JP2000098242A - 倒立型共焦点顕微鏡 - Google Patents
倒立型共焦点顕微鏡Info
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Abstract
をも可能にした倒立型共焦点顕微鏡を提供する。 【解決手段】光源から試料1に照射された光を、試料1
の下方に位置する対物レンズ2および結像レンズ4に順
次導き、結像レンズ4を透過した光を撮像光路へ導き、
撮像手段で撮像するようにしたもので、倒立型顕微鏡本
体内部の結像レンズ4による撮像光路上の像面位置に共
焦点スキャナ組込みユニット20を配置し、撮像手段で
試料1の共焦点画像を得るためにレーザファイバ41を
介してレーザ42を配置している。
Description
物試料を共焦点法によって光学的に切断して観察・撮像
する倒立型共焦点顕微鏡に関するものである。
的な動的挙動を観察・測定する顕微鏡として、シャーレ
やフラスコなどの培養容器の底面下方に対物レンズを配
置する倒立型顕微鏡が用いられる。
顕微鏡としては、蛍光観察用の落射蛍光投光管を付属し
て、CaイオンやpHなどの蛍光指示薬を注入した生細
胞の蛍光画像を観察できるように構成し、また、標本の
観察だけでなく写真用スチールカメラや空間分解能の高
いCCDカメラや時間分解能の高い高速撮像装置などの
複数の撮像手段に対応して撮像光路を設けたシステムを
構成できるものが考えられている。
用の倒立型顕微鏡として、特開平7−035986号に
開示されるように対物レンズを透過した光を互いに異な
る3方向以上の方向に分岐する分岐手段を有し、この分
岐手段で分岐された複数の光の内一つが入射される観察
光路、他の分岐光が入射される複数の撮像光路を有する
光学系を構成したものがある。
供するアッドオン型の細胞生物学研究用の倒立型顕微鏡
として、共焦点ユニットを付加したものがあり、マイク
ロレンズ付き共焦点ディスクスキャナーを有するものが
特開平5−60980号公報に開示されている。ここで
は開示されている共焦点ユニットは、複数のマイクロレ
ンズ付きマルチピンホール開口を有する集光ディスクと
該マイクロレンズ付きマルチピンホールに対応するよう
に形成した複数のピンホールからなるピンホールディス
クとを連結して構成される。この共焦点ユニットは、モ
ータで回転され、レーザファイバーから出射されコリメ
ートされたレーザ光を、集光ディスクを介してピンホー
ルディスクに導き、ピンホールディスクを透過した光
は、さらに対物レンズを透過し試料に照射される。試料
にピンホールを透過した光を照射すると、試料は蛍光を
発する。試料から発生した蛍光は、再び対物レンズ、ピ
ンホールディスクを透過し、ピンホールディスクと集光
ディスクとの間に配置されているダイクロイックミラー
によってレーザ照明光路と蛍光とを岐し、分岐した蛍光
から試料の投影像を結像光学系レンズで形成し、結像光
学系レンズで形成させた試料の投影像をカメラで撮像ま
たは単眼の接眼レンズで観察するようにしている。
々のピンホールは、照明・観察の双方で用いられており
共焦点光学系を形成する。これにより、共焦点顕微鏡の
光学切断効果によって、コントラストの高い鮮明な画像
を得ることができる。また、回転式スキャナーを採用し
ているためリアルタイム観察・撮像が可能であり、特
に、CaイオンやpHなどの蛍光指示薬を注入した生細
胞の蛍光画像を高速撮像して細胞の生理学的な動的挙動
を観察・測定する用途に好適である。
微鏡本体への取り付けは、通常、ビデオカメラで用いら
れるCマウントが利用されるが、フランジバック位置
(ビデオカメラの場合の撮像面)にピンホールディスク
が配置されているため、顕微鏡用Cマウントアダプター
を介して簡単に顕微鏡本体と組み合わせることができ、
共焦点観察機能を容易にアッドオンしグレードアップす
ることができるというメリットがある。そこで、共焦点
ユニットの倒立型顕微鏡への具体的な取り付けは、例え
ば、図8(a)に示すように、観察鏡筒100上部の直
筒101、鏡体102の左(または右)側面ポート10
3または鏡体102下の底面ポート104など、3箇所
の光路取り出し口が考えられており、これらの、一つの
光路取り出し口へ共焦点ユニットを取付けて、残りの二
つの光路取り出し口にスチールカメラや小型CCDカメ
ラを取付けるなどしている。なお、図8(b)は、各光
路取り出し口にCマウントアダプターを介して共焦点ユ
ニット105を取付けた状態を示している。
微鏡の上述した各光路取り出し口にCマウントアダプタ
ーなどを介して共焦点ユニット105を取り付ける場
合、以下のような不具合がある。
共焦点ユニット105を取付ける場合。 観察鏡筒100の上に共焦点ユニット105が取付くた
め、肉眼観察などの操作性は正立型顕微鏡へ取付けた場
合と同様であるが、共焦点ユニット105による共焦点
像の肉眼観察時には、通常の非共焦点像を顕微鏡正面の
双眼部に取付けた接眼レンズで観察する場合に比べて、
アイポイントが高くなり単眼接眼しか使うことができな
い。このため、共焦点像の肉眼観察時には、観察姿勢に
無理がかかるだけでなく、観察しながらの顕微鏡操作や
試料のハンドリングを行いにくい。また、光学的には、
倒立顕微鏡内の観察光学系は光路が長く伸びており、か
つ、対物レンズと結像レンズで形成された像面を観察光
路内で再結像して観察鏡筒へ投影させるリレーレンズが
内蔵されていて構成が複雑となる。さらに、Cマウント
面と共焦点ユニット105からの照明光射出方向との直
交度のズレの他、Cマウント面と観察鏡筒、観察鏡筒と
顕微鏡観察光路の間で取付け角度にわずかなズレを生じ
る。このため、共焦点ユニット105から顕微鏡対物レ
ンズへの照明光が倒立型顕微鏡内の観察光路を透過し対
物レンズに到るまでに芯ズレを起こし易く、結果とし
て、共焦点ユニット105からの照明光が対物レンズの
瞳から外れてしまい、共焦点画像の照明光量不足や光量
ムラを生じる原因となる。
付けて通常の透過光像や蛍光像を対物レンズの瞳から出
てきた光束から撮像する場合には、このような照明の芯
ずれや光量ムラといった問題は生じないが、共焦点ユニ
ット105の場合にはユニット側から照明光が出射する
ために芯ずれや光量ムラといった問題が生じる。すなわ
ち、Cマウントによる取り付け機構自体の不具合ではな
く、共焦点ユニットとの組み合せ使用時に限った不具合
である。
ート103へ共焦点ユニット105を取付ける場合。 側面ポート103では、対物レンズからの光路を側面へ
折り曲げるミラーが介在するものの、光路が短く、か
つ、対物レンズと結像レンズで形成された像面をCマウ
ントアダプターで利用することができるため、上述した
(1)のような問題は生じにくい。しかしながら、共焦
点ユニット105は鏡体側面の低い位置に取付くため操
作性、特に共焦点ユニットに固定された接眼レンズによ
る共焦点画像の肉眼観察には極めて使いづらい。また、
光路を折り曲げるミラーのために、共焦点ユニット10
5によって観察・撮像される共焦点画像は、倒立顕微鏡
正面で得られる像に対して裏返ってしまい、操作性に問
題を生じるのみならず、共焦点画像と非共焦点画像との
画像比較ができないという欠点もある。
に共焦点ユニット105を取付けているが、Cマウント
アダプターの回転調整により単眼接眼が斜め上方ないし
上方を向くように取付けることも可能である。この際、
共焦点画像の肉眼観察の使い難さは多少は改善される可
能性があるものの、共焦点ユニット105による共焦点
像の肉眼観察をしながら顕微鏡操作や試料のハンドリン
グは困難であり、本質的な改善は期待できない。
共焦点ユニット105を取付ける場合。 底面ポート104では、対物レンズからの光路を鏡体底
面へストレートに引き出して利用するため、光路が短く
単純になり、対物レンズと結像レンズで形成された像面
をそのままCマウントアダプターで利用することができ
る。このため、上述した(1)(2)のような光学的問
題は生じない。
すなわち顕微鏡を載置したテーブルの裏側に取付くため
共焦点ユニットの操作性が著しく阻害され、共焦点ユニ
ットによる共焦点像の肉眼観察をしながらの顕微鏡操作
や試料のハンドリングは不可能であるという欠点があ
る。
それぞれ顕微鏡の外部に共焦点ユニットが取付けられ
る、いわゆる外付け構造であるため、顕微鏡全体が大型
化してしまい、取り扱いが不便になるという問題があっ
た。本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、操作
性に優れ、顕微鏡全体の小型化をも可能にした倒立型共
焦点顕微鏡を提供することを目的とする。
第1の光源から試料に照射された光を、該試料の下方に
位置する対物レンズおよび結像レンズに順次導き、前記
結像レンズを透過した光を撮像光路へ導き、撮像手段で
撮像するようにした倒立型顕微鏡において、前記倒立型
顕微鏡本体内部の前記結像レンズによる前記撮像光路上
の像面位置に配置されたピンホールスキャナと、前記撮
像手段で前記試料の共焦点画像を得るために光学系を介
して配置される第2の光源とにより構成している。
共焦点ユニットを設けることなく共焦点画像を撮像でき
る上に、撮像光路上にピンホールスキャナを配置したの
で、顕微鏡全体の小型化を実現することができる。
に従い説明する。 (第1の実施の形態)図1は、本発明の第1の実施の形
態に適用される倒立型共焦点顕微鏡の基本構成を示して
いる。この場合、試料1上方に設けられた図示しない透
過照明光源(第1の光源)からの光で試料1を照明し、
その試料1を透過し、結像レンズ4を介して第1の光学
素子であるミラー5で図中右側すなわち顕微鏡前方へと
向かう撮像光路に導かれ像面17で試料像を結ぶ。
路のリレーレンズ18で顕微鏡前方に設けられた撮像装
置取り付け用のマウント(図示せず)に取付けられたC
CDカメラ19の撮像面に投影され撮像される。
ず)と切換え可能に構成されているため、透過プリズム
を挿入した場合は、上方から試料1に照明された光は、
試料1を透過した後、対物レンズ2と結像レンズ4を透
過し、ミラー5に代わる透過プリズム(図示せず)に導
かれ、この透過プリズムを光が透過すると、第2の光学
素子であるミラー6で図中右斜め上方すなわち倒立型顕
微鏡の前方斜め上方へと向かう観察光路に導かれ、像面
7で試料像を結ぶ。そして、この像面7の試料像は、観
察光路のリレーレンズ8で観察鏡筒(図示せず)に導か
れ、図示しない接眼レンズの像面に投影される。これに
よって、検鏡者は、顕微鏡の正面から俯角45度で試料
像を肉眼観察することができる。
共焦点顕微鏡の具体的構成を示すものである。この場
合、図1に示す顕微鏡内部の撮像光路の像面17に共焦
点スキャナ組込みユニット20を挿脱可能に配置すると
ともに、リレーレンズ8を有する観察光路に光路切換え
ユニット30を挿脱可能に配置している。
ーザファイバー(光学系)41を介して振動や熱などの
伝達を防ぐために顕微鏡が載置されたテーブルから離れ
た床上に配置されているレーザ(第2の光源)42に繋
がっている。この状態で、レーザ42から出射したレー
ザ光は、図示しない集光手段によってシングルモードの
レーザファイバー41の端面に導入され、共焦点スキャ
ナ組込みユニット20の図示しないFCコネクタに接続
されたもう一方の端面から出射する。そして、レーザフ
ァイバー41の端面から出射したレーザ光は、コリメー
タレンズ24によって平行光にされた後、マイクロレン
ズアレイが形成された集光ディスク23へ入射する。こ
こで、集光ディスク23上のマイクロレンズとピンホー
ルディスク22上のピンホールのパターンは半導体プロ
セスを利用して製作されているためパターンの同一性が
確保されており、集光ディスク23とピンホールディス
ク22を連結する際にはアライメント調整がされてい
る。これにより、集光ディスク23上に設けらけた複数
のマイクロレンズによって集光されたレーザ光は、ピン
ホールディスク22上で対応する複数のピンホールを透
過することができる。
0は、ピンホールディスク22を撮像光路の像面17に
一致するように配置している。こうすると、ピンホール
ディスク22のピンホールを透過した光は、ミラー5、
結像レンズ4、対物レンズ2を経て、試料1の上に集光
する。この場合、試料1として用いられる細胞には蛍光
指示薬が注入されていて、レーザ光によって励起されて
蛍光を発するものとすると、試料1より出た蛍光は、対
物レンズ2、結像レンズ4、ミラー5を遡り、ピンホー
ルディスク22のピンホールへと戻ってきて共焦点光路
を形成する。
スク22と集光ディスク23を図示しないモータで回転
することにより、走査共焦点画像を得ることができる
が、試料1側からピンホールディスク22を透過した蛍
光は、ダイクロイックミラー21によって反射され、レ
ーザ光路から分離されて図中上方へと向かい、光路切換
えユニット30内の反射プリズム31で2回反射されミ
ラー32で反射された後、観察光路へと導かれ、観察光
路のリレーレンズ8で観察鏡筒(図示せず)に導かれ、
図示しない接眼レンズの像面へ再結像して投影される。
これによって、検鏡者は、顕微鏡正面から俯角45度で
試料の共焦点像を肉眼観察することができる。
ナ組込みユニット20のピンホールディスク22を撮像
光路の像面17に一致させて配置し、また、光路切換え
ユニット30を観察光路に対して挿脱可能にしているの
で、観察光路中に光路切換えユニット30を挿入した場
合には共焦点画像を観察することができ、またミラー5
を透過プリズム(図示せず)に切換えると同時に、光路
切換えユニット30を光路から抜き出すことで、通常の
蛍光像または透過像を観察することもできる。すなわ
ち、ユーザは肉眼観察像を、共焦点画像と非共焦点画像
とに容易に切換えて選択することができる。このとき、
観察鏡筒は同一でありアイポントが変わることがないの
で、最も安楽な姿勢での検鏡姿勢を保つことができ、共
焦点像の肉眼観察をしながらの顕微鏡操作や試料のハン
ドリングを快適に行うこともできる。
のピンホールディスク22は、顕微鏡内部の撮像光路の
像面17に配置すること、つまり、ピンホールディスク
22を顕微鏡内部に収納する構成としたので、顕微鏡全
体の小型化を実現することができる。
0での像の反射回数1回と光路切換えユニット30での
反射回数3回の合計4回(偶数回)の反射で共焦点像が
観察鏡筒へと導かれるため、共焦点画像と非共焦点画像
の像の向きが裏返ることもなく、観察像の比較検討が行
い易くできる。
ト20は、顕微鏡本体に取外し可能に構成しているた
め、共焦点スキャナ組込みユニット20を取り外して、
通常の蛍光像または透過像の撮像を行う撮像光路にする
ことも容易である。
と光路切換えユニット30を光路中に挿入するに伴い、
必要に応じて撮像光路に結像位置補正レンズ15を挿脱
可能に配置すれば、撮像光路の像面17とピンホールデ
ィスク22との位置関係、および/または、撮像光路の
像面17と観察光路のリレーレンズ8との位置関係を加
減して光路切換え時の結像関係を維持することができ
る。同様に、観察光路でのリレーレンズ8の交換や補正
レンズの追加手段によっても、光路切換え時の結像関係
を維持することができる。また、ここでは撮像装置の一
例としてCCDカメラを例に挙げたが、顕微鏡前方に設
けられた顕微鏡用Cマウントアダプタ(以下、「顕微鏡
用アダプタ」と称する。)には、用途に応じて、スチー
ルカメラなど、他の撮像装置を取付けることもできる。
さらに、光学系の結像作用の説明では、透過照明時の作
用を説明したが、落射蛍光投光管3を挿入して落射蛍光
観察を行うことも可能であり、観察・撮像光路の作用は
同様である。さらにまた、観察鏡筒としては、肉眼観察
用の双眼鏡筒に代えて、撮像用の直筒を備えた三眼鏡筒
を取り付けることも可能であり、この場合、三眼鏡筒の
直筒部に用途に応じてCCDカメラやスチールカメラな
どの撮像装置を取り付けて共焦点画像の撮像を行うこと
も可能である。 (第2の実施の形態)図3は、本発明の第2の実施の形
態に適用される倒立型共焦点顕微鏡の基本構成を示して
いる。この場合も、試料1上方に設けられた図示しない
透過照明光源からの光で試料1を照明し、その試料1を
透過し、対物レンズ2と結像レンズ4を透過した光は、
第1の光学素子であるミラー5で図中右方向すなわち顕
微鏡前方へと向かう撮像光路に導かれ、像面17で試料
像を結ぶ。
路のリレーレンズ18で顕微鏡前方に設けられた顕微鏡
用アダプタ(図示せず)に取付けられたCCDカメラ1
9の撮像面に投影され撮像される。
ず)と切換え可能に構成されているため、透過プリズム
を挿入した場合は、上方から試料1に照明された光は、
試料1を透過した後、対物レンズ2と結像レンズ4を透
過し、ミラー5に代わる透過プリズム(図示せず)を透
過した後、第2の光学素子であるミラー6で図中右方向
すなわち顕微鏡の前方へと向かう観察光路に導かれ、像
面7で試料像を結ぶ。そして、この像面7の試料像は、
観察光路のリレーレンズ8を経てペンタプリズム9で上
方へ折り曲げられて双眼鏡筒50に導かれ、図示しない
接眼レンズの像面に投影される。これによって、検鏡者
は、顕微鏡の正面の双眼鏡筒50から俯角30度で試料
像を肉眼観察することができる。
リズム(図示せず)を選択的に切換えることにより、C
CDカメラによる像面17の試料像の撮像および像面7
の試料像の肉眼による観察を任意に選択することができ
る。
のは、対物レンズ2を下方へ透過した観察光路が斜め右
上へ折り返されているため「V字型光路」と呼称され
る。それに対して、第2の実施の形態では、対物レンズ
2を下方へ透過した観察光路が顕微鏡の前方へ折り曲げ
られた後に上方へと折り返されているため「U字型光
路」と呼称される。ここで、「U字型光路」を形成し
て、顕微鏡前方へ進んできた光路を上方へ折り曲げるた
めにペンタプリズム9による2回反射を用いているの
は、生物試料をシャーレやフラスコなどの培養容器の底
面から観察するものでは、ユーザの試料載置の位置出し
操作を行い易くするため、試料像は上から見た像の方向
に合わせる必要があるが、光路の折り曲げ回数が合計で
奇数回である必要があるからである。
共焦点顕微鏡の具体的構成を示すものである。この場
合、図1に示す顕微鏡内部の撮像光路の像面17の位置
に共焦点スキャナ組込みユニット20を挿脱可能に配置
するとともに、リレーレンズ8を有する観察光路に光路
切換え用のミラー301を挿脱可能に配置している。
ーザファイバー41を介して振動や熱などの伝播を防ぐ
ために顕微鏡が載置されたテーブルから離れた床上に配
置されているレーザ42に繋がっている。この状態で、
レーザ42から出射したレーザ光は、図示しない集光手
段によってシングルモードのレーザファイバー41の端
面に導入され、共焦点スキャナ組込みユニット20の図
示しないFCコネクタに接続されたもう一方の端面から
出射する。そして、レーザファイバー41の端面から出
射したレーザ光は、コリメータレンズ24によって平行
光にされた後、マイクロレンズアレイが形成された集光
ディスク23へ入射する。ここで、集光ディスク23上
のマイクロレンズとピンホールディスク22上のピンホ
ールのパターンは半導体プロセスを利用して製作されて
いるためパターンの同一性が確保されており、集光ディ
スク23とピンホールディスク22を連結する際にはア
ライメント調整がされている。これにより、集光ディス
ク23上に設けられた複数のマイクロレンズによって集
光されたレーザ光は、ピンホールディスク22上で対応
する複数のピンホールを透過することができる。
0は、ピンホールディスク22を撮像光路の像面17に
一致するように配置している。こうすると、ピンホール
ディスク22のピンホールを透過した光は、ミラー5、
結像レンズ4、対物レンズ2を経て、試料1の上に集光
する。この場合、試料1として用いられる細胞には蛍光
指示薬が注入されていて、レーザ光によって励起されて
蛍光を発するものとすると、試料1より出た蛍光は、対
物レンズ2、結像レンズ4、ミラー5を遡り、ピンホー
ルディスク22のピンホールへと戻ってきて共焦点光路
を形成する。
スク22と集光ディスク23を図示しないモータで回転
させることにより、走査共焦点画像を得るが、試料1側
からピンホールディスク22を透過した蛍光は、ダイク
ロイックミラー21によって反射されてレーザ光路から
分離されて図中下方へと向かい、ミラー301で反射さ
れて観察光路に導かれ、観察光路のリレーレンズ8を経
てペンタプリズム9で上方へ折り曲げられて三眼鏡筒5
1に導かれ、双眼部に配置された図示しない接眼レンズ
の像面、または、直筒部に接続された撮像装置の像面に
投影される。これによって、検鏡者は、顕微鏡正面の双
眼鏡筒部から俯角30度で試料1の共焦点像を肉眼観察
することができる。また、必要に応じて三眼鏡筒51の
直筒部に取付けた撮像装置で共焦点像を撮像することも
できる。
ナ組込みユニット20のピンホールディスク22を顕微
鏡内部の撮像光路の像面17に一致させて配置し、ま
た、光路切換え用のミラー301を光路に対して挿脱可
能にしているので、上述した第1の実施の形態と同様の
効果を期待できる。
ズム12を撮像光路と観察光路の交差部分に挿入するよ
う構成すれば、共焦点画像をCCDカメラ19へと導い
て撮像することも可能である。すなわち、共焦点画像の
撮像を、用途に応じて、三眼鏡筒の直筒部に取付けた撮
像装置で行うこともできるし、顕微鏡前面に設けた撮像
装置で行うこともできる。また、共焦点スキャナ組込み
ユニット20は顕微鏡本体に着脱可能に構成しており、
撮像光路のリレーレンズ18と交換できるので、共焦点
スキャナ組込みユニット20を取り外してリレーレンズ
18と交換することによって、通常の蛍光像または透過
像の撮像を顕微鏡前面のCCDカメラ19で行う撮像光
路に回復することも容易である。さらに、共焦点スキャ
ナ組込みユニット20とミラー301を光路中に挿入す
るに伴い、必要応じて撮像光路に結像位置補正レンズ1
5を挿脱可能に配置すれば、撮像光路の像面17とピン
ホールディスク22との位置関係、および/または、撮
像光路の像面17と観察光路のリレーレンズ8の位置関
係を加減して、光路切換え時の結像関係を維持すること
ができる。同様に、観察光路でのリレーレンズ8の交換
や補正レンズの追加手段によっても、光路切換え時の結
像関係を維持することができる。また、ここでは、撮像
装置の一例としてCCDカメラを挙げたが、顕微鏡前方
に設けられた顕微鏡用アダプタには用途に応じて、スチ
ールカメラなど、他の撮像装置を取付けることもでき
る。さらに、光学系の結像作用の説明は透過照明時の作
用を説明したが、落射蛍光投光管3を挿入して落射蛍光
観察を行うことも可能である。 (第3の実施の形態)図5は、本発明の第3の実施の形
態に適用される倒立型共焦点顕微鏡の概略構成を示すも
ので、ここでは図4と同一部分には、同符号を付してい
る。この第3の実施の形態でも、上述した第2の実施の
形態と同様に「U字型光路」を持つ倒立型共焦点顕微鏡
を用いるが、第2の実施の形態は共焦点スキャナーを撮
像光路へ挿入したのに対して、この第3の実施の形態で
は観察光路へ挿入した点が異なっている。
の光路に、ミラー(図示せず)と透過プリズム5’を切
換え可能に配置し、また、観察光路の像面7の位置に共
焦点スキャナ組込みユニット20を挿脱可能に配置し、
さらに、撮像光路に光路切換え用のミラー301を挿脱
可能に、リレーレンズ18を他のリレーレンズ18’と
切換え可能に配置するとともに、ペンタプリズム12を
挿入している。
レーザファイバー41を介して振動や熱などの伝播を防
ぐために顕微鏡が載置されたテーブルから離れた床上に
配置されているレーザ42に繋がっている。この状態
で、レーザ42から出射したレーザ光は、図示しない集
光手段によってシングルモードのレーザファイバー41
の端面に導入され、共焦点スキャナ組込みユニット20
の図示しないFCコネクタに接続されたもう一方の端面
から出射する。そして、レーザファイバー41の端面か
ら出射したレーザ光は、コリメータレンズ24によって
平行光にされた後、マイクロレンズアレイが形成された
集光ディスク23へ入射する。ここで、集光ディスク2
3上のマイクロレンズとピンホールディスク22上のピ
ンホールのパターンは半導体プロセスを利用して製作さ
れているためパターンの同一性が確保されており、集光
ディスク23とピンホールディスク22を連結する際に
はアライメントが調整されている。これにより、集光デ
ィスク23上に設けられた複数のマイクロレンズによっ
て集光されたレーザ光は、ピンホールディスク22上で
対応する複数のピンホールを透過することができる。
0は、ピンホールディスク22を観察光路の像面7に一
致するように配置され、ミラー5に代わって透過プリズ
ム5’が挿入され、さらにリレーレンズ18に代わって
リレーレンズ18′が挿入されているものとすると、ピ
ンホールディスク22のピンホールを透過した光は、ミ
ラー6、透過プリズム5’、結像レンズ4、対物レンズ
2を経て、試料1上に集光する。この場合、試料1とし
て用いられる細胞には蛍光指示薬が注入されていて、レ
ーザ光によって励起されて蛍光を発するものとすると、
試料1より出た蛍光は、対物レンズ2、結像レンズ4、
透過プリズム5’、ミラー6を遡り、ピンホールディス
ク22のピンホールへと戻ってきて共焦点光路を形成す
る。
スク22と集光ディスク23を図示しないモータで回転
させることにより、走査共焦点画像を得ることができる
が、試料1側からピンホールディスク22を透過した蛍
光は、ダイクロイックミラー21によって反射されてレ
ーザ光路から分離されて図中上方へと向かう。ダイクロ
イックミラー21で反射した蛍光は、ミラー301で反
射されて観察光路を経て撮像光路のリレーレンズ18’
に導かれる。リレーレンズ18’に導かれた蛍光は、ペ
ンタプリズム12で上方へ折り曲げられて三眼鏡筒51
に導かれ、双眼部に配置された図示しない接眼レンズの
像面、または、直筒部に接続された撮像装置の像面に投
影される。これにより、検鏡者は、顕微鏡正面の双眼鏡
筒部から俯角30度で試料1の共焦点像を肉眼観察する
ことができる。また、必要に応じて三眼鏡筒の直筒部に
取付けた撮像装置で共焦点像を撮像することもできる。
えると同時にミラー301を光路から抜き出し、撮像光
路のリレーレンズ18’をリレーレンズ18に切換え
て、さらにペンタプリズム12を抜去するとともに、ペ
ンタプリズム9を観察光路に挿入することにより、通常
の蛍光像または透過像を倒立顕微鏡前面のCCDカメラ
19で撮像することができる。
の実施の形態と同様な効果を期待できる。なお、上述で
は、ペンタプリズム12はペンタプリズム9とは別に用
意して挿脱可能に構成しているが、例えば、ペンタプリ
ズム9をペンタプリズム12の位置へ移動するスライド
機構を設け、ペンタプリズム9をペンタプリズム12の
代用として使用する構成にしてもよい。
は着脱可能であり、観察光路のリレーレンズと交換でき
る構成とすることにより、共焦点スキャナ組込みユニッ
ト20を取り外してリレーレンズを挿入することによ
り、通常の蛍光像または透過像の観察を倒立顕微鏡の三
眼鏡筒51の双眼鏡に取付けた接眼レンズで行えるよう
な観察光路の機能を回復することも可能である。 (第4の実施の形態)図6は、本発明の第4の実施の形
態に適用される倒立型共焦点顕微鏡の基本構成を示して
いる。この第4の実施の形態でも、前述した第1の実施
の形態と同様に「V字型光路」を持つ倒立型共焦点顕微
鏡を用いるが、この第4の実施の形態では、光路折り曲
げミラー6の角度を変更できるようにしている。
しない透過照明光源からの光で試料1を照明し、その試
料1を透過し、対物レンズ2と結像レンズ4を透過した
光は、第1の光学素子であるミラー5で図中右側すなわ
ち倒立型顕微鏡の前方へと向かう撮像光路(第1の光
路)に導かれ、像面17で試料像を結ぶ。
路のリレーレンズ18で顕微鏡前方に設けられた顕微鏡
用アダプタ(図示せず)に取付けられたCCDカメラ1
9の撮像面に投影され撮像される。
ず)と切換え可能に構成されているため、透過プリズム
を挿入した場合は、上方から試料1に照明された光は、
試料1を透過した後、対物レンズ2と結像レンズ4を透
過し、ミラー5に代わる透過プリズム(図示せず)に導
かれ、この透過プリズムを光が透過すると、所定の角度
に設定された第2の光学素子である光路折り曲げミラー
6で図中で右斜め上方すなわち顕微鏡前方斜め上方へと
向かう観察光路(第2の光路)に導かれ、像面7で試料
像を結ぶ。そして、この像面7の試料像は、観察光路の
リレーレンズ8で観察鏡筒(図示せず)に導かれ、図示
しない接眼レンズの像面に投影される。これによって、
検鏡者は、顕微鏡正面から俯角45度で試料像を肉眼観
察することができる。
共焦点顕微鏡の具体的構成を示すものである。この場
合、図6に示す光路折り曲げミラー6により形成される
第3の光路の像面27に共焦点スキャナ組込みユニット
20を挿脱可能に配置するとともに、光路折り曲げミラ
ー6を−22.5度、−45度、−90度の三段階に切
換え設定可能とし、また、観察光路に光路折り曲げプリ
ズム35を挿脱可能にするとともに、この光路折り曲げ
プリズム35の代わってミラー36を挿入可能にしてい
る。
5度に設定して、このミラー6により形成される顕微鏡
前方へと向かう光路(第3の光路)に共焦点スキャナ組
込みユニット20を組み込み、さらに観察光路に光路折
り曲げプリズム35を挿入する。
ーザファイバー41を介して振動や熱などの伝達を防ぐ
ために顕微鏡が載置されたテーブルから離した床上に配
置されているレーザ42に繋がっている。この状態で、
レーザ42から出射したレーザ光は、図示しない集光手
段によってシングルモードのレーザファイバー41の端
面に導入され、共焦点スキャナ組込みユニット20の図
示しないFCコネクタに接続されたもう一方の端面から
出射する。そして、レーザファイバー41の端面から出
射したレーザ光は、コリメータレンズ24によって平行
光にされた後、マイクロレンズアレイが形成された集光
ディスク23へ入射する。ここで、集光ディスク23上
のマイクロレンズとピンホールディスク22上のピンホ
ールのパターンは半導体プロセスを利用して製作されて
いるためパターンの同一性が確保されており、集光ディ
スク23とピンホールディスク22を連結する際にはア
ライメント調整がされている。このため、集光ディスク
23上に設けられた複数のマイクロレンズによって集光
されたレーザ光は、ピンホールディスク22上で対応す
る複数のピンホールを透過することができる。
の光路の像面27に一致するように配置している。こう
すると、ピンホールディスク22のピンホールを透過し
た光は、ミラー6、ミラー5に代わる透過プリズム(図
示せず)、結像レンズ4、対物レンズ2を経て、試料1
の上に集光する。この場合、試料1として用いられるの
細胞には蛍光指示薬が注入されていて、レーザ光によっ
て励起されて蛍光を発するものとすると、試料1より出
た蛍光は、対物レンズ2、結像レンズ4、ミラー6を遡
り、ピンホールディスク22のピンホールへと戻ってき
て共焦点光路を形成する。
スク22と集光ディスク23を図示しないモータで回転
させることにより、走査共焦点画像を得られるが、試料
1側からピンホールディスク22を透過した蛍光は、ダ
イクロイックミラー21によって反射され、レーザ光路
から分離されて図中上方へと向かい、光路折り曲げプリ
ズム35で反射された後、観察光路に導入され、観察光
路のリレーレンズ8で観察鏡筒(図示せず)に導かれ、
図示しない接眼レンズの像面へ再結像して投影される。
これによって、検鏡者は、顕微鏡正面から俯角45度で
試料1の共焦点像を肉眼観察することができる。
脱可能にしているが、この光路折り曲げプリズム35を
光路に挿入したまま光路折り曲げミラー6の角度を−4
5度に設定すると、共焦点画像を観察することができ、
光路折り曲げプリズム35を光路から抜き出して光路折
り曲げミラー6の角度を−22.5度に設定すると、通
常の蛍光像または透過像を観察することができる。
0度にすると、対物レンズ2からの光を図中下方すなわ
ち顕微鏡底面へ出すことができ、図示しない底面ポート
に撮像装置を取り付けて通常の蛍光像または透過像を撮
像することもできる。
りにミラー36を挿入して光路折り曲げミラー6の角度
を−45度に設定すると、ダイクロイックミラー21で
反射した光をミラー36で撮像光路を導入することがで
き、共焦点画像をCCDカメラ19で撮像することがで
きる。ただし、この場合、ミラー5を挿入した場合の撮
像光路の像位置からCCDカメラ19までの距離と、第
3の光路の像面27(すなわちピンホールディスク2
2)からCCDカメラ19までの距離との差が大きくな
るため、撮像光路のリレーレンズ18に対して図示しな
い補正レンズを追加して結像関係を補正したり、撮像光
路のリレーレンズ18を別のリレーレンズ(図示せず)
に交換して結像関係を保つ必要が生じる。観察光路のリ
レーレンズ8についても同様の工夫が有効であることは
言うまでもない。
ナ組込みユニット20のピンホールディスク22を撮像
光路の像面17に一致させて配置し、また、光路切換え
ユニット30を観察光路に対して挿脱可能にしているの
で、ユーザは肉眼観察像を共焦点画像と非共焦点画像と
に容易に切換えて選択することができる。このとき、観
察鏡筒は同一でありアイポイントが変わることがないの
で、最も安楽な姿勢での検鏡姿勢を保つことができ、共
焦点像の肉眼観察をしながらの顕微鏡操作や試料のハン
ドリングを快適に行うことができる。
のピンホールディスク22は、顕微鏡内部の撮像光路の
像面17に配置することにより、つまり、ピンホールデ
ィスク22を顕微鏡内部に収納する構成としたので、顕
微鏡全体の小型化を実現することができる。
0での像の反射回数1回と光路折り曲げプリズム35で
の反射回数1回の合計2回(偶数回)の反射で共焦点像
が観察鏡筒へと導かれるため、共焦点画像と非共焦点画
像の像の向きが裏返ることもなく、比較検討が行い易く
できる。さらにまた、共焦点スキャナ組込みユニット2
0は顕微鏡本体に着脱可能に構成しているため、共焦点
スキャナ組込みユニット20を取り外して、通常の蛍光
像または透過像の撮像を行うように撮像光路の機能を回
復することも可能である。
CDカメラを挙げたが、顕微鏡前方に設けられた顕微鏡
用アダプタには、用途に応じて、スチールカメラなど、
他の撮像装置を取付けることもできる。さらに、光学系
の結像作用の説明は、透過照明時の作用を説明したが、
落射蛍光投光管3を挿入して落射蛍光観察を行うことも
可能であり、観察・撮像光路の作用は同様である。ま
た、観察鏡筒としては、肉眼観察用の双眼鏡筒に代え
て、撮像用の直筒を備えた三眼鏡筒を取り付けることも
可能であり、この場合、三眼鏡筒の直筒部に用途に応じ
てCCDカメラやスチールカメラなどの撮像装置を取り
付けて共焦点画像の撮像を行うことも可能である。
てピンホールを有するピンホールディスク22とマイク
ロレンズを有する集光ディスク23を有する共焦点スキ
ャナ組込みユニット20を使用する場合を述べたが、こ
のようなマイクロレンズを有する集光ディスク23を用
いると、光源の単一指向性が必要になるためレーザを用
いることとなり、カラー観察には不向きとなる。そこ
で、集光ディスクを用いない回転ピンホール板と白色光
源を組み合わせたものを用いれば、金属標本やICなど
の反射共焦点像を肉眼で実時間観察できるようになり、
カラー観察が可能になる。また、ピンホールディスク
は、回転式ニポウディスクである必要はなく、電気光学
的に開口のオンオフ制御できるような、例えば液晶など
のデバイスを用いてランダムピンホールパターンによる
共焦点画像を得るものにも適用できる。
焦点ユニットを設けることなく共焦点画像を撮像できる
上に、撮像光路上にピンホールスキャナを配置したの
で、顕微鏡全体の小型化を実現することができる。
図。
図。
図。
図。
の概略構成を示す図。
Claims (1)
- 【請求項1】 第1の光源から試料に照射された光を、
該試料の下方に位置する対物レンズおよび結像レンズに
順次導き、前記結像レンズを透過した光を撮像光路へ導
き、撮像手段で撮像するようにした倒立型顕微鏡におい
て、 前記倒立型顕微鏡本体内部の前記結像レンズによる前記
撮像光路上の像面位置に配置されたピンホールスキャナ
と、 前記撮像手段で前記試料の共焦点画像を得るために光学
系を介して配置される第2の光源とを具備したことを特
徴とする倒立型共焦点顕微鏡。
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP10268312A JP2000098242A (ja) | 1998-09-22 | 1998-09-22 | 倒立型共焦点顕微鏡 |
US09/400,410 US6297904B1 (en) | 1998-09-22 | 1999-09-21 | Inverted confocal microscope |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP10268312A JP2000098242A (ja) | 1998-09-22 | 1998-09-22 | 倒立型共焦点顕微鏡 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2000098242A true JP2000098242A (ja) | 2000-04-07 |
JP2000098242A5 JP2000098242A5 (ja) | 2005-11-04 |
Family
ID=17456794
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP10268312A Pending JP2000098242A (ja) | 1998-09-22 | 1998-09-22 | 倒立型共焦点顕微鏡 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2000098242A (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2005024981A (ja) * | 2003-07-03 | 2005-01-27 | Olympus Corp | 共焦点顕微鏡 |
JP2016099281A (ja) * | 2014-11-25 | 2016-05-30 | 高電工業株式会社 | 検体検査装置及び検体検査システム |
-
1998
- 1998-09-22 JP JP10268312A patent/JP2000098242A/ja active Pending
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2005024981A (ja) * | 2003-07-03 | 2005-01-27 | Olympus Corp | 共焦点顕微鏡 |
JP4550380B2 (ja) * | 2003-07-03 | 2010-09-22 | オリンパス株式会社 | 共焦点顕微鏡 |
JP2016099281A (ja) * | 2014-11-25 | 2016-05-30 | 高電工業株式会社 | 検体検査装置及び検体検査システム |
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