CN112437895A - 显微镜装置 - Google Patents

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Abstract

显微镜装置(1)具备载置标本(X)的载台(2)、对通过向载置于载台(2)的标本(X)照射激励光而在标本(X)中产生的荧光进行聚光的物镜(4)、使由物镜(4)聚光的荧光透射的相位板(5)、对透射了相位板(5)的荧光进行聚光的成像透镜(6)、以及对由成像透镜(6)聚光的标本(X)的荧光像进行拍摄的摄像元件(7)，相位板(5)配置于物镜(4)的光瞳位置或与光瞳位置光学共轭的位置。

Description

显微镜装置
技术领域
本发明涉及显微镜装置。
背景技术
已知有能够取得标本的三维信息的荧光显微镜(例如，参照专利文献1。)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2006-84960号公报
发明内容
发明要解决的问题
但是，专利文献1的荧光显微镜通过一边使物镜的焦点位置在光轴方向上移动一边取得标本的切片像作为共焦点图像，来取得试样的三维图像。因此，存在取得三维图像需要较长时间的不良情况。
本发明的目的在于提供一种能够在短时间内取得包含标本的三维信息的图像的显微镜装置。
用于解决问题的手段
本发明的一个方式是一种显微镜装置，其具备：载台，其载置标本；物镜，其对通过向载置于该载台的所述标本照射激励光而在该标本中产生的荧光进行聚光；相位板，其使由该物镜聚光的荧光透射；成像透镜，其对透射了该相位板的荧光进行聚光；摄像元件，其对由该成像透镜聚光后的所述标本的荧光像进行拍摄，所述相位板配置在所述物镜的光瞳位置或者与该光瞳位置光学共轭的位置。
根据本方式，通过将标本搭载于载台并向标本照射激励光而在激励光的照射位置产生的荧光在被物镜聚光之后，透射相位板并被成像透镜聚光，从而将标本的荧光像成像于摄像元件。由于相位板配置在物镜的光瞳位置或与光瞳位置光学共轭的位置，因此通过摄像元件拍摄到焦点深度被放大后的荧光像。由此，能够在短时间内取得包含标本的三维信息的图像。
在上述方式中，也可以具备分色镜，该分色镜使从光源发出的所述激励光入射到所述物镜，并且使由所述物镜聚光后的荧光从所述激励光的光路分支。
根据该结构，从光源发出的激励光在通过分色镜之后入射到物镜而照射到标本，在标本中产生的荧光在通过分色镜时向从激励光的光路朝向摄像元件的方向分支。由此，能够构成所谓的落射照明的显微镜装置。
另外，在上述方式中，也可以是，所述相位板配置在所述分色镜与所述成像透镜之间。
根据该结构，激励光不通过相位板，因此能够防止相位板中的激励光引起的荧光的产生，能够预先防止荧光成为杂散光而被拍摄。
另外，在上述方式中，也可以是，所述相位板配置在比所述分色镜靠所述载台侧的位置。
根据该结构，能够将相位板配置在物镜的光瞳位置或靠近光瞳位置的位置，与配置在与光瞳位置光学共轭的位置的情况相比，能够实现显微镜装置的小型化。
另外，在上述方式中，也可以是，所述激励光为紫外光，所述相位板的材料满足下述的条件式。
1.43≤nd≤1.61
62≤νd≤95
其中，nd是d线的折射率，νd是d线的阿贝数。
根据该结构，能够在将相位板配置于物镜的光瞳位置或靠近光瞳位置的位置而实现显微镜装置的小型化的同时，抑制由通过相位板的激励光引起的荧光的产生。
此外，在上述方式中，也可以是，所述相位板的形状由以下的式子表示。
z＝k(x3+y3)
其中，z是光轴方向，x、y是与所述光轴正交且相互正交的两个方向的坐标，k是任意的有理数。
另外，在上述方式中，也可以是，所述摄像装置具有配置在所述成像透镜与所述摄像元件之间的微透镜阵列。
另外，在上述方式中，也可以是，所述相位板的材料为合成石英。
另外，在上述方式中，也可以具备图像处理部，该图像处理部使用光场技术以及编码孔径技术中的至少一方来执行图像处理。
本发明的另一个方式是一种显微镜装置，所述显微镜装置具备：光源，其发出激励光；分色镜，其供来自该光源的所述激励光入射；物镜，其配置在比该分色镜靠标本侧的位置，将由所述分色镜反射后的所述激励光聚光于所述标本；相位板，其配置在比所述分色镜靠所述标本侧的位置、且配置在所述物镜的光瞳位置或与该光瞳位置光学共轭的位置，供被所述分色镜反射的所述激励光入射；成像透镜，其对通过向所述标本照射所述激励光而产生的荧光进行聚光；以及摄像元件，其对由该成像透镜聚光后的所述标本的荧光像进行拍摄，通过向所述标本照射所述激励光而产生的所述荧光在通过所述物镜和所述相位板之后入射到所述分色镜，利用所述成像透镜对透射了该分色镜的所述荧光进行聚光，由此使所述标本的荧光像成像在所述摄像元件上。
发明的效果
根据本发明，能够得到在短时间内取得包含标本的三维信息的图像这样的效果。
附图说明
图1是示意性地示出本发明的一个实施方式的显微镜装置的整体结构图。
图2是示出图1的显微镜装置所具有的物镜的第1实施例的图。
图3是示出在图2的物镜的光瞳位置配置的编码孔径的形状的图。
图4是示出图1的显微镜装置所具有的误记的第2实施例的图。
图5是示出图1的显微镜装置所具有的误记的第3实施例的图。
图6是示意性地示出图1的显微镜装置的变形例的整体结构图。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的一个实施方式的显微镜装置1进行说明。
如图1所示，本实施方式的显微镜装置1具备载置标本X的载台2、对载置于载台2的标本X照射来自光源3的激励光并将在标本X中产生的荧光聚光的物镜4、配置于物镜4的光瞳位置并使聚光后的荧光透射的编码孔径(coded aperture)(相位板)5、将透射编码孔径5后的荧光聚光的成像透镜6、以及对聚光后的标本X的荧光像进行拍摄的摄像元件7。
光源3射出包含紫外光的激励光。
图中，附图标记8是具有使激励光偏转并使荧光透射的透射率特性的分色镜，附图标记9是在成像透镜6与摄像元件7之间配置于摄像元件7的摄像面的微透镜阵列。
编码孔径5由满足以下条件式的合成石英构成。
1.43≤nd≤1.61 (1)
62≤νd≤95 (2)
在此，nd是d线的折射率，νd是d线的阿贝数。
下面对本实施方式的显微镜装置1的作用进行说明。
为了使用本实施方式的显微镜装置1来取得标本X的三维的荧光像，将标本X载置于载台2上，并在标本X的上方配置物镜4。
当从光源3产生激励光时，激励光被分色镜8偏转90°而入射到物镜4内，被物镜4聚光而照射到标本X上。在标本X中的激励光的照射位置处，标本X中包含的荧光物质被激发而产生荧光，其一部分入射到物镜4。
入射到物镜4的荧光被物镜4转换为大致平行光，并且透射配置于物镜4的光瞳位置的编码孔径5。而且，在物镜4中被转换为大致平行光的荧光在透射分色镜8之后，被成像透镜6聚光，透射微透镜阵列9而被摄像元件7拍摄。
在使荧光通过微透镜阵列9之后利用摄像元件7进行拍摄，由此能够与荧光像同时地取得荧光光束的朝向的信息。这是所谓的光场技术。根据本实施方式的显微镜装置1，通过使用该光场技术，具有能够在短时间内得到标本X的三维信息的优点。
并且，根据本实施方式，利用配置于物镜4的光瞳位置的编码孔径5来扩大荧光像的深度，因此具有能够补充光场技术来取得包含对焦位置的荧光像整体的三维信息这样的优点。
在该情况下，在本实施方式中，作为编码孔径5的材料，使用满足条件式(1)、(2)的合成石英，因此，即使照射包含紫外光的激励光，也能够抑制自体荧光的产生。因而，具有如下优点：能够防止在来自标本X的荧光中包含自体荧光作为杂散光，能够取得标本X的清晰的三维荧光像。
另外，根据本实施方式，通过设计合成石英，能够将编码孔径5配置于物镜4的光瞳位置，因此还具有能够提供紧凑的显微镜装置1的优点。
【第一实施例】
接着，参照图2、图3以及以下的透镜数据，对在本实施方式的显微镜装置1中使用的物镜4的第1实施例进行说明。
如图2所示，本实施例的物镜4从像侧起依次由在像侧具有凸面的凸平透镜41、双凸透镜与双凹透镜的接合透镜42、构成编码孔径5的平板玻璃、双凹透镜与双凸透镜的接合透镜43、在像侧具有平面的平凸透镜44以及在像侧具有凸面的凸平透镜45构成。
Figure BDA0002902693090000051
物镜4的焦距是20mm，数值孔径是0.25。
在上述透镜数据中，面编号7为编码孔径5，曲率半径r标记为∞，但实际的形状为：
z＝2.29×10-11(x3+y3) (3)
其中，z是光轴方向，x、y是与光轴正交的方向，单位为μm。
图3中示出编码孔径5的形状。在图中，由线包围的区域是有效直径区域。
平板玻璃的材料是合成石英或其他自体荧光少的玻璃材料。
物镜4是物体侧远心，编码孔径5配置在主光线与光轴相交的光瞳位置附近。
根据该透镜数据，编码孔径5满足条件式(1)、(2)。
【第二实施例】
接着，参照图4和以下的透镜数据，对在本实施方式的显微镜装置1中使用的物镜4的第2实施例进行说明。
如图4所示，本实施例的物镜4从像侧起依次由以下部件构成：在像侧具有凸面的凸凹透镜51、在像侧具有平面的平凹透镜52、在像侧具有凹面的2个弯月透镜的接合透镜53、双凹透镜与双凸透镜的接合透镜54、双凸透镜与弯月透镜的接合透镜55、构成编码孔径5的平板玻璃、在像侧具有凸面的2个弯月透镜与双凸透镜的接合透镜56、在像侧具有凸面的弯月透镜57、在像侧具有凸面的弯月透镜58以及平板玻璃59构成。
Figure BDA0002902693090000061
Figure BDA0002902693090000071
物镜4的焦距是4.5mm，数值孔径是1.25。
在上述透镜数据中，面编号15为编码孔径5，曲率半径r标记为∞，但实际的形状如式(3)及图3所示。
平板玻璃的材料是合成石英或其他自体荧光少的玻璃材料。
物镜4是物体侧远心，编码孔径5配置在主光线与光轴相交的光瞳位置附近。
根据该透镜数据，编码孔径5满足条件式(1)、(2)。
【第三实施例】
接下来，将参考图5和下面的透镜数据描述在根据本实施方式的显微镜装置1中使用的物镜4的第三实施例。
如图5所示，本实施例的物镜4从像侧起依次由构成编码孔径5的平板玻璃、在像侧具有凹面的弯月透镜61、双凸透镜62、在像侧具有凹面的弯月透镜63、在像侧具有凸面的弯月透镜与双凸透镜与双凹透镜的接合透镜64、双凸透镜65、在像侧具有凸面的弯月透镜66以及在像侧具有凸面的弯月透镜67构成。
Figure BDA0002902693090000072
Figure BDA0002902693090000081
物镜4的焦距是9mm，数值孔径是0.5。
在上述透镜数据中，面编号2为编码孔径5，曲率半径r标记为∞，但实际的形状如式(3)及图3所示。
平板玻璃的材料是合成石英或其他自体荧光少的玻璃材料。
物镜4是物体侧远心，编码孔径5配置在主光线与光轴相交的光瞳位置附近。
根据该透镜数据，编码孔径5满足条件式(1)、(2)。
另外，在本实施方式中，通过将编码孔径5配置在物镜4的光瞳位置，能够紧凑地构成显微镜装置1，并且，通过选择合成石英来抑制由紫外光引起的杂散光的产生。取而代之，如图6所示，也可以在分色镜8与摄像元件7之间配置对物镜4的光瞳进行中继的中继透镜10，在与由中继透镜10构成的光瞳光学共轭的位置配置编码孔径5。
由此，也能够在短时间内取得标本X的三维荧光像。
在该情况下，需要确保用于配置中继透镜10和编码孔径5的空间，但不使激励光通过编码孔径5即可，因此具有能够从更多种类的玻璃材料中进行选择的优点。
另外，在本实施方式中，以经由物镜4向标本X照射激励光且通过物镜4对荧光进行聚光的所谓落射照明方式的显微镜装置1为例进行了说明，但也可以取而代之，激励光不经由物镜4而向标本X照射。在该情况下，能够在物镜4的光瞳位置配置编码孔径5，并且从更多种类的玻璃材料中选择构成编码孔径5的平板玻璃。
另外，在本实施方式中，例示了在摄像元件7的摄像面配置微透镜阵列9而利用光场技术的显微镜装置1，但也可以没有微透镜阵列9。通过编码孔径5的深度扩大效果，能够取得标本X的三维信息。另外，在本实施方式中，显微镜装置1也可以具备使用光场技术和编码孔径技术中的至少一方来执行图像处理的图像处理部。
标号说明
1 显微镜装置
2 载台
3 光源
4 物镜
5 编码孔径(相位板)
6 成像透镜
7 摄像元件
8 分色镜
9 微透镜阵列
X 标本

Claims (9)

1.一种显微镜装置，其具备：
载台，其载置标本；
物镜，其对通过向载置于该载台的所述标本照射激励光而在该标本中产生的荧光进行聚光；
相位板，其使由该物镜聚光的荧光透射；
成像透镜，其对透射了该相位板的荧光进行聚光；
摄像元件，其对由该成像透镜聚光后的所述标本的荧光像进行拍摄，
所述相位板配置在所述物镜的光瞳位置或者与该光瞳位置光学共轭的位置。
2.根据权利要求1所述的显微镜装置，其中，
所述显微镜装置具备分色镜，该分色镜使从光源发出的所述激励光入射到所述物镜，并且使由所述物镜聚光后的荧光从所述激励光的光路分支。
3.根据权利要求2所述的显微镜装置，其中，
所述相位板配置在所述分色镜与所述成像透镜之间。
4.根据权利要求2所述的显微镜装置，其中，
所述相位板配置在比所述分色镜靠所述载台侧的位置。
5.根据权利要求4所述的显微镜装置，其中，
所述激励光为紫外光，
所述相位板的材料满足以下条件表达式：
1.43≤nd≤1.61
62≤νd≤95
其中，nd是d线的折射率，νd是d线的阿贝数。
6.根据权利要求1至5中的任意一项所述的显微镜装置，其中，
所述相位板的形状由以下式子表示：
z＝k(x3+y3)
其中，z是光轴方向，x、y是与所述光轴正交且相互正交的两个方向的坐标，k是任意的有理数。
7.根据权利要求1至6中的任意一项所述的显微镜装置，其中，
所述显微镜装置具备配置在所述成像透镜与所述摄像元件之间的微透镜阵列。
8.根据权利要求5所述的显微镜装置，其中，
所述相位板的材料是合成石英。
9.一种显微镜装置，其中，
所述显微镜装置具备：
光源，其发出激励光；
分色镜，其供来自该光源的所述激励光入射；
物镜，其配置在比该分色镜靠标本侧的位置，将由所述分色镜反射后的所述激励光聚光于所述标本；
相位板，其配置在比所述分色镜靠所述标本侧的位置、且配置在所述物镜的光瞳位置或与该光瞳位置光学共轭的位置，供被所述分色镜反射的所述激励光入射；
成像透镜，其对通过向所述标本照射所述激励光而产生的荧光进行聚光；以及
摄像元件，其对由该成像透镜聚光后的所述标本的荧光像进行拍摄，
通过向所述标本照射所述激励光而产生的所述荧光在通过所述物镜和所述相位板之后入射到所述分色镜，利用所述成像透镜对透射了该分色镜的所述荧光进行聚光，由此使所述标本的荧光像成像在所述摄像元件上。
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