JP2002221663A

JP2002221663A - 走査型共焦点顕微鏡

Info

Publication number: JP2002221663A
Application number: JP2001019499A
Authority: JP
Inventors: Akira Adachi; 晃安達
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 2001-01-29
Filing date: 2001-01-29
Publication date: 2002-08-09

Abstract

(57)【要約】【課題】検出器の交換や画像チャネル数の増設を低コ
ストで容易に行うことができる、拡張性の高い走査型共
焦点顕微鏡の提供。【解決手段】走査ユニット１２には、ピンホール１３
および光走査部１９が設けられている。光源１からの光
を、光走査部１９で２次元的にスキャンしつつ標本２４
に照射する。標本２４からの光は光走査部１９でデスキ
ャンされた後に、標本２４と共役な位置に配設されたピ
ンホール１３へと出射される。ピンホール１３を通過し
た光は、マルチモード光ファイバ２９を介して検出ユニ
ット２６に伝達される。顕微鏡本体１０から分離されて
いる検出ユニット２６は、マルチモード光ファイバ２９
を介して走査ユニット１２に着脱可能に接続されている
ので、検出ユニット２６を検出チャネル数の異なる他の
検出ユニットと容易に交換することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、走査型共焦点顕微
鏡に関する。

【０００２】

【従来の技術】走査型共焦点顕微鏡では、レーザ光源か
らの照明光を対物レンズを介して標本上に結像し、標本
上に照射されたスポット状の光を２次元的に走査して観
察を行う。標本にレーザ光が照射されると、標本の光学
的な特性によって反射、吸収、蛍光、散乱などが照射領
域において生じる。照射領域で発生した反射光や蛍光
は、対物レンズで集光された後に検出器により検出され
る。通常、検出器は複数設けられており、フィルタ等を
用いて所望の波長の光を検出器で検出するようにしてい
る。

【０００３】検出器からの電気信号はマイクロコンピュ
ータ等の処理装置に取り込まれて、処理装置において検
出信号に基づく標本の観察像が構成される。この観察像
はＣＲＴモニタ等に表示される。従来の走査型共焦点顕
微鏡では、レーザ光を走査するための光走査部と、検出
器が設けられた検出部とが一つの筐体に収められて一体
の走査装置として構成されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、検出器
を増やして画像チャネル数を増加したい場合には、走査
装置全体を交換するか、走査装置の改造を行う必要があ
った。いずれの場合もコストがかかり、改造する場合に
は改造の範囲が限られてしまうという問題もあり、容易
に画像チャネル数を増やすことができなかった。また、
例えば、検出器をより高感度のものに変更したいような
場合には、従来の装置では検出器のみを交換することは
できなかったので、この場合も同様の問題があった。

【０００５】本発明の目的は、検出器の交換や画像チャ
ネル数の増設を低コストで容易に行うことができる、拡
張性の高い走査型共焦点顕微鏡を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】発明の実施の形態を示す
図１，図２，図７，図８および図９に対応付けて説明す
る。（１）図１および図２に対応付けて説明すると、請求項
１の発明の走査型共焦点顕微鏡は、標本２４と共役な位
置に配設されるピンホール１３、及び光源１からの照明
光が標本２４上で２次元的にスキャンされるように照明
光を偏向するとともに、標本２４から出射された光を偏
向してデスキャンしピンホール１３へと出射する光走査
部１９を有する走査ユニット１２と、ピンホール１３を
通過した光を伝達するマルチモード光ファイバ２５を介
して走査ユニット１２に着脱可能に接続され、伝達され
た光から所定の波長の光を分離して検出する光検出部
（２９、３１）、（３０、３２）を少なくとも２つ有
し、各光検出部（２９、３１）、（３０、３２）で検出
された光を電気信号に変換して出力する検出ユニット２
６と、電気信号を伝達する信号線７７を介して検出ユニ
ット２６に着脱可能に接続され、前記電気信号に基づい
て画像処理を行う処理ユニット３７とを備えて上述の目
的を達成する。（２）図７に対応付けて説明すると、請求項２の発明
は、標本と共役な位置に配設されるピンホール１３、及
び光源からの照明光が標本上で２次元的にスキャンされ
るように照明光を偏向するとともに、標本から出射され
た光を偏向してデスキャンしピンホール１３へと出射す
る光走査部１９を有する走査ユニット９０と、ピンホー
ル１３を通過した光から所定の波長の光を分離して検出
する光検出部（２９、３１）、（３０、３２）の少なく
とも１つを有する検出ユニット９１とを備える走査型共
焦点顕微鏡に適用され、ピンホール１３を通過した光を
走査ユニット９０から検出ユニット９１へと伝達する光
伝達部９２ａ，９３ａを有し、走査ユニット９０に対し
て検出ユニット９１を着脱することができる着脱機構を
設けたことにより上述の目的を達成する。（３）図８および図９に対応付けて説明すると、請求項
３の発明は、標本２４と共役な位置に配設されるピンホ
ール１３、及び光源１からの照明光が標本２４上で２次
元的にスキャンされるように照明光を偏向するととも
に、標本２４から出射された光を偏向してデスキャンし
ピンホール１３へと出射する光走査部１９を有する走査
ユニット７０と、ピンホール１３を通過した光から所定
の波長の光を分離して検出する光検出部（２９、３１）
を１つ以上有する検出ユニット７１とを備える走査型共
焦点顕微鏡に適用され、検出ユニット７１には、入射し
た光から所定の波長の光を分離する分離光学系６１１，
６１２および分離された光を検出する検出器６１３を有
する増設ユニット６１の着脱ポート７６が設けられ、そ
の着脱ポート７６に増設ユニット６１が装着されると、
分離光学系６１１，６１２が光検出部（２９、３１）に
入射する光の光路中に配設されることにより上述の目的
を達成する。（４）図１に対応付けて説明すると、請求項４の発明
は、請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の走査型共
焦点顕微鏡において、光源１を、シングルモード光ファ
イバ９を介して走査ユニット１２に着脱可能に接続した
ものである。

【０００７】なお、上記課題を解決するための手段の項
では、本発明を分かり易くするために発明の実施の形態
の図を用いたが、これにより本発明が発明の実施の形態
に限定されるものではない。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、図１〜図９を参照して本発
明の実施の形態を説明する。 −第１の実施の形態− 図１は本発明による走査型共焦点顕微鏡の第１の実施の
形態を示す図であり、落射型蛍光顕微鏡と同様な構成と
した場合の概略構成を示す模式図である。走査型共焦点
顕微鏡は、顕微鏡本体１０と光源部１と検出ユニット２
６とからなり、顕微鏡本体１０の鏡筒部１１には走査ユ
ニット１２が装着されている。光源部１および検出ユニ
ット２６と走査ユニット１２とはシングルモード光ファ
イバ９およびマルチモード光ファイバ２５により接続さ
れており、光源部１で発生したレーザ光は光ファイバ９
により走査ユニット１２に入力される。標本２４からの
光は、後述するように対物レンズ２３，第２対物レンズ
２２，走査ユニット１２および光ファイバ２５を介して
検出ユニット２６に伝達される。

【０００９】光ファイバ９，２５と光源部１，検出ユニ
ット２６および走査ユニット１２との接続は、コネクタ
Ｃ１〜Ｃ４を用いて行われており、この部分は容易に着
脱することができる。検出ユニット２６には信号線７７
介して処理ユニット３７が接続されており、検出ユニッ
ト２６で検出された画像信号に基づく標本２４の観察画
像が処理ユニット３７において形成される。

【００１０】図２に示すように、信号線７７はコネクタ
Ｃ５を介して処理ユニット３７に着脱可能に接続されて
いる。処理ユニット３７にはモニタ３６が接続されてお
り、画像処理により得られた観察像が表示される。３５
は画像データを保存記憶するための記憶装置である。検
出ユニット２６および処理ユニット３７の詳細について
は後述する。

【００１１】光源部１には出力波長の異なる複数のレー
ザ発生装置２，３，４が設けられている。レーザ発生装
置２，３，４から出射された各レーザ光は全反射ミラー
５およびダイクロイックミラー６，７を用いて同一光軸
に合わせられた後に、集光レンズ８により集光されて光
ファイバ９に入射される。図１に示すように、光ファイ
バ９により走査ユニット１２に伝送されたレーザ光はフ
ァイバ端面から所定のＮＡで出射され、走査ユニット１
２内のコリメータレンズ１５により平行光に変換され
る。

【００１２】コリメータレンズ１５からの平行光はダイ
クロイックミラー１８により反射され、光走査部１９に
入射する。図３は走査ユニット１２の拡大図であり、光
走査部１９の詳細を示したものである。光走査部１９に
は一対の可動式全反射ミラー１９１，１９２が設けられ
ており、全反射ミラー１９１，１９２を連動して傾ける
ことにより、ダイクロイックミラー１８から光走査部１
９に入射したレーザ光を、レーザ光と直交する２方向に
２次元的に走査することができる。

【００１３】光走査部１９から出射されたレーザ光は、
走査レンズ２０を介して一次像面２１に結像された後
に、第２対物レンズ２２および対物レンズ２３によって
標本２４上に結像される。図４（ａ）は標本２４を対物
レンズ２３側から見た平面図であり、２４１は標本２４
の観察領域を示している。レーザ光を図３の光走査部１
９により走査すると、標本２４上に結像されたスポット
状のレーザ光Ｌ（点像）は、観察領域２４１を経路Ｒ１
のようにラスタ走査される。

【００１４】図４（ｂ）は任意の時刻におけるレーザ光
Ｌの照射状態を示したものであり、標本２４の光学的な
特性によって反射、吸収、蛍光、散乱などがレーザ光Ｌ
の照射領域において生じる。生物組織を蛍光観察する場
合には、標本２４の組織を複数の蛍光試薬で染色して観
察する。標本２４にレーザ光Ｌが照射されると、蛍光試
薬で染色された各組織から試薬に応じた蛍光が発せられ
る。これらの蛍光はほとんどレーザ光Ｌが照射された領
域から発せられるが、その領域の周辺領域Ａからも蛍光
が若干発生する。

【００１５】図１の標本２４から発せられた蛍光は、対
物レンズ２３および第２対物レンズ２２により一次像面
２１の位置に結像された後に、走査レンズ２０で平行光
とされて光走査部１９に入射する。標本２４からの蛍光
はレーザ光Ｌが照射された領域から出射されるので、光
走査部１９によって再び走査されることにより、すなわ
ちデスキャンされることにより、ダイクロイックミラー
１８から光走査部１９の反射ミラー１９１（図３参照）
に入射したレーザ光と同一の光路に常に戻されることに
なる。

【００１６】光走査部１９からダイクロイックミラー１
８に出射された蛍光はダイクロイックミラー１８を透過
し、全反射ミラー１７により反射された後に集光レンズ
１６に入射する。蛍光は集光レンズ１６により遮光板１
４上に結像される。すなわち、遮光板１４と標本２４と
は共役な位置関係にあり、遮光板１４に形成された開口
（ピンホール）１３の位置にスポット状レーザ光Ｌ（図
４参照）の像が形成される。そして、開口１３を通過し
た蛍光のみが光ファイバ２５を介して検出ユニット２６
に伝達される。前述したように、図４（ｂ）に示した周
辺領域Ａからも蛍光が出射されるが、これらの蛍光は遮
蔽板１４上の開口１３より外側に結像される。そのた
め、蛍光観察に悪影響を与える周辺領域Ａからの蛍光
は、遮光板１４に遮られて検出ユニット２６に伝達され
ない。

【００１７】図２に示すように、光ファイバ２５により
検出ユニット２６に伝達された蛍光は、コリメータレン
ズ２７を介してダイクロイックミラー２８に入射する。
ダイクロイックミラー２８およびバリアフィルタ２９、
３０は蛍光分離用の光学素子であり、これらの光学素子
により走査ユニット１２から伝達された蛍光から所望の
波長を有する２種類の蛍光が分離され、それぞれ異なる
検出器３１、３２により検出される。検出器３１、３２
から出力されたアナログ信号は処理装置３７に設けられ
たＡ／Ｄ変換器３３でデジタル信号に変換され、ＣＰＵ
３４に送られて画像処理される。画像処理により得られ
た観察像はモニタ３６に表示される。

【００１８】検出ユニット２６はコネクタＣ２、Ｃ５を
介して光ファイバ２５および処理装置３７に接続されて
おり、走査ユニット１２に対して着脱可能となってい
る。図２に示した検出ユニット２６は、２つの検出器３
１、３２を備えていて２種類の蛍光波長を観察できる。
なお、バリアフィルタおよび検出器を１つずつ備えるよ
うな構成としても良い。また、観察対象によってはより
多数の蛍光波長に関する観察が必要なものもあり、その
ような場合には、３つ以上の検出器を備えた検出ユニッ
トと検出ユニット２６とを交換すれば容易に対応でき
る。そのため、従来の顕微鏡のように検出器増設のため
に走査ユニットを改造する必要がなく、低コストで容易
に対応することができる。

【００１９】図５は３種類の蛍光波長を検出することが
できる検出ユニット５０を示す図であり、検出ユニット
２６に設けられていた検出器３１、３２に加えて３つ目
の検出器５１を備えている。５２および５３は検出器５
１用のバリアフィルタおよびダイクロイックミラーであ
り、その他の構成は検出ユニット２６と同様であり同様
の符号を付した。ダイクロイックミラー２８を透過した
蛍光は２番目のダイクロイックミラー５２に入射し、検
出器５１で検出すべき波長を含む蛍光が反射分離されて
バリアフィルタ５３へと導かれる。バリアフィルタ５３
では不要な蛍光波長が除去され、所望の波長の蛍光のみ
が検出器５１に入射する。また、ダイクロイックミラー
５３を透過した蛍光はバリアフィルタ３０を介して検出
器３２に入射する。このようにして、波長の異なる３種
類の蛍光が３つの検出器３１、３２、５１によってそれ
ぞれ検出される。

【００２０】図６に示した検出ユニット６０は図２に示
した検出ユニット２６の変形例であり、検出ユニット２
６と同様に検出器３１、３２、バリアフィルタ２９、３
０およびダイクロイックミラー２８を備えている。さら
に、検出ユニット６０には増設ユニット用の増設ポート
６００が設けられている。２種類の蛍光を観察する場合
には、図６に示すように増設ポート６００は空のままで
も良く、検出器および光学素子の構成は図２に示した検
出ユニット２６と同様となる。

【００２１】しかし、３種類の蛍光を観察する場合に
は、増設ポート６００に増設ユニット６１を装着すれば
良い。増設ユニット６１には、所定の波長の蛍光を反射
分離するためのダイクロイックミラー６１１、バリアフ
ィルタ６１２および検出器６１３が設けられている。こ
の増設ユニット６１を検出ユニット６０の増設ポート６
００に装着すると、ダイクロイックミラー６１１がダイ
クロイックミラー２８とバリアフィルター３０との間の
光路中に挿入される。その結果、ダイクロイックミラー
６１１の光学特性に応じた波長の蛍光が検出器６１３方
向に反射され、バリアフィルタ６１２を介して検出器６
１３に入射する。また、検出器３２で検出されるべき蛍
光はダイクロイックミラー６１１を透過し、バリアフィ
ルタ３０を介して検出器３２に入射する。検出器６１３
の検出信号は、検出器３１、３２の場合と同様に処理ユ
ニット３７に入力されて画像処理される。

【００２２】上述したように、本実施の形態では、検出
器３１、３２および蛍光分離用光学素子であるダイクロ
イックミラー２８、バリアフィルタ２９、３０を検出ユ
ニット２６として走査ユニット１２から分離して設け、
それらの間を光ファイバ２５で接続するようにした。そ
の結果、より高感度な検出器に交換する場合や検出チャ
ネル数を増加する場合には、検出ユニット２６をコネク
タＣ１、Ｃ２の部分で外して高感度の検出器を有する検
出ユニットや、より検出チャネル数の多い別の検出ユニ
ットと交換するだけで良い。

【００２３】そのため、従来のように検出器増設のため
の改造や、検出器を内蔵した走査ユニット全体を交換す
る必要がないため、検出器交換やチャネル数増加にとも
なうコストを低減することができる。さらに、図６に示
すような検出ユニット６０では、増設ユニット６１が着
脱可能な増設ポート６００が予め設けられているので、
増設ユニット６１のみを増設するだけで容易に検出チャ
ネル数を増加することができる。

【００２４】また、当初のシステム構成としては必要最
小限の検出チャネル数のシステム構成とし、その後、検
出チャネル増設の必要性が出てきたならば、その時に検
出ユニット２６の交換または増設ポート６００の追加に
よって容易に検出チャネル数を増加させることができ
る。そのため、初めから多数の検出チャネル数を備える
システム構成とする必要が無く、初期コストの低減、設
置面積の低減等を図ることができる。

【００２５】なお、上述した実施の形態では、検出ユニ
ット２６を走査ユニット１２から分離して光ファイバ２
５で互いに接続したが、図７の変形例に示すような構成
としても良い。図７に示す装置では、符号Ｆで示す部分
において、走査ユニット９０と検出ユニット９１部分と
を分離できるような構成とし、検出ユニット９１部分の
みを交換できるようにしたものである。検出ユニット９
１には、検出器３１，３２、バリアフィルタ２９，３０
およびダイクロイックミラー２８が含まれている。検出
ユニット９１と走査ユニット９０とは、アリ機構や嵌合
機構等を有するコネクタ９２，９３により着脱可能に接
続されている。コネクタ９２，９３には、レーザ光を透
過する窓９２ａ，９３ａが設けられている。９４は、処
理ユニット３７と検出ユニット９１とを結ぶ信号線７７
が接続されるコネクタである。

【００２６】−第２の実施の形態− 図８は本発明による走査型共焦点顕微鏡の第２の実施の
形態を示す図であり、落射型蛍光顕微鏡と同様な構成と
した場合の概略構成を示す模式図である。なお、図１と
同様の部分には同一符号を付し、異なる部分を中心に説
明する。本実施の形態では、図８に示すように走査ユニ
ット７０内には検出ユニット７１が内蔵されている。図
９は検出ユニット７１の詳細を示す図であり、検出ユニ
ット７１には検出器３１、３２、バリアフィルタ２９、
３０およびダイクロイックミラー２８が設けられている
とともに、図６に示した増設ポート６００と同様の増設
ポート７６も設けられている。その他の構成については
上述した第１の実施の形態と同様である。

【００２７】遮光板１４の開口１３を通過した蛍光は、
コリメータレンズ２７で平行光とされた後にダイクロイ
ックミラー２８に入射する。ダイクロイックミラー２８
以降の機能は上述した第１の実施の形態と同様なので説
明を省略する。検出器３１、３２から出力された検出信
号は、信号線７７を介して処理ユニット３７に伝達され
る。さらに、増設ポート７６に図６の場合と同様の検出
ユニット６１を増設ポート７６に増設することにより、
検出チャネル数を２から３に容易に増やすことができ
る。このように、本実施の形態では、検出ユニット６１
を着脱することができる増設ポート７６が走査ユニット
７０に予め設けられているので、検出チャネル数の増加
を容易に行なうことができる。

【００２８】以上説明した実施の形態と特許請求の範囲
の要素との対応において、開口１３はピンホールを、バ
リアフィルタ２９と検出器３１およびバリアフィルタ３
０と検出器３２は光検出部を、ダイクロイックミラー６
１およびバリアフィルタ６１２は分離光学系を、増設ポ
ート７６，６００は着脱ポートを、窓９２ａ，９３ａは
光伝達部を、コネクタ９２，９３は着脱機構をそれぞれ
構成する。

【００２９】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１，２の発
明によれば、検出ユニットが顕微鏡本体に対して着脱可
能に設けられているので、検出ユニットのみを交換する
ことによって高感度な検出器への変更や検出チャネル数
の変更が容易にでき、装置の拡張性の向上を図ることが
できる。また、請求項３の発明によれば、検出ユニット
に設けられた着脱ポートに増設ユニットを追加設置する
だけで検出チャネル数を増加することができるので、装
置の拡張性の向上を図ることができるとともに、容易
に、かつ、安価に検出チャネル数を増やすことができ
る。さらに、より高感度な検出器を有する増設ユニット
を増設することも可能となる。請求項４の発明では、光
源を走査ユニットに対して着脱可能としたことにより、
光源の交換が容易となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による走査型共焦点顕微鏡の第１の実施
の形態を示す図であり、落射型蛍光顕微鏡と同様な構成
とした場合の概略構成を示す模式図である。

【図２】光源部１，検出ユニット２６および処理ユニッ
ト３７を示す図である。

【図３】走査ユニット１２の拡大図であり、光走査部１
９の詳細を示したものである。

【図４】標本２４にレーザ光が照射された状態を説明す
る図であり、（ａ）はレーザ光Ｌの走査経路を示す図で
あり、（ｂ）は蛍光の発生領域を示す図である。

【図５】検出ユニット５０の構成を示す図である。

【図６】検出ユニット６０の構成を示す図である。

【図７】第１の実施の形態の変形例を示す図である。

【図８】本発明による走査型共焦点顕微鏡の第２の実施
の形態を示す図であり、落射型蛍光顕微鏡で構成した場
合の概略構成を示す模式図である。

【図９】検出ユニット７１の詳細を示す図である。

【符号の説明】

１光源２，３，４レーザ発生装置５，１７，１９１，１９２全反射ミラー６，７，１８，２８，５３，６１１ダイクロイックミ
ラー９，２５光ファイバ１０顕微鏡本体１１鏡筒部１２，７０，９０走査ユニット１３開口１４遮光板１９光走査部２０走査レンズ２４標本２６，５０，６０，７１，９１検出ユニット２９，３０，５２，６１２バリアフィルタ３７処理ユニット６１増設ユニット７６，６００増設ポート

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】標本と共役な位置に配設されるピンホー
ル、及び光源からの照明光が前記標本上で２次元的にス
キャンされるように前記照明光を偏向するとともに、前
記標本から出射された光を偏向してデスキャンし前記ピ
ンホールへと出射する光走査部を有する走査ユニット
と、前記ピンホールを通過した光を伝達するマルチモード光
ファイバを介して前記走査ユニットに着脱可能に接続さ
れ、前記伝達された光から所定の波長の光を分離して検
出する光検出部を少なくとも２つ有し、前記各光検出部
で検出された光を電気信号に変換して出力する検出ユニ
ットと、前記電気信号を伝達する信号線を介して前記検出ユニッ
トに着脱可能に接続され、前記電気信号に基づいて画像
処理を行う処理ユニットとを備えたことを特徴とする走
査型共焦点顕微鏡。
【請求項２】標本と共役な位置に配設されるピンホー
ル、及び光源からの照明光が前記標本上で２次元的にス
キャンされるように前記照明光を偏向するとともに、前
記標本から出射された光を偏向してデスキャンし前記ピ
ンホールへと出射する光走査部を有する走査ユニット
と、前記ピンホールを通過した光から所定の波長の光を分離
して検出する光検出部を１つ以上有する検出ユニットと
を備える走査型共焦点顕微鏡において、前記ピンホールを通過した光を前記走査ユニットから前
記検出ユニットへと伝達する光伝達部を有し、前記走査
ユニットに対して前記検出ユニットを着脱することがで
きる着脱機構を設けたことを特徴とする走査型共焦点顕
微鏡。
【請求項３】標本と共役な位置に配設されるピンホー
ル、及び光源からの照明光が前記標本上で２次元的にス
キャンされるように前記照明光を偏向するとともに、前
記標本から出射された光を偏向してデスキャンし前記ピ
ンホールへと出射する光走査部を有する走査ユニット
と、前記ピンホールを通過した光から所定の波長の光を分離
して検出する光検出部を１つ以上有する検出ユニットと
を備える走査型共焦点顕微鏡において、前記検出ユニットには、入射した光から所定の波長の光
を分離する分離光学系および分離された光を検出する検
出器を有する増設ユニットの着脱ポートが設けられ、そ
の着脱ポートに前記増設ユニットが装着されると、前記
分離光学系が前記光検出部に入射する光の光路中に配設
されることを特徴とする走査型共焦点顕微鏡。
【請求項４】請求項１乃至請求項３のいずれかに記載
の走査型共焦点顕微鏡において、前記光源を、シングルモード光ファイバを介して前記走
査ユニットに着脱可能に接続したことを特徴とする走査
型共焦点顕微鏡。