナ111に結合される。ステージスキャナ111は、図中に矢印x−yにより示すように、サンプル112が置かれた面と平行にステージ110を移動させる。これにより、顕微鏡100においては、光学系の光軸を固定したまま、サンプル112の広い範囲を観察できる。   The stage 110 is coupled to the stage scanner 111. The stage scanner 111 moves the stage 110 parallel to the surface on which the sample 112 is placed, as indicated by arrows xy in the drawing. Thereby, in the microscope 100, the wide range of the sample 112 can be observed with the optical axis of the optical system fixed.

制御部120は、処理装置122、キーボード124、マウス126および表示部128を有する。処理装置122は、制御手順を実行させるプログラムを汎用パーソナルコンピュータに実装することにより形成できる。   The control unit 120 includes a processing device 122, a keyboard 124, a mouse 126, and a display unit 128. The processing device 122 can be formed by mounting a program for executing a control procedure on a general-purpose personal computer.

キーボード124およびマウス126は、処理装置122に接続され、処理装置122にユーザの指示を入力する場合に操作される。表示部128は、キーボード124およびマウス126によるユーザの操作に対してフィードバックを返すと共に、処理装置122が生成した画像または文字列をユーザに向かって表示する。   The keyboard 124 and the mouse 126 are connected to the processing device 122 and are operated when a user instruction is input to the processing device 122. The display unit 128 returns feedback to the user's operation using the keyboard 124 and the mouse 126 and displays the image or character string generated by the processing device 122 toward the user.

制御部120は、画像検出部150、上側CARS光検出部180および下側CARS光検出部190の検出結果に基づいて、表示部128に表示する画像を生成する。また、制御部120は、ステージスキャナ111、照明部130、レーザ装置160および励起部170の各部に結合され、ユーザから受け付けた指示に応じてこれらの動作を制御する。   The control unit 120 generates an image to be displayed on the display unit 128 based on the detection results of the image detection unit 150, the upper CARS light detection unit 180, and the lower CARS light detection unit 190. The control unit 120 is coupled to each unit of the stage scanner 111, the illumination unit 130, the laser device 160, and the excitation unit 170, and controls these operations in accordance with instructions received from the user.

照明部130は、照明光源131、コレクタレンズ132、リレーレンズ133、135、138、リング絞り134および視野絞り136を有する。視野絞り136は、対物光学系140の焦点位置P11に対して共役な位置P12に配される。リング絞り134の位置については後述する。照明光源131は、例えばハロゲンランプ等により白色のインコヒーレントな照明光を発生する。コレクタレンズ132により集められた照明光は、リレーレンズ133、138、リング絞り134、視野絞り136を介し、帯域通過フィルタ139で可視光帯域の光のみを透過して、サンプル112に照射される。 The illumination unit 130 includes an illumination light source 131, a collector lens 132, relay lenses 133, 135, and 138, a ring stop 134, and a field stop 136. Field stop 136 is disposed in a position conjugate P 12 with respect to the focal position P 11 of the objective optical system 140. The position of the ring aperture 134 will be described later. The illumination light source 131 generates white incoherent illumination light using, for example, a halogen lamp. The illumination light collected by the collector lens 132 passes through the relay lenses 133 and 138, the ring stop 134, and the field stop 136, and passes through only the light in the visible light band by the band pass filter 139 and is irradiated on the sample 112.

対物光学系140は、ステージ110に対して互いに反対側に配された上側対物レンズ142および下側対物レンズ144を有する。図中上側の上側対物レンズ142は、照明部130から照射された照明光を、ステージ110に置かれたサンプル112に集光する。そのため上側対物レンズ142はコンデンサレンズとも呼ばれる。なお、対物レンズとして使用することを目的とした収差補正がされていない照明用のコンデンサレンズであっても、例えば上側対物レンズ142として用いることができる場合もある。また、図中下側の下側対物レンズ144は、励起部170から照射された励起光を、サンプル112の内部で集光させる。   The objective optical system 140 includes an upper objective lens 142 and a lower objective lens 144 that are disposed on opposite sides of the stage 110. The upper upper objective lens 142 in the drawing condenses the illumination light emitted from the illumination unit 130 on the sample 112 placed on the stage 110. Therefore, the upper objective lens 142 is also called a condenser lens. Note that even an illumination condenser lens that is not subjected to aberration correction intended for use as an objective lens may be used as the upper objective lens 142, for example. In addition, the lower lower objective lens 144 in the drawing condenses the excitation light emitted from the excitation unit 170 inside the sample 112.

なお、対物光学系140において、上側対物レンズ142および下側対物レンズ144は、互いに略等しい開口数を有することが好ましい。これにより、コヒーレントな照射光をサンプル112に照射することで発生するコヒーレントな射出光を観察する場合に、画像あるいはスペクトルにアーチファクトが重畳されて、検出精度が低下することを防ぐことができる。より具体的には、上側対物レンズ142の開口数と下側対物レンズ144の開口数との比RNAは、右式[0.8<RNA<1.2]を満たすことが好ましい。 In the objective optical system 140, the upper objective lens 142 and the lower objective lens 144 preferably have substantially the same numerical aperture. Thereby, when observing the coherent emission light generated by irradiating the sample 112 with the coherent irradiation light, it is possible to prevent the detection accuracy from being lowered due to the artifact superimposed on the image or the spectrum. More specifically, the ratio R NA between the numerical aperture of the upper objective lens 142 and the numerical aperture of the lower objective lens 144 preferably satisfies the right equation [0.8 <R NA <1.2].

画像検出部150は、ダイクロイックミラー151、結像レンズ152、リレーレンズ154、帯域通過フィルタ155、開口絞り156、リレーレンズ157およびCCDカメラ158を有する。ダイクロイックミラー151は、サンプル112から射出された光のうち、可視光帯域の光を反射し、レーザ光源161、162からサンプル112に照射される波長帯域の光を透過させる。これにより、照明部130がサンプル112に照射した照明光のうち、サンプル112において透過または散乱した照明光が、画像検出部150に導入される。   The image detection unit 150 includes a dichroic mirror 151, an imaging lens 152, a relay lens 154, a band pass filter 155, an aperture stop 156, a relay lens 157, and a CCD camera 158. The dichroic mirror 151 reflects light in the visible light band out of the light emitted from the sample 112 and transmits light in the wavelength band irradiated on the sample 112 from the laser light sources 161 and 162. Thereby, the illumination light transmitted or scattered in the sample 112 out of the illumination light irradiated on the sample 112 by the illumination unit 130 is introduced into the image detection unit 150.

帯域通過フィルタ155は、照明部130がサンプル112に照射した照明光の波長帯域の光に限って透過させ、他の波長の光を遮断する。結像レンズ152は、サンプル112により散乱した照明光による像を一次像面153に形成する。更に、リレーレンズ154、157は、CCDカメラ158の撮像面にその像を再結像する。CCDカメラ158は、照明光の帯域に感度を有するので、再結像された像を、暗視野観察像として撮像する。   The band pass filter 155 transmits only the light in the wavelength band of the illumination light irradiated on the sample 112 by the illumination unit 130 and blocks light of other wavelengths. The imaging lens 152 forms an image of the illumination light scattered by the sample 112 on the primary image plane 153. Further, the relay lenses 154 and 157 re-image the image on the imaging surface of the CCD camera 158. Since the CCD camera 158 has sensitivity in the band of illumination light, the re-imaged image is captured as a dark field observation image.

レーザ装置160は、複数のレーザ光源161、162と、コンバイナ163とを有する。レーザ光源161は発光波長λのパルスレーザを、レーザ光源162は、発光波長λのパルスレーザを、それぞれ個別に発生する。レーザ光源161、162の発光波長λ、λは、互いに異なる波長である。また、レーザ光源161、162の発光波長λ、λは、帯域通過フィルタ139が透過する波長帯域とも異なる。 The laser device 160 includes a plurality of laser light sources 161 and 162 and a combiner 163. A laser light source 161 is a pulsed laser emission wavelength lambda S, the laser light source 162, the pulsed laser emission wavelength lambda P, respectively generated separately. The emission wavelengths λ S and λ P of the laser light sources 161 and 162 are different from each other. Further, the emission wavelengths λ S and λ P of the laser light sources 161 and 162 are different from the wavelength band transmitted by the band pass filter 139.

レーザ光源161、162としては、例えば、モードロックピコ秒Nd:YVOレーザ、モードロックピコ秒イットリビウムレーザー等を用いることができる。なお、レーザ光源161、162の一方を、レーザ光源161、162の他方が発生したパルスレーザの波長を変換する光パラメトリック発振器に置き換えてもよい。 As the laser light sources 161 and 162, for example, a mode-locked picosecond Nd: YVO 4 laser, a mode-locked picosecond yttrium laser, or the like can be used. Note that one of the laser light sources 161 and 162 may be replaced with an optical parametric oscillator that converts the wavelength of the pulse laser generated by the other of the laser light sources 161 and 162.

レーザ光源161、162により発生したピコ秒パルスのうち、短い方の波長λを有するパルスレーザは、CARS光観察におけるポンプ光として利用される。また、レーザ光源161、162の発生するピコ秒パルスのうち、長い方の波長λを有するパルスレーザは、CARS光観察におけるストークス光として利用される。 Of picosecond pulses generated by the laser light source 161, a pulse laser having a wavelength lambda P the shorter is used as the pump light in the CARS light observation. Of the picosecond pulses generated by the laser light sources 161 and 162, the pulse laser having the longer wavelength λ S is used as Stokes light in CARS light observation.

レーザ光源161、162から射出されたレーザ光は、コンバイナ163に入射されて単一のビームになる。これにより、ポンプ光とストークス光とを併せた励起光をサンプル112に照射してCARS光を発生させることができる。   The laser beams emitted from the laser light sources 161 and 162 are incident on the combiner 163 and become a single beam. Thereby, the excitation light combining pump light and Stokes light can be irradiated to the sample 112 to generate CARS light.

なお、レーザ装置160は、レーザ光源161、162が発生するポンプ光とストークス光とを同期させる目的で遅延光路を備えてもよい。遅延光路は、互いの間隔を変更できる複数の反射鏡により形成できる。また、レーザ装置160においては、フォトニック結晶ファイバを用いてストークス光を広帯域化してもよい。   The laser device 160 may include a delay optical path for the purpose of synchronizing the pump light generated by the laser light sources 161 and 162 and the Stokes light. The delay optical path can be formed by a plurality of reflecting mirrors whose intervals can be changed. In the laser device 160, the Stokes light may be broadened using a photonic crystal fiber.

励起部170は、ガルバノスキャナ171およびスキャンレンズ172を有する。ガルバノスキャナ171は、互いに向きが異なる2軸の周りを揺動する反射鏡を備え、入射した照射光の光路を、光軸と交差する方向に二次元的に変位させる。   The excitation unit 170 includes a galvano scanner 171 and a scan lens 172. The galvano scanner 171 includes a reflecting mirror that swings around two axes whose directions are different from each other, and two-dimensionally displaces the optical path of incident irradiation light in a direction intersecting the optical axis.

なお、スキャンレンズ172は、ガルバノスキャナ171から射出された照射光を、予め定められた一次像面173上に合焦させる。これにより、レーザ装置160から射出された照射光でサンプル112の観察領域を走査させ、予め定められた広さを有する観察領域に照射光を照射できる。   The scan lens 172 focuses the irradiation light emitted from the galvano scanner 171 onto a predetermined primary image plane 173. Thereby, the observation region of the sample 112 can be scanned with the irradiation light emitted from the laser device 160, and the irradiation light can be irradiated onto the observation region having a predetermined area.

上側CARS光検出部180および下側CARS光検出部190のそれぞれは、ダイクロイックミラー181、191、リレーレンズ182、192、183、193、帯域通過フィルタ184、194および光電子増倍管185、195を有する。ダイクロイックミラー181、191は、照明部130が照明光として発生する可視光帯域の光を透過し、励起部170からの励起光を透過し、サンプル112において発生したCARS光を反射する。これにより、ダイクロイックミラー181、191は、サンプル112において発生したCARS光を、上側CARS光検出部180または下側CARS光検出部190に導入する。   Each of the upper CARS light detection unit 180 and the lower CARS light detection unit 190 includes dichroic mirrors 181 and 191, relay lenses 182, 192, 183, and 193, bandpass filters 184 and 194, and photomultiplier tubes 185 and 195. . The dichroic mirrors 181 and 191 transmit light in the visible light band generated by the illumination unit 130 as illumination light, transmit excitation light from the excitation unit 170, and reflect CARS light generated in the sample 112. Accordingly, the dichroic mirrors 181 and 191 introduce the CARS light generated in the sample 112 into the upper CARS light detection unit 180 or the lower CARS light detection unit 190.

更に、帯域通過フィルタ184、194は、CARS光を透過し、照明部130からの照明光および励起部170からの励起光を含む、CARS光以外の波長の光を遮断する。これにより、光電子増倍管185、195は、CARS光を選択的に検出できる。よって、顕微鏡100においては、CARS光観察と暗視野観察とを同時に実行できる。   Further, the bandpass filters 184 and 194 transmit the CARS light and block light having a wavelength other than the CARS light, including the illumination light from the illumination unit 130 and the excitation light from the excitation unit 170. Thereby, the photomultiplier tubes 185 and 195 can selectively detect CARS light. Therefore, in the microscope 100, CARS light observation and dark field observation can be performed simultaneously.

なお、照明部130において、視野絞り136およびリレーレンズ138の間には、反射鏡137が配される。また、励起部170においても、スキャンレンズ172および結像レンズ175の間に、反射鏡174が配される。反射鏡137、174は、照明光または励起光の光路を折り曲げることにより、顕微鏡100の構造物が過剰に高くなることを防止する。   In the illumination unit 130, a reflecting mirror 137 is disposed between the field stop 136 and the relay lens 138. Also in the excitation unit 170, a reflecting mirror 174 is disposed between the scan lens 172 and the imaging lens 175. The reflecting mirrors 137 and 174 prevent the structure of the microscope 100 from becoming excessively high by bending the optical path of the illumination light or the excitation light.

上記のような顕微鏡100は、サンプル112に対して、照明部130および画像検出部150を用いた暗視野観察に使用できる。また、顕微鏡100は、レーザ装置160、励起部170、上側CARS光検出部180および下側CARS光検出部190を用いたCARS光観察にも使用できる。   The microscope 100 as described above can be used for dark field observation of the sample 112 using the illumination unit 130 and the image detection unit 150. The microscope 100 can also be used for CARS light observation using the laser device 160, the excitation unit 170, the upper CARS light detection unit 180, and the lower CARS light detection unit 190.

また、顕微鏡100においては、照明部130および励起部170の反射鏡137、174と、画像検出部150、上側CARS光検出部180および下側CARS光検出部190のダイクロイックミラー151、181、191とは、いずれも対物光学系140の光軸Q上に配される。よって、暗視野観察とCARS光観察との両方において対物光学系140が共通に使用される。   In the microscope 100, the reflecting mirrors 137 and 174 of the illumination unit 130 and the excitation unit 170, and the dichroic mirrors 151, 181, and 191 of the image detection unit 150, the upper CARS light detection unit 180, and the lower CARS light detection unit 190, Are arranged on the optical axis Q of the objective optical system 140. Therefore, the objective optical system 140 is commonly used for both dark field observation and CARS light observation.

ここで、顕微鏡100においては、暗視野観察の照明光を形成するリング絞り134を、上側CARS光検出部180と上側対物レンズ142との間ではなく、リレーレンズ138、135からなるリレー光学系を介することにより照明部130に配している。即ち、リング絞り134は、上側対物レンズ142の射出瞳の位置Pと光学的に共役な位置Pに配される。 Here, in the microscope 100, the ring diaphragm 134 that forms the illumination light for dark field observation is not provided between the upper CARS light detection unit 180 and the upper objective lens 142, but a relay optical system including relay lenses 138 and 135. It is arranged in the illumination part 130 by passing. That is, the ring diaphragm 134 is disposed at a position P 2 that is optically conjugate with the position P 1 of the exit pupil of the upper objective lens 142.

そして、暗視野観察像を形成する開口絞り156が、下側対物レンズ144と下側CARS光検出部190との間ではなく、結像レンズ152とリレーレンズ154からなるリレー光学系を介することにより画像検出部150に配される。即ち、開口絞り156は、下側対物レンズ144の射出瞳の位置Pと光学的に共役な位置Pに配される。 An aperture stop 156 that forms a dark field observation image is not provided between the lower objective lens 144 and the lower CARS light detection unit 190 but via a relay optical system including the imaging lens 152 and the relay lens 154. Arranged in the image detection unit 150. That is, the aperture stop 156 is disposed at a position P 4 optically conjugate with the exit pupil position P 3 of the lower objective lens 144.

また、上側CARS光検出部180のダイクロイックミラー181は、上側対物レンズ142と照明部130との間に配され、下側CARS光検出部190のダイクロイックミラー191は、下側対物レンズ144と画像検出部150との間に配される。   The dichroic mirror 181 of the upper CARS light detection unit 180 is disposed between the upper objective lens 142 and the illumination unit 130, and the dichroic mirror 191 of the lower CARS light detection unit 190 is connected to the lower objective lens 144 and image detection. It is arranged between the unit 150.

図中に矢印Mで示すように、リング絞り134は、光軸Qと平行な方向に移動させることができる。さらに、図中に点線で示す光学部材Gを、リング絞り134とリレーレンズ135との間に挿抜することもできる。光学部材Gとしては、レンズ、平行平面ガラス等を使用する。これらにより、顕微鏡100においては、上側対物レンズ142とリング絞り134との間の光路長を変化させることができる。特に光学部材Gの挿抜では、上側対物レンズ142とリング絞り134との間の光路長を大きく変化させても、ケーラー照明に必要なリング絞り134と照明光源131の結像関係を保つことができる。 As indicated by an arrow M in the figure, the ring stop 134 can be moved in a direction parallel to the optical axis Q. Furthermore, an optical member G 1 indicated by a dotted line in the figure, it is also possible to swap between the ring diaphragm 134 and the relay lens 135. As the optical element G 1, lens, using a parallel flat glass. Thus, in the microscope 100, the optical path length between the upper objective lens 142 and the ring stop 134 can be changed. Especially in insertion of the optical member G 1, to keep the significant deviations of the optical path length also, imaging relationship of the illumination light source 131 and the aperture ring 134 required for Koehler illumination between the upper objective lens 142 and the ring stop 134 it can.

よって、例えば、ピント調節のためなどで上側対物レンズ142を上下させてリレーレンズ138との間隔を変えた場合に、リング絞り134の位置を光軸Qと平行な方向に移動させて、上側対物レンズ142とリング絞り134との間の光路長を調節する。   Therefore, for example, when the upper objective lens 142 is moved up and down to adjust the focus and the distance from the relay lens 138 is changed, the position of the ring diaphragm 134 is moved in a direction parallel to the optical axis Q to move the upper objective lens. The optical path length between the lens 142 and the ring stop 134 is adjusted.

また、観察倍率等の異なる光学特性が求められる場合や、上側対物レンズ142がサンプル112等に接触して汚染された場合等で、上側対物レンズ142を倍率や開口数の異なる別の対物レンズに交換すると、上側対物レンズ142の射出瞳の位置Pの位置が大きく変わることもあるし、リング絞り134の適切なリングの大きさも変わることがある。その場合には、リング絞り134を適切な大きさのものに交換し、光学部材Gを追加したり交換したりして、上側対物レンズ142とリング絞り134との間の光路長をおおよそ合わせ、その後にリング絞り134の位置を光軸Qと平行な方向に移動させて、上側対物レンズ142とリング絞り134との間の光路長を微調節する。 Further, when different optical characteristics such as observation magnification are required, or when the upper objective lens 142 is contaminated by contacting the sample 112 or the like, the upper objective lens 142 is replaced with another objective lens having a different magnification or numerical aperture. When exchange, to sometimes position of the position P 1 of the exit pupil of the upper objective lens 142 is changed greatly, it may vary also the size of the suitable ring ring diaphragm 134. In that case, the ring aperture 134 is replaced with an appropriate size, and the optical member G 1 is added or replaced, so that the optical path length between the upper objective lens 142 and the ring aperture 134 is approximately adjusted. Thereafter, the position of the ring diaphragm 134 is moved in a direction parallel to the optical axis Q, and the optical path length between the upper objective lens 142 and the ring diaphragm 134 is finely adjusted.

このとき、リング絞り134と光学部材Gが一体となった交換可能なリング絞りブロックとして構成されていてもよい。その場合には、上側対物レンズ142の交換と合わせて、適切なリング絞りブロックに一括で交換することができるので、操作を簡単化できるし、さらには上側対物レンズ142の交換に連動して自動的に交換される機構にする場合にも交換機構を単純化しやすいので都合が良い。 In this case, the ring aperture 134 and the optical member G 1 is may be configured as a replaceable ring diaphragm blocks together. In that case, it is possible to replace the upper objective lens 142 together with an appropriate ring diaphragm block, so that the operation can be simplified, and further, automatically in conjunction with the replacement of the upper objective lens 142. It is convenient to use a mechanism that is exchanged automatically because the exchange mechanism can be easily simplified.

リング絞り134の位置の調節は、ユーザがサンプル112を暗視野観察しながら、照明光の直接光が漏れずに観察像が最も鮮明になる位置にリング絞り134を移動させてもよい。また、暗視野像のコントラストを評価して、最もコントラストが高くなる位置にリング絞り134を移動させる仕組みを設けてもよい。このように、リング絞り134の位置を調節可能にすることにより、リング絞り134の位置を上側対物レンズ142の入射瞳の位置Pと光学的に共役な位置Pに精度よく合わせて、暗視野顕微鏡としての解像度の低下を防止できる。 In adjusting the position of the ring stop 134, the user may move the ring stop 134 to a position where the observation image becomes clear without direct leakage of the illumination light while the sample 112 is observed in the dark field. Further, a mechanism may be provided in which the contrast of the dark field image is evaluated and the ring diaphragm 134 is moved to a position where the contrast becomes highest. In this way, by making the position of the ring diaphragm 134 adjustable, the position of the ring diaphragm 134 is accurately adjusted to the position P 2 optically conjugate with the position P 1 of the entrance pupil of the upper objective lens 142, so A reduction in resolution as a field microscope can be prevented.

また、開口絞り156も、光軸Qと平行な方向に移動させることができる。さらに、図中に点線で示す光学部材Gを、開口絞り156とリレーレンズ154との間に挿抜することもできる。光学部材Gとしては、レンズ、平行平面ガラス等を使用する。これらにより、顕微鏡100においては、下側対物レンズ144と開口絞り156との間の光路長を変化させることができる。特に光学部材Gの挿抜では、下側対物レンズ144と開口絞り156との間の光路長を大きく変化させても、開口絞り156とリレーレンズ157の光路長を保つことができるので、CCDカメラ158で適切にサンプル112からの射出光を受けることができる。 The aperture stop 156 can also be moved in a direction parallel to the optical axis Q. Furthermore, an optical member G 2 indicated by a dotted line in the figure, it is also possible to swap between the aperture stop 156 and the relay lens 154. As the optical element G 2, lens, using a parallel flat glass. Thus, in the microscope 100, the optical path length between the lower objective lens 144 and the aperture stop 156 can be changed. Especially in insertion of the optical member G 2, be varied greatly optical path length between the lower objective lens 144 and aperture stop 156, it is possible to keep the optical path length of the aperture stop 156 and the relay lens 157, CCD camera At 158, the light emitted from the sample 112 can be appropriately received.

よって、例えば、ピント調節のためなどで下側対物レンズ144を上下させて結像レンズ152との間隔を変えた場合に、開口絞り156の位置を光軸Qと平行な方向に移動させて、下側対物レンズ144と開口絞り156との間の光路長を調節する。   Thus, for example, when the lower objective lens 144 is moved up and down to change the distance from the imaging lens 152 for focus adjustment, the position of the aperture stop 156 is moved in a direction parallel to the optical axis Q, The optical path length between the lower objective lens 144 and the aperture stop 156 is adjusted.

また、観察倍率等の異なる光学特性が求められる場合や、下側対物レンズ144がサンプル112等に接触して汚染された場合等で、下側対物レンズ144を倍率や開口数の異なる別の対物レンズに交換すると、下側対物レンズ144の射出瞳の位置Pの位置が大きく変わることもあるし、開口絞り156の適切な開口の大きさも変わることがある。その場合には、開口絞り156の開口を適切な大きさに変えたり、適当な大きさの開口絞りに交換したり、光学部材Gを追加したり交換したりして、下側対物レンズ144と開口絞り156との間の光路長をおおよそ合わせ、その後に開口絞り156の位置を光軸Qと平行な方向に移動させて、下側対物レンズ144と開口絞り156との間の光路長を微調節する。 Further, when different optical characteristics such as observation magnification are required, or when the lower objective lens 144 is contaminated due to contact with the sample 112 or the like, the lower objective lens 144 is changed to another objective having a different magnification or numerical aperture. replacing the lens, to sometimes the position of the exit pupil position P 3 of the lower objective lens 144 is changed greatly, may vary also the size of the appropriate aperture of the aperture stop 156. In this case, changing the aperture of the aperture stop 156 to an appropriate size, or replace the aperture of appropriate size, or by exchanging or adding optical member G 2, lower objective lens 144 The optical path length between the lower objective lens 144 and the aperture stop 156 is adjusted by roughly adjusting the optical path length between the lower objective lens 144 and the aperture stop 156 after the position of the aperture stop 156 is moved in the direction parallel to the optical axis Q. Fine tune.

このとき、開口絞り156と光学部材Gが一体となった交換可能な開口絞りブロックとして構成されていてもよい。その場合には、下側対物レンズ144の交換と合わせて、適切な開口絞りブロックに一括で交換することができるので、操作を簡単化できるし、さらには下側対物レンズ144の交換に連動して自動的に交換される機構にする場合にも交換機構を単純化しやすいので都合が良い。 In this case, aperture stop 156 and an optical member G 2 may be configured as an exchangeable aperture stop blocks together. In that case, it is possible to replace the lower objective lens 144 together with an appropriate aperture stop block, so that the operation can be simplified and further linked to the replacement of the lower objective lens 144. Therefore, it is convenient for the mechanism to be automatically replaced because it is easy to simplify the replacement mechanism.

リング絞りブロックと開口絞りブロックの交換は、上側対物レンズ142および下側対物レンズ144の交換と合わせて、電動機構により自動的に行われることが、顕微鏡100を操作する操作者の負荷が最も少なくて都合が良い。   The exchange of the ring diaphragm block and the aperture diaphragm block is automatically performed by the electric mechanism together with the exchange of the upper objective lens 142 and the lower objective lens 144, so that the load on the operator who operates the microscope 100 is the least. Convenient.

このようなリング絞り134および開口絞り156の配置により、顕微鏡100においては、図中上側の上側CARS光検出部180から上側対物レンズ142までの間の光路上からリング絞り134が排除される。また、図中下側の下側CARS光検出部190から下側対物レンズ144までの光路上から開口絞り156が排除される。   With such an arrangement of the ring stop 134 and the aperture stop 156, in the microscope 100, the ring stop 134 is excluded from the optical path between the upper CARS light detection unit 180 on the upper side in the drawing and the upper objective lens 142. Further, the aperture stop 156 is excluded from the optical path from the lower CARS light detector 190 on the lower side to the lower objective lens 144 in the drawing.

顕微鏡100においては、例えば、下記の表1に記載する波長特性の組み合わせとした場合に、暗視野観察とCARS光観察とを同時に実行できる。この場合、サンプル112から発生するCARS光の波長は、800〜1010[nm]である。ただし、励起光およびフィルタ類の特性の組み合わせが下記のものに限られないことはもちろんである。また、リング絞り134に換えて、中央を遮光した偏った開口を有する偏心絞りを用いても、顕微鏡100を用いてサンプル112を暗視野観察できる。
In the microscope 100, for example, when the combination of wavelength characteristics described in Table 1 below is used, dark field observation and CARS light observation can be performed simultaneously. In this case, the wavelength of the CARS light generated from the sample 112 is 800 to 1010 [nm]. However, it goes without saying that the combination of the characteristics of the excitation light and the filters is not limited to the following. In addition, the sample 112 can be observed in the dark field using the microscope 100 even when an eccentric stop having a biased opening with a light shielded center is used instead of the ring stop 134.

図2は、上記のように設定された顕微鏡100による暗視野観察を説明する模式図である。顕微鏡100における暗視野観察においては、対物光学系140および制御部120に加えて、照明部130および画像検出部150を使用する。   FIG. 2 is a schematic diagram for explaining dark field observation with the microscope 100 set as described above. In the dark field observation in the microscope 100, the illumination unit 130 and the image detection unit 150 are used in addition to the objective optical system 140 and the control unit 120.

図中に点線で示すように、照明部130において照明光源131が射出した照明光は、それぞれリレーレンズ133、135、138を介して、リング絞り134、視野絞り136および帯域通過フィルタ139を通じて、照明部130から射出される。これにより、ステージ110上のサンプル112に対して、照射角度が上側対物レンズの開口数の周辺部分だけの環状に制限された照明光が、図中上方から照射される。   As indicated by a dotted line in the drawing, the illumination light emitted from the illumination light source 131 in the illumination unit 130 is illuminated through the relay lenses 133, 135, and 138 through the ring diaphragm 134, the field diaphragm 136, and the band-pass filter 139, respectively. Injected from the unit 130. As a result, the sample 112 on the stage 110 is irradiated with illumination light whose irradiation angle is limited to an annular shape only in the peripheral portion of the numerical aperture of the upper objective lens from above in the drawing.

サンプル112に照射された照明光のうち大部分はサンプル112を通過するときに直進する。そして下側対物レンズ144で取り込まれ、画像検出部150のダイクロイックミラー151で反射されてCCDカメラ158の方向に向かうが、開口絞り156で遮光されCCDカメラ158までは到達しないので検出されない。しかしながら、照明光の一部は、サンプル112を通過するときに散乱されてその進む方向を変えられ、開口絞り156を通過し、CCDカメラ158に到達して検出される。よって、サンプル112により散乱された照明光により暗視野像が観察できるのである。   Most of the illumination light irradiated on the sample 112 travels straight when passing through the sample 112. Then, it is captured by the lower objective lens 144, reflected by the dichroic mirror 151 of the image detection unit 150, and directed toward the CCD camera 158, but is shielded by the aperture stop 156 and does not reach the CCD camera 158, and thus is not detected. However, a part of the illumination light is scattered when passing through the sample 112, the direction of travel is changed, passes through the aperture stop 156, reaches the CCD camera 158, and is detected. Therefore, a dark field image can be observed by the illumination light scattered by the sample 112.

画像検出部150は、そのような散乱光を検出して、サンプル112の形状に応じた明暗像を検出する。このような暗視野観察は、サンプル112が透明でコントラストが低い場合であっても、微小構造・微小病原体・微小スクラッチ傷を容易に確認できる。   The image detection unit 150 detects such scattered light and detects a bright and dark image corresponding to the shape of the sample 112. In such dark field observation, even if the sample 112 is transparent and the contrast is low, it is possible to easily confirm a microstructure, a micropathogen, and a micro scratch.

図3は、顕微鏡100によるCARS光観察を説明する模式図である。顕微鏡100におけるCARS光観察においては、対物光学系140および制御部120に加えて、レーザ装置160、励起部170、上側CARS光検出部180および下側CARS光検出部190を使用する。   FIG. 3 is a schematic diagram for explaining CARS light observation with the microscope 100. In CARS light observation in the microscope 100, in addition to the objective optical system 140 and the control unit 120, a laser device 160, an excitation unit 170, an upper CARS light detection unit 180, and a lower CARS light detection unit 190 are used.

図中に点線で示すように、励起部170から射出された励起光は、ダイクロイックミラー151、191を透過して、ステージ110上のサンプル112に図中下方から照射される。下側対物レンズ144により励起光をサンプル112の内部に集光させることにより、サンプル112においては、サンプル112に含まれる分子の組成に応じた波長を有するCARS光が発生する。   As indicated by a dotted line in the figure, the excitation light emitted from the excitation unit 170 passes through the dichroic mirrors 151 and 191 and is irradiated on the sample 112 on the stage 110 from below in the figure. By converging the excitation light inside the sample 112 by the lower objective lens 144, CARS light having a wavelength corresponding to the composition of molecules contained in the sample 112 is generated in the sample 112.

よって、顕微鏡100において、上側CARS光検出部180および下側CARS光検出部190を用いて、サンプル112を観察できる。ここで、顕微鏡100においては、リング絞り134、開口絞り156等の光量を減少させる光学素子が、サンプル112においてCARS光を発生させる励起光の光路上にも、サンプル112で発生したCARS光の光路上にも、配置されていない。よって、励起光の利用効率を向上させることができる。また、発生したCARS光を効率よく検出できるので、観察に要する作業時間も短縮できる。   Therefore, in the microscope 100, the sample 112 can be observed using the upper CARS light detection unit 180 and the lower CARS light detection unit 190. Here, in the microscope 100, the optical elements such as the ring stop 134, the aperture stop 156, and the like that reduce the amount of light also have the CARS light generated in the sample 112 on the optical path of the excitation light that generates the CARS light in the sample 112. It is not placed on the street. Therefore, the utilization efficiency of excitation light can be improved. Moreover, since the generated CARS light can be detected efficiently, the work time required for observation can be shortened.

なお、サンプル112に対して励起部170と同じ側に配置された下側CARS光検出部190により観察するCARS光は、恰もサンプル112により反射された、言わば反射CARS光である。一方、サンプル112に対して励起部170と反対側に配置された上側CARS光検出部180により観察するCARS光は、恰もサンプル112を透過した、言わば透過CARS光である。   Note that the CARS light observed by the lower CARS light detection unit 190 disposed on the same side as the excitation unit 170 with respect to the sample 112 is, in other words, reflected CARS light reflected by the sample 112. On the other hand, the CARS light observed by the upper CARS light detection unit 180 disposed on the opposite side of the excitation unit 170 with respect to the sample 112 is transmitted CARS light, that is, the transmitted CARS light.

図4は、反射CARS光による観察で分解可能な空間周波数の領域を示す図である。図5は、透過CARS光による観察で分解可能な空間周波数の領域を示す図である。ここで、分解可能な空間周波数の領域とは、観察対象を仮に複数の空間周波数に分解すなわちフーリエ変換した場合に、複数の空間周波数のうち、像の形成に寄与する空間周波数を含む領域である。   FIG. 4 is a diagram illustrating a spatial frequency region that can be resolved by observation with reflected CARS light. FIG. 5 is a diagram illustrating a spatial frequency region that can be resolved by observation with transmitted CARS light. Here, the resolvable spatial frequency region is a region including a spatial frequency that contributes to image formation out of a plurality of spatial frequencies when the observation target is decomposed into a plurality of spatial frequencies, that is, Fourier transformed. .

なお、図4および図5において、図中右側に示すスケールにおいて、図中上端側は光強度が高いことを示し、図中下端側は光強度が低いことを示す。また、各図の中央付近に表示される観察画像の各々においては、図中で中央側の光強度が高く、外周側の光強度が低いことを示しており、表示画像の濃淡が、それぞれ上記スケールに示された濃淡に対応している。   4 and 5, in the scale shown on the right side of the figure, the upper end side in the figure indicates that the light intensity is high, and the lower end side in the figure indicates that the light intensity is low. In addition, in each of the observation images displayed near the center of each figure, the light intensity on the center side is high and the light intensity on the outer peripheral side is low in the figure, and the shades of the display image are Corresponds to the shading shown on the scale.

図4に示すように、反射CARS光による観察の分解可能な空間周波数の領域と、図5に示す透過CARS光による観察の分解可能な空間周波数の領域とは、互いに異なり、互いに排他的である。よって、サンプル112を観察する目的に応じて、上側CARS光検出部180と下側CARS光検出部190とを適宜使い分けることが好ましい。また、上側CARS光検出部180の検出結果と下側CARS光検出部190の検出結果とを組み合わせることにより、より広い周波数領域を観察することができる。   As shown in FIG. 4, the resolvable spatial frequency region for observation with reflected CARS light and the resolvable spatial frequency region for observation with transmitted CARS light shown in FIG. 5 are different from each other and are mutually exclusive. . Therefore, it is preferable to appropriately use the upper CARS light detection unit 180 and the lower CARS light detection unit 190 according to the purpose of observing the sample 112. Further, by combining the detection result of the upper CARS light detection unit 180 and the detection result of the lower CARS light detection unit 190, a wider frequency region can be observed.

また、上側CARS光検出部180と下側CARS光検出部190とで、レーザ装置160を共通の光源として用いているため、観察対象における同一の位置を同時に検出することができる。これにより、反射CARS光による画像と透過CARS光による画像とに位置ずれが生じることなく、別々の装置で用いて行う場合に比べてより正確な画像を取得することができる。   In addition, since the upper CARS light detection unit 180 and the lower CARS light detection unit 190 use the laser device 160 as a common light source, the same position in the observation target can be detected simultaneously. Thereby, a more accurate image can be acquired compared with the case where it uses with a separate apparatus, without generating a position shift between the image by reflected CARS light, and the image by transmitted CARS light.

図6はレーザ顕微鏡100において、観察対象がCARS光を発生するCARS過程を説明する模式図である。CARS過程は、互いに異なる光周波数ω、ωを有するポンプ光およびストークス光の二つのレーザ光を含む励起光を被観察物(サンプル112)に照射して、ポンプ光の光周波数ωとストークス光の光周波数ωとの差[ω−ω]が、被観察物に含まれる分子の固有振動の角振動数ωと一致した場合に発生する。 FIG. 6 is a schematic diagram for explaining the CARS process in which the observation target generates CARS light in the laser microscope 100. CARS process, different optical frequencies omega 1 together, by irradiating the excitation light including the two laser beams of the pump light and stokes light having a omega 2 in the object to be observed (sample 112), and the optical frequency omega 1 of the pump light This occurs when the difference [ω 1 −ω 2 ] with the optical frequency ω 2 of the Stokes light coincides with the angular frequency ω 0 of the natural vibration of the molecule contained in the observed object.

CARS過程により、被観察物に含まれる特定の分子構造の振動モードが励振されると、分子振動が光周波数ωを有する第3のレーザ光であるプローブ光と相互作用することにより、三次の非線形分極に由来するCARS光が発生する。 When the vibration mode of a specific molecular structure included in the object to be observed is excited by the CARS process, the molecular vibration interacts with the probe light, which is the third laser light having the optical frequency ω 3 , so that the third order CARS light derived from nonlinear polarization is generated.

更に、ポンプ光はプローブ光としても利用できるので、[ω=ω]という条件の下で、CARS光が発生する。被観察物において発生するCARS光は、[ωCARS=ω−ω+ω]を満たす光周波数を有する。 Furthermore, since the pump light can also be used as probe light, CARS light is generated under the condition [ω 1 = ω 3 ]. The CARS light generated in the object to be observed has an optical frequency satisfying [ω CARS = ω 1 −ω 2 + ω 3 ].

よって、被観察物から射出されたCARS光を検出することにより、被観察物に含まれる特定の分子構造、例えば官能基の存在を検出できる。また、励起光を被観察物に照射する位置を変えながら繰り返しCARS光を検出することにより、被観察物における特定の分子構造の分布を画像化することができる。   Therefore, by detecting the CARS light emitted from the object to be observed, it is possible to detect the presence of a specific molecular structure, such as a functional group, included in the object to be observed. In addition, by repeatedly detecting CARS light while changing the position where the observation object is irradiated with the excitation light, the distribution of a specific molecular structure in the observation object can be imaged.

CARS光は自発ラマン散乱光等に比べると光強度が高いので、光電気変換素子を用いた場合に短時間で検出できる。よって、単に、検出に要する時間が短くなるばかりではなく、ビデオレートでの観察もできる。   Since CARS light has higher light intensity than spontaneous Raman scattered light or the like, it can be detected in a short time when a photoelectric conversion element is used. Therefore, not only the time required for detection is shortened but also observation at a video rate is possible.

これにより、特定分子構造の分布だけではなく、分布の変化も検出することができる。また、被観察物に照射する励起光の帯域を、生細胞に与えるダメージが少ない赤外帯域とすることにより、被観察物の生細胞を生かしたまま観察することができる。   Thereby, not only the distribution of the specific molecular structure but also the change of the distribution can be detected. In addition, by making the excitation light band irradiated on the object to be observed an infrared band that causes little damage to the living cells, the living cells of the object to be observed can be observed.

更に、非線形光学効果により生じるCARS光は、下側対物レンズ144により励起光が絞り込まれた極めて狭い領域において発生する。このため、CARS光検出の対象となる領域は、照射光の光軸に交差する方向と、光軸と平行な方向の両方に関して狭い領域となる。よって、CARS光による被観察物の観察は、立体的に高い解像度を有する。   Furthermore, the CARS light generated by the nonlinear optical effect is generated in a very narrow region where the excitation light is narrowed down by the lower objective lens 144. For this reason, the area | region used as the object of CARS light detection becomes a narrow area | region regarding both the direction crossing the optical axis of irradiation light, and a direction parallel to an optical axis. Therefore, the observation of the object to be observed with the CARS light has a three-dimensionally high resolution.

従って、赤外帯域または近赤外帯域の照射光を用いて、観察平面を被観察物の内部に形成してもよい。また、観察平面を、被観察物の深さ方向に順次移動させることにより、特定の分子構造の三次元的な分布を反映した画像を生成できる。   Therefore, the observation plane may be formed inside the object to be observed using the irradiation light in the infrared band or the near infrared band. Further, an image reflecting a three-dimensional distribution of a specific molecular structure can be generated by sequentially moving the observation plane in the depth direction of the object to be observed.

なお、上記のように、コヒーレントな照射光をサンプル112に照射した場合に非線形光学効果を生じる現象として、CARS光の他に誘導ラマン散乱等のラマン散乱光を生じる現象や、多光子励起による蛍光を生じる現象や、第二高調波、第三高調波などの高調波を生じる現象などが知られている。これらの非線形現象により生じた光のうち、例えばラマン散乱光を検出することにより、サンプル112における特定の分子構造の三次元的な分布を反映した画像を生成できる。また、ラマン散乱光以外の光でも、サンプル112の三次元的な構造を反映した画像を生成することができる。このため、顕微鏡100において、レーザ装置160が射出するレーザ光の波長や各種フィルタの波長特性等を適切に調整することにより、顕微鏡100を用いて、多光子励起蛍光、第二高調波、第三高調波、誘導ラマン散乱等によるサンプル112の観察が実行できる。   Note that, as described above, when the sample 112 is irradiated with coherent irradiation light, as a phenomenon that produces a nonlinear optical effect, in addition to CARS light, a phenomenon in which Raman scattered light such as stimulated Raman scattering is generated, or fluorescence due to multiphoton excitation. There are known phenomena such as the phenomenon of generating the second harmonic, the third harmonic, and the like. By detecting, for example, Raman scattered light among the light generated by these nonlinear phenomena, an image reflecting the three-dimensional distribution of a specific molecular structure in the sample 112 can be generated. Further, an image reflecting the three-dimensional structure of the sample 112 can be generated even with light other than Raman scattered light. For this reason, in the microscope 100, by appropriately adjusting the wavelength of the laser light emitted by the laser device 160, the wavelength characteristics of various filters, and the like, using the microscope 100, multiphoton excitation fluorescence, second harmonic, third The sample 112 can be observed by harmonics, stimulated Raman scattering, or the like.

図7は、顕微鏡100を用いたサンプル112の観察手順を示す流れ図である。まず、サンプル112をステージ110に保持させる(ステップS101)。一旦ステージ110に保持させたサンプル112は、続いて説明する一連の観察手順が完了するまで移動させない。   FIG. 7 is a flowchart showing the observation procedure of the sample 112 using the microscope 100. First, the sample 112 is held on the stage 110 (step S101). The sample 112 once held on the stage 110 is not moved until a series of observation procedures described below is completed.

次に、サンプル112を広域観察する。本実施例では、図2に示したように、照明部130を点灯してサンプル112を暗視野観察する(ステップS102)。暗視野観察にかかる時間は短く、ステージスキャナ111を駆動してステージ110の位置を変えながらサンプル112をリアルタイムで観察できるので、サンプル112が存在する空間的な領域(対物光学系の焦点に対するサンプル112の位置)を素早く把握することができる。   Next, the sample 112 is observed over a wide area. In this embodiment, as shown in FIG. 2, the illumination unit 130 is turned on and the sample 112 is observed in the dark field (step S102). The time required for dark field observation is short, and the sample 112 can be observed in real time while the stage scanner 111 is driven to change the position of the stage 110. Can be quickly grasped.

即ち、CARS光観察等の非線形光学効果を利用した観察方法においては、励起される領域が狭く、焦点深度が浅いので、検出対象となる分子がサンプル112に含まれていないためにサンプルからのCARS光が検出できない場合と、励起光の焦点がサンプル112からはずれているためにサンプルからのCARS光が検出できない場合とを区別できない。しかしながら、サンプル112の表面を含む広い範囲を暗視野観察することにより、サンプル112が存在する空間的領域を把握しておけば、サンプル112が存在しない領域をCARS光観察するという無効な観察を防止できる。   That is, in the observation method using the nonlinear optical effect such as CARS light observation, since the excited region is narrow and the depth of focus is shallow, the molecule to be detected is not included in the sample 112, so that CARS from the sample is not included. A case where light cannot be detected cannot be distinguished from a case where the CARS light from the sample cannot be detected because the excitation light is out of focus from the sample 112. However, by observing a wide area including the surface of the sample 112 in the dark field, if the spatial area where the sample 112 exists is grasped, the invalid observation of observing the area where the sample 112 does not exist as CARS light is prevented. it can.

更に、顕微鏡100は、暗視野観察等の広域観察とCARS光観察等の非線形光学効果による観察とを同時に実行できるので、広域観察により対物光学系の焦点がサンプル112の内部にあることを確認しながら、同時に非線形光学効果による観察をすることができる。そこで、図示の手順においては、観察手法としてCARS光観察を用いて予備CARS光観察を実行する(ステップS103)。   Furthermore, since the microscope 100 can simultaneously perform wide-area observation such as dark field observation and observation by nonlinear optical effects such as CARS light observation, it is confirmed that the focal point of the objective optical system is inside the sample 112 by wide-area observation. At the same time, it is possible to observe by the nonlinear optical effect. Therefore, in the illustrated procedure, preliminary CARS light observation is performed using CARS light observation as an observation method (step S103).

CARS光は、励起光を非常に細く収束させた場合に生じる光線形光学効果により発生するので、観察できる範囲が狭い。そこで、顕微鏡100においては、ガルバノスキャナ171等により励起光を走査させて、走査した領域から検出したCARS光により観察画像を生成する。このように、CARS光による観察は、走査により観察画像を生成するので、単位面積あたりの観察に要する時間が長い。   Since the CARS light is generated by the optical linear optical effect generated when the excitation light is converged very finely, the observable range is narrow. Therefore, in the microscope 100, the excitation light is scanned by the galvano scanner 171 or the like, and an observation image is generated by the CARS light detected from the scanned region. In this way, observation with CARS light generates an observation image by scanning, and thus the time required for observation per unit area is long.

そこで、顕微鏡100を用いた予備CARS光観察(ステップS103)においては、間隔をおいて設定した複数の予備観察領域についてCARS光観察することにより、サンプル112の全体、または、広い領域を概観する。ここで、個々の予備観察領域117は狭いので、予備CARS光観察に係る時間を短縮できる。また、顕微鏡100においては、ステージスキャナ111を併用することにより、広い間隔で予備観察領域を配置できる。こうして、サンプル112全体の状態を、短時間で把握することができる。   Therefore, in preliminary CARS light observation using the microscope 100 (step S103), the entire sample 112 or a wide area is overviewed by performing CARS light observation on a plurality of preliminary observation areas set at intervals. Here, since each preliminary observation area 117 is narrow, the time required for preliminary CARS light observation can be shortened. Further, in the microscope 100, by using the stage scanner 111 in combination, the preliminary observation areas can be arranged at wide intervals. Thus, the state of the entire sample 112 can be grasped in a short time.

図8は、顕微鏡100によりサンプル112を観察する場合の、予備CARS光観察におけるサンプル112内の予備観察領域117の分布を例示する模式図である。予備CARS光観察においては、間隔をおいて設定され、個々の領域は狭い複数の予備観察領域117を、サンプル112全体にわたって観察する。これにより、予備CARS光観察においては、短時間でサンプル112全体を概観できる。   FIG. 8 is a schematic view illustrating the distribution of the preliminary observation region 117 in the sample 112 in the preliminary CARS light observation when the sample 112 is observed with the microscope 100. In the preliminary CARS light observation, a plurality of preliminary observation areas 117 which are set at intervals and are narrow in each area are observed over the entire sample 112. Thereby, in preliminary CARS light observation, the whole sample 112 can be overviewed in a short time.

なお、予備CARS光観察においては、予備観察領域117相互の間隔を広くすることに加えて、個々の予備観察領域117内における走査速度を高くしてもよい。更に、個々の予備観察領域117は1点の観察点であってもよいし、走査により形成された2次元的な拡がりを有する領域であってもよい。   In the preliminary CARS light observation, in addition to widening the interval between the preliminary observation regions 117, the scanning speed in each preliminary observation region 117 may be increased. Furthermore, each preliminary observation region 117 may be one observation point or a region having a two-dimensional expansion formed by scanning.

このように、顕微鏡100においては、制御部120によりステージスキャナ111およびガルバノスキャナ171を制御することにより、サンプル112における観察領域の位置に関連付けられる情報を取得する第1の観察系を形成できる。図1に示した例では、制御部120、レーザ装置160、励起部170、上側CARS光検出部180および下側CARS光検出部190で第1の観察系を形成できる。   As described above, in the microscope 100, the first observation system that acquires information associated with the position of the observation region in the sample 112 can be formed by controlling the stage scanner 111 and the galvano scanner 171 by the control unit 120. In the example illustrated in FIG. 1, the control unit 120, the laser device 160, the excitation unit 170, the upper CARS light detection unit 180, and the lower CARS light detection unit 190 can form a first observation system.

また、顕微鏡100における予備CARS光観察では、CARS光観察と暗視野像観察とを同時に実行できるので、サンプル112における励起光の照射位置、特に、励起光がサンプル112内に合焦して照射されているか否かを実時間で把握できる。よって予備CARS光観察において、サンプル112における励起光の焦点位置を継続的に監視して、励起光の照射位置がサンプル112からはずれることを防止できる。これにより、観察画像の取得に時間を要するCARS過程による観察を効率よく実行できる。   Further, in the preliminary CARS light observation in the microscope 100, since the CARS light observation and the dark field image observation can be simultaneously performed, the irradiation position of the excitation light in the sample 112, in particular, the excitation light is focused and irradiated in the sample 112. Whether or not you are in real time. Therefore, in the preliminary CARS light observation, the focal position of the excitation light in the sample 112 can be continuously monitored, and the irradiation position of the excitation light can be prevented from deviating from the sample 112. Thereby, the observation by CARS process which requires time for acquisition of an observation image can be performed efficiently.

また、例えば、サンプル112として、生細胞と死細胞とが混在する細胞シートを観察した場合に、死細胞であることが予備CARS光観察の段階で歴然としている領域は、後述する特定観察領域118の抽出候補から省くことができる。同様に、サンプル112において、生細胞であることが予備CARS光観察の段階で歴然としている領域も、特定観察領域118の抽出候補から省くことができる。よって、少ない領域を高精度に観察することにより、サンプル112全体を高精度に観察した場合と同様の観察精度が得られ、実効的な観察のスループットを向上させることができる。   Further, for example, when a cell sheet in which live cells and dead cells are mixed is observed as the sample 112, a region where a dead cell is obvious at the stage of preliminary CARS light observation is a specific observation region 118 described later. Can be omitted from the extraction candidates. Similarly, in the sample 112, an area where it is obvious that it is a living cell at the stage of preliminary CARS light observation can be omitted from the extraction candidates for the specific observation area 118. Therefore, by observing a small area with high accuracy, the same observation accuracy as that when observing the entire sample 112 with high accuracy can be obtained, and the effective observation throughput can be improved.

再び図7を参照すると、上記のように、暗視野像観察と予備CARS光観察とを併用することにより、サンプル112において予め定められた条件に合致する領域、例えば、サンプル112において変色、変形、変質等の変異が認められた、詳細に観察すべき特定観察領域118が予備観察領域117から抽出されて特定される(ステップS104)。この場合、検出すべき変異は、暗視野像観察により見いだしたものであっても、CARS光観察により見いだしたものであってもよい。   Referring to FIG. 7 again, as described above, by using dark field image observation and preliminary CARS light observation in combination, an area that satisfies a predetermined condition in sample 112, for example, discoloration, deformation, A specific observation area 118 to be observed in detail, in which a mutation such as alteration is recognized, is extracted from the preliminary observation area 117 and specified (step S104). In this case, the mutation to be detected may be found by dark field image observation or may be found by CARS light observation.

また、暗視野像観察および予備CARS光観察により変異が検出された場合、制御部120は、サンプル112における当該変異の位置に関連する情報を取得する。なお、ひとつのサンプル112に対して複数の特定観察領域118が特定された場合は、特定観察領域118の数に応じて、例えばその表面を基準として、サンプル112において当該領域が存在する深さ方向の位置にひも付けられた位置情報が取得できる。これにより、後述する詳細CARS光観察において、特定観察領域118を確実且つ迅速に観察できる。   When a mutation is detected by dark field image observation and preliminary CARS light observation, the control unit 120 acquires information related to the position of the mutation in the sample 112. When a plurality of specific observation regions 118 are specified for one sample 112, the depth direction in which the regions exist in the sample 112, for example, based on the surface thereof, depending on the number of the specific observation regions 118. The position information linked to the position can be acquired. Thereby, in the detailed CARS light observation mentioned later, the specific observation area | region 118 can be observed reliably and rapidly.

図9は、詳細CARS光観察におけるサンプル112内の詳細観察領域119の分布を例示する模式図である。サンプル112における詳細観察領域119の各々は、予備CARS光観察において位置が特定された特定観察領域118を含む。特定観察領域118の位置は、例えば、ガルバノスキャナ171およびステージスキャナ111による走査位置と、予備CARS光観察により取得された、サンプル112の深さにひも付けられたサンプル112の深さ方向の位置情報Z、Z、Zに基づいて特定できる。 FIG. 9 is a schematic view illustrating the distribution of the detailed observation region 119 in the sample 112 in the detailed CARS light observation. Each of the detailed observation areas 119 in the sample 112 includes a specific observation area 118 whose position is specified in the preliminary CARS light observation. The position of the specific observation region 118 is, for example, the position information in the depth direction of the sample 112 linked to the depth of the sample 112 acquired by the scanning position by the galvano scanner 171 and the stage scanner 111 and the preliminary CARS light observation. It can be specified based on Z 1 , Z 2 , Z 3 .

図示の例において、詳細観察領域119の各々は、各々が対応する特定観察領域118よりも広い。更に、詳細観察領域119におけるCARS光観察においては、ガルバノスキャナ171による励起光の走査速度を低くしてもよい。これにより、詳細観察領域119においては、CARS光観察の高い解像度で特定観察領域118とその周辺を観察できる。このように、顕微鏡100においては、制御部120によりステージスキャナ111およびガルバノスキャナ171を制御して、サンプル112における観察領域の画像を取得する第2の観察系を形成する。   In the illustrated example, each of the detailed observation areas 119 is wider than the specific observation area 118 to which each corresponds. Further, in CARS light observation in the detailed observation region 119, the scanning speed of the excitation light by the galvano scanner 171 may be lowered. Thereby, in the detailed observation area | region 119, the specific observation area | region 118 and its periphery can be observed with the high resolution of CARS light observation. As described above, in the microscope 100, the control unit 120 controls the stage scanner 111 and the galvano scanner 171 to form a second observation system that acquires an image of the observation region in the sample 112.

なお、CARS光観察は、検出対象となる分子の立体的な分布を反映した画像を形成することもできる。よって、特定観察領域118および詳細観察領域119の少なくとも一方を立体的な領域として設定してもよい。例えば、予備CARS光観察におけるサンプル112の深さ方向の間隔に応じて、立体的な詳細観察領域119の深さ方向の幅(高さ)を決定してもよい。   CARS light observation can also form an image reflecting the three-dimensional distribution of molecules to be detected. Therefore, at least one of the specific observation area 118 and the detailed observation area 119 may be set as a three-dimensional area. For example, the width (height) in the depth direction of the three-dimensional detailed observation region 119 may be determined according to the distance in the depth direction of the sample 112 in the preliminary CARS light observation.

図10は、顕微鏡100により予備CARS光観察をする場合の、サンプル112内における予備観察領域117の他の形状を例示する模式図である。図示の予備CARS光観察においては、サンプル112内で間隔をおいて立体的に配された予備観察領域117の各々が、サンプル112の深さ方向に幅を有する。これにより、予備CARS光観察において、予備観察領域117から抽出して特定された個々の特定観察領域118における変異等の空間的な分布の傾向を把握できる。   FIG. 10 is a schematic view illustrating another shape of the preliminary observation region 117 in the sample 112 when the preliminary CARS light observation is performed with the microscope 100. In the preliminary CARS light observation shown in the figure, each of the preliminary observation regions 117 arranged in a three-dimensional manner at intervals in the sample 112 has a width in the depth direction of the sample 112. Thereby, in preliminary CARS light observation, it is possible to grasp the tendency of spatial distribution such as mutation in each specific observation area 118 extracted and specified from the preliminary observation area 117.

図11は、上記のような予備観察領域117による予備CARS光観察により特定した詳細観察領域119の形状を例示する模式図である。図示の詳細観察領域119のそれぞれは、対応する予備観察領域117を内側に含み、予備観察領域117よりも立体的に広い範囲に形成される。これにより、変異が生じている予備観察領域117の周囲を詳細に観察して、サンプル112に生じた変異の画像を迅速且つ確実に取得できる。   FIG. 11 is a schematic view illustrating the shape of the detailed observation region 119 specified by the preliminary CARS light observation using the preliminary observation region 117 as described above. Each of the illustrated detailed observation regions 119 includes a corresponding preliminary observation region 117 inside, and is formed in a three-dimensionally wider range than the preliminary observation region 117. As a result, the periphery of the preliminary observation region 117 in which a mutation has occurred can be observed in detail, and an image of the mutation that has occurred in the sample 112 can be acquired quickly and reliably.

なお、図示の詳細観察領域119の深さ方向の幅(高さ)は、立体的に配列された予備観察領域117の、サンプル112の深さ方向の間隔により決定してもよい。図は予備観察領域117の深さ方向の間隔の1倍とした場合である。または特定観察領域118を中央に配してその幅を間隔の2倍としても良い。これにより、サンプル112における詳細観察領域119の深さ方向の幅に関しては、取り損ねる可能性のある領域を最小にした十分なものとなる。   Note that the width (height) in the depth direction of the detailed observation region 119 shown in the figure may be determined by the interval in the depth direction of the sample 112 between the three-dimensionally arranged preliminary observation regions 117. The figure shows a case where the interval in the depth direction of the preliminary observation region 117 is set to one time. Alternatively, the specific observation region 118 may be arranged in the center and its width may be twice the interval. As a result, regarding the width in the depth direction of the detailed observation region 119 in the sample 112, the region that can be missed is sufficiently minimized.

図12は、顕微鏡100を用いて、サンプル112を位相差観察する場合の設定を示す図である。なお、図12に示す設定は、次に説明する部分を除くと、図1に示した顕微鏡100と変わらない。よって、共通の要素には同じ参照番号を付して重複する説明を省く。   FIG. 12 is a diagram illustrating a setting when the phase difference observation is performed on the sample 112 using the microscope 100. Note that the settings shown in FIG. 12 are the same as those of the microscope 100 shown in FIG. Therefore, common elements are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.

暗視野観察とCARS光観察とを併用する場合に使用した顕微鏡100は、第2の光学部材として画像検出部150に組み込んだ開口絞り156を取り外し、その代わりに、位相リング146を配することにより位相差観察にも使用できる。位相リング146は、下側対物レンズ144の射出瞳の位置Pと光学的に共役であり、射出瞳の実像ができる位置Pに組み込まれる。なお、一般的には位相差観察をする場合に用いられるリング絞り134の径は、暗視野観察の場合に用いるリング絞り134よりも小さい。 The microscope 100 used when dark field observation and CARS light observation are used together removes the aperture stop 156 incorporated in the image detection unit 150 as the second optical member, and arranges the phase ring 146 instead. It can also be used for phase difference observation. Phase ring 146 is a position P 3 optically conjugate of the exit pupil of the lower objective lens 144 are incorporated in a position P 4, which can real image of the exit pupil. In general, the diameter of the ring stop 134 used for phase difference observation is smaller than the ring stop 134 used for dark field observation.

上記のように設定することにより、顕微鏡100を用いて、ステージ110に置いたサンプル112を位相差観察できる。また、図1に示した設定の場合と同様に、位相差観察の設定を維持したまま、CARS光観察も同時に実行できる。   By setting as described above, the phase difference observation of the sample 112 placed on the stage 110 can be performed using the microscope 100. Similarly to the setting shown in FIG. 1, CARS light observation can be performed simultaneously while maintaining the phase difference observation setting.

なお、下側対物レンズ144とダイクロイックミラー191との間で、下側対物レンズ144の射出瞳の位置Pと光学的に共役であり、射出瞳の実像ができる位置に位相リング146を配置しても、CARS光観察を実行することができる。この場合、サンプル112に照射される励起光が位相リング146を透過することにより減衰するので、サンプル112を励起してCARS光を発生させることができるものの、検出されるCARS光の光強度は低下する。 Incidentally, between the lower objective lens 144 and the dichroic mirror 191, a position P 3 optically conjugate of the exit pupil of the lower objective lens 144, a phase ring 146 is disposed at a position that allows real image of the exit pupil Even CARS light observation can be executed. In this case, since the excitation light applied to the sample 112 is attenuated by passing through the phase ring 146, the sample 112 can be excited to generate CARS light, but the light intensity of the detected CARS light is reduced. To do.

図13は、顕微鏡100を用いて、サンプル112を微分干渉観察する場合の設定を示す図である。図13に示す設定は、次に説明する部分を除くと、図1に示した顕微鏡100と変わらない。よって、共通の要素には同じ参照番号を付して重複する説明を省く。   FIG. 13 is a diagram illustrating a setting when the differential interference observation is performed on the sample 112 using the microscope 100. The settings shown in FIG. 13 are the same as those of the microscope 100 shown in FIG. Therefore, common elements are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.

図示の顕微鏡100は、第1の光学部材として、リング絞り134に換えて、ポラライザ232およびウォラストンプリズム234が照明部130に組み込まれる。また、この設定の顕微鏡100では、第2の光学部材として、開口絞り156に換えて、ウォラストンプリズム236およびアナライザ238が画像検出部150に組み込まれる。これにより、顕微鏡100を用いて、サンプル112の微分干渉観察ができる状態になる。なお、ウォラストンプリズム234、236は、ノマルスキー型であってもよい。   In the illustrated microscope 100, a polarizer 232 and a Wollaston prism 234 are incorporated in the illumination unit 130 instead of the ring diaphragm 134 as a first optical member. In the microscope 100 with this setting, a Wollaston prism 236 and an analyzer 238 are incorporated in the image detection unit 150 as the second optical member, instead of the aperture stop 156. As a result, the differential interference observation of the sample 112 can be performed using the microscope 100. The Wollaston prisms 234 and 236 may be Nomarski type.

ウォラストンプリズム234は、これによって分離される常光線と異常光線の交差点が上側対物レンズ142の射出瞳の位置Pと光学的に共役な位置Pになるように決められたPの近傍の位置に組み込まれ、ポラライザ232はそのすぐ隣の照明光源131側に配される。ポラライザ232は、照明光源131が発生した照明光を直線偏光に変換し、ウォラストンプリズム234は照明光を振動方向が互いに直交する2つの直線偏光に分離する。 The Wollaston prism 234 is in the vicinity of P 2 determined so that the intersection of the ordinary ray and the extraordinary ray separated thereby is an optically conjugate position P 2 with the exit pupil position P 1 of the upper objective lens 142. The polarizer 232 is disposed on the side of the illumination light source 131 immediately adjacent thereto. The polarizer 232 converts the illumination light generated by the illumination light source 131 into linearly polarized light, and the Wollaston prism 234 separates the illumination light into two linearly polarized lights whose vibration directions are orthogonal to each other.

ウォラストンプリズム236は、これによって合成される常光線と異常光線の交差点が下側対物レンズ144の射出瞳の位置Pと光学的に共役な位置Pになるように決められたPの近傍の位置に組み込まれ、アナライザ238はそのすぐ隣のCCDカメラ158側に配される。ウォラストンプリズム236は、分離されていた2つの直線偏光を1つに合成し、アナライザ238で特定の方向の偏光成分だけが透過される。 Wollaston prism 236, thereby to be of the ordinary ray and the extraordinary ray intersection of lower objective position of the exit pupil of the lens 144 P 3 and optically P 4 that is determined to be a conjugate position P 4 synthesis The analyzer 238 is incorporated in a nearby position, and is disposed on the side of the CCD camera 158 immediately adjacent thereto. The Wollaston prism 236 combines the two separated linearly polarized lights into one, and the analyzer 238 transmits only the polarization component in a specific direction.

上記のような光学部材を装着することにより、顕微鏡100の画像検出部150においては、照明部130側のウォラストンプリズム234により分離された2つの直線偏光が、サンプル112を透過する際にサンプル112の位相分布に応じた位相差を生じ、画像検出部150側のウォラストンプリズム236とアナライザ238を透過する際に干渉を生じる。よって、画像検出部150において検出される画像に、サンプル112の屈折率分布の微分量に応じたコントラストが生じる。   By mounting the optical member as described above, in the image detection unit 150 of the microscope 100, the two linearly polarized lights separated by the Wollaston prism 234 on the illumination unit 130 side pass through the sample 112. A phase difference corresponding to the phase distribution of the image detection unit 150 is generated, and interference occurs when passing through the Wollaston prism 236 and the analyzer 238 on the image detection unit 150 side. Therefore, a contrast corresponding to the differential amount of the refractive index distribution of the sample 112 is generated in the image detected by the image detection unit 150.

図14は、顕微鏡100を用いて、サンプル112を変調コントラスト観察する場合の設定を示す図である。図14に示す設定は、次に説明する部分を除くと、図1に示した顕微鏡100と変わらない。よって、共通の要素には同じ参照番号を付して重複する説明を省く。   FIG. 14 is a diagram illustrating settings when the sample 112 is observed with modulation contrast using the microscope 100. The settings shown in FIG. 14 are the same as those of the microscope 100 shown in FIG. Therefore, common elements are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.

図示の顕微鏡100には、第1の光学部材として、リング絞り134に換えて、偏光板231およびスリット絞り235が照明部130に組み込まれる。また、顕微鏡100は、第2の光学部材として、開口絞り156に換えて、モジュレータ233が画像検出部150に組み込まれる。これにより、顕微鏡100を用いて、サンプル112の変調コントラスト観察ができる状態になる。   In the illustrated microscope 100, a polarizing plate 231 and a slit diaphragm 235 are incorporated in the illumination unit 130 as a first optical member, instead of the ring diaphragm 134. In the microscope 100, a modulator 233 is incorporated in the image detection unit 150 instead of the aperture stop 156 as a second optical member. As a result, the microscope 100 can be used to observe the modulation contrast of the sample 112.

スリット絞り235は、上側対物レンズ142の射出瞳の位置Pと光学的に共役な位置Pに組み込まれ、光軸からはずれた位置に開口する矩形のスリットを有する。モジュレータ233は、下側対物レンズ144の射出瞳の位置Pと光学的に共役な位置Pに組み込まれる。スリット絞り235とモジュレータ233は光学的に共役な位置に配される。モジュレータ233は、透過光に対して透明な透明領域と、透過光を減衰させて透過するグレー領域と、透過光を遮断する暗黒領域とを有する。モジュレータ233のグレー領域は、スリット絞り235のスリット像が形成される位置に配される。これにより、サンプル112の屈折率の勾配に応じて透過光が屈折して偏向し、モジュレータ233を透過する透過光の割合が変わるので、画像検出部150において検出される検出画像に明暗を生じる。 Slit diaphragm 235 has a rectangular slit which is incorporated in the position P 1 and the optically conjugate position P 2 of the exit pupil of the upper objective lens 142, is open to the outside from the optical axis position. The modulator 233 is incorporated at a position P 4 optically conjugate with the exit pupil position P 3 of the lower objective lens 144. The slit diaphragm 235 and the modulator 233 are disposed at optically conjugate positions. The modulator 233 has a transparent region that is transparent to the transmitted light, a gray region that attenuates and transmits the transmitted light, and a dark region that blocks the transmitted light. The gray region of the modulator 233 is arranged at a position where a slit image of the slit diaphragm 235 is formed. As a result, the transmitted light is refracted and deflected according to the gradient of the refractive index of the sample 112, and the ratio of the transmitted light transmitted through the modulator 233 is changed, so that the detected image detected by the image detection unit 150 is light and dark.

なお、このほかに、スリット絞り235の開口部の一部に偏光板が取り付けられ、そして偏光板231がスリット絞り235のすぐ隣の照明光源131側に配されていてもよい。この場合は、偏光板231を回転させることで検出画像のコントラストを調節できる。   In addition, a polarizing plate may be attached to a part of the opening of the slit diaphragm 235, and the polarizing plate 231 may be disposed on the illumination light source 131 side immediately adjacent to the slit diaphragm 235. In this case, the contrast of the detected image can be adjusted by rotating the polarizing plate 231.

図15は、顕微鏡101を用いて、サンプル112を暗視野観察する場合の他の設定を示す図である。図15における設定は、次に説明する部分を除くと、図1に示した顕微鏡100と変わらない。よって、共通の要素には同じ参照番号を付して重複する説明を省く。   FIG. 15 is a diagram illustrating another setting in the case where the sample 112 is observed in the dark field using the microscope 101. The settings in FIG. 15 are the same as those of the microscope 100 shown in FIG. Therefore, common elements are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.

図示の設定においては、画像検出部150が、上側対物レンズ142と上側CARS光検出部180との間に配される。この場合、画像検出部150の開口絞り156は、上側対物レンズ142の射出瞳の位置Pと光学的に共役な位置Pに配される。さらに、顕微鏡100の画像検出部150で用いられていたダイクロイックミラー151は、波長特性の異なるダイクロイックミラー159に交換される。 In the illustrated setting, the image detection unit 150 is disposed between the upper objective lens 142 and the upper CARS light detection unit 180. In this case, the aperture stop 156 of the image detection unit 150 is disposed at a position P 5 that is optically conjugate with the position P 1 of the exit pupil of the upper objective lens 142. Furthermore, the dichroic mirror 151 used in the image detection unit 150 of the microscope 100 is replaced with a dichroic mirror 159 having different wavelength characteristics.

ダイクロイックミラー159は、サンプル112から発生したCARS光を透過し、照明部130からの照明光の一部を透過するとともにサンプル112から射出された光のうちの可視光帯域の光の一部を反射する。これにより、画像検出部150は、サンプル112で散乱して再び上側対物レンズ142に戻った照明光を検出して暗視野像を生成する。ダイクロイックミラー159は、例えば、下記の表2に記載する波長特性を持つ。
The dichroic mirror 159 transmits the CARS light generated from the sample 112, transmits a part of the illumination light from the illumination unit 130, and reflects a part of the light in the visible light band out of the light emitted from the sample 112. To do. Thereby, the image detection unit 150 detects the illumination light scattered by the sample 112 and returned to the upper objective lens 142 again to generate a dark field image. The dichroic mirror 159 has wavelength characteristics described in Table 2 below, for example.

なお、上記の例では、画像検出部150を、上側対物レンズ142と上側CARS光検出部180との間に配置した。しかしながら、画像検出部150を、上側CARS光検出部180および照明部130の間に配置しても、同様に、暗視野観察とCARS光観察とを同時に実行できる。   In the above example, the image detection unit 150 is disposed between the upper objective lens 142 and the upper CARS light detection unit 180. However, even if the image detection unit 150 is disposed between the upper CARS light detection unit 180 and the illumination unit 130, dark field observation and CARS light observation can be performed simultaneously.

図16は、他の顕微鏡102の構造を示す模式図である。顕微鏡102は、次に説明する部分を除いて、顕微鏡100と同じ構造を有する。よって、共通の要素には同じ参照番号を付して重複する説明を省く。   FIG. 16 is a schematic diagram showing the structure of another microscope 102. The microscope 102 has the same structure as the microscope 100 except for the parts described below. Therefore, common elements are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.

顕微鏡102は、全体で共通するステージ110、制御部120、および対物光学系140と、照明部130および画像検出部150を含むひとつの観察系と、レーザ装置160、励起部170、上側CARS光検出部180、および下側CARS光検出部190を含む他の観察系とを備える点で、図1等に示した顕微鏡100と共通する。   The microscope 102 has a common stage 110, control unit 120, objective optical system 140, one observation system including an illumination unit 130 and an image detection unit 150, a laser device 160, an excitation unit 170, and upper CARS light detection. 1 and the other observation system including the lower CARS light detection unit 190, and is common to the microscope 100 shown in FIG.

顕微鏡100と比較すると、顕微鏡102においては、第1の照射部を形成する照明部130が、ステージ110に対して、第2の照射部となる励起部170と、上側対物レンズ142および下側対物レンズ144の光軸と平行な方向について同じ側に配される。また、画像検出部150は、ステージ110に対して照明部130と上記方向について反対側において、上側CARS光検出部180に隣接して配される。   Compared with the microscope 100, in the microscope 102, the illumination unit 130 that forms the first irradiation unit has an excitation unit 170 that serves as a second irradiation unit, an upper objective lens 142, and a lower objective. They are arranged on the same side in the direction parallel to the optical axis of the lens 144. The image detection unit 150 is disposed adjacent to the upper CARS light detection unit 180 on the opposite side of the stage 110 with respect to the illumination unit 130 in the above direction.

このようにレイアウトした顕微鏡102は、図1に示した顕微鏡100と同じ操作により、サンプル112を同じように観察できる。更に、それぞれが熱源であると共に消費電力が大きいレーザ装置160および照明部130をまとめて配置できるので、熱的および電力的な管理が容易になる。   The microscope 102 laid out in this way can observe the sample 112 in the same manner by the same operation as the microscope 100 shown in FIG. Furthermore, since the laser device 160 and the illumination unit 130 that are each a heat source and consume large power can be arranged together, thermal and power management becomes easy.

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。   As mentioned above, although this invention was demonstrated using embodiment, the technical scope of this invention is not limited to the range as described in the said embodiment. It will be apparent to those skilled in the art that various modifications or improvements can be added to the above-described embodiment. It is apparent from the scope of the claims that the embodiments added with such changes or improvements can be included in the technical scope of the present invention.

特許請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置、システム、プログラム、および方法における動作、手順、ステップ、および段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示している場合、および、前の処理の出力を後の処理において用いる場合を除き、任意の順序で実現し得ることに留意すべきである。特許請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明した場合も、この順序で実施することが必須であることを意味するものではない。   The order of execution of each process such as operations, procedures, steps, and stages in the apparatus, system, program, and method shown in the claims, the description, and the drawings is particularly “before” or “prior to”. It should be noted that it can be realized in any order except when it is clearly indicated, and when the output of the previous process is used in the subsequent process. Regarding the operation flow in the claims, the description, and the drawings, even if it is described using “first”, “next”, etc. for convenience, it means that it is essential to carry out in this order. It is not a thing.

100、101、102 顕微鏡、110 ステージ、111 ステージスキャナ、112 サンプル、117 予備観察領域、118 特定観察領域、119 詳細観察領域、120 制御部、122 処理装置、124 キーボード、126 マウス、128 表示部、130 照明部、131 照明光源、132 コレクタレンズ、133、135、138、154、157、182、183、192、193 リレーレンズ、134 リング絞り、136 視野絞り、137、174 反射鏡、139、155 帯域通過フィルタ、140 対物光学系、142 上側対物レンズ、144 下側対物レンズ、146 位相リング、150 画像検出部、153、173 一次像面、152、175 結像レンズ、156 開口絞り、158 CCDカメラ、151、159、181、191 ダイクロイックミラー、160 レーザ装置、161、162 レーザ光源、163 コンバイナ、170 励起部、171 ガルバノスキャナ、172 スキャンレンズ、180 上側CARS光検出部、184、194 帯域通過フィルタ、190 下側CARS光検出部、185、195 光電子増倍管、231 偏光板、232 ポラライザ、233 モジュレータ、234、236 ウォラストンプリズム、235 スリット絞り、238 アナライザ 100, 101, 102 Microscope, 110 stage, 111 stage scanner, 112 samples, 117 preliminary observation area, 118 specific observation area, 119 detailed observation area, 120 control unit, 122 processing device, 124 keyboard, 126 mouse, 128 display unit, 130 Illuminator, 131 Illumination light source, 132 Collector lens, 133, 135, 138, 154, 157, 182, 183, 192, 193 Relay lens, 134 Ring diaphragm, 136 Field diaphragm, 137, 174 Reflector, 139, 155 bands Pass filter, 140 objective optical system, 142 upper objective lens, 144 lower objective lens, 146 phase ring, 150 image detector, 153, 173 primary image plane, 152, 175 imaging lens, 156 aperture stop, 158 CCD camera 151, 159, 181, 191 Dichroic mirror, 160 laser device, 161, 162 laser light source, 163 combiner, 170 excitation unit, 171 galvano scanner, 172 scan lens, 180 upper CARS light detection unit, 184, 194 band pass filter, 190 Lower CARS photodetector, 185, 195 Photomultiplier tube, 231 Polarizer, 232 Polarizer, 233 Modulator, 234, 236 Wollaston prism, 235 Slit stop, 238 Analyzer

Claims (14)

観察対象を観察して、前記観察対象の内部における観察領域に関連付けられた情報を取得する第1の観察系と、
前記第1の観察系により取得された前記情報に基づいて特定された観察領域を観察する第2の観察系と
を備える観察装置。
A first observation system for observing the observation object and acquiring information associated with an observation region inside the observation object;
An observation apparatus comprising: a second observation system that observes an observation region specified based on the information acquired by the first observation system.
前記第1の観察系は、前記第2の観察系よりも、単位時間当たりの観察範囲が広い請求項1に記載の観察装置。   The observation apparatus according to claim 1, wherein the first observation system has a wider observation range per unit time than the second observation system. 前記第1の観察系の観察範囲は、前記観察対象の表面を含み、
前記情報は、前記観察対象が存在する空間的な領域を特定する情報を含む請求項2に記載の観察装置。
The observation range of the first observation system includes the surface of the observation target,
The observation apparatus according to claim 2, wherein the information includes information for specifying a spatial region where the observation target exists.
前記第1の観察系は、前記観察対象において間隔をおいて配された複数の予備観察領域を観察し、
前記第2の観察系は、前記複数の予備観察領域の少なくともひとつを含む本観察領域を観察する請求項2または請求項3に記載の観察装置。
The first observation system observes a plurality of preliminary observation areas arranged at intervals in the observation target;
The observation apparatus according to claim 2, wherein the second observation system observes a main observation region including at least one of the plurality of preliminary observation regions.
前記複数の予備観察領域は、前記観察対象において3次元的に配される請求項4に記載の観察装置。   The observation apparatus according to claim 4, wherein the plurality of preliminary observation areas are three-dimensionally arranged in the observation target. 前記本観察領域の範囲は、前記情報に基づいて、前記観察対象の内部に制限される請求項4または請求項5に記載の観察装置。   The observation apparatus according to claim 4, wherein a range of the main observation region is limited to the inside of the observation target based on the information. 前記本観察領域は、前記複数の予備観察領域の少なくともひとつを含み、前記複数の予備観察領域のひとつよりも広い観察範囲を有する請求項4から請求項6までのいずれか一項に記載の観察装置。   The observation according to any one of claims 4 to 6, wherein the main observation region includes at least one of the plurality of preliminary observation regions and has a wider observation range than one of the plurality of preliminary observation regions. apparatus. 前記第1の観察系は、
前記観察対象に照射する照射光を発生する第1の照射部と、
前記照射光を照射された前記観察対象から線形光学現象により射出された射出光を検出する第1の検出部と
を有する請求項1から請求項7までのいずれか一項に記載の観察装置。
The first observation system includes:
A first irradiation unit for generating irradiation light for irradiating the observation target;
The observation apparatus according to claim 1, further comprising: a first detection unit configured to detect emission light emitted from the observation target irradiated with the irradiation light by a linear optical phenomenon.
前記第1の観察系は、暗視野観察、位相差観察、微分干渉観察および変調コントラスト観察のいずれかにより前記観察対象を観察する請求項8に記載の観察装置。   The observation apparatus according to claim 8, wherein the first observation system observes the observation object by any one of dark field observation, phase difference observation, differential interference observation, and modulation contrast observation. 前記第2の観察系は、前記第1の観察系よりも高い解像度を有する請求項1から請求項9までのいずれか一項に記載の観察装置。   The observation device according to any one of claims 1 to 9, wherein the second observation system has a higher resolution than the first observation system. 前記第2の観察系は、
前記観察対象に照射する照射光を発生する第2の照射部と、
前記照射光を照射された前記観察対象から非線形光学現象により射出された射出光を検出する第2の検出部と
を有する請求項10に記載の観察装置。
The second observation system is
A second irradiation unit for generating irradiation light for irradiating the observation target;
The observation apparatus according to claim 10, further comprising: a second detection unit configured to detect emission light emitted from the observation target irradiated with the irradiation light by a nonlinear optical phenomenon.
前記第2の検出部は、前記観察対象において発生した第3高調波、誘導ラマン散乱光およびCARS光のいずれかを検出する請求項11に記載の観察装置。   The observation device according to claim 11, wherein the second detection unit detects any of third harmonics, stimulated Raman scattering light, and CARS light generated in the observation target. 前記観察対象は、複数の細胞を含む細胞シートである請求項1から請求項12までのいずれか一項に記載の観察装置。   The observation apparatus according to any one of claims 1 to 12, wherein the observation object is a cell sheet including a plurality of cells. 観察対象を観察して、前記観察対象の内部における観察領域に関連付けられた情報を取得する第1の観察段階と、
前記第1の観察段階において取得された前記情報に基づいて特定された観察領域を観察する第2の観察段階と
を備える観察方法。
A first observation stage of observing the observation object and obtaining information associated with an observation area inside the observation object;
An observation method comprising: a second observation step of observing an observation region specified based on the information acquired in the first observation step.
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Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20060181791A1 (en) * 2003-07-31 2006-08-17 Van Beek Michael C Method and apparatus for determining a property of a fluid which flows through a biological tubular structure with variable numerical aperture
US20080117416A1 (en) * 2006-10-27 2008-05-22 Hunter Ian W Use of coherent raman techniques for medical diagnostic and therapeutic purposes, and calibration techniques for same
JP2010160022A (en) * 2009-01-07 2010-07-22 Olympus Corp Living body observation system
JP2011257691A (en) * 2010-06-11 2011-12-22 Olympus Corp Laser microscope device
JP2015007769A (en) * 2013-05-29 2015-01-15 キヤノン株式会社 Spectroscopic microscope device
JP2015127770A (en) * 2013-12-27 2015-07-09 株式会社キーエンス Device, method, and program for magnifying observation, and computer readable recording medium
JP2015152370A (en) * 2014-02-13 2015-08-24 株式会社ニコン Detection device, microscope and processing device
WO2015181872A1 (en) * 2014-05-26 2015-12-03 株式会社日立製作所 Optical analysis device
US20160103072A1 (en) * 2013-04-05 2016-04-14 Nikon Corporation Cell observation method, cell observation apparatus, readable media, method for producing cell sheet and apparatus for producing cell sheet

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20060181791A1 (en) * 2003-07-31 2006-08-17 Van Beek Michael C Method and apparatus for determining a property of a fluid which flows through a biological tubular structure with variable numerical aperture
US20080117416A1 (en) * 2006-10-27 2008-05-22 Hunter Ian W Use of coherent raman techniques for medical diagnostic and therapeutic purposes, and calibration techniques for same
JP2010160022A (en) * 2009-01-07 2010-07-22 Olympus Corp Living body observation system
JP2011257691A (en) * 2010-06-11 2011-12-22 Olympus Corp Laser microscope device
US20160103072A1 (en) * 2013-04-05 2016-04-14 Nikon Corporation Cell observation method, cell observation apparatus, readable media, method for producing cell sheet and apparatus for producing cell sheet
JP2015007769A (en) * 2013-05-29 2015-01-15 キヤノン株式会社 Spectroscopic microscope device
US20160123813A1 (en) * 2013-05-29 2016-05-05 Canon Kabushiki Kaisha Spectral microscopy device
JP2015127770A (en) * 2013-12-27 2015-07-09 株式会社キーエンス Device, method, and program for magnifying observation, and computer readable recording medium
JP2015152370A (en) * 2014-02-13 2015-08-24 株式会社ニコン Detection device, microscope and processing device
WO2015181872A1 (en) * 2014-05-26 2015-12-03 株式会社日立製作所 Optical analysis device

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