CN113631980A - 共聚焦显微镜单元和共聚焦显微镜 - Google Patents

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Abstract

实施方式的共聚焦显微镜单元(1A)包括:第1子单元(6a),其具有光源(10a)、针孔板(12a)、和光检测器(13a);第2子单元(6b),其具有光源(10b)、针孔板(12b)、和光检测器(13b);扫描镜(4),其使从第1和第2子单元(6a、6b)输出的激发光经由显微镜光学系统在试样(M)上扫描,并将根据激发光而从试样(M)产生且由显微镜光学系统成像的荧光向第1和第2子单元(6a、6b)引导;和主壳体(2),其构成为能够安装于连接端口(P1),且固定有扫描镜(4)、第1子单元(6a)、和第2子单元(6b),第1子单元(6a)和第2子单元(6b)以向扫描镜(4)的2个激发光的入射角错开规定的角度(θS)的方式配置于主壳体(2)内。

Description

共聚焦显微镜单元和共聚焦显微镜
技术领域
本发明涉及构成共聚焦显微镜的共聚焦显微镜单元和共聚焦显微镜。
背景技术
一直以来,已知有能够以高分辨率得到观察对象的标本的光学断层像的共聚焦显微镜。例如,在下述专利文献1中公开了显微镜连接单元,其包括与显微镜连接的显微镜连接端口、对标本照射光的刺激单元、检测从标本发出的光的观察单元、和合成光学地连接显微镜与刺激单元和观察单元的光路的光路合成部。该显微镜连接单元在同一观察单元内具有引导从多个光源发出的光的光学系统、用于按多个波长的每个检测根据其而产生的荧光的分色镜、共聚焦针孔、和光电倍增管。在这样的结构中,通过使用多个波长的激发光并检测与之相应地产生的荧光,从而由同一装置实现了多个波长区域中的图像化。
此外,作为使用不同波长的激发光将荧光样品图像化的装置,还已知有下述专利文献2所记载的激光扫描仪装置。根据该激光扫描仪装置,聚光于样品的波长不同的2个激光光束在空间上分离,由这些激光光束激发的2个发光光束也在空间上分离并朝向2个检测器被导光。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开2011-90248号公报
专利文献2:日本特开2009-104136号公报
发明内容
发明所要解决的问题
荧光物质发出的荧光的波长分布一般较宽,因此,在观察包含多个荧光物质的样品时,存在从各个荧光物质发出的荧光的波长分布重复的情况。在同时检测从这样的样品发出的荧光时,存在会由相同的检测器不仅检测到从作为目标的荧光物质发出的荧光,还检测到来自其他的荧光物质的荧光的问题。一般而言,将这样的问题称为渗透(BleedThrough)。
在引用文献2所记载的激光扫描仪装置中,通过使用楔形形状的分色镜使多个荧光在空间上分离而进行检测,从而降低渗透,但难以应用到使用了扫描镜的共聚焦显微镜。
实施方式是鉴于这样的问题而完成的,将提供通过简单的结构使多个波长区域中的渗透较少的荧光图像化成为可能的共聚焦显微镜单元作为技术问题。
解决问题的技术手段
本发明的一方式的共聚焦显微镜单元是通过安装于具有显微镜光学系统的显微镜的连接端口而构成共聚焦显微镜的共聚焦显微镜单元,包括:第1子单元,其具有输出第1激发光的光源、限制根据第1激发光而从观察对象的试样产生的第1荧光的光束的第1光圈部件、和检测通过了第1光圈部件的第1荧光的第1光检测器;第2子单元,其具有输出第2激发光的光源、限制根据第2激发光而从试样产生的第2荧光的光束的第2光圈部件、和检测通过了第2光圈部件的第2荧光的第2光检测器;扫描镜,其使从第1和第2子单元输出的激发光经由显微镜光学系统在试样上扫描,并将根据激发光而从试样产生的荧光向第1和第2子单元引导;和主壳体,其构成为能够安装于连接端口,并固定有扫描镜、第1子单元、和第2子单元,第1子单元和第2子单元以第1激发光向扫描镜的入射角相对于第2激发光向扫描镜的入射角错开规定的角度的方式配置于主壳体内。
根据上述一方式,从第1子单元输出的第1激发光经由扫描镜在试样上被扫描,根据其而从试样上产生的第1荧光经由扫描镜入射到第1子单元内,在第1子单元内的第1光圈部件形成它的像并由第1光检测器检测。除此之外,从第2子单元输出的第2激发光经由扫描镜在试样上被扫描,根据其而从试样上产生的第2荧光经由扫描镜入射到第2子单元内,在第2子单元内的第2光圈部件形成它的像并由第2光检测器检测。此处,这些扫描镜、第1和第2子单元固定于主壳体,从第1和第2子单元向扫描镜的第1和第2激发光的入射角彼此错开规定的角度,因此,能够将在试样上被扫描的第1和第2激发光的光点分离,其结果,能够将被引导至第1和第2子单元的第1和第2荧光的光束相互分离。由此,能够在降低渗透的状态下进行多个荧光像的观察。除此之外,通过采用利用扫描镜扫描试样的结构,能够简化整体的装置结构。
或者,本发明的其他方式是包括上述的共聚焦显微镜单元和具有安装有显微镜光学系统和共聚焦显微镜单元的连接端口的显微镜的共聚焦显微镜。根据这样的共聚焦显微镜,能够容易地进行所期望的激发波长和荧光波长下的共聚焦图像化。
发明的效果
根据本发明的一个侧面,能够通过简单的结构在降低渗透的状态下实现利用多个荧光的荧光图像化。
附图说明
图1是第1实施方式所涉及的共聚焦显微镜101的概略构成图。
图2是表示由共聚焦显微镜101形成的试样M上的第1激发光的光点的艾里斑的范围S1和第2激发光的光点的艾里斑的范围S2的分布的图。
图3是表示由共聚焦显微镜101照射到试样M上的第1激发光和第2激发光各自的沿X轴方向的一维的光强度分布的曲线图。
图4是第2实施方式所涉及的共聚焦显微镜单元1B的概略构成图。
图5是表示用于使第3和第4子单元6c、6d的配置沿Y轴方向移动的结构的一例的透视图。
图6是表示入射到共聚焦显微镜单元1B中的扫描镜4的激发光束的光束的轨迹的图。
图7是表示由共聚焦显微镜单元1B形成的试样M上的激发光的光点的艾里斑的范围的分布的图。
图8是第3实施方式所涉及的共聚焦显微镜单元1C的概略构成图。
具体实施方式
以下,参照附图,对本发明的实施方式进行详细的说明。另外,在说明中,对相同要素或具有相同功能的要素使用相同符号,并省略重复的说明。
[第1实施方式]
图1是第1实施方式的共聚焦显微镜101的概略构成图。图1所示的共聚焦显微镜101构成取得使观察对象的试样M的光学断层像的构建成为可能的图像的共聚焦显微镜,共聚焦显微镜单元1A构成为与显微镜50的外部单元连接用的连接端口P1连接。第1实施方式所涉及的共聚焦显微镜单元1A是经由显微镜50内的成像透镜51、物镜52等显微镜光学系统,对配置于显微镜50的平台上等的试样M照射激发光,并使根据该激发光而从试样M产生的荧光经由显微镜50的显微镜光学系统成像和接收(检测)而生成光学的断层像并输出的装置。
详细而言,共聚焦显微镜单元1A构成为包含主壳体2、构成主壳体2的一部分并可装卸地连接于显微镜50的连接端口P1的镜筒3、固定于主壳体2内的扫描镜4、固定镜5、第1~第2子单元6a~6b、和固定于镜筒3内的扫描透镜7。以下,对共聚焦显微镜单元1A的各构成要素进行详细的说明。
镜筒3内的扫描透镜7是具有在将扫描镜4的反射面中继于物镜52的光瞳位置的同时,在显微镜50的显微镜光学系统的1次成像面形成光点的功能的光学元件。由此,扫描镜4和物镜52的射出光瞳成为共轭关系、即成像关系。扫描透镜7通过将由扫描镜4扫描的激发光导光至显微镜光学系统而使其照射到试样M,并将根据其而从试样M产生的荧光导光至扫描镜4。
主壳体2内的扫描镜4例如是使反射板构成为可二轴地倾动的MEMS(MicroElectro Mechanical System(微机电系统))镜等光扫描元件。扫描镜4具有通过连续地变更反射角度,使从第1~第2子单元6a~6b输出的激发光在试样M上扫描,并将根据该激发光而产生的荧光朝向第1~第2子单元6a~6b引导的作用。
固定镜5为固定于主壳体2内的光反射元件,使从第1~第2子单元6a~6b输出的激发光朝向扫描镜4反射,并将由扫描镜4反射的荧光与激发光同轴地朝向第1~第2子单元6a~6b反射。
第1子单元6a具有基板8a、配置在基板8a上的分色镜(第1光学镜)9a、光源10a、准直透镜15a、分色镜11a、阻挡滤波器16a、聚光透镜17a、针孔板(第1光圈部件)12a、和光检测器(第1光检测器)13a。
分色镜9a固定于镜5的荧光的反射方向,是具有反射第1子单元6a照射的波长λ1的第1激发光和根据其而从试样M产生的波长范围Δλ1的第1荧光,并使波长比第1激发光和第1荧光长的光透过的性质的分束器。分色镜11a设置于分色镜9a的第1荧光的反射方向,是具有使波长范围Δλ1的第1荧光透过,并使比波长范围Δλ1短的波长λ1的第1激发光反射的性质的分束器。光源10a是输出波长λ1的第1激发光(例如,激光)的发光元件(例如,激光二极管),配置为第1激发光由分色镜11a与第1荧光同轴地朝向分色镜9a反射。准直透镜15a将从光源10a输出的第1激发光变换为平行光。
阻挡滤波器16a与分色镜11a邻接地设置,是截止由分色镜11a透过的第1荧光以外的噪声光的过滤部件。聚光透镜17a将透过阻挡滤波器16a的第1荧光聚光到针孔板12a的针孔。针孔板12a配置为其针孔位置与试样M的第1激发光的光点的共轭位置一致,是限制第1荧光的光束的光圈部件,与光源10a等一同构成共聚焦光学系统。该针孔板12a可从外部调整针孔的直径,能够变更由光检测器13a检测到的图像的分辨率和图像的信号强度。
光检测器13a配置为其检测面与针孔板12a相对,接收并检测通过针孔板12a的第1荧光。另外,光检测器13a是光电倍增管、光电二极管、雪崩光电二极管、MPPC(Multi-PixelPhoton Counter(多像素光子计数器))、HPD(Hybrid Photo Detector(混合光电探测器))、或面图像传感器等。
第2子单元6b具有与第1子单元6a同样的结构要素。
即,第2子单元6b具有基板8b、分色镜(第2光学镜)9b、光源10b、准直透镜15b、分色镜11b、阻挡滤波器16b、聚光透镜17b、针孔板(第2光圈部件)12b、和光检测器(第2光检测器)13b。
分色镜9b具有反射第2子单元6b照射的波长λ2(>λ1)的第2激发光和根据其而从试样M产生的波长范围Δλ2的第2荧光,并使波长比第2激发光和第2荧光长的光透过的性质。另外,该分色镜9b也可以替换为不具有波长选择性的单纯的反射镜。分色镜11b具有使波长范围Δλ2的第2荧光透过,并反射比波长范围Δλ2短的波长λ2的第2激发光的性质。光源10b是输出波长λ2的第2激发光的发光元件。准直透镜15b将从光源10b输出的第2激发光变换为平行光。
阻挡滤波器16b与分色镜11b邻接地设置,是截止第2荧光以外的噪声光的过滤部件。聚光透镜17b将透过阻挡滤波器16b的第2荧光聚光到针孔板12b的针孔。针孔板12b配置为其针孔位置与试样M的第2激发光的光点的共轭位置一致,是限制第2荧光的光束的光圈部件。
光检测器13b配置为其检测面与针孔板12b相对,接收和检测通过针孔板12b的第2荧光。另外,光检测器13b为光电倍增管、光电二极管、雪崩光电二极管、MPPC(Multi-PixelPhoton Counter(多像素光子计数器))、HPD(Hybrid Photo Detector(混合光电探测器))、或面图像传感器等。
对上述结构的第1~第2子单元6a~6b的配置进行说明。在下文的说明中,将沿着扫描透镜7的光轴的方向作为Z轴,将与Z轴垂直且沿着子单元6a、6b的基板8a、8b的方向作为X轴,将与Z轴和X轴垂直的方向作为Y轴。
第1和第2子单元6a、6b以沿着基于扫描镜4和固定镜5的第1和第2荧光的导光方向(Z轴方向),按该顺序沿从固定镜5远离的方向排列的方式且以分色镜9a、9b位于第1和第2荧光的光路上的方式固定于构成主壳体2的基板14上。详细而言,第2子单元6b配置为相对于第1子单元6a,以分色镜9a、9b的中心位置为基准,向与第1荧光的导光方向大致垂直的方向(X轴方向)移动(shift)。再有,分色镜9a以反射的第1激发光经由固定镜5入射到扫描镜4的反射面的中心的方式设定其设置角。同样地,分色镜9b以反射的第2激发光经由分色镜9a和固定镜5入射到扫描镜4的反射面的中心的方式设定其设置角。通过这样配置,第1激发光向扫描镜4的入射角被设定为相对于第2激发光向扫描镜4的入射角错开规定的角度θS
上述的第1和第2子单元6a、6b的X轴方向的移动量以及2个分色镜9a、9b的设置角以满足如下条件的方式设定。即,上述的规定的角度θS被设定成为入射到试样M上的第1激发光的光点的艾里斑不与入射到试样M上的第2激发光的光点的艾里斑重叠的角度。一般而言,艾里斑的直径φ在将入射的激发光的波长假设为λ、将物镜52的数值孔径假设为NA时,通过下述式(1)计算。
φ=1.22×λ/NA…(1)
因此,用于使2个激发光的光点不重叠的试样M上的第1和第2激发光的光点间的错开量Δd的最小值Δdmin能够通过下述式(2)计算。
Δdmin=φ1/2+φ2/2,
φ1=1.22×λ1/NA,
φ2=1.22×λ2/NA…(2)。
此处,扫描镜4与物镜52的射出光瞳处于共轭的关系,因此,入射到扫描镜4的反射面的中心的第1和第2激发光各自的光束入射到物镜52的射出光瞳中心。此时,向物镜52的入射角根据扫描透镜7的成像倍率而改变。物镜52为远心透镜,因此,在试样M上,第1和第2激发光的主光线成为与物镜52的光轴平行的方向(Z轴方向),根据向射出光瞳的入射角,2个激发光的光点的位置在试样M上移动。为了使这2个激发光的光点在试样M上不重叠,将向扫描镜4的入射角的错开的角度θS设定成为通过下述式(3)计算出的角度θSmin以上。
θSmin=arctan(Δdmin/f)/mags…(3)
另外,mags为扫描透镜7的倍率,f为物镜52的焦点距离。
此外,各子单元6a、6b的针孔板12a、12b的针孔的直径设定为比通过下述式(4)和下述式(5)计算出的艾里单元(AU1、AU2)的值小。通过这样设定,能够有效地防止荧光像中的波长间的串扰。
AU1=magt×φ1…(4)
AU2=magt×φ2…(5)
其中,magt表示用于观察荧光的光学系统的总的倍率。
图2示出了通过共聚焦显微镜101形成的试样M上的第1激发光的光点的艾里斑的范围S1和第2激发光的光点的艾里斑的范围S2的分布,图3示出了通过共聚焦显微镜101照射到试样M上的第1激发光和第2激发光各自的沿着X轴方向的一维的光强度分布。这样,通过使在试样M上形成的第1和第2激发光的光点的范围S1、S2不相互重叠,试样M上的2个激发光的强度分布分离,其结果,能够降低因2个激发光产生的2个波段的荧光像间的干渉。
根据以上说明的共聚焦显微镜单元1A,从第1子单元6a输出的第1激发光经由扫描镜4在试样M上被扫描,根据其而从试样M上产生的第1荧光经由扫描镜4入射到第1子单元6a内,在第1子单元6a内的针孔板12a形成它的像并由光检测器13a检测。除此之外,从第2子单元6b输出的第2激发光经由扫描镜4在试样M上被扫描,根据其而从试样M上产生的第2荧光经由扫描镜4入射到第2子单元6b内,在第2子单元6b内的针孔板12b形成它的像并由光检测器13b检测。此处,这些扫描镜4、第1和第2子单元6a、6b固定于主壳体2,从第1和第2子单元6a、6b向扫描镜4的第1和第2激发光的入射角彼此错开规定的角度θS,因此,能够使在试样M上被扫描的第1和第2激发光的光点分离,其结果,能够将被引导至第1和第2子单元6a、6b的第1和第2荧光的光束相互分离。由此,能够在降低渗透的状态下进行多个荧光像的观察。除此之外,通过采用由扫描镜4扫描试样M的结构,能够简化整体的装置结构。
或者,共聚焦显微镜101是包括上述的共聚焦显微镜单元1A和具有安装有显微镜光学系统及共聚焦显微镜单元1A的连接端口P1的显微镜50的共聚焦显微镜。根据这样的共聚焦显微镜101,能够使用作为一般的光学显微镜的显微镜50容易地进行共聚焦图像化。
在上述实施方式所涉及的共聚焦显微镜单元1A中,分色镜9a、9b以向扫描镜4的第1和第2激发光的入射角错开规定的角度θS的方式配置于主壳体2内。通过这样的结构,能够将在试样M上被扫描的第1和第2激发光的光点分离,其结果,能够将被引导至第1和第2子单元6a、6b的第1和第2荧光的光束相互分离。由此,能够在降低渗透的状态下进行多个荧光像的观察。
此外,在共聚焦显微镜单元1A中,规定的角度θS被设定为在试样M上第1激发光的艾里斑与第2激发光的艾里斑被分离那样的角度。通过这样的角度设定,能够将在试样M上被扫描的第1和第2激发光的光点完全分离。其结果,能够将被引导至第1和第2子单元6a、6b的第1和第2荧光的光束相互完全分离。由此,能够在降低渗透的状态下进行多个荧光像的观察。
在上述实施方式中,扫描镜4采用了MEMS镜。通过这样的结构,能够容易地实现单元的小型化。
此外,在共聚焦显微镜单元1A中,第1子单元6a和第2子单元6b以沿着基于扫描镜4的荧光的导光方向按顺序排列的状态固定于主壳体2。通过这样的结构,能够将从第2子单元6b照射的第2激发光经由第1子单元6a朝向显微镜50侧的试样M照射,并且能够将根据其而从试样M产生的第2荧光经由第1子单元6a导入第2子单元6b内。其结果,实现多个波长区域中的共聚焦图像化的单元的小型化成为可能。
[第2实施方式]
图4是第2实施方式所涉及的共聚焦显微镜单元1B的概略构成图。图4所示的共聚焦显微镜单元1B在具有4个子单元这一点与第1实施方式的共聚焦显微镜单元1A不同。以下,以与第1实施方式的不同点为中心对共聚焦显微镜单元1B的结构进行说明。
即,共聚焦显微镜单元1B在主壳体2内包括第1~第4子单元6a~6d。
第3子单元6c具有基板8c、分色镜(第3光学镜)9c、光源10c、准直透镜15c、分色镜11c、阻挡滤波器16c、聚光透镜17c、针孔板(第3光圈部件)12c、和光检测器(第3光检测器)13c。
分色镜9c具有反射第3子单元6c照射的波长λ3(>λ2)的第3激发光和根据其而从试样M产生的波长范围Δλ3的第3荧光,并使波长比第3激发光和第3荧光长的光透过的性质。分色镜11c具有使波长范围Δλ3的第3荧光透过,并反射比波长范围Δλ3短的波长λ3的第3激发光的性质。光源10c是输出波长λ3的第3激发光的发光元件。准直透镜15c将从光源10c输出的第3激发光变换为平行光。
阻挡滤波器16c与分色镜11c邻接地设置,是截止第3荧光以外的噪声光的过滤部件。聚光透镜17c将透过了阻挡滤波器16c的第3荧光聚光到针孔板12c的针孔。针孔板12c配置为其针孔位置与试样M的第3激发光的光点的共轭位置一致,是限制第3荧光的光束的光圈部件。
光检测器13c配置为其检测面与针孔板12c相对,接收和检测通过了针孔板12c的第3荧光。另外,光检测器13c为光电倍增管、光电二极管、雪崩光电二极管、MPPC(Multi-Pixel Photon Counter(多像素光子计数器))、HPD(Hybrid Photo Detector(混合光电探测器))、或者面图像传感器等。
第4子单元6d具有基板8d、全反射镜(第4光学镜)9d、光源10d、准直透镜15d、分色镜11d、阻挡滤波器16d、聚光透镜17d、针孔板(第4光圈部件)12d、和光检测器(第4光检测器)13d。
全反射镜9d反射第4子单元6d照射的波长λ4(>λ3)的第4激发光和根据其而从试样M产生的波长范围Δλ4的第4荧光。分色镜11d具有使波长范围Δλ4的第4荧光透过,并反射比波长范围Δλ4短的波长λ4的第4激发光的性质。光源10d是输出波长λ4的第4激发光的发光元件。准直透镜15d将从光源10d输出的第4激发光变换为平行光。
阻挡滤波器16d与分色镜11d邻接地设置,是截止第4荧光以外的噪声光的过滤部件。聚光透镜17d将透过了阻挡滤波器16d的第4荧光聚光到针孔板12d的针孔。针孔板12d配置为其针孔位置与试样M的第4激发光的光点的共轭位置一致,是限制第4荧光的光束的光圈部件。
光检测器13d配置为其检测面与针孔板12d相对,接收和检测通过了针孔板12d的第4荧光。另外,光检测器13d为光电倍增管、光电二极管、雪崩光电二极管、MPPC(Multi-Pixel Photon Counter(多像素光子计数器))、HPD(Hybrid Photo Detector(混合光电探测器))、或者面图像传感器等。
第1~第4子单元6a~6d以沿着基于扫描镜4和固定镜5的第1~第4荧光的导光方向(Z轴方向),按该顺序沿从固定镜5远离的方向排列的方式且以分色镜9a~9c和全反射镜9d位于第1~第4荧光的光路上的方式,固定于主壳体2内。详细而言,第4子单元6d配置为相对于第3子单元6c,以分色镜9c和全反射镜9d的中心位置为基准而沿X轴方向移动。此外,第3和第4子单元6c、6d也配置为相对于第1和第2子单元6a、6b,以分色镜9a~9c和全反射镜9d的中心位置为基准而沿Y轴方向移动。再有,分色镜9a~9c和全反射镜9d以各自反射的第1~第4激发光入射到扫描镜4的反射面的中心的方式设定各自的设置角。通过这样配置,从邻接的2个子单元入射到扫描镜4的2个荧光的入射角被设定为彼此错开规定的角度θS以上。
图5是从镜筒3侧观察用于使第3和第4子单元6c、6d的配置沿Y轴方向移动的结构的透视图。这样,在本实施方式中,采用在主壳体2的基板14上配置平板状的间隔件21,在该间隔件21上搭载第3和第4子单元6c、6d的结构。通过这样的结构,能够使第3和第4子单元6c、6d相对于第1和第2子单元6a、6b沿Y轴方向移动所期望的宽度地进行配置。
图6示出了共聚焦显微镜单元1B中的从第1~第4子单元6a~6d入射到扫描镜4的第1~第4激发光光束的光束B1~B4的轨迹,图7示出了由共聚焦显微镜单元1B形成的试样M上的第1~第4激发光的光点的艾里斑的范围S1~S4的分布。图6中,用实线表示各激发光光束的光束B1~B4的外缘,用点划线表示各激发光光束的光束B1~B4的中心BC1~BC4。根据共聚焦显微镜单元1B,设定为第1~第4激发光光束入射到扫描镜4的入射面RF的中心,第1~第4激发光光束设定为入射角彼此在二维方向上错开。此外,通过使彼此的入射角的错开为规定的角度θS以上,从而设定为在试样M上形成的第1~第4激发光的光点的艾里斑的范围S1~S4不相互重叠。
根据上述的第2实施方式所涉及的共聚焦显微镜单元1B,能够将在试样M上被扫描的第1~第4激发光的光点分离,其结果,能够将被引导至第1~第4子单元6a~6d的第1~第4荧光的光束相互分离。由此,即使使用4种激发波长也能够在降低渗透的状态下进行荧光像的观察。
[第3实施方式]
图8是第3实施方式所涉及的共聚焦显微镜单元1C的概略构成图。图8所示的共聚焦显微镜单元1C在2个子单元6a、6b的基板8a、8b上的分色镜9a、9b的配置相同这一点与第1实施方式的共聚焦显微镜单元1A不同。以下,以与第1实施方式的不同点为中心对共聚焦显微镜单元1C的结构进行说明。
第1子单元6a内的基板8a上的分色镜9a以外的要素、即包括光源10a、准直透镜15a、分色镜11a、阻挡滤波器16a、聚光透镜17a、针孔板12a、和光检测器13a的要素的以分色镜9a为基准的配置被调整为与第2子单元6b内的基板8b上的分色镜9b以外的要素、即包含光源10b、准直透镜15b、分色镜11b、阻挡滤波器16b、聚光透镜17b、针孔板12b、和光检测器13b的要素的以分色镜9b为基准的配置不同。该调整例如通过使第1子单元6a内的分色镜9a以外的要素或者第2子单元6b内的分色镜9b以外的要素能够在基板8a、8b上一体地变更其姿势和其位置而实现。
详细而言,通过第1和第2子单元6a、6b的上述结构,第1激发光相对于第1子单元6a内的分色镜9a的入射角·入射位置和第2激发光相对于第2子单元6b内的分色镜9b的入射角·入射位置被设定为第1激发光向扫描镜4的入射角与第2激发光向扫描镜4的入射角错开规定的角度θS
根据上述的第2实施方式所涉及的共聚焦显微镜单元1C,通过设定激发光相对于第1和第2子单元6a、6b中的第1和第2分色镜9a、9b的入射角,能够将在试样M上被扫描的第1和第2激发光的光点分离,其结果,能够将被引导至第1和第2子单元6a、6b的第1和第2荧光的光束相互分离。由此,能够在降低了渗透的状态下进行2个荧光波长的荧光像的观察。
以上,对本发明的各种实施方式进行了说明,但本发明不限于上述实施方式,可以在不改变各权利要求所记载的主旨的范围内变形,或者适用于其他方式。
上述实施方式中,为了构成共聚焦光学系统,使用针孔板作为光圈部件,但光圈部件只要是限制光束的光学元件即可,例如也可以是彩色光圈或光纤芯等。在使用光纤输出型的光源的情况下,将光纤芯端面的位置作为光圈位置(光束被限制的位置)即可。
此外,上述实施方式能够使用固体激光或二极管激光等激光光源。该情况下,将这些激光光源的光束腰的位置作为光圈位置(光束被限制的位置)即可,光源自身会发挥光圈部件的作用。
在上述第1~第3实施方式中,按处理的激发光和荧光的波长范围短的顺序,沿着从扫描镜4侧远离的方向配置有多个子单元,但也可以按波长范围长的顺序配置。但是,该情况下,分色镜9a~9c的特性设定为反射由各子单元6a~6c分别处理的波长较长的激发光和荧光,并使由其他的子单元处理的波长较短的激发光和荧光透过的特性。
在上述第2实施方式中,构成为在所有子单元6a~6d中的2个子单元间,在试样M上形成的激发光的光点不重叠,但也可以构成为在相邻的子单元间光点不重叠。例如也可以构成为在第1子单元6a与第2子单元6b之间、第2子单元6b与第3子单元6c之间、和第3子单元6c与第4子单元6d之间激发光的光点不重叠。与此相对,在第1子单元6a与第3子单元6c之间或者第2子单元6b与第4子单元6d之间,激发光的光点也可以重叠。该情况下,也能够由分色镜容易地将一个子单元的观察对象的荧光和另一个子单元的观察对象的荧光分离。作为具体的结构,在第2实施方式所涉及的共聚焦显微镜单元1B中,第3和第4子单元6c、6d也可以配置为相对于第1和第2子单元6a、6b在Y轴方向上不错开。通过这样的结构,也能够将波长区域靠近的2个激发光的光点在试样M上分离,因此,能够防止检测出的多个波长范围的荧光光束相互影响,能够在降低渗透的状态下进行多个荧光像的观察。
在上述实施方式中,第1子单元具有反射第1激发光和第1荧光并使第2激发光和第2荧光透过的第1光学镜,第2子单元具有反射第2激发光和第2荧光的第2光学镜,第1光学镜和第2光学镜以第1激发光向扫描镜的入射角相对于第2激发光向扫描镜的入射角错开规定的角度的方式配置于主壳体内。由此,通过设定第1和第2光学镜在主壳体内的配置,能够将在试样上被扫描的第1和第2激发光的光点分离,其结果,能够将被引导至第1和第2子单元的第1和第2荧光的光束相互分离。由此,能够在降低渗透的状态下进行多个荧光像的观察。
此外,也可以是第1子单元具有反射第1激发光和第1荧光并使第2激发光和第2荧光透过的第1光学镜,第2子单元具有反射第2激发光和第2荧光的第2光学镜,第1子单元和第2子单元中,第1激发光向第1光学镜的入射角和第2激发光向第2光学镜的入射角设定为第1激发光向扫描镜的入射角相对于第2激发光向扫描镜的入射角错开规定的角度。该情况下,通过设定激发光相对于第1和第2子单元中的第1和第2光学镜的入射角,能够将在试样上被扫描的第1和第2激发光的光点分离,其结果,能够将引导至第1和第2子单元的第1和第2荧光的光束相互分离。由此,能够在降低渗透的状态下进行多个荧光像的观察。
再有,上述的规定的角度优选为在试样上,第1激发光的艾里斑与第2激发光的艾里斑被分离那样的角度。通过设为这样的角度,能够将在试样上被扫描的第1和第2激发光的光点完全分离,其结果,能够将引导至第1和第2子单元的第1和第2荧光的光束彼此完全分离。由此,能够在无渗透的状态下进行多个荧光像的观察。
在上述实施方式中,扫描镜也可以是MEMS镜。该情况下,能够容易地实现装置的小型化。
此外,第1子单元和第2子单元也可以以沿着基于扫描镜的荧光的导光方向,按第1子单元和第2子单元的顺序排列的状态固定于主壳体。根据该结构,能够使从第2子单元照射的第2激发光经由第1子单元朝向显微镜侧的试样照射,并且能够将根据此而产生的第2荧光经由第1子单元导入第2子单元内。其结果,实现多个波长区域中的图像化的装置的小型化成为可能。
产业上的利用可能性
实施方式以构成共聚焦显微镜的共聚焦显微镜单元和共聚焦显微镜为使用用途,能够通过简单的结构在降低渗透的状态下实现利用多个荧光的荧光图像化。
符号的说明
M…试样,P1…连接端口,θS…规定的角度,10a~10d…光源,12a~12d…针孔板(光圈部件),13a~13d…光检测器,6a~6d…第1~第4子单元,9a~9c…分色镜(第1~第3光学镜),9d…全反射镜(第4光学镜),1A、1B、1C…共聚焦显微镜单元,2…主壳体,3…镜筒,4…扫描镜,7…扫描透镜,50…显微镜,101…共聚焦显微镜。

Claims (7)

1.一种共聚焦显微镜单元,其特征在于,
是通过安装于具有显微镜光学系统的显微镜的连接端口而构成共聚焦显微镜的共聚焦显微镜单元,
所述共聚焦显微镜单元包括:
第1子单元,其具有输出第1激发光的光源、限制根据所述第1激发光而从观察对象的试样产生的第1荧光的光束的第1光圈部件、和检测通过了所述第1光圈部件的第1荧光的第1光检测器;
第2子单元,其具有输出第2激发光的光源、限制根据所述第2激发光而从所述试样产生的第2荧光的光束的第2光圈部件、和检测通过了所述第2光圈部件的第2荧光的第2光检测器;
扫描镜,其使从所述第1和第2子单元输出的激发光经由所述显微镜光学系统在所述试样上扫描,并将根据所述激发光而从所述试样产生的荧光向所述第1和第2子单元引导;和
主壳体,其构成为能够安装于所述连接端口,且固定有所述扫描镜、所述第1子单元、和所述第2子单元,
所述第1子单元和所述第2子单元以所述第1激发光向所述扫描镜的入射角相对于第2激发光向所述扫描镜的入射角错开规定的角度的方式配置于所述主壳体内。
2.如权利要求1所述的共聚焦显微镜单元,其特征在于,
所述第1子单元具有反射所述第1激发光和所述第1荧光并使所述第2激发光和所述第2荧光透过的第1光学镜,
所述第2子单元具有反射所述第2激发光和所述第2荧光的第2光学镜,
所述第1光学镜和所述第2光学镜以所述第1激发光向所述扫描镜的入射角相对于第2激发光向所述扫描镜的入射角错开规定的角度的方式配置于所述主壳体内。
3.如权利要求1所述的共聚焦显微镜单元,其特征在于,
所述第1子单元具有反射所述第1激发光和所述第1荧光,并使所述第2激发光和所述第2荧光透过的第1光学镜,
所述第2子单元具有反射所述第2激发光和所述第2荧光的第2光学镜,
所述第1子单元和所述第2子单元中,所述第1激发光向所述第1光学镜的入射角和第2激发光向所述第2光学镜的入射角以所述第1激发光向所述扫描镜的入射角相对于第2激发光向所述扫描镜的入射角错开规定的角度的方式设定。
4.如权利要求1~3中任一项所述的共聚焦显微镜单元,其特征在于,
所述规定的角度是在所述试样上,所述第1激发光的艾里斑与所述第2激发光的艾里斑被分离那样的角度。
5.如权利要求1~4中任一项所述的共聚焦显微镜单元,其特征在于,
所述扫描镜为MEMS镜。
6.如权利要求1~5中任一项所述的共聚焦显微镜单元,其特征在于,
所述第1子单元和所述第2子单元以沿着基于所述扫描镜的所述荧光的导光方向,按所述第1子单元和所述第2子单元的顺序排列的状态固定于所述主壳体。
7.一种共聚焦显微镜,其特征在于,
包括:
权利要求1~6中任一项所述的共聚焦显微镜单元;和
具有安装有所述显微镜光学系统和所述共聚焦显微镜单元的连接端口的显微镜。
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