JP2003015048A - Lattice illumination microscope - Google Patents

Lattice illumination microscope

Info

Publication number
JP2003015048A
JP2003015048A JP2001195248A JP2001195248A JP2003015048A JP 2003015048 A JP2003015048 A JP 2003015048A JP 2001195248 A JP2001195248 A JP 2001195248A JP 2001195248 A JP2001195248 A JP 2001195248A JP 2003015048 A JP2003015048 A JP 2003015048A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
illumination
sample
optical system
light
grating
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2001195248A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Hisao Osawa
日佐雄 大澤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nikon Corp
Original Assignee
Nikon Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nikon Corp filed Critical Nikon Corp
Priority to JP2001195248A priority Critical patent/JP2003015048A/en
Publication of JP2003015048A publication Critical patent/JP2003015048A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Microscoopes, Condenser (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To use a microscope which illuminates a specimen in a lattice shape also as a fluorescence microscope. SOLUTION: The lattice illumination microscope is provided with an illumination optical system to emit excitation illumination light with one dimensional lattice pattern from one dimensional lattice 3, a specimen stand 15 having a specimen placing surface 15a for placing the specimen 16 which emits fluorescence in response to the excitation illumination light, an objective lens 8 arranged above the specimen stand 15, an imaging optical system which forms the image of the specimen in a CCD camera 8 in response to the fluorescence emitted from the specimen 16 placed on the specimen placing surface 15a through the objective lens 6, and a position adjuster 20 to position the one dimensional lattice 3. The position adjuster 20 is provided with a micrometer caliper mechanism 22 to move the one dimensional lattice 3 in an optical axis direction. The micrometer caliper mechanism 22 moves the one dimensional lattice 3 in the optical axis direction and corrects focus displacement caused by a wavelength difference between the exciting light and the fluorescence.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、標本に格子模様の
照明を行う格子照明顕微鏡に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a lattice illumination microscope that illuminates a specimen in a lattice pattern.

【0002】[0002]

【従来の技術】通常の光学顕微鏡は標本の三次元構造
(立体構造)の観察には適していないが、このことにつ
いて簡単に説明する。通常の光学顕微鏡では、焦点をぼ
かしたときに標本に細かい構造がなければ焦点がぼける
だけで合焦時の像と変わりない像しか得ることができな
い。なお、標本に細かい構造がある場合には焦点ずれに
対応して細かい構造の見え方に変化があると考えられる
が、焦点をぼかしたときには像全体の光量の積分強度は
ほとんど変化しないため、焦点ずれに伴う細かい構造の
見え方に変化があったとしても、背景光に邪魔されてそ
の変化を観察するのが困難であった。このことから分か
るように通常の顕微鏡では、標本における光学系の光軸
方向の情報変化を得ることが困難であり、このため、標
本の三次元構造(立体構造)の観察には不向きであっ
た。
2. Description of the Related Art An ordinary optical microscope is not suitable for observing a three-dimensional structure (three-dimensional structure) of a specimen, but this will be briefly described. An ordinary optical microscope can only obtain an image that is the same as the image at the time of focusing only by defocusing if there is no fine structure in the sample when defocusing. It should be noted that if the sample has a fine structure, the appearance of the fine structure may change depending on the defocus, but when the focus is blurred, the integrated intensity of the light amount of the entire image hardly changes, so Even if there was a change in the appearance of the fine structure due to the shift, it was difficult to observe the change due to the background light. As can be seen from this, it is difficult to obtain information change in the optical axis direction of the optical system in the sample with a normal microscope, and therefore it is not suitable for observing the three-dimensional structure (three-dimensional structure) of the sample. .

【0003】一方、標本の三次元構造の観察が可能な顕
微鏡として共焦点顕微鏡がある。共焦点顕微鏡は、標本
を点状に照明するとともにその照明点で散乱された光を
もう一度結像させて点状の光検出器で捉えることによ
り、標本中で焦点の合っている面のみの情報を得ること
ができるようになっている。このため、この照明点を標
本の表面において二次元的に走査することで、従来の顕
微鏡で得ることができる標本の二次元的な情報のみなら
ず、光軸方向における第3次元の情報を得ることがで
き、標本の三次元観察が可能である。このようなことか
ら、共焦点顕微鏡は標本の立体構造を観察したいという
要求のあるところに、近年急速にその利用が広まってい
る。
On the other hand, there is a confocal microscope as a microscope capable of observing the three-dimensional structure of a sample. The confocal microscope illuminates the sample in a point shape, and again forms an image of the light scattered at the illuminating point and captures it with a point-like photodetector. To be able to get. Therefore, by scanning the illumination point two-dimensionally on the surface of the sample, not only the two-dimensional information of the sample that can be obtained by the conventional microscope but also the third-dimensional information in the optical axis direction are obtained. It is possible to observe the specimen three-dimensionally. For these reasons, confocal microscopes have been rapidly used in recent years, where there is a demand for observing the three-dimensional structure of a specimen.

【0004】ところが共焦点顕微鏡はその原理上、標本
の表面に点状の照明光(光スポット)を照射し、これを
標本表面において二次元的に走査しながらこれと同期し
て光強度を計測する必要がある。このため、光スポット
を標本に照射する光学系として、レーザー、リレーレン
ズ、偏向光学素子もしくは、ニポウディスク、ディスク
回転機構が必要になる。この結果、顕微鏡システム全体
が大型化しやすく、製造コストが高くなるという問題が
あった。
However, in principle, the confocal microscope irradiates the surface of the sample with spot-like illumination light (light spot), and two-dimensionally scans the surface of the sample while measuring the light intensity in synchronization therewith. There is a need to. For this reason, a laser, a relay lens, a deflection optical element, a Nipkow disk, or a disk rotating mechanism is required as an optical system for irradiating a sample with a light spot. As a result, there is a problem that the entire microscope system tends to be large and the manufacturing cost is high.

【0005】これに対して、安価に標本の三次元画像を
得ることのできる小型の顕微鏡として、格子状に標本を
照明する顕微鏡(以下、格子照明顕微鏡と称する)があ
る。この格子照明顕微鏡は、標本に照明されてここで散
乱された照明光において、焦点ずれに対して0次光の信
号強度はほとんど変化しないのに対し、0次光以外の光
は焦点ずれによって急速に信号強度を失っていくことに
着目して作られている。すなわち、格子照明顕微鏡で
は、標本を格子状に照明してわざと散乱光の主成分が0
次光以外となるようにしておき、残った0次光を画像間
演算によって除去し、焦点ずれに対して敏感な顕微鏡を
構成している。このため、格子照明顕微鏡を用いて標本
のうちの焦点があっている面のみからの信号を求める操
作を、光軸方向に標本を移動させながら行うことで標本
の三次元像を得ることができる。
On the other hand, as a small-sized microscope capable of inexpensively obtaining a three-dimensional image of a sample, there is a microscope that illuminates the sample in a lattice shape (hereinafter referred to as a lattice illumination microscope). In this grating illumination microscope, the signal intensity of the 0th-order light hardly changes with the defocus in the illumination light that is illuminated on the sample and scattered here, but the light other than the 0th-order light is rapidly defocused. It is made with a focus on losing signal strength. That is, in the lattice illumination microscope, the specimen is illuminated in a lattice pattern and the main component of scattered light is intentionally set to 0.
The microscope is sensitive to defocusing by removing the remaining zero-order light by performing an inter-image calculation by setting the light to be other than the next light. Therefore, a three-dimensional image of the sample can be obtained by moving the sample in the optical axis direction to obtain a signal from only the in-focus surface of the sample using the grating illumination microscope. .

【0006】この格子照明顕微鏡の原理を簡単に説明す
る。まず、標本の照明パターンとして、ピッチΛの一次
元正弦波を仮定すると、式(1)の関係が成立するた
め、画像上の各点における光強度I(t,ω)は、式
(2)のようになる。
The principle of this grating illumination microscope will be briefly described. First, assuming a one-dimensional sine wave of the pitch Λ as the illumination pattern of the sample, the relationship of Expression (1) is established, and therefore the light intensity I (t, ω) at each point on the image is calculated by Expression (2). become that way.

【0007】[0007]

【数1】 S(t,ω)=1+m・cos(ν・t+φ) ・・・(1) 但し、ν=λ/(Λ・n・NA)[Equation 1] S (t, ω) = 1 + m ・ cos (ν ・ t + φ) (1) However, ν = λ / (Λ · n · NA)

【0008】[0008]

【数2】 I(t,ω)=I+Icosφ+Isinφ ・・・(2)## EQU2 ## I (t, ω) = I 0 + I c cosφ 0 + I s sinφ 0 (2)

【0009】なお、式(1)において、S(t,ω)は標
本上の光強度分布である。(t,ω)は標本上の実座標
(x,y)を波長λと屈折率nおよび開口数NAで規格化
した座標であり、(t,ω)=(2πnNA/λ)・(x,y)
の関係が成立する。符号mは正弦波の振幅を示し、mが
大きい方がコントラストの高い正弦波状照明となること
を意味する。νは標本上に投影されている照明パターン
のピッチΛ、対物レンズ−標本間の屈折率nから決まる
空間周波数である。NAは開口数で、NA=sinαであ
り、αは対物レンズの最も外側を通ってくる光と主光線
とのなす角度である。φは正弦波状照明の原点における
位相であり、本顕微鏡では3枚の画像を3つの位相で取
得するが、φはその一つ目の位相である。よって、以
下に示すφ は二つ目の位相、φは三つ目の位相であ
る。
In the equation (1), S (t, ω) is the standard
It is a light intensity distribution on a book. (t, ω) is the actual coordinate on the sample
Normalize (x, y) with wavelength λ, refractive index n, and numerical aperture NA
Coordinates (t, ω) = (2πnNA / λ) · (x, y)
The relationship is established. The symbol m indicates the amplitude of the sine wave, and m is
The larger the sine-wave illumination, the higher the contrast.
Means ν is the illumination pattern projected on the sample
Of the pitch Λ and the refractive index n between the objective lens and the sample
Spatial frequency. NA is the numerical aperture, NA = sin α
Where α is the chief ray and the light that passes through the outermost side of the objective lens.
Is the angle formed by. φ is the origin of sinusoidal illumination
This is a phase, and this microscope captures three images in three phases.
Get, but φ0Is the first phase. Therefore,
Φ shown below 1Is the second phase, φTwoIs the third phase
It

【0010】ここで、φ=0、φ=2π/3、φ
=4π/3とすることで、通信工学におけるSquare-Law
と同様に、式(3)のようになって0次光を除去する
ことができる。その結果、このときの焦点ずれに対する
信号応答は、式(4)のように表される。従って、光学
系の光軸方向の分解能がおおよそ、式(5)に示すよう
になる。なお、これらの式において、J1は一次のベッ
セル関数であり、λは光波長であり、nは対物レンズと
標本の間の屈折率である。
Here, φ 0 = 0, φ 1 = 2π / 3, φ 2
= 4π / 3, Square-Law in communication engineering
Similarly to, the 0th-order light can be removed by the expression (3). As a result, the signal response to the defocus at this time is expressed by Expression (4). Therefore, the resolution of the optical system in the optical axis direction is approximately as shown in equation (5). In these equations, J1 is a first-order Bessel function, λ is a light wavelength, and n is a refractive index between the objective lens and the sample.

【0011】[0011]

【数3】 [Equation 3]

【0012】[0012]

【数4】 [Equation 4]

【0013】[0013]

【数5】 [Equation 5]

【0014】このように式(5)により、適切なνを選
択することで光軸方向の分解能Δzは非常に小さな値に
することが可能となり、その場合は焦点ずれに対して敏
感となることが分かる。このため、この顕微鏡による観
察では光軸方向における極く小さな幅の領域においての
み焦点が合うことになり、このように焦点が合った状態
で光軸方向に観察標本を移動させて、得られた観察画像
を光軸方向の移動量に対応させて処理することにより観
察標本の三次元画像を得ることができる。
Thus, according to the equation (5), it is possible to make the resolution Δz in the optical axis direction a very small value by selecting an appropriate ν, and in that case, it becomes sensitive to defocus. I understand. Therefore, in the observation with this microscope, the focus is achieved only in the region of the extremely small width in the optical axis direction, and the observation sample is obtained by moving the observation sample in the optical axis direction in such a focused state. A three-dimensional image of the observation sample can be obtained by processing the observation image according to the amount of movement in the optical axis direction.

【0015】上記の原理に従って構成された格子照明顕
微鏡の例を図3に示している。この顕微鏡は、矢印A方
向に変化する正弦波状の透過率分布を持った一次元格子
53を有し、この一次元格子53が白色光源51から出
射した光をコンデンサレンズ52でほぼ平行光束とされ
た光で照明される。これにより、光強度が一次元方向に
正弦波状に変化する一次元格子模様(縞模様)の光が一
次元格子53から出射され、この光が照明レンズ56を
透過してハーフミラー57により顕微鏡観察光学経路内
に入射される。
An example of a grating illumination microscope constructed according to the above principle is shown in FIG. This microscope has a one-dimensional grating 53 having a sinusoidal transmittance distribution that changes in the direction of arrow A. The one-dimensional grating 53 makes light emitted from a white light source 51 into a substantially parallel light flux by a condenser lens 52. It is illuminated by the light. As a result, light having a one-dimensional lattice pattern (striped pattern) whose light intensity changes sinusoidally in the one-dimensional direction is emitted from the one-dimensional lattice 53, passes through the illumination lens 56, and is observed by the half mirror 57 under a microscope. It is incident on the optical path.

【0016】この光学経路内には、ハーフミラー57の
下側に位置する対物レンズ58と、対物レンズ58の下
側に配設された標本台60と、ハーフミラー57の上側
に位置するリレーレンズ61と、リレーレンズ61の上
側に位置するCCDカメラ(撮像素子)62とが垂直に
延びる同一光軸上に並んで配設されている。上記のよう
にして一次元格子53から出射されて照明レンズ56を
透過した一次元格子模様の光はハーフミラー57により
反射され、照明レンズ56と瞳位置を共有する対物レン
ズ58を透過して標本台60の標本載置面60aに結像
される。すなわち、照明レンズ56に対する一次元格子
53の位置と、対物レンズ58に対する標本載置面60
aの位置とが共役な関係に設定されており、標本台60
の標本載置面60aに一次元格子53の像ができるよう
になっている。この結果、標本台60の標本載置面60
aに載置された標本が、一次元格子53を透過して作ら
れて一次元的に正弦波状に変化する強度分布をもった一
次元格子模様の光による照明を受ける。
In this optical path, an objective lens 58 located below the half mirror 57, a sample table 60 disposed below the objective lens 58, and a relay lens located above the half mirror 57. 61 and a CCD camera (imaging element) 62 located above the relay lens 61 are arranged side by side on the same optical axis extending vertically. The light of the one-dimensional lattice pattern emitted from the one-dimensional lattice 53 and transmitted through the illumination lens 56 as described above is reflected by the half mirror 57, transmitted through the objective lens 58 that shares the pupil position with the illumination lens 56, and the sample. An image is formed on the sample mounting surface 60a of the table 60. That is, the position of the one-dimensional grating 53 with respect to the illumination lens 56 and the sample mounting surface 60 with respect to the objective lens 58.
The position of a is set in a conjugate relationship, and the sample table 60
An image of the one-dimensional lattice 53 is formed on the sample mounting surface 60a. As a result, the sample mounting surface 60 of the sample table 60
The sample placed on a is illuminated by light of a one-dimensional lattice pattern having an intensity distribution that is made by transmitting through the one-dimensional lattice 53 and changes in a one-dimensional sinusoidal shape.

【0017】このようにして一次元格子模様の照明がな
された標本の像を、対物レンズ58、リレーレンズ61
からなる結像光学系を通してCCDカメラ62に結像さ
せ、その信号を制御用コンピュータ63に取り込んで格
子状の標本像を得る。
The image of the sample illuminated by the one-dimensional lattice pattern illumination in this manner is used for the objective lens 58 and the relay lens 61.
An image is formed on the CCD camera 62 through the image forming optical system, and the signal is taken into the control computer 63 to obtain a lattice sample image.

【0018】次に、制御用コンピュータ63から圧電素
子ドライバ55に制御信号を出力し、圧電素子ドライバ
55により圧電素子54をわずかに伸縮させ、この圧電
素子54に繋がる上記一次元格子53を格子の並びの方
向(矢印A方向)に移動させる。このとき圧電素子54
の伸縮長さを、上記一次元格子53の格子ピッチの1/
3となるようにしておく。すると、標本載置面60a上
の標本に照明される格子模様(縞)はその位相が1/3
だけずれた模様となる。そして、このときの標本像を上
記と同様にCCDカメラ62により撮像しておく。
Next, the control computer 63 outputs a control signal to the piezoelectric element driver 55, the piezoelectric element driver 55 slightly expands and contracts the piezoelectric element 54, and the one-dimensional lattice 53 connected to this piezoelectric element 54 is formed into a lattice. It is moved in the direction of arrangement (the direction of arrow A). At this time, the piezoelectric element 54
The expansion / contraction length of 1 / the grid pitch of the one-dimensional grid 53
Set it to 3. Then, the lattice pattern (stripes) illuminated on the sample on the sample mounting surface 60a has a phase of 1/3.
The pattern will be shifted. Then, the sample image at this time is picked up by the CCD camera 62 as in the above.

【0019】さらに、同様にして圧電素子54により一
次元格子53を格子ピッチの2/3だけ移動させて標本
を照明し、このときの標本像もCCDカメラ62により
撮像しておく。
Similarly, the piezoelectric element 54 moves the one-dimensional grating 53 by 2/3 of the grating pitch to illuminate the sample, and the sample image at this time is also taken by the CCD camera 62.

【0020】以上のようにして撮像されたときの各画像
を、上記の式(3)におけるI,I,Iとして式
(3)により光強度Iを計算すれば、標本上の焦点の
合っている高さにおける画像のみを得ることができる。
そして、標本台60を光軸方向に移動させて上記と同様
にして焦点の合っている高さにおける画像を取り込むこ
とにより、標本の三次元画像を得ることができる。
When the light intensities I p are calculated by the equation (3) using I 1 , I 2 , and I 3 in the above equation (3) as the images picked up as described above, the light intensity I p on the sample is calculated. Only the image at the in-focus height can be obtained.
A three-dimensional image of the sample can be obtained by moving the sample table 60 in the optical axis direction and capturing an image at a focused height in the same manner as above.

【0021】[0021]

【発明が解決しようとする課題】ところで、本発明者は
図3に示したような構成の格子照明顕微鏡を蛍光顕微鏡
として用いることを考えた。この場合には、白色光源5
1に代えて励起光光源を用い、この励起光光源から出射
される励起光をコンデンサレンズ52を通して一次元格
子53に照射し、一次元格子模様の励起光を作り出す。
そして、この一次元模様の励起光を照明レンズ56から
ハーフミラー57を介して顕微鏡観察光学経路内に入射
させ、対物レンズ58を通して標本台60上の標本60
aに照射させる。この標本60aは励起光の照射を受け
て蛍光を発し、この蛍光が対物レンズ58、リレーレン
ズ61を通ってCCDカメラ62に受光され、標本60
aの蛍光像が得られる。これを上記と同様に処理するこ
とにより標本の蛍光に基づく三次元画像が得られる。
By the way, the inventor of the present invention considered using the grating illumination microscope having the structure shown in FIG. 3 as a fluorescence microscope. In this case, the white light source 5
Instead of 1, an excitation light source is used, and the excitation light emitted from this excitation light source is applied to the one-dimensional lattice 53 through the condenser lens 52 to produce one-dimensional lattice pattern of excitation light.
Then, the excitation light of the one-dimensional pattern is made incident from the illumination lens 56 through the half mirror 57 into the optical path of the microscope observation, and the sample 60 on the sample table 60 is passed through the objective lens 58.
Irradiate a. This sample 60a emits fluorescence upon receiving the irradiation of the excitation light, and this fluorescence is received by the CCD camera 62 through the objective lens 58 and the relay lens 61, and the sample 60a
A fluorescent image of a is obtained. By processing this in the same manner as above, a three-dimensional image based on the fluorescence of the specimen can be obtained.

【0022】なお、このように図3の格子照明顕微鏡を
蛍光顕微鏡として用いる場合には、ハーフミラー57
を、励起光波長に対しては高い反射率を持ち、蛍光波長
に対しては高い透過率を持つダイクロイックミラーから
構成する。これにより、標本60aに一次元格子模様の
励起光照明がなされ、CCDカメラ62によりこの励起
光照明を受けて発光する蛍光波長で見た標本像を撮影す
ることができ、これを制御用コンピュータ63により演
算処理して標本の三次元画像が得られる。
When the grating illumination microscope of FIG. 3 is used as a fluorescence microscope in this way, the half mirror 57 is used.
Is composed of a dichroic mirror having a high reflectance for the wavelength of the excitation light and a high transmittance for the wavelength of the fluorescence. As a result, the sample 60a is illuminated with excitation light in a one-dimensional lattice pattern, and the CCD camera 62 can capture an image of the sample viewed at the fluorescence wavelength emitted by receiving the excitation light illumination. A three-dimensional image of the sample is obtained by performing arithmetic processing by.

【0023】ところで、上記のようにして格子照明顕微
鏡を蛍光顕微鏡として用いる場合、対物レンズ58は励
起光および蛍光が通過する構成であり、この対物レンズ
58のこれらの光に対する軸上色収差が問題となる。こ
れを具体的に説明する。通常の格子照明顕微鏡では標本
に照射された照明光の反射光がCCDカメラ62に受光
される構成であり、対物レンズ58を通過する照明光と
反射光は同一波長の光である。しかしながら、蛍光顕微
鏡の場合には励起光と蛍光という異なる波長の光が通過
するため、これらの光に対する対物レンズ58の軸上色
収差が発生する。このため、励起光による一次元格子像
が標本上に正確に結像されているときに、この標本から
の蛍光に基づく像がCCDカメラ62上に正確に結像し
なくなるという問題がある。
By the way, when the grating illumination microscope is used as a fluorescence microscope as described above, the objective lens 58 is constructed so that excitation light and fluorescence pass therethrough, and the axial chromatic aberration of the objective lens 58 for these lights poses a problem. Become. This will be specifically described. In a normal grating illumination microscope, the reflected light of the illumination light applied to the sample is received by the CCD camera 62, and the illumination light passing through the objective lens 58 and the reflected light have the same wavelength. However, in the case of a fluorescence microscope, since light of different wavelengths such as excitation light and fluorescence pass through, axial chromatic aberration of the objective lens 58 with respect to these lights occurs. Therefore, when the one-dimensional lattice image by the excitation light is accurately formed on the sample, there is a problem that the image based on the fluorescence from this sample is not accurately formed on the CCD camera 62.

【0024】これは対物レンズの軸上色収差により焦点
位置がずれるために生ずるものであり、励起光による一
次元格子像を標本上に正確に結像させるように照明光学
系の焦点位置調整を行うとともに、蛍光による標本像を
CCDカメラに正確に結像させるように結像光学系の焦
点位置調整を行えば解決できると考えられる。しかしな
がら、通常の格子照明顕微鏡を蛍光顕微鏡として用いる
には、その都度このような調整が必要であり、さらに、
蛍光顕微鏡に用いる励起光および蛍光の組み合わせが異
なるたびにこのような調整が必要であるという問題があ
り、上述の構成の格子照明顕微鏡を蛍光顕微鏡として用
いることが難しかった。
This occurs because the focal position is displaced due to the axial chromatic aberration of the objective lens, and the focal position of the illumination optical system is adjusted so that a one-dimensional lattice image by the excitation light is accurately formed on the sample. At the same time, it is considered that the problem can be solved by adjusting the focus position of the imaging optical system so that the sample image by fluorescence is accurately formed on the CCD camera. However, in order to use a normal grating illumination microscope as a fluorescence microscope, such adjustment is necessary each time, and further,
There is a problem that such adjustment is required every time the combination of excitation light and fluorescence used in the fluorescence microscope is different, and it is difficult to use the grating illumination microscope having the above-mentioned configuration as the fluorescence microscope.

【0025】本発明はこのような問題に鑑みたもので、
格子照明顕微鏡を蛍光顕微鏡として簡単に用いることが
できるようにすることを目的とする。
The present invention has been made in view of these problems.
It is an object of the present invention to allow a grating illumination microscope to be easily used as a fluorescence microscope.

【0026】[0026]

【課題を解決するための手段】このような目的達成のた
め、本発明においては、照明光を出射する照明光源と、
標本を載置するための標本台と、この標本台の上方に配
設された対物レンズと、照明光源から出射された照明光
を対物レンズを通して標本台上の標本に格子模様の照明
を行う照明光学系と、格子模様の照明を受けることによ
り標本台上の標本から対物レンズを通して出射される観
察光を受けて標本の像を結像させる結像光学系とを備え
て格子照明顕微鏡が構成され、照明光と観察光との波長
が相違し、照明光の波長における照明光学系の焦点が合
致するとともに、観察光の波長における結像光学系の焦
点が合致するように、照明光学系および結像光学系の少
なくともいずれか一方の焦点調整を行う焦点補正手段を
有する。
In order to achieve such an object, in the present invention, an illumination light source for emitting illumination light,
A sample table on which the sample is placed, an objective lens arranged above the sample table, and illumination light emitted from an illumination light source through the objective lens to illuminate the sample on the sample table in a lattice pattern. A grating illumination microscope is configured with an optical system and an imaging optical system that forms an image of a sample by receiving observation light emitted from a sample on a sample table through an objective lens by receiving illumination in a lattice pattern. , The wavelengths of the illumination light and the observation light are different, and the focus of the illumination optical system at the wavelength of the illumination light matches and the focus of the imaging optical system at the wavelength of the observation light matches. It has a focus correction means for adjusting the focus of at least one of the image optical systems.

【0027】本発明に係る格子照明顕微鏡においては、
照明光として通常の白色光源を用いて標本からの反射光
を結像させて観察する一般的な格子照明顕微鏡をそのま
ま蛍光顕微鏡として用いるときには、焦点補正手段によ
り照明光として用いられる励起光の波長と標本から出射
する蛍光の波長との相違に対応して焦点位置調整を行え
ば良い。
In the grating illumination microscope according to the present invention,
When using a general grating illumination microscope that forms and observes reflected light from a sample using an ordinary white light source as the illumination light as it is as a fluorescence microscope, the wavelength of the excitation light used as the illumination light by the focus correction means and The focus position may be adjusted according to the difference with the wavelength of the fluorescence emitted from the sample.

【0028】上記構成の格子照明顕微鏡を、照明レンズ
を透過した照明光を結像光学系の光路内に入れて対物レ
ンズに向けて照射させる光路変更光学素子を設けて構成
することができる。
The grating illumination microscope having the above-mentioned configuration can be constructed by providing an optical path changing optical element that causes the illumination light transmitted through the illumination lens to enter the optical path of the imaging optical system and irradiate it toward the objective lens.

【0029】なお、焦点補正手段は、照明光学系により
標本台上の標本に格子模様の照明を行うときに格子模様
の照明のピントを合わせるように照明光学系の焦点位置
調整を行うように構成しても良い。
The focus correction means is configured to adjust the focus position of the illumination optical system so as to focus the illumination of the lattice pattern on the sample on the sample table by the illumination optical system. You may.

【0030】この場合、照明光学系を、格子模様に対応
する透過率分布を有し透過光を格子模様の照明光にして
出射させる格子部材と、対物レンズと組み合わせること
により格子模様の光を受けて格子模様の像を標本台に置
かれた標本上に投影する照明レンズとを有して構成し、
焦点補正手段が格子部材の光軸方向の位置調整を行う格
子位置調整手段から構成することができる。
In this case, the illumination optical system is combined with an objective lens and a grating member that has a transmittance distribution corresponding to the lattice pattern and emits transmitted light as illumination light of the lattice pattern, and receives the light of the lattice pattern. And an illumination lens for projecting a lattice pattern image on the sample placed on the sample table,
The focus correction means may be composed of a grating position adjusting means for adjusting the position of the grating member in the optical axis direction.

【0031】そして、この格子位置調整手段を、格子部
材を軸方向に移動させる格子移動機構と外部操作されて
格子移動機構を作動させる格子操作部材とを備えて構成
し、格子操作部材に照明光と観察光との波長の相違に対
応した操作位置を示す目印を設けるのが好ましい。
The grid position adjusting means comprises a grid moving mechanism for moving the grid member in the axial direction and a grid operating member for externally operating the grid moving mechanism, and the grid operating member is illuminated with illumination light. It is preferable to provide a mark indicating the operation position corresponding to the difference in wavelength between the observation light and the observation light.

【0032】また、上記焦点補正手段を、照明光学系の
光路内に配設されて照明光学系の焦点位置調整を行う照
明光学系用補正光学要素から構成しても良い。この場
合、照明光学系用補正光学要素が着脱交換可能であり、
照明光および観察光の種類や、対物レンズの種類に応じ
て交換されるようにするのが好ましい。
Further, the focus correction means may be composed of a correction optical element for an illumination optical system which is arranged in the optical path of the illumination optical system and adjusts the focus position of the illumination optical system. In this case, the correction optical element for the illumination optical system can be removed and replaced,
It is preferable to exchange the illumination light and the observation light according to the type and the type of the objective lens.

【0033】焦点補正手段を、結像光学系により標本台
上の標本から出射される観察光を受けて標本の像を結像
させるときにピントを合わせるように結像光学系の焦点
位置調整を行うように構成することができる。
The focus correction means adjusts the focus position of the imaging optical system so as to focus the image of the sample upon receiving the observation light emitted from the sample on the sample table by the imaging optical system. Can be configured to do so.

【0034】この場合、焦点補正手段を、結像光学系の
光路内に配設されて結像光学系の焦点位置調整を行う結
像光学系用補正光学要素から構成しても良い。この構成
では、結像光学系用補正光学要素が着脱交換可能であ
り、照明光および観察光の種類や、対物レンズの種類に
応じて交換されるようにするのが好ましい。
In this case, the focus correction means may be composed of a correction optical element for the image forming optical system which is arranged in the optical path of the image forming optical system and adjusts the focus position of the image forming optical system. In this configuration, it is preferable that the correction optical element for the imaging optical system is detachable and replaceable, and that the correction optical element is replaced according to the types of illumination light and observation light and the type of objective lens.

【0035】また、結像光学系により結像された標本の
像を撮影する撮像素子を設け、焦点補正手段を撮像素子
の光軸方向の位置調整を行う撮像素子位置調整手段から
構成しても良い。
Further, an image pickup device for picking up an image of a sample formed by the image forming optical system is provided, and the focus correction means is constituted by an image pickup element position adjusting means for adjusting the position of the image pickup element in the optical axis direction. good.

【0036】この場合、撮像素子位置調整手段を、撮像
素子を軸方向に移動させる撮像素子移動機構と外部操作
されて撮像素子移動機構を作動させる撮像素子操作部材
とを備えて構成し、撮像素子操作部材に照明光と観察光
との波長の相違に対応した操作位置を示す目印を設ける
のが好ましい。
In this case, the image pickup device position adjusting means comprises an image pickup device moving mechanism for moving the image pickup device in the axial direction and an image pickup device operating member for externally operating the image pickup device moving mechanism. It is preferable that the operation member is provided with a mark indicating an operation position corresponding to a difference in wavelength between the illumination light and the observation light.

【0037】[0037]

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の好
ましい実施形態について説明する。本発明の第1の実施
形態に係る格子照明顕微鏡の構成を図1に示している。
この構成は、図3に示した従来の反射型格子照明顕微鏡
の構成と類似しており、矢印A方向に変化する正弦波状
の透過率分布を持った一次元格子3を有し、この一次元
格子3が励起光源1から出射した励起光をコンデンサレ
ンズ2でほぼ平行光束とされた光で照明される。これに
より、光強度が一次元方向に正弦波状に変化する一次元
格子模様(縞模様)の励起照明光が一次元格子3から出
射される。そして、この励起照明光が照明レンズ4を透
過してハーフミラー5により顕微鏡観察光学経路(結像
光学系を含む)内に入射されるように照明光学系が構成
される。一次元格子を用いることにより、格子照明顕微
鏡構成が最も簡単となり、さらに、三次元観察が最も容
易である。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Preferred embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. The configuration of the grating illumination microscope according to the first embodiment of the present invention is shown in FIG.
This structure is similar to the structure of the conventional reflection type grating illumination microscope shown in FIG. 3, and has a one-dimensional grating 3 having a sinusoidal transmittance distribution that changes in the direction of arrow A. The grating 3 illuminates the excitation light emitted from the excitation light source 1 with the light made into a substantially parallel light flux by the condenser lens 2. As a result, the excitation illumination light having a one-dimensional lattice pattern (striped pattern) whose light intensity changes sinusoidally in the one-dimensional direction is emitted from the one-dimensional lattice 3. Then, the illumination optical system is configured such that the excitation illumination light passes through the illumination lens 4 and is incident on the microscope observation optical path (including the imaging optical system) by the half mirror 5. By using the one-dimensional grating, the structure of the grating illumination microscope is the simplest, and further, the three-dimensional observation is the easiest.

【0038】なお、一次元格子3は位置調整装置20に
より支持されている。この位置調整装置20は、一次元
格子3に繋がってこの一次元格子3を格子の透過率分布
変化方向(矢印A方向)に移動させる圧電素子21と、
この圧電素子21を光軸方向(矢印B方向)に移動させ
て一次元格子3を光軸方向(矢印B方向)に移動させる
マイクロメータ機構22とから構成される。圧電素子2
1は制御用コンピュータ9からの制御信号を受ける圧電
素子ドライバ10により作動されて僅かに伸縮し、一次
元格子3を矢印A方向に移動させるようになっている。
また、マイクロメータ機構22は調整つまみ22aを回
転操作することにより圧電素子21を光軸方向(矢印B
方向)に移動させ、一次元格子3を光軸方向(矢印B方
向)に移動させることができるようになっている。
The one-dimensional lattice 3 is supported by the position adjusting device 20. The position adjusting device 20 is connected to the one-dimensional grating 3 and moves the one-dimensional grating 3 in the transmittance distribution change direction of the grating (direction of arrow A),
The piezoelectric element 21 is moved in the optical axis direction (arrow B direction) to move the one-dimensional grating 3 in the optical axis direction (arrow B direction). Piezoelectric element 2
1 is operated by a piezoelectric element driver 10 which receives a control signal from a control computer 9 to slightly expand and contract to move the one-dimensional lattice 3 in the arrow A direction.
Further, the micrometer mechanism 22 rotates the adjustment knob 22a to move the piezoelectric element 21 in the optical axis direction (arrow B).
Direction) to move the one-dimensional grating 3 in the optical axis direction (arrow B direction).

【0039】上記顕微鏡観察光学経路内には、ハーフミ
ラー5の下側に位置する対物レンズ6と、対物レンズ6
の下側に配設された標本台15と、ハーフミラー5の上
側に位置するリレーレンズ7と、リレーレンズ7の上側
に位置するCCDカメラ(撮像素子)8とが垂直に延び
る同一光軸上に並んで配設されている。上記のようにし
て一次元格子3から出射されて照明レンズ4を透過した
一次元格子模様の励起照明光はハーフミラー5により反
射され、対物レンズ6を透過して標本台15に向けて照
射される。このことから分かるように、ハーフミラー5
は励起光波長に対して高い反射率特性を有するダイクロ
イックミラーから構成される。
In the microscope observation optical path, the objective lens 6 located below the half mirror 5 and the objective lens 6 are provided.
On the same optical axis in which a sample table 15 arranged below the relay mirror 7, a relay lens 7 located above the half mirror 5, and a CCD camera (imaging device) 8 located above the relay lens 7 extend vertically. Are arranged side by side. The excitation illumination light having a one-dimensional lattice pattern emitted from the one-dimensional lattice 3 and transmitted through the illumination lens 4 as described above is reflected by the half mirror 5, transmitted through the objective lens 6, and irradiated toward the sample table 15. It As you can see from this, the half mirror 5
Is composed of a dichroic mirror having a high reflectance characteristic with respect to the excitation light wavelength.

【0040】上記のように対物レンズ6を透過して標本
台15に照射された励起照明光により、標本台15の上
面に一次元格子3の格子像が結像される。すなわち、照
明レンズ4に対する一次元格子3の位置と対物レンズ6
に対する標本載置面15aの位置とが共役な関係に設定
されており、標本台15の標本載置面15aに一次元格
子3の像ができるようになっている。この結果、標本載
置面15aに載置された標本が、一次元格子3を透過し
て作られて一次元的に正弦波状に変化する強度分布をも
った一次元格子模様の励起光による照明を受ける。これ
により、格子部材の像を標本台15の標本載置面15a
に結像させることができ、標本載置面15aの上に置か
れた標本を格子模様に照明することができる。
As described above, the excitation illumination light that has passed through the objective lens 6 and irradiated on the sample table 15 forms a lattice image of the one-dimensional grating 3 on the upper surface of the sample table 15. That is, the position of the one-dimensional grating 3 with respect to the illumination lens 4 and the objective lens 6
The position of the sample mounting surface 15a with respect to is set in a conjugate relationship, and an image of the one-dimensional lattice 3 can be formed on the sample mounting surface 15a of the sample table 15. As a result, the sample placed on the sample placing surface 15a is illuminated by the excitation light of the one-dimensional lattice pattern having the intensity distribution which is created by transmitting through the one-dimensional lattice 3 and changes in a one-dimensional sinusoidal shape. Receive. As a result, the image of the lattice member is displayed on the sample mounting surface 15a of the sample table 15.
The sample placed on the sample mounting surface 15a can be illuminated in a lattice pattern.

【0041】標本は蛍光物質を有しており、励起光源1
からの励起光を受けると蛍光を発し、このように標本か
ら発光する蛍光を対物レンズ6およびリレーレンズ7か
らなる結像光学系を通して集光してCCDカメラ8に標
本の像を結像させ、その信号を制御用コンピュータ9に
取り込んで干渉縞の像を得る。このため、ハーフミラー
5は上記蛍光波長に対して高い透過率特性を有するダイ
クロイックミラーから構成される。すなわち、ハーフミ
ラー5は励起光を反射し、蛍光を透過させる特性を有す
るダイクロイックミラーから構成されている。
The sample has a fluorescent substance, and the excitation light source 1
When the excitation light from the sample is received, fluorescence is emitted, and thus the fluorescence emitted from the sample is condensed through an image forming optical system including the objective lens 6 and the relay lens 7 to form an image of the sample on the CCD camera 8. The signal is taken into the control computer 9 to obtain an image of interference fringes. Therefore, the half mirror 5 is composed of a dichroic mirror having a high transmittance characteristic with respect to the fluorescence wavelength. That is, the half mirror 5 is composed of a dichroic mirror having a characteristic of reflecting excitation light and transmitting fluorescence.

【0042】ここで、励起光と蛍光の波長が相違するた
め、これらの光がともに通過する対物レンズ6における
軸上色収差が相違する。このため、CCDカメラ8によ
り撮像された標本の像を制御用コンピュータ9に繋がれ
たモニタ11に表示させ、結像光学系のピント調整(顕
微鏡において通常行われるピント調整であり、例えば、
標本台を上下させて行う調整)を行って標本載置面15
aに置かれた標本の蛍光像が鮮明に見えるようにしたと
きに、標本に照射された格子模様はピントがずれてぼや
けた状態となることが多い。
Here, since the excitation light and the fluorescence have different wavelengths, the axial chromatic aberration in the objective lens 6 through which these lights pass is different. For this reason, the image of the sample taken by the CCD camera 8 is displayed on the monitor 11 connected to the control computer 9, and the focus adjustment of the imaging optical system (the focus adjustment normally performed in the microscope, for example,
The sample mounting surface 15 is adjusted by moving the sample table up and down.
When the fluorescent image of the sample placed on a is made to be clearly visible, the lattice pattern irradiated on the sample is often out of focus and in a blurred state.

【0043】そこでこの状態から、位置調整装置20に
おける調整つまみ22aを操作して一次元格子3を光軸
方向(矢印B方向)に移動させる調整を行うと、標本の
蛍光像は鮮明なまま変化せずに格子模様のピントがあっ
て、標本像に格子模様の像が重畳した状態となる。これ
は、上記の軸上色収差による焦点位置のずれが位置調整
装置20による調整によって修正され、励起光による標
本上の格子像が、CCDカメラ8で観察している標本上
の面と正確に同一面になるためである。そこで、この位
置で一次元格子3の位置を固定する。このため、マイク
ロメータ機構22に調整つまみ22aを固定保持する手
段を設けるのが好ましい。
From this state, if the adjustment knob 22a of the position adjusting device 20 is operated to move the one-dimensional grating 3 in the direction of the optical axis (direction of arrow B), the fluorescence image of the specimen changes sharply. Without this, there is a lattice pattern focus, and the lattice image is superimposed on the sample image. This is because the shift of the focal position due to the axial chromatic aberration is corrected by the adjustment by the position adjusting device 20, and the lattice image on the sample by the excitation light is exactly the same as the surface on the sample observed by the CCD camera 8. This is because it becomes a face. Therefore, the position of the one-dimensional lattice 3 is fixed at this position. Therefore, it is preferable to provide the micrometer mechanism 22 with means for fixing and holding the adjusting knob 22a.

【0044】このようにして焦点調整を行った状態でC
CDカメラ8により標本の像を撮像し、その信号を制御
用コンピュータ9に取り込み記憶しておく。次に、制御
用コンピュータ9から圧電素子ドライバ10に制御信号
を出力し、圧電素子ドライバ10より圧電素子21をわ
ずかに伸縮させる制御を行い、この圧電素子21に繋が
る上記一次元格子3を格子の並びの方向(矢印A方向)
に移動させる。このとき圧電素子21の伸縮長さを、上
記一次元格子3の格子ピッチの1/3となるようにして
おく。すると、標本載置面15a上の標本に照明される
格子模様(縞)はその位相が1/3だけずれた模様とな
る。そして、このときの標本像を上記と同様にCCDカ
メラ8により撮像し、その信号を制御用コンピュータ9
に取り込み記憶しておく。
With the focus adjusted in this way, C
An image of the sample is picked up by the CD camera 8, and the signal thereof is taken in and stored in the control computer 9. Next, a control signal is output from the control computer 9 to the piezoelectric element driver 10 to control the piezoelectric element driver 10 to slightly expand and contract, and the one-dimensional lattice 3 connected to the piezoelectric element 21 is converted into a lattice. Direction of arrangement (direction of arrow A)
Move to. At this time, the expansion / contraction length of the piezoelectric element 21 is set to 1/3 of the lattice pitch of the one-dimensional lattice 3. Then, the lattice pattern (stripes) illuminated on the sample on the sample mounting surface 15a has a phase shifted by 1/3. Then, the sample image at this time is picked up by the CCD camera 8 in the same manner as described above, and the signal is taken by the control computer 9
It is taken in and memorized.

【0045】さらに、同様にして圧電素子21により一
次元格子3を格子ピッチの2/3だけ移動させて標本を
照明し、このときの標本像もCCDカメラ8により撮像
し、その信号を制御用コンピュータ9に取り込み記憶し
ておく。
Similarly, the piezoelectric element 21 moves the one-dimensional grating 3 by 2/3 of the grating pitch to illuminate the sample, and the sample image at this time is also captured by the CCD camera 8 to control the signal. It is taken into the computer 9 and stored.

【0046】以上のようにして撮像されたときの各画像
を、上記の式(3)におけるI,I,Iとして式
(3)により光強度Iを計算すれば、標本上の焦点の
合っている高さにおける画像のみを得ることができる。
そして、標本台15を標本台移動機構12により光軸方
向に移動させて上記と同様にして焦点の合っている高さ
における画像を取り込む。このときの標本台移動機構1
2による移動情報を制御用コンピュータ9に入力させ、
移動情報と上述のようにして得られた画像とを組み合わ
せて画像処理することにより、標本載置面15aの上に
載置された標本の三次元画像を得ることができる。
If the light intensities I p are calculated by the equation (3) using I 1 , I 2 , and I 3 in the above equation (3) as the images picked up in the above manner, then the Only the image at the in-focus height can be obtained.
Then, the sample table 15 is moved in the optical axis direction by the sample table moving mechanism 12, and an image at a focused height is captured in the same manner as above. Sample stage moving mechanism 1 at this time
2 to input the movement information by the control computer 9,
By performing image processing by combining the movement information and the image obtained as described above, it is possible to obtain a three-dimensional image of the sample mounted on the sample mounting surface 15a.

【0047】なお、励起光と蛍光の波長の相違により発
生する対物レンズ6における軸上色収差を位置調整装置
20における調整つまみ22aの操作により修正すると
きに、調整つまみ22aの調整位置は、対物レンズ6の
種類、励起光および蛍光の波長に対応して一義的に決ま
る。このため、対物レンズ6の種類と、励起光および蛍
光の波長に対して調整つまみ22aの調整位置を予め測
定もしくはシミュレーション設定しておき、この調整位
置に目印を設けておけば、この調整作業が非常に容易と
なる。一般に、蛍光顕微鏡観察を行う場合の励起光波長
と蛍光波長の組み合わせは様々なものが存在するが、生
体標本に特定の蛍光プローブを付けて観察を行う用途に
おいては、励起光と蛍光の組み合わせはほぼ決まってお
り、これらに対して調整つまみ22aの調整位置に目印
を設けておけばこの観察が容易となる。
When the axial chromatic aberration in the objective lens 6 caused by the difference between the excitation light wavelength and the fluorescence wavelength is corrected by operating the adjustment knob 22a in the position adjusting device 20, the adjustment position of the adjustment knob 22a is set to the objective lens. It is uniquely determined according to the six types, the excitation light and the wavelength of the fluorescence. For this reason, if the type of the objective lens 6 and the adjustment position of the adjustment knob 22a for the wavelengths of the excitation light and the fluorescence are measured or set in advance and a mark is provided at this adjustment position, this adjustment work will be performed. It will be very easy. In general, there are various combinations of the excitation light wavelength and the fluorescence wavelength when performing fluorescence microscope observation, but in the application of observing with a specific fluorescent probe on a biological sample, the combination of excitation light and fluorescence is This is almost fixed, and if a mark is provided at the adjustment position of the adjustment knob 22a for these, this observation becomes easy.

【0048】次に、本発明に係る格子照明顕微鏡の異な
る実施形態について、図2を参照して説明する。なお、
この実施形態において図1に示した装置と同一構成部分
については同一番号を付してその説明を省略し、主とし
て相違する構造について説明する。
Next, a different embodiment of the grating illumination microscope according to the present invention will be described with reference to FIG. In addition,
In this embodiment, the same components as those of the device shown in FIG. 1 are designated by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted. A different structure will be mainly described.

【0049】この装置(図2に示す装置)は、図1の装
置における位置調整装置20に代えて圧電素子18のみ
を有して構成される。このためこの装置においては、圧
電素子ドライバ10によって圧電素子を伸縮させ、一次
元格子3を矢印A方向に移動させることはできるが、図
1の装置のように一次元格子3を光軸方向に移動させる
制御はできないようになっている。しかしながら、この
装置には照明レンズ4の後に補正光学要素30が設けら
れており、この補正光学要素30により上述した軸上色
収差により生じる焦点位置ずれを修正している。
This device (the device shown in FIG. 2) is constructed by only having the piezoelectric element 18 in place of the position adjusting device 20 in the device shown in FIG. Therefore, in this apparatus, the piezoelectric element can be expanded and contracted by the piezoelectric element driver 10 to move the one-dimensional grating 3 in the direction of arrow A, but as in the apparatus of FIG. It cannot be moved. However, this apparatus is provided with the correction optical element 30 after the illumination lens 4, and the correction optical element 30 corrects the focal position shift caused by the axial chromatic aberration described above.

【0050】すなわち、この装置においては、前述した
ように励起光と蛍光の波長の相違による対物レンズ6に
おける軸上色収差を補正光学要素30により補正するよ
うに構成されているため、標本の上にピントがあった状
態で格子模様の励起光を照射させることができ、標本像
に格子模様の像が鮮明に重畳した状態でCCDカメラ8
により標本の像を撮像することができる。そこで、この
撮像信号を制御用コンピュータ9に取り込み記憶してお
く。以下、図1の装置と同様にして、圧電素子18によ
り一次元格子3を格子ピッチの1/3および2/3だけ
移動させて標本を照明し、このときの標本像もCCDカ
メラ8により撮像し、その信号を制御用コンピュータ9
に取り込み記憶しておく。
That is, in this apparatus, as described above, the axial chromatic aberration in the objective lens 6 due to the difference in the wavelengths of the excitation light and the fluorescence is corrected by the correction optical element 30, so that it is placed on the sample. Excitation light having a lattice pattern can be irradiated in a focused state, and the CCD camera 8 in a state where the lattice pattern image is clearly superimposed on the sample image.
The image of the sample can be captured by. Therefore, this image pickup signal is fetched and stored in the control computer 9. Thereafter, similarly to the apparatus shown in FIG. 1, the piezoelectric element 18 moves the one-dimensional grating 3 by 1/3 and 2/3 of the grating pitch to illuminate the sample, and the sample image at this time is also captured by the CCD camera 8. And the signal is sent to the control computer 9
It is taken in and memorized.

【0051】以上のようにして撮像されたときの各画像
を、上記の式(3)におけるI,I,Iとして式
(3)により光強度Iを計算し標本上の焦点の合って
いる高さにおける画像のみを得る。そして、標本台15
を標本台移動機構12により光軸方向に移動させて上記
と同様にして焦点の合っている高さにおける画像を取り
込む。このときの標本台移動機構12による移動情報を
制御用コンピュータ9に入力させ、移動情報と上述のよ
うにして得られた画像とを組み合わせて画像処理するこ
とにより、標本載置面15aの上に載置された標本の三
次元画像を得ることができる。
The light intensities I p are calculated by the equation (3) using I 1 , I 2 , and I 3 in the above equation (3) as the images picked up as described above, and the focus on the sample is calculated. Only get images at matching heights. And the sample table 15
Is moved in the optical axis direction by the sample table moving mechanism 12 and an image at a focused height is captured in the same manner as above. The movement information by the specimen table moving mechanism 12 at this time is input to the control computer 9, and the movement information and the image obtained as described above are combined and image-processed, so that the specimen mounting surface 15a is subjected to image processing. It is possible to obtain a three-dimensional image of the mounted sample.

【0052】なお、この装置においては、励起光と蛍光
との波長の相違に起因して対物レンズ6において生じる
軸上色収差を照明光学系に配設した補正光学要素30に
より補正しているが、図2において破線で示すように結
像光学系に補正光学要素31を配設してこの軸上色収差
の補正を行っても良い。
In this device, the axial chromatic aberration generated in the objective lens 6 due to the difference in wavelength between the excitation light and the fluorescence is corrected by the correction optical element 30 arranged in the illumination optical system. As shown by the broken line in FIG. 2, a correction optical element 31 may be provided in the imaging optical system to correct this axial chromatic aberration.

【0053】あるいは、図1に用いたマイクロメータ機
構22と同様な構成のマイクロメータ機構32により撮
像素子8の位置調整を行って軸上色収差の補正を行うよ
うに構成しても良い。
Alternatively, the micrometer mechanism 32 having the same structure as the micrometer mechanism 22 used in FIG. 1 may be arranged to adjust the position of the image sensor 8 to correct the axial chromatic aberration.

【0054】[0054]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
格子照明顕微鏡において、照明光と観察光との波長に対
応して照明光学系および結像光学系の少なくともいずれ
かの焦点調整を行う焦点補正手段を有するので、例え
ば、照明光として通常の白色光源を用いて標本からの反
射光を結像させて観察する一般的な格子照明顕微鏡をそ
のまま蛍光顕微鏡として用いるときに、焦点補正手段に
より照明光として用いられる励起光の波長と標本から出
射する蛍光の波長との相違に対応して焦点位置調整を行
えば、通常の格子照明顕微鏡を簡単に蛍光顕微鏡観察に
も用いることができる。さらに、蛍光顕微鏡観察を行う
ときに、波長の異なる励起光を用いて出射する蛍光の波
長も異なる場合でも、焦点補正手段によりこれら励起光
および蛍光の波長に対応した焦点位置調整を行うだけ
で、簡単に対応することができる。
As described above, according to the present invention,
Since the grating illumination microscope has focus correction means for adjusting the focus of at least one of the illumination optical system and the imaging optical system in accordance with the wavelengths of the illumination light and the observation light, for example, a normal white light source as the illumination light. When using a general grating illumination microscope that forms and observes the reflected light from the sample using the fluorescence microscope as it is, the wavelength of the excitation light used as the illumination light by the focus correction means and the fluorescence emitted from the sample If the focus position is adjusted according to the difference with the wavelength, an ordinary grating illumination microscope can be easily used for fluorescence microscope observation. Furthermore, when performing fluorescence microscope observation, even if the wavelength of the fluorescence emitted using different excitation light of different wavelengths, just by adjusting the focus position corresponding to the wavelength of these excitation light and fluorescence by the focus correction means, You can easily respond.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の第1実施形態に係る格子照明顕微鏡の
構成を説明する概略図である。
FIG. 1 is a schematic diagram illustrating a configuration of a grating illumination microscope according to a first embodiment of the present invention.

【図2】本発明の第2実施形態に係る格子照明顕微鏡の
構成を説明する概略図である。
FIG. 2 is a schematic diagram illustrating a configuration of a grating illumination microscope according to a second embodiment of the present invention.

【図3】従来の格子照明顕微鏡の構成を説明する概略図
である。
FIG. 3 is a schematic diagram illustrating a configuration of a conventional grating illumination microscope.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

3 一次元格子 4 照明レンズ 5 ハーフミラー 6 対物レンズ 7 リレーレンズ 8 CCDカメラ 9 制御用コンピュータ 15 標本台 18,21 圧電素子 20,32 位置調整装置 22 マイクロメータ機構 22a 調整つまみ 30,31 補正光学要素 3 one-dimensional lattice 4 Lighting lens 5 half mirror 6 Objective lens 7 relay lens 8 CCD camera 9 Control computer 15 specimen table 18,21 Piezoelectric element 20, 32 Position adjustment device 22 micrometer mechanism 22a Adjustment knob 30, 31 Correction optical element

Claims (12)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 照明光を出射する照明光源と、 標本を載置するための標本台と、 前記標本台の上方に配設された対物レンズと、 前記照明光源から出射された照明光を前記対物レンズを
通して前記標本台上の標本に格子模様の照明を行う照明
光学系と、 前記格子模様の照明を受けた記標本台上の標本から前記
対物レンズを通して出射される観察光を受けて前記標本
の像を結像させる結像光学系とを備え、 前記照明光と前記観察光との波長が相違し、前記照明光
の波長における前記照明光学系の焦点が合致するととも
に、前記観察光の波長における前記結像光学系の焦点が
合致するように、前記照明光学系および前記結像光学系
の少なくともいずれか一方の焦点調整を行う焦点補正手
段を有することを特徴とする格子照明顕微鏡。
1. An illumination light source that emits illumination light, a sample table on which a sample is placed, an objective lens disposed above the sample table, and an illumination light beam emitted from the illumination light source. An illumination optical system that illuminates a sample on the sample table through an objective lens in a lattice pattern, and the sample that receives observation light emitted from the sample on the sample table illuminated by the lattice pattern through the objective lens An image forming optical system for forming an image of, the illumination light and the observation light have different wavelengths, the focus of the illumination optical system at the wavelength of the illumination light is matched, and the wavelength of the observation light. 2. A grating illumination microscope, comprising: focus correction means for adjusting the focus of at least one of the illumination optical system and the image forming optical system so that the focus of the image forming optical system in FIG.
【請求項2】 前記標本台上に励起光を受けて蛍光発光
する標本が載置され、前記照明光として前記励起光が用
いられ、前記観察光が前記標本から発光する蛍光である
ことを特徴とする請求項1に記載の格子照明顕微鏡。
2. A sample that receives excitation light and emits fluorescence is placed on the sample table, the excitation light is used as the illumination light, and the observation light is fluorescence emitted from the sample. The grating illumination microscope according to claim 1.
【請求項3】 前記焦点補正手段が、前記照明光学系に
より前記標本台上の標本に格子模様の照明を行うときに
前記格子模様の照明のピントを合わせるように前記照明
光学系の焦点位置調整を行うことを特徴とする請求項1
〜2のいずれかに記載の格子照明顕微鏡。
3. The focus position adjustment of the illumination optical system so that the focus correction means focuses the illumination of the lattice pattern when the illumination optical system illuminates the sample on the sample table with the lattice pattern. The method according to claim 1, wherein
The lattice illumination microscope according to any one of to 2.
【請求項4】 前記照明光学系が、前記格子模様に対応
する透過率分布を有し透過光を前記格子模様の照明光に
して出射させる格子部材と、前記対物レンズと組み合わ
せることにより前記格子模様の光を受けて前記格子模様
の像を前記標本台に置かれた標本上に投影する照明レン
ズとを有して構成され、 前記焦点補正手段が前記格子部材の光軸方向の位置調整
を行う格子位置調整手段からなることを特徴とする請求
項3に記載の格子照明顕微鏡。
4. The lattice pattern, wherein the illumination optical system has a transmittance distribution corresponding to the lattice pattern, and a grating member for converting transmitted light into illumination light of the lattice pattern and emitting the light, and the objective lens. And an illumination lens for projecting the image of the lattice pattern onto a sample placed on the sample table, the focus correction means adjusting the position of the lattice member in the optical axis direction. 4. The grating illumination microscope according to claim 3, comprising grating position adjusting means.
【請求項5】 前記格子位置調整手段が、前記格子部材
を軸方向に移動させる格子移動機構と、外部操作されて
前記格子移動機構を作動させる格子操作部材とを備え、 前記格子操作部材に、前記照明光と前記観察光との波長
の相違に対応した操作位置を示す目印が設けられている
ことを特徴とする請求項4に記載の格子照明顕微鏡。
5. The grid position adjusting means includes a grid moving mechanism that moves the grid member in the axial direction, and a grid operating member that is externally operated to operate the grid moving mechanism. The grating illumination microscope according to claim 4, wherein a mark indicating an operation position corresponding to a difference in wavelength between the illumination light and the observation light is provided.
【請求項6】 前記焦点補正手段が、前記照明光学系の
光路内に配設されて前記照明光学系の焦点位置調整を行
う照明光学系用補正光学要素からなることを特徴とする
請求項3に記載の格子照明顕微鏡。
6. The correction optical element for an illumination optical system arranged in the optical path of the illumination optical system to adjust the focus position of the illumination optical system, wherein the focus correction means comprises a correction optical element. The grating illumination microscope according to.
【請求項7】 前記照明光学系用補正光学要素が着脱交
換可能であり、前記照明光および前記観察光の種類や、
前記対物レンズの種類に応じて交換されるようになって
いることを特徴とする請求項6に記載の格子照明顕微
鏡。
7. The correction optical element for the illumination optical system is detachable and replaceable, and the types of the illumination light and the observation light,
The grating illumination microscope according to claim 6, wherein the grating illumination microscope is exchangeable according to the type of the objective lens.
【請求項8】 前記焦点補正手段が、前記結像光学系に
より前記標本台上の標本から出射される観察光を受けて
前記標本の像を結像させるときにピントを合わせるよう
に前記結像光学系の焦点位置調整を行うことを特徴とす
る請求項1〜2のいずれかに記載の格子照明顕微鏡。
8. The image forming means for focusing the image when the focus correcting means forms an image of the sample by receiving the observation light emitted from the sample on the sample table by the image forming optical system. 3. The grating illumination microscope according to claim 1, wherein the focal position of the optical system is adjusted.
【請求項9】 前記焦点補正手段が、前記結像光学系の
光路内に配設されて前記結像光学系の焦点位置調整を行
う結像光学系用補正光学要素からなることを特徴とする
請求項8に記載の格子照明顕微鏡。
9. The image forming optical system correction optical element is provided in the optical path of the image forming optical system to adjust the focus position of the image forming optical system. The grating illumination microscope according to claim 8.
【請求項10】 前記結像光学系用補正光学要素が着脱
交換可能であり、前記照明光および前記観察光の種類
や、前記対物レンズの種類に応じて交換されるようにな
っていることを特徴とする請求項9に記載の格子照明顕
微鏡。
10. The correction optical element for the imaging optical system is detachable and replaceable, and is replaced according to the types of the illumination light and the observation light and the type of the objective lens. The grating illumination microscope according to claim 9, which is characterized in that.
【請求項11】 前記結像光学系により結像された前記
標本の像を撮影する撮像素子を備え、 前記焦点補正手段が前記撮像素子の光軸方向の位置調整
を行う撮像素子位置調整手段からなることを特徴とする
請求項8に記載の格子照明顕微鏡。
11. An image pickup device for picking up an image of the specimen formed by the image forming optical system, wherein the focus correction means adjusts a position of the image pickup device in an optical axis direction. The grating illumination microscope according to claim 8, wherein
【請求項12】 前記撮像素子位置調整手段が、前記撮
像素子を軸方向に移動させる撮像素子移動機構と、外部
操作されて前記撮像素子移動機構を作動させる撮像素子
操作部材とを備え、 前記撮像素子操作部材に、前記照明光と前記観察光との
波長の相違に対応した操作位置を示す目印が設けられて
いることを特徴とする請求項11に記載の格子照明顕微
鏡。
12. The image pickup device position adjusting means comprises an image pickup device moving mechanism for moving the image pickup device in an axial direction, and an image pickup device operating member for externally operating the image pickup device moving mechanism. The grating illumination microscope according to claim 11, wherein the element operating member is provided with a mark indicating an operation position corresponding to a difference in wavelength between the illumination light and the observation light.
JP2001195248A 2001-06-27 2001-06-27 Lattice illumination microscope Pending JP2003015048A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2001195248A JP2003015048A (en) 2001-06-27 2001-06-27 Lattice illumination microscope

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2001195248A JP2003015048A (en) 2001-06-27 2001-06-27 Lattice illumination microscope

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2003015048A true JP2003015048A (en) 2003-01-15

Family

ID=19033260

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2001195248A Pending JP2003015048A (en) 2001-06-27 2001-06-27 Lattice illumination microscope

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2003015048A (en)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008542826A (en) * 2005-05-23 2008-11-27 エフ. ヘスス ハラルド Optical microscopy using optically convertible optical labels
JP2009257926A (en) * 2008-04-16 2009-11-05 Sony Corp Displacement detecting device
WO2013064843A1 (en) * 2011-11-03 2013-05-10 The University Of Nottingham Support for microscope sample comprising a diffraction grating for forming an illumination pattern thereon
JP2015087550A (en) * 2013-10-30 2015-05-07 オリンパス株式会社 Microscope autofocus device
JP2016018111A (en) * 2014-07-09 2016-02-01 セイコーエプソン株式会社 Lighting device and projector

Cited By (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011039065A (en) * 2005-05-23 2011-02-24 Harald F Hess Optical microscopy using phototransformable optical label
US7626703B2 (en) 2005-05-23 2009-12-01 Robert Eric Betzig Optical microscopy with phototransformable optical labels
US10107753B2 (en) 2005-05-23 2018-10-23 Hestzig Llc Optical microscopy with phototransformable optical labels
US7626695B2 (en) 2005-05-23 2009-12-01 Robert Eric Betzig Optical microscopy with phototransformable optical labels
JP4709278B2 (en) * 2005-05-23 2011-06-22 エフ. ヘスス ハラルド Optical microscopy using optically convertible optical labels
US7710563B2 (en) 2005-05-23 2010-05-04 Hestzig Llc Optical microscopy with phototransformable optical labels
US7782457B2 (en) 2005-05-23 2010-08-24 Hestzig Llc Optical microscopy with phototransformable optical labels
JP2008542826A (en) * 2005-05-23 2008-11-27 エフ. ヘスス ハラルド Optical microscopy using optically convertible optical labels
US7626694B2 (en) 2005-05-23 2009-12-01 Robert Eric Betzig Optical microscopy with phototransformable optical labels
US9360426B2 (en) 2005-05-23 2016-06-07 Hestzig Llc Optical microscopy with phototransformable optical labels
US7864314B2 (en) 2005-05-23 2011-01-04 Hestzig Llc Optical microscopy with phototransformable optical labels
JP2013101124A (en) * 2005-05-23 2013-05-23 Harald F Hess Optical microscopy using photo-convertible optical landmark
US8462336B2 (en) 2005-05-23 2013-06-11 Hestzig Llc Optical microscopy with phototransformable optical labels
US8599376B2 (en) 2005-05-23 2013-12-03 Hestzig Llc Optical microscopy with phototransformable optical labels
US11988604B2 (en) 2005-05-23 2024-05-21 Hestzig Llc Optical microscopy with phototransformable optical labels
US11009460B2 (en) 2005-05-23 2021-05-18 Hestzig Llc Optical microscopy with phototransformable optical labels
JP2009257926A (en) * 2008-04-16 2009-11-05 Sony Corp Displacement detecting device
WO2013064843A1 (en) * 2011-11-03 2013-05-10 The University Of Nottingham Support for microscope sample comprising a diffraction grating for forming an illumination pattern thereon
JP2015087550A (en) * 2013-10-30 2015-05-07 オリンパス株式会社 Microscope autofocus device
JP2016018111A (en) * 2014-07-09 2016-02-01 セイコーエプソン株式会社 Lighting device and projector

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6819415B2 (en) Assembly for increasing the depth discrimination of an optical imaging system
US9891418B2 (en) Apparatus for imaging a sample surface
US10007100B2 (en) Light sheet illumination microscope and light sheet illumination method
JP4922823B2 (en) 3D shape measuring device
US20110141557A1 (en) Laser scan confocal microscope
WO2007043313A1 (en) Microscope and observing method
JPWO2011007768A1 (en) Three-dimensional direction drift control device and microscope device
JP6173154B2 (en) Microscope system
JP5266551B2 (en) Surface shape measuring apparatus and surface shape measuring method
JP4937832B2 (en) 3D shape observation device
JP6300673B2 (en) Phase modulation element adjustment system and phase modulation element adjustment method
JP6552043B2 (en) Sheet illumination microscope
JP4818634B2 (en) Scanning fluorescence observation system
JP4885429B2 (en) Optical stimulator and optical scanning observation device
JP6576369B2 (en) Interference optical apparatus, interference observation apparatus, and interference observation method
JP2007278849A (en) Optical measuring device and optical measuring method
JP6363477B2 (en) 3D shape measuring device
JP4725967B2 (en) Minute height measuring device and displacement meter unit
JP4974689B2 (en) Scanning microscope
JP2003015048A (en) Lattice illumination microscope
JP2009293925A (en) Error correction apparatus of optical inspection apparatus
JP2013238641A (en) Microscope apparatus
JP2007304058A (en) Micro height measuring device
JP2007286284A (en) Confocal scanning type microscopic system and observation method using the same
JP2002311335A (en) Grating illumination microscope