JP2000056244A - レ―ザ走査顕微鏡および照明およびまたは検出装置 - Google Patents
レ―ザ走査顕微鏡および照明およびまたは検出装置Info
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- G02B26/08—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light
- G02B26/0816—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light by means of one or more reflecting elements
- G02B26/0833—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light by means of one or more reflecting elements the reflecting element being a micromechanical device, e.g. a MEMS mirror, DMD
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Abstract
(57)【要約】
【課題】鏡アレー励起と検出の両方または一方に関して
本質的に融通性のあるレーザー走査顕微鏡およびその配
列 【解決手段】モノクロメーター内へ組み込まれた切り替
え鏡アレーを通じて、そのスペクトル特性が自由にプロ
グラム可能な検出ユニットを配列
本質的に融通性のあるレーザー走査顕微鏡およびその配
列 【解決手段】モノクロメーター内へ組み込まれた切り替
え鏡アレーを通じて、そのスペクトル特性が自由にプロ
グラム可能な検出ユニットを配列
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明はレーザーユニッ
ト、走査手段、顕微鏡架台、検出ユニット、駆動・撮像
ユニットから成るレーザー走査顕微鏡を記述しており、
ここで検出ユニットのスペクトル特性が、モノクロメー
ター内へ組み込まれた切り替え鏡アレーを通じて自由に
プログラム可能である。この切り替え鏡アレー（１次元
または２次元）は規範的にはＤＭＤとして仕上げること
ができる（デジタルミラーデバイス）。この発明に従う
レーザー走査顕微鏡ではさまざまな運用モードが認容さ
れる。１つのモードでは走査された画素（試料内の）ご
とに、放出されたスペクトルが高精度で検出でき；他の
モードでは放出されたスペクトルが多数のスペクトル部
分へ分解でき（切り替え鏡アレー上のゾーン）、これら
の部分ごとに別々の電子光学的検出チャンネルとして扱
うことができる（このことはたとえば多重蛍光体を撮像
するのに有利である）。さらに、対象物平面と共役な平
面内へ配した他の切り替え鏡アレーを介して、自由にプ
ログラム可能な共焦点絞り（ピンホール）が実現できる 	
ト、走査手段、顕微鏡架台、検出ユニット、駆動・撮像
ユニットから成るレーザー走査顕微鏡を記述しており、
ここで検出ユニットのスペクトル特性が、モノクロメー
ター内へ組み込まれた切り替え鏡アレーを通じて自由に
プログラム可能である。この切り替え鏡アレー（１次元
または２次元）は規範的にはＤＭＤとして仕上げること
ができる（デジタルミラーデバイス）。この発明に従う
レーザー走査顕微鏡ではさまざまな運用モードが認容さ
れる。１つのモードでは走査された画素（試料内の）ご
とに、放出されたスペクトルが高精度で検出でき；他の
モードでは放出されたスペクトルが多数のスペクトル部
分へ分解でき（切り替え鏡アレー上のゾーン）、これら
の部分ごとに別々の電子光学的検出チャンネルとして扱
うことができる（このことはたとえば多重蛍光体を撮像
するのに有利である）。さらに、対象物平面と共役な平
面内へ配した他の切り替え鏡アレーを介して、自由にプ
ログラム可能な共焦点絞り（ピンホール）が実現できる 	
【０００２】
【従来の技術】（蛍光体）試料検査用のレーザー走査顕
微鏡は一般に検出ユニットから成り、検出ユニットがプ
レパラートから放出される放射（蛍光放射）をダイクロ
イック・スプリッター層およびフィルター層を介して、
ある数（ふつう４つまで）の検出チャンネルへ分割する
（「光学的多重チャンネル解析、ＯＭＡ」の原理）。こ
のスプリッターやフィルターは通常、回転可能なレボル
バー輪または直線的に押し動かせるスライダー内に取り
付けられている。これによってある程度までは、試料放
射のスペクトル特性へチャンネルがスペクトル的に適応
することが可能である。しかし取り付け具にはそれぞれ
限られた数の誘電スプリッターやフィルターしか受け入
れできず、個々のスプリッターやフィルターのスペクト
ル特性はそれぞれ製造工程中に決定されているので、こ
の配列は、試料スペクトルへ最適に適応するのには、多
くの利用形態で十分な融通性がない（図１）。ＵＳ特許
５５８７８３２には照明と検出の両方または一方のため
のＤＭＤ鏡アレーをもつ共焦点顕微鏡が記述されてい
る。	
微鏡は一般に検出ユニットから成り、検出ユニットがプ
レパラートから放出される放射（蛍光放射）をダイクロ
イック・スプリッター層およびフィルター層を介して、
ある数（ふつう４つまで）の検出チャンネルへ分割する
（「光学的多重チャンネル解析、ＯＭＡ」の原理）。こ
のスプリッターやフィルターは通常、回転可能なレボル
バー輪または直線的に押し動かせるスライダー内に取り
付けられている。これによってある程度までは、試料放
射のスペクトル特性へチャンネルがスペクトル的に適応
することが可能である。しかし取り付け具にはそれぞれ
限られた数の誘電スプリッターやフィルターしか受け入
れできず、個々のスプリッターやフィルターのスペクト
ル特性はそれぞれ製造工程中に決定されているので、こ
の配列は、試料スペクトルへ最適に適応するのには、多
くの利用形態で十分な融通性がない（図１）。ＵＳ特許
５５８７８３２には照明と検出の両方または一方のため
のＤＭＤ鏡アレーをもつ共焦点顕微鏡が記述されてい
る。	
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、鏡ア
レー励起と検出の両方または一方に関して本質的に融通
性のあるレーザー走査顕微鏡である。	
レー励起と検出の両方または一方に関して本質的に融通
性のあるレーザー走査顕微鏡である。	
【０００４】
【課題を解決するための手段】この発明は、モノクロメ
ーター内へ組み込まれた切り替え鏡アレーを通じて、そ
のスペクトル特性が自由にプログラム可能な検出ユニッ
トをもつ、レーザー走査顕微鏡を記述している。この発
明に従うレーザー走査顕微鏡は、レーザーユニット、走
査手段、顕微鏡架台、検出ユニット、駆動・撮像ユニッ
トから成る。試料から放出される（蛍光）放射は（共焦
点使用の場合）、対象物と共役な平面内に位置する共焦
点ピンホール上へ焦点を結ぶ。このピンホールは同時に
（格子）モノクロメーターの入射開口部でもあり、モノ
クロメーターはその分散作用によって試料放射をそのス
ペクトル成分へ分割する。分散媒質（格子）の焦点平面
内には少なくとも１次元の切り替え鏡アレーがあり、こ
れの上へ試料スペクトルが光学的に結像される（図
２）。	
ーター内へ組み込まれた切り替え鏡アレーを通じて、そ
のスペクトル特性が自由にプログラム可能な検出ユニッ
トをもつ、レーザー走査顕微鏡を記述している。この発
明に従うレーザー走査顕微鏡は、レーザーユニット、走
査手段、顕微鏡架台、検出ユニット、駆動・撮像ユニッ
トから成る。試料から放出される（蛍光）放射は（共焦
点使用の場合）、対象物と共役な平面内に位置する共焦
点ピンホール上へ焦点を結ぶ。このピンホールは同時に
（格子）モノクロメーターの入射開口部でもあり、モノ
クロメーターはその分散作用によって試料放射をそのス
ペクトル成分へ分割する。分散媒質（格子）の焦点平面
内には少なくとも１次元の切り替え鏡アレーがあり、こ
れの上へ試料スペクトルが光学的に結像される（図
２）。	
【０００５】この少なくとも１次元の切り替え鏡アレー
は個別に駆動可能な多数の切り替え鏡から成る。走査手
段が本質的に試料点の上に留まる間、たとえば逐次的に
鏡が１つずつ個別に駆動（そしてこれによって切り替
え）できる。こうして試料放射の個々のスペクトル成分
が逐次的に、全スペクトルを撮像するために、適合して
同期を取った検出器上に反射像を結ぶ。	
は個別に駆動可能な多数の切り替え鏡から成る。走査手
段が本質的に試料点の上に留まる間、たとえば逐次的に
鏡が１つずつ個別に駆動（そしてこれによって切り替
え）できる。こうして試料放射の個々のスペクトル成分
が逐次的に、全スペクトルを撮像するために、適合して
同期を取った検出器上に反射像を結ぶ。	
【０００６】別の方法では全スペクトル帯に対応する隣
接鏡域を併行して駆動し、この方法で全周波数帯を、次
々と、またはいくつかの帯域を同時に検出器へ入れるよ
うにできる。蛍光放射の場合にはこのとき励起放射に対
応する反射像画素を、検出されたスペクトルの中で余白
としておくのが有利である。	
接鏡域を併行して駆動し、この方法で全周波数帯を、次
々と、またはいくつかの帯域を同時に検出器へ入れるよ
うにできる。蛍光放射の場合にはこのとき励起放射に対
応する反射像画素を、検出されたスペクトルの中で余白
としておくのが有利である。	
【０００７】方法の変形としては励起に対応する反射像
画素を通じて、励起放射を系へ結合するのが有利である
（図３ａｂ）。これによって主ビームスプリッター（Ｄ
ＢＳ）の必要性が避けられ、このようにはっきりとコン
パクトなシステム構成が実現可能である。このため励起
放射がこの場合自動的に「検出」ピンホールを「照明」
ピンホールとして通過し、このことが光線品質を改善し
（空間フィルタリング）、それによって全顕微鏡系の空
間解像度をより良くする。このため、励起放射が反射入
射するために利用される鏡が、可能な２つの鏡位置の間
で振動することによって、照明強度が準連続的に調整で
き、もしくは走査画素同期を変更することができる（シ
ェーディング補償、強度変調等）。	
画素を通じて、励起放射を系へ結合するのが有利である
（図３ａｂ）。これによって主ビームスプリッター（Ｄ
ＢＳ）の必要性が避けられ、このようにはっきりとコン
パクトなシステム構成が実現可能である。このため励起
放射がこの場合自動的に「検出」ピンホールを「照明」
ピンホールとして通過し、このことが光線品質を改善し
（空間フィルタリング）、それによって全顕微鏡系の空
間解像度をより良くする。このため、励起放射が反射入
射するために利用される鏡が、可能な２つの鏡位置の間
で振動することによって、照明強度が準連続的に調整で
き、もしくは走査画素同期を変更することができる（シ
ェーディング補償、強度変調等）。	
【０００８】さらに、対象物平面と共役な平面内へ配し
た他の切り替え鏡アレーを介して、自由にプログラム可
能な共焦点絞り（ピンホール）が実現可能である（図
４）。このピンホールは形と大きさ（調整可能な共焦点
体積）についても、水平位置についても自由にプログラ
ム可能で、このことが系の柔軟性を高め、光学系の調整
について大きな長所となる（ピンホール自動調整）。そ
のうえ「多チャンネル」使用の際、ピンホールサイズ
が、検出にかかるスペクトル帯と瞬間的に同期され、共
焦点顕微鏡との波長によらない光学的インターフェース
を実現できる。そのうえ、さまざまな非常に異なる強力
な蛍光が同時に試料中に存在し検出されるなら、ピンホ
ールサイズも蛍光放射強度に適応しているのが有利であ
る。
た他の切り替え鏡アレーを介して、自由にプログラム可
能な共焦点絞り（ピンホール）が実現可能である（図
４）。このピンホールは形と大きさ（調整可能な共焦点
体積）についても、水平位置についても自由にプログラ
ム可能で、このことが系の柔軟性を高め、光学系の調整
について大きな長所となる（ピンホール自動調整）。そ
のうえ「多チャンネル」使用の際、ピンホールサイズ
が、検出にかかるスペクトル帯と瞬間的に同期され、共
焦点顕微鏡との波長によらない光学的インターフェース
を実現できる。そのうえ、さまざまな非常に異なる強力
な蛍光が同時に試料中に存在し検出されるなら、ピンホ
ールサイズも蛍光放射強度に適応しているのが有利であ
る。
【０００９】方法の有利な１変形としては、湾曲した格
子を装入でき、このことが、検出すべき放射の視準と分
散との両方を引き受け、それによって結果的に光学部品
の数を少なくできる（図５）。これによってこの発明に
従う全配置の構成の大きさを小さくできるのが有利な点
である。このことから特に、検出系の光学安定性が結果
的により高くなる。	
子を装入でき、このことが、検出すべき放射の視準と分
散との両方を引き受け、それによって結果的に光学部品
の数を少なくできる（図５）。これによってこの発明に
従う全配置の構成の大きさを小さくできるのが有利な点
である。このことから特に、検出系の光学安定性が結果
的により高くなる。	
【００１０】方法の１変形として、光学格子をプリズム
で置き換えることができる。これによって潜在的に、特
に非偏光を検出するとき光学系の効率を高めることが可
能である（図６）。	
で置き換えることができる。これによって潜在的に、特
に非偏光を検出するとき光学系の効率を高めることが可
能である（図６）。	
【００１１】方法の１変形としてこの発明に従う分光系
は、従来のレーザー走査顕微鏡にも適応させて、顕微鏡
試料の放出放射のスペクトルを特徴づけるようにするこ
とができる。これは特に、分光ユニットをレーザー走査
顕微鏡へファイバー結合させることを通じて行うことが
でき、ここでファイバーは直接共焦点ピンホールのうち
の１つの後ろに配するのが良い（図７）。	
は、従来のレーザー走査顕微鏡にも適応させて、顕微鏡
試料の放出放射のスペクトルを特徴づけるようにするこ
とができる。これは特に、分光ユニットをレーザー走査
顕微鏡へファイバー結合させることを通じて行うことが
でき、ここでファイバーは直接共焦点ピンホールのうち
の１つの後ろに配するのが良い（図７）。	
【００１２】方法の１変形として、多光子蛍光を対象と
して励起する方法では、励起の３Ｄ位置解像度が良いた
め共焦点絞りを不要とできる（図８）。この場合この発
明に従う配列では、共焦点絞りがモノクロメーター入射
絞り平面内から除かれ、放出光が直接分散媒質の上へ入
射できる。	
して励起する方法では、励起の３Ｄ位置解像度が良いた
め共焦点絞りを不要とできる（図８）。この場合この発
明に従う配列では、共焦点絞りがモノクロメーター入射
絞り平面内から除かれ、放出光が直接分散媒質の上へ入
射できる。	
【００１３】生薬学分野の蛍光顕微鏡内では、一般に約
３５０ないし８００ｎｍの波長帯への使用が集中する。
応用面で要求される波長解像度は約０．５ｎｍの範囲で
ある。切り替え鏡アレーは今日さまざまな使用形態のも
のが（商業ベースでも）入手でき、たとえばテキサス州
ダラス、テキサス器械有限会社製、あるいは「ディスプ
レー型」５７６×８６４ピクセル２のものも入手でき
る。これによって、スペクトルを写像する際８６４ピク
セルに沿って約０．５ｎｍの解像度が実現される。個々
の鏡はデジタル駆動されるとき、安定性の高い２つの位
置の間で旋回し(±１０°)、そのとき旋回が起きるのは
約３００ｎｓ以内に限定される。反射に用いる鏡は自由
に、互いに独立にデジタルプログラム可能である。	
３５０ないし８００ｎｍの波長帯への使用が集中する。
応用面で要求される波長解像度は約０．５ｎｍの範囲で
ある。切り替え鏡アレーは今日さまざまな使用形態のも
のが（商業ベースでも）入手でき、たとえばテキサス州
ダラス、テキサス器械有限会社製、あるいは「ディスプ
レー型」５７６×８６４ピクセル２のものも入手でき
る。これによって、スペクトルを写像する際８６４ピク
セルに沿って約０．５ｎｍの解像度が実現される。個々
の鏡はデジタル駆動されるとき、安定性の高い２つの位
置の間で旋回し(±１０°)、そのとき旋回が起きるのは
約３００ｎｓ以内に限定される。反射に用いる鏡は自由
に、互いに独立にデジタルプログラム可能である。	
【００１４】上に記した構成中分散媒質としては、たと
えば格子、プリズムまたはこれらの組み合わせが装入で
きる。これらの部品を「ダブルパス」機器構成内に装入
する際には、実際の分散は倍にでき、これによってレー
ザー走査顕微鏡のコンパクトな構成が実現できるのが有
利な点である。原則としてここに記した配列はすべて、
トランスミッション・アレー（ＬＣＤアレー；液晶）が
切り替え鏡アレーの代わりに装入されることによって、
トランスミッション・モード内でも実現可能である。&#
9;
えば格子、プリズムまたはこれらの組み合わせが装入で
きる。これらの部品を「ダブルパス」機器構成内に装入
する際には、実際の分散は倍にでき、これによってレー
ザー走査顕微鏡のコンパクトな構成が実現できるのが有
利な点である。原則としてここに記した配列はすべて、
トランスミッション・アレー（ＬＣＤアレー；液晶）が
切り替え鏡アレーの代わりに装入されることによって、
トランスミッション・モード内でも実現可能である。&#
9;
【００１５】レーザー光が線の形へ広げられ、これがス
キャナー（１走査軸）のみを介して対象物を通じて導か
れる（図１０）ことによって、線走査するレーザー走査
顕微鏡が実現できる。図２で点の形のピンホールを線の
形のレーザー光線に沿ったスリットピンホールによって
置き換え、ＤＭＤを２次元切り替え鏡アレーによって置
き換え、検出器を（感度を増強した）ＣＣＤによって置
き換えると、系は線走査モードで運用できる。ＤＭＤア
レーの次元の中で走査された線が写像され、他の座標軸
の中でこの対象線のスペクトルが写像される。光学格子
を交換することによって、または格子（モノクロメータ
ー大）を押し動かし回転させることによって、分光計シ
ステムの解像力はその時々に応用する必要性に適応する
ことができる。	
キャナー（１走査軸）のみを介して対象物を通じて導か
れる（図１０）ことによって、線走査するレーザー走査
顕微鏡が実現できる。図２で点の形のピンホールを線の
形のレーザー光線に沿ったスリットピンホールによって
置き換え、ＤＭＤを２次元切り替え鏡アレーによって置
き換え、検出器を（感度を増強した）ＣＣＤによって置
き換えると、系は線走査モードで運用できる。ＤＭＤア
レーの次元の中で走査された線が写像され、他の座標軸
の中でこの対象線のスペクトルが写像される。光学格子
を交換することによって、または格子（モノクロメータ
ー大）を押し動かし回転させることによって、分光計シ
ステムの解像力はその時々に応用する必要性に適応する
ことができる。	
【００１６】
【発明の実施の形態】図１には顕微鏡ユニットＭと走査
中枢Ｓを図示しており、これらは中間写像を通じて共通
の光学インターフェースを有し、ＬＳＭを形成してい
る。走査中枢Ｓは直立顕微鏡の光電管にも、倒立顕微鏡
の側方出力部にも取り付けることができる。旋回可能な
鏡１４を介して照明光走査と透過光走査の間で切り替え
可能な顕微鏡光程を図示した。	
中枢Ｓを図示しており、これらは中間写像を通じて共通
の光学インターフェースを有し、ＬＳＭを形成してい
る。走査中枢Ｓは直立顕微鏡の光電管にも、倒立顕微鏡
の側方出力部にも取り付けることができる。旋回可能な
鏡１４を介して照明光走査と透過光走査の間で切り替え
可能な顕微鏡光程を図示した。	
【００１７】また、光源１，照明レンズ系２，ビームス
プリッター３，対物レンズ４，試料ステージ５，集光レ
ンズ６，光源７，受信機の配列８，円筒レンズ９，円筒
レンズ１０と接眼レンズ１１とをもつ観測光程、走査光
線を接続するためのビームスプリッター・鏡１２を図示
した。	
プリッター３，対物レンズ４，試料ステージ５，集光レ
ンズ６，光源７，受信機の配列８，円筒レンズ９，円筒
レンズ１０と接眼レンズ１１とをもつ観測光程、走査光
線を接続するためのビームスプリッター・鏡１２を図示
した。	
【００１８】レーザーモジュール１３.１，１３.２がレ
ーザーを収容し、単一モード光ファイバー１４.１，１
４.２を通じて走査中枢Ｓのレーザー接続ユニットと結
合している。光ファイバー１４.１，１４.２の接続は、
押して動かす視準レンズ系１６と光線偏向素子１７.
１，１７.２とを介して行われている。部分透過鏡１８
を介して監視光程がモニターダイオード１９の方向へ引
き出されており、モニターダイオードには、ここに示し
ていないフィルターレボルバー輪の上に直線フィルター
２１とニュートラルフィルター２０とをあらかじめ配し
ておくと有利である。	
ーザーを収容し、単一モード光ファイバー１４.１，１
４.２を通じて走査中枢Ｓのレーザー接続ユニットと結
合している。光ファイバー１４.１，１４.２の接続は、
押して動かす視準レンズ系１６と光線偏向素子１７.
１，１７.２とを介して行われている。部分透過鏡１８
を介して監視光程がモニターダイオード１９の方向へ引
き出されており、モニターダイオードには、ここに示し
ていないフィルターレボルバー輪の上に直線フィルター
２１とニュートラルフィルター２０とをあらかじめ配し
ておくと有利である。	
【００１９】走査ユニットそのものは走査対物レンズ２
２、Ｘ／Ｙスキャナー２３，主ビームスプリッター２
４， 検出チャンネル２６.１―２６.４について共通の
結像レンズ系２５から成る。結像レンズ系２５の後ろに
ある偏向プリズム２７が、対物レンズ５から来る放射を
結像光学系２５の収束光程内にあるダイクロイック・ビ
ームスプリッター２８の方向へ反射する。これらには光
軸の方向とそれに垂直な方向へ調整可能で直径が可変
な、検出チャンネルごとに個別のピンホール２９と、放
出フィルター３０と、適合した受信素子３１(PMT)とが
後置されている。駆動ユニット・計算ユニット３４が配
備されており、これはとりわけステージ５，スキャナー
２３と結合し、それらを駆動する。	
２、Ｘ／Ｙスキャナー２３，主ビームスプリッター２
４， 検出チャンネル２６.１―２６.４について共通の
結像レンズ系２５から成る。結像レンズ系２５の後ろに
ある偏向プリズム２７が、対物レンズ５から来る放射を
結像光学系２５の収束光程内にあるダイクロイック・ビ
ームスプリッター２８の方向へ反射する。これらには光
軸の方向とそれに垂直な方向へ調整可能で直径が可変
な、検出チャンネルごとに個別のピンホール２９と、放
出フィルター３０と、適合した受信素子３１(PMT)とが
後置されている。駆動ユニット・計算ユニット３４が配
備されており、これはとりわけステージ５，スキャナー
２３と結合し、それらを駆動する。	
【００２０】図２はこの発明に従う、レーザーユニット
Ｌとそれに後置したシャッターＳ，視準レンズ系ＫＯ，
モニター光程ＭＯを分岐するためのビームスプリッタ
ーＳＴ１， 走査手段ＳＣ内へ、もしくは検出の方向へ
導入するためのビームスプリッターＳＴ２， 図１に類
似の顕微鏡と、鏡１２がビームスプリッターとして作り
上げられている、走査光程外に付加した検出ＤＴ１，
検出ユニット、駆動・撮像ユニットから成るレーザー走
査顕微鏡の可能な実行形を示す。	
Ｌとそれに後置したシャッターＳ，視準レンズ系ＫＯ，
モニター光程ＭＯを分岐するためのビームスプリッタ
ーＳＴ１， 走査手段ＳＣ内へ、もしくは検出の方向へ
導入するためのビームスプリッターＳＴ２， 図１に類
似の顕微鏡と、鏡１２がビームスプリッターとして作り
上げられている、走査光程外に付加した検出ＤＴ１，
検出ユニット、駆動・撮像ユニットから成るレーザー走
査顕微鏡の可能な実行形を示す。	
【００２１】試料から放出された放射は、（共焦点使用
の場合）共役な対象物平面内に位置する共焦点ピンホー
ルＰＨ１上へ焦点を結ばせることができる。このピンホ
ールＰＨ１は同時に（規範的には「格子」ＧＴと結像鏡
ＳＰ１，ＳＰ２）モノクロメーターの入射開口部をな
し、モノクロメーターがその分散作用によって試料放射
をそのスペクトル成分へ分割する。分散媒質（規範的に
は「格子」）の焦点面には少なくとも１次元の切り替え
鏡アレーＤＭＤ１があり、その上へ試料スペクトルが光
学的に結像し、収束レンズ系ＦＯと検出器ＤＴ３とが後
置されている。	
の場合）共役な対象物平面内に位置する共焦点ピンホー
ルＰＨ１上へ焦点を結ばせることができる。このピンホ
ールＰＨ１は同時に（規範的には「格子」ＧＴと結像鏡
ＳＰ１，ＳＰ２）モノクロメーターの入射開口部をな
し、モノクロメーターがその分散作用によって試料放射
をそのスペクトル成分へ分割する。分散媒質（規範的に
は「格子」）の焦点面には少なくとも１次元の切り替え
鏡アレーＤＭＤ１があり、その上へ試料スペクトルが光
学的に結像し、収束レンズ系ＦＯと検出器ＤＴ３とが後
置されている。	
【００２２】有利な一実施法としては、励起に対応する
反射像画素を通じて励起放射をシステムへ接続するのが
有利である。これによって主ビームスプリッター(ＤＢ
Ｓ)の必要性が回避されてはっきりとコンパクトなシス
テム構成が実現できる。そのうえ励起放射がこの場合自
動的に「検出」ピンホールを「照明」ピンホールとして
通過し、このことは光線品質を改善し（空間フィルタリ
ング）、それによって顕微鏡システム全体の空間解像度
を改善する。そのうえ、励起放射を反射入射させるため
に使われる鏡が２つの可能な鏡位置の間で振動すること
によって、照明強度が準連続的に調整でき、もしくは走
査・画素同調が変更できる（シェーディング補償、強度
変調、その他）。	
反射像画素を通じて励起放射をシステムへ接続するのが
有利である。これによって主ビームスプリッター(ＤＢ
Ｓ)の必要性が回避されてはっきりとコンパクトなシス
テム構成が実現できる。そのうえ励起放射がこの場合自
動的に「検出」ピンホールを「照明」ピンホールとして
通過し、このことは光線品質を改善し（空間フィルタリ
ング）、それによって顕微鏡システム全体の空間解像度
を改善する。そのうえ、励起放射を反射入射させるため
に使われる鏡が２つの可能な鏡位置の間で振動すること
によって、照明強度が準連続的に調整でき、もしくは走
査・画素同調が変更できる（シェーディング補償、強度
変調、その他）。	
【００２３】図３ａに光接続ファイバーＦを図示した。
接続されたレーザー光（入）は格子ＧＴ２に達し、スペ
クトル分割され、ここに分散方向に沿って伸びる矢印で
示したようにＤＭＤ配列へ、平行光線にするための視野
レンズＦＬ１を通じて反射する。個々の鏡素子の接続を
選択することによって、図３ｂに図示したとおり、ある
決まった波長または波長領域（励起光）がオンの状態で
格子の方向へはね返され、他の波長または波長領域は鏡
のオフ状態で格子ＧＴ２へ帰らず、選択がなされる。
接続されたレーザー光（入）は格子ＧＴ２に達し、スペ
クトル分割され、ここに分散方向に沿って伸びる矢印で
示したようにＤＭＤ配列へ、平行光線にするための視野
レンズＦＬ１を通じて反射する。個々の鏡素子の接続を
選択することによって、図３ｂに図示したとおり、ある
決まった波長または波長領域（励起光）がオンの状態で
格子の方向へはね返され、他の波長または波長領域は鏡
のオフ状態で格子ＧＴ２へ帰らず、選択がなされる。
【００２４】格子ＧＴ２へはね返された波長成分（励起
光）について、分散が再びもちあがって、それが格子上
の違う場所に当たるために、顕微鏡入力部内にあるピン
ホールＰＨ２へ結像する（アウト・オン）。対象物から
戻ってきた光はＰＨ２，ＧＴ２，ＦＬ１，ＤＭＤ，別の
視野レンズＦＬ２を通じて、図に示した検出ユニットＤ
Ｅの方向へ届く。オフ状態では検出の方向へ波長を選択
して反射させる（アウト・オフ）。格子ＧＴ２では個々
の波長に分割され、個々に検出することができる。	
光）について、分散が再びもちあがって、それが格子上
の違う場所に当たるために、顕微鏡入力部内にあるピン
ホールＰＨ２へ結像する（アウト・オン）。対象物から
戻ってきた光はＰＨ２，ＧＴ２，ＦＬ１，ＤＭＤ，別の
視野レンズＦＬ２を通じて、図に示した検出ユニットＤ
Ｅの方向へ届く。オフ状態では検出の方向へ波長を選択
して反射させる（アウト・オフ）。格子ＧＴ２では個々
の波長に分割され、個々に検出することができる。	
【００２５】図４に示すように、対象物平面に共役な平
面内へ配された別の切り替え鏡アレーＤＭＤ１を介し
て、図２のＰＨ１の代わりに自由にプログラム可能な共
焦点絞り（ピンホール）を実現することができる。この
ピンホールは形と大きさ（調整可能な共焦点体積）ばか
りでなく水平位置も自由にプログラム可能であり、この
ことが系の柔軟性を高め、光学系の調整に非常に有利で
ある（ピンホール自動調整）。そのうえ「多チャンネル
利用」の際には、ピンホールサイズがその瞬間検出にか
かるスペクトル帯と同期して、波長によらない光学イン
ターフェースを共焦点顕微鏡との間に実現するようにで
きる。そのうえ、さまざまな非常に異なる強力な蛍光が
同時に試料内にあって検出されなければならないなら、
ピンホールサイズも蛍光放射の強度に適応させることが
できるのが有利な点である。	
面内へ配された別の切り替え鏡アレーＤＭＤ１を介し
て、図２のＰＨ１の代わりに自由にプログラム可能な共
焦点絞り（ピンホール）を実現することができる。この
ピンホールは形と大きさ（調整可能な共焦点体積）ばか
りでなく水平位置も自由にプログラム可能であり、この
ことが系の柔軟性を高め、光学系の調整に非常に有利で
ある（ピンホール自動調整）。そのうえ「多チャンネル
利用」の際には、ピンホールサイズがその瞬間検出にか
かるスペクトル帯と同期して、波長によらない光学イン
ターフェースを共焦点顕微鏡との間に実現するようにで
きる。そのうえ、さまざまな非常に異なる強力な蛍光が
同時に試料内にあって検出されなければならないなら、
ピンホールサイズも蛍光放射の強度に適応させることが
できるのが有利な点である。	
【００２６】図５に示すように、方法の変形として、湾
曲した格子ＧＴ３が装入でき、このことが検出すべき放
射の視準と分散の両方を引き受け、それとともに図２の
結像鏡ＳＰ１，ＳＰ２を削除することによって、結果的
に光学部品の数がより少なくなる。これによってこの発
明に従う配列全体の構成規模が小さくなるという長所を
もつ。このことから、特に検出系の光学的安定性がより
高くなるという結果となる。	
曲した格子ＧＴ３が装入でき、このことが検出すべき放
射の視準と分散の両方を引き受け、それとともに図２の
結像鏡ＳＰ１，ＳＰ２を削除することによって、結果的
に光学部品の数がより少なくなる。これによってこの発
明に従う配列全体の構成規模が小さくなるという長所を
もつ。このことから、特に検出系の光学的安定性がより
高くなるという結果となる。	
【００２７】図６では、光学格子は他の実行形で、プリ
ズムＰによって置き換えてある。これによって潜在的
に、特に非偏光の検出の際には光学系の効率を高めるこ
とが可能である。	
ズムＰによって置き換えてある。これによって潜在的
に、特に非偏光の検出の際には光学系の効率を高めるこ
とが可能である。	
【００２８】図７には図１に類似の従来のレーザー走査
顕微鏡を、ここでは参照記号なしに示す。レーザー走査
顕微鏡へは別のファイバーＦ１を介して、たとえば図５
に記したようなこの発明に従う分光学的検出システムの
実行形の可能性を、ピンホール直後の検出光程の１つ
（図１の２６.１）から接続換えして、顕微鏡試料の放
出放射を特徴づけるようにしたものである。	
顕微鏡を、ここでは参照記号なしに示す。レーザー走査
顕微鏡へは別のファイバーＦ１を介して、たとえば図５
に記したようなこの発明に従う分光学的検出システムの
実行形の可能性を、ピンホール直後の検出光程の１つ
（図１の２６.１）から接続換えして、顕微鏡試料の放
出放射を特徴づけるようにしたものである。	
【００２９】図８では、多光子蛍光を励起する場合、こ
の発明に従う配列では、共焦点絞り（図２のＰＨ１，図
４のＤＭＤ１）がモノクロメーター入射絞り平面内から
除かれ、図５に従う湾曲鏡をもつ配列に基づき示されて
いるように、放出光が直接に分散媒質上へ入射できる。
	
の発明に従う配列では、共焦点絞り（図２のＰＨ１，図
４のＤＭＤ１）がモノクロメーター入射絞り平面内から
除かれ、図５に従う湾曲鏡をもつ配列に基づき示されて
いるように、放出光が直接に分散媒質上へ入射できる。
	
【００３０】図９は図２のような別の実行形を示してい
るが、しかしＤＭＤの代わりに格子ＧＴ１の次に送信変
調器ＭＴ， たとえばＬＣＤアレーをもち、これが分散
スペクトルの着目波長のみを検出器へ到達させる。図４
のＤＭＤに類似のピンホールの代わりに送信光程内にＬ
ＣＤアレーを作り上げることもでき、有利である。	
るが、しかしＤＭＤの代わりに格子ＧＴ１の次に送信変
調器ＭＴ， たとえばＬＣＤアレーをもち、これが分散
スペクトルの着目波長のみを検出器へ到達させる。図４
のＤＭＤに類似のピンホールの代わりに送信光程内にＬ
ＣＤアレーを作り上げることもでき、有利である。	
【００３１】図１０は、レーザー光がたとえば円筒レン
ズによって線へ広げられ、これがスキャナ（１スキャン
軸）のみを介して、ここでは規範的にY方向へ対象物の
上へ導かれることによって、線状に走査するレーザー走
査顕微鏡が実現できることを示す。図２で点形のピンホ
ールを、２次元切り替え鏡アレーＤＭＤ１によって実現
し暗鏡に基づいて帯形に表された線形のレーザー光に沿
ったスリットピンホールで置き換え、検出器を（感度増
強した）ＣＣＤで置き換えると、システムは線状に走査
するモードで運用できる。ＤＭＤアレーの１つの次元内
に走査線が形成され、他の座標軸にこの対象物の線のス
ペクトルが形成される。
ズによって線へ広げられ、これがスキャナ（１スキャン
軸）のみを介して、ここでは規範的にY方向へ対象物の
上へ導かれることによって、線状に走査するレーザー走
査顕微鏡が実現できることを示す。図２で点形のピンホ
ールを、２次元切り替え鏡アレーＤＭＤ１によって実現
し暗鏡に基づいて帯形に表された線形のレーザー光に沿
ったスリットピンホールで置き換え、検出器を（感度増
強した）ＣＣＤで置き換えると、システムは線状に走査
するモードで運用できる。ＤＭＤアレーの１つの次元内
に走査線が形成され、他の座標軸にこの対象物の線のス
ペクトルが形成される。
【図１】顕微鏡ユニットＭと走査中枢Ｓ
【図２】走査光程外に検出部を有する別の実施例
【図３】励起に対応する反射像光路
【図４】切り替え鏡アレーＤＭＤ１による共焦点絞り
【図５】湾曲した格子ＧＴ３の使用例
【図６】格子に代えプリズムＰを置き換えた例
【図７】従来顕微鏡への適用例
【図８】多光子蛍光を励起する場合
【図９】ＬＣＤアレーを用いた場合
【図１０】ｙスキャンのみによる走査
１ 光源 ２ 照明レンズ系 ３ ビームスプリッター ４ 対物レンズ ５ 試料ステージ ６ 集光レンズ ７ 光源 ８ 受信機の配列 ９ 円筒レンズ １０ 円筒レンズ １１ 接眼レンズ １２ ビームスプリッター・鏡 １３.１,１３.２ レーザーモジュール １４.１,１４.２ 単一モード光ファイバー １６ 視準レンズ系 １７.１,１７.２ 光線偏向素子 １８ 部分透過鏡 １９ モニターダイオード ２０ ニュートラルフィルター ２１ 直線フィルター ２２ 走査対物レンズ ２３ Ｘ／Ｙスキャナー ２４ 主ビームスプリッター ２５ 結像レンズ系 ２６.１―２６.４ 検出チャンネル ２７ 偏向プリズム ２８ ダイクロイック・ビームスプリッター ２９ ピンホール ３０ 放出フィルター ３１ 受信素子 (PMT) ３４ 駆動ユニット・計算ユニット Ｓ 走査中枢 ｓ シャッター ＫＯ 視準レンズ系 ＭＯ モニター光程 ＳＴ１,ＳＴ２ ビームスプリッター ＳＣ 走査手段 ＳＰ１,ＳＰ２ 結像鏡 ＤＭＤ１ 切り替え鏡アレー ＦＯ 収束レンズ系 ＤＴ３ 検出器 ＤＢＳ 主ビームスプリッター ＦＬ１ 視野レンズ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 トーマス ヴェイ （原語表記）Ｔｈｏｍ ａｓ Ｗｅｙｈ ドイツ国 Ｄ−07646 スタッツローダ ジュリアス・クニーゼ・ストラッセ 14 （原語表記）Ｊｕｌｉｕｓ−Ｋｎｉｅｓｅ −Ｓｔｒ． 14，Ｄ−07646 Ｓｔａｄｔ ｒｏｄａ， Ｇｅｒｍａｎｙ (72)発明者 ウルリッヒ サイモン （原語表記）Ｕｌ ｒｉｃｈ Ｓｉｍｏｎ ドイツ国 Ｄ−07751 ローテンスタイン ブルグストラッセ 35 （原語表記）Ｂ ｕｒｇｓｔｒ． 35，Ｄ−07751 Ｒｏｔ ｈｅｎｓｔｅｉｎ，Ｇｅｒｍａｎｙ (72)発明者 ギュンター シェッペ （原語表記）Ｇｕ ｅｎｔｅｒ Ｓｃｈｏｅｐｐｅ ドイツ国 Ｄ−07745 イエナ ハンス・ アイスラー・ストラッセ 24 （原語表 記）Ｈａｎｓ−Ｅｉｓｌｅｒ−Ｓｔｒ． 24，Ｄ−07745 Ｊｅｎａ， Ｇｅｒｍａ ｎｙ (72)発明者 ステファン ウイルヘルム （原語表記) Ｓｔｅｆａｎ Ｗｉｌｈｅｒｕｍｕ ドイツ国 Ｄ−99510 シェッテン アン デル プロムナーデ ３ （原語表記) Ａｎ ｄｅｒ Ｐｒｏｍｅｎａｄｅ ３, Ｄ−99510 Ｓｃｈｏｅｔｅｎ， Ｇｅｒ ｍａｎｙ (72)発明者 ミカエル ストック （原語表記）Ｍｉｃ ｈａｅｌ Ｓｔｏｃｋ ドイツ国 Ｄ−99510 アポルダ エルフ ルテル ストラッセ 32 （原語表記）Ｅ ｒｆｕｒｔｅｒ Ｓｔｒ． 32，Ｄ− 99510 Ａｐｏｌｄａ， Ｇｅｒｍａｎｙ
Claims (9)
- 【請求項１】反射、蛍光のような、分散しながら分割さ
れる照明と対象物からの光との両方または一方を波長選
択するための、照明と検出光程との両方または一方内
に、選択的に切り替え可能な少なくとも１基の微小鏡配
列（ＤＭＤ）をもつレーザー走査顕微鏡。 - 【請求項２】顕微鏡において、対象物の方向へ照明光を
波長選択しながら接続し、検出の方向へ対象物の光を波
長選択しながら切り替えるための、少なくとも１基のＤ
ＭＤ配列と少なくとも１基の分散素子の組み合わせ。 - 【請求項３】レーザー走査顕微鏡へ利用する請求項２に
記載の組み合わせ。 - 【請求項４】分散素子が、少なくとも１基の格子とプリ
ズムとの両方または一方である、請求項１から３の１つ
に記載の配列。 - 【請求項５】レーザー走査顕微鏡の検出光程内の共焦点
孔形絞りとしてのＤＭＤ配列またはＬＣＤ配列の組合
せ。 - 【請求項６】検出光程を個別チャンネルへ分割するため
のダイクロイック・ビームスプリッターをもつレーザー
走査顕微鏡の検出光程への請求項１から５の１つに記載
の配列の光学接続。 - 【請求項７】光学接続が光ファイバーを通じて行われ
る、請求項６に記載の配列。 - 【請求項８】少なくとも１基のＤＭＤ配列を切り替える
ことによって作り出される、少なくとも１つの方向への
スリット形走査をもつレーザー走査顕微鏡。 - 【請求項９】少なくとも１基の分散素子と、検出光程内
に選択的に切り替え可能な送信絞りとの組み合わせ。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19835072A DE19835072A1 (de) | 1998-08-04 | 1998-08-04 | Anordnung zur Beleuchtung und/oder Detektion in einem Mikroskop |
| DE19835072.4 | 1998-08-04 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000056244A true JP2000056244A (ja) | 2000-02-25 |
Family
ID=7876338
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11211974A Pending JP2000056244A (ja) | 1998-08-04 | 1999-07-27 | レ―ザ走査顕微鏡および照明およびまたは検出装置 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (3) | US20040174593A1 (ja) |
| JP (1) | JP2000056244A (ja) |
| DE (1) | DE19835072A1 (ja) |
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