JP2004309785A - Microscope system - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、走査型レーザ顕微鏡による共焦点観察とエバネッセント照明による蛍光観察に対応可能な顕微鏡システムに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
最近、生体細胞の機能解析が盛んに行われるようになっている。
【0003】
このような生体細胞の機能解析において、特に、厚みのある生物細胞のある部分に蛍光蛋白等の蛍光物質を局在化させ、その蛍光を観察することで3次元構造を解明するためのものとして、走査型レーザ顕微鏡が用いられている。
【0004】
走査型レーザ顕微鏡は、例えば、特許文献1に開示されるように、レーザ光源からのレーザ光を対物レンズにより試料上に集光させ、その集光点を光学的に2次元走査し、試料からの光(特に蛍光)を再び対物レンズを通し、共焦点ピンホールを介して光検出器で検出し、2次元の情報を得るようにしている。つまり、走査型レーザ顕微鏡は、共焦点ピンホールを用いることで、焦点位置以外からの光をカットできるため、光軸方向の分解能があることが知られており、この特性を利用して対物レンズと試料の相対的な位置関係をステッピングモータなどの電動焦準機構により可変することで、複数の2次元スライス画像を取得し、これらの2次元画像を3次元に構築することにより試料の3次元像を取得することができる。
【0005】
一方、生体細胞の機能解析に用いられる生物顕微鏡として、全反射蛍光顕微鏡(TIRFM:Total Internal Reflection Fluo−rescence Microscopy)と呼ばれる顕微鏡が注目されている。
【0006】
この顕微鏡は、カバーガラスと試料の境界面で照明光を全反射させたときに、試料側に数100nm以下のわずかな範囲に浸み出すエバネッセンス光と呼ばれる光を用いて蛍光物質を励起するようになっており、カバーガラス近傍のわずかな範囲の蛍光だけが観察されるので、バックグランドが非常に暗く、微弱な蛍光の観察を可能にしている。
【0007】
このエバネッセント光を利用した全反射蛍光顕微鏡については、例えば、特許文献2に開示されている。ここでのエバネッセント照明は、試料全体に水銀灯などの励起光を照射する従来の同軸落射照明によるものと異なり、試料に対する照射範囲が試料の深さ方向に対して極めて浅いため、試料の表面付近の情報が高感度で得られるという特徴を有している。
【0008】
【特許文献1】
特開2001−356272号公報
【0009】
【特許文献2】
特開2001−272606号公報
【0010】
【特許文献3】
特開平11−101942号公報
【0011】
【特許文献4】
特開2001−166213公報
【0012】
【特許文献5】
特許第2848952号公報
【0013】
【発明が解決しようとする課題】
このようにして、近年、生物細胞の蛍光観察には、走査型レーザ顕微鏡とエバネッセント照明を利用した全反射蛍光顕微鏡が用いられるが、これら顕微鏡のそれぞれの機能を同時に備えた顕微鏡システムは存在していない。
【0014】
この理由は、走査型レーザ顕微鏡による観察は、3次元的に厚みを有する試料と対物レンズの相対的な位置関係を電動焦準ステージなどで光軸方向に積極的に変化させながら、試料の3次元的な観察を可能にしているが、仮に、対物レンズの焦点位置を試料内部に合わせたような状態では、カバーガラス付近の細胞表面付近の観察に限定されるエバネッセント照明による蛍光観察はできないからである。
【0015】
このように、試料の3次元観察を行う走査型レーザ顕微鏡と、試料表面を観察するエバネッセント照明による全反射蛍光顕微鏡の両立は、システムとしての使い勝手の悪さを考えると実用的ではなかった。
【0016】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、走査型レーザ顕微鏡による共焦点観察とエバネッセント照明による蛍光観察を同時または切換えて行うことができ、特に、走査型レーザ顕微鏡側の光軸方向の焦点位置を積極的に変化させてもエバネッセント照明による蛍光観察との使い勝手がすぐれた顕微鏡システムを提供することを目的とする。
【0017】
【課題を解決するための手段】
請求項1記載の発明は、レーザ光を発生する第1の光源と、前記第1の光源からのレーザ光を試料上に集光させる対物レンズと、前記レーザ光を前記試料上で2次元走査する光走査手段と、前記試料にエバネッセント照明を行うための光を発生する第2の光源と、前記第1の光源からのレーザ光の光路に設けられ、前記レーザ光の前記試料上の集光位置を前記対物レンズの光軸方向に光学的に可変制御する集光位置制御手段と、前記エバネッセント照明により発生する蛍光を撮像する撮像手段と、を具備し、前記試料にエバネッセント照明を行なう条件を満足するように前記対物レンズと前記試料の機械的な位置関係を固定した状態で、前記集光位置制御手段により前記レーザ光の前記試料面上の集光位置を制御可能としたことを特徴としている。
【0018】
請求項2記載の発明は、請求項1記載の発明において、前記第1のレーザ光源からのレーザ光が集光される前記試料上の集光位置から発する光を共焦点観察する共焦点観察手段をさらに設けたことを特徴としている。
【0019】
請求項3記載の発明は、請求項1記載の発明において、前記第1のレーザ光源からのレーザ光は、前記試料上の集光位置に光化学反応を生じさせるものであることを特徴としている。
【0020】
請求項4記載の発明は、請求項1乃至3のいずれかに記載の発明において、前記第2の光源は、レーザ光を発生するレーザ光源からなり、且つ前記第1の光源とともに単一のレーザ光源ユニットを構成し、前記第1および第2の光源は、それぞれレーザ光を導出するための第1および第2の光ファイバを各別に設け、
前記第1の光ファイバを通したレーザ光を前記対物レンズにより前記試料上に集光させるための光源および前記第2の光ファイバを通したレーザ光を前記試料にエバネッセント照明を行うための光源として用いることを特徴としている。
【0021】
請求項5記載の発明は、請求項4記載の発明において、前記レーザ光源ユニットは、前記第1および第2の光源よりそれぞれ発生される光の波長を同一にして、これら第1および第2の光源を一つの光源で構成したことを特徴としている。
【0022】
請求項6記載の発明は、請求項1乃至4のいずれかに記載の発明において、前記第1および第2の光源は、それぞれ発生される光の波長が異なることを特徴としている。
【0023】
請求項7記載の発明は、請求項1乃至6のいずれかに記載の発明において、前記集光位置制御手段は、波面変換素子であることを特徴としている。
【0024】
請求項8記載の発明は、請求項1乃至6のいずれかに記載の発明において、前記集光位置制御手段は、前記試料上に集光されるレーザ光のビーム径を変換するビーム径変換手段と、該ビーム径変換手段から出射するレーザ光のコリメート具合を可変する手段を有することを特徴としている。
【0025】
請求項9記載の発明は、請求項1、3、6、8記載の発明において、前記第1のレーザ光源は、2光子励起用パルスレーザを発生することを特徴としている。
【0026】
請求項10記載の発明は、請求項1乃至9のいずれかに記載の発明において、前記集光位置制御手段による前記レーザ光の前記試料面上の集光位置の制御および前記光走査手段による前記レーザ光の前記試料上での2次元走査の制御の少なくとも一方に、前記撮像手段による前記蛍光の撮像を同期させて制御することを特徴としている。
【0027】
請求項11記載の発明は、請求項10記載の発明において、前記共焦点観察手段は、前記試料上の集光位置から発する光を検出する光検出手段を有しており、前記光検出手段による検出と前記撮像手段による前記蛍光の撮像を同期させて制御することを特徴としている。
【0028】
請求項12記載の発明は、請求項10、11記載の発明において、前記第1のレーザ光源からのレーザ光の前記試料への照射のタイミングと、前記第2の光源の前記試料への照射のタイミングを同期させて制御することを特徴としている。
【0029】
請求項13記載の発明は、請求項6、10、11記載の発明において、前記エバネッセント照明により発生する蛍光を撮像する撮像手段の撮像光路上に、前記第1の光源から前記試料上に集光されるレーザ光の波長をカットするフィルタ手段を設けたことを特徴としている。
【0030】
請求項14記載の発明は、請求項1乃至13のいずれかに記載の発明において、前記エバネッセント照明は、前記試料を挟んで前記対物レンズの対向側に配置されるコンデンサレンズを介して行なうことを特徴としている。
【0031】
請求項15記載の発明は、レーザ光を発生する第1の光源と、前記第1のレーザ光源からのレーザ光を試料上に集光させる対物レンズと、前記レーザ光を試料上で2次元走査する光走査手段と、前記対物レンズを介して前記試料上の照明を行うための光を発生する第2の光源と、前記第2の光源からの照明により前記試料より発する光を撮像する撮像手段と、光走査手段からのレーザ光と前記第2の光源から発した光のそれぞれが前記対物レンズに向かう途中でそれぞれの光軸を同軸に導く光路合成手段と、前記第1の光源からのレーザ光の光路に設けられ、前記レーザ光の前記試料上の集光位置を前記対物レンズの光軸方向に光学的に可変制御する集光位置制御手段と、を具備し、前記対物レンズと前記試料の機械的な位置関係を固定した状態で、前記集光位置制御手段により前記レーザ光の前記試料面上の集光位置を制御可能としたことを特徴としている。
【0032】
この結果、本発明によれば、試料にエバネッセント照明を行なう条件を満足させる対物レンズと試料の機械的な位置関係を固定した状態で、光軸方向の観察断面の可変制御を含む走査型レーザ顕微鏡による共焦点観察を行なうと同時に、エバネッセント照明による蛍光観察を行なうことができる。
【0033】
また、本発明によれば、2光子励起用パルスレーザを用いて、試料の厚み方向、面方向の3次元的な任意の位置にケージド解除を起こさせながら、エバネッセント照明による蛍光観察を行なうことができるので、試料表面の経時的変化を観察することができる。
【0034】
さらに、本発明によれば、エバネッセント照明を、試料を挟んで対物レンズの対向側に配置されるコンデンサレンズを介して行なうようにしたので、対物レンズの制約(エバネッセント照明を発生させるための高NA、油浸対物)がなくなり観察の自由度を広げることができる。
【0035】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に従い説明する。
【0036】
(第1の実施の形態)
図1は本発明が適用される顕微鏡システムの概略構成を示している。
【0037】
この場合、本実施の形態では、光走査手段を介して試料にレーザ光を照射する第1のレーザ光源とエバネッセント照明を行なう第2のレーザ光源を有する単一のレーザ光源ユニットを備えており、このレーザ光源ユニットから2本のシングルモードファイバにより、2つのポート、具体的にはエバネッセント照明を行なうための落射投光管と、光走査手段および共焦点観察手段を備えた走査ユニットとにそれぞれレーザ光を供給する構成としている。
【0038】
図において、1はレーザ光源ユニットで、このレーザ光源ユニット1は、488nmのレーザ光を発振するArレーザ2と、543nmのレーザ光を発振するグリーンヘリウムネオンレーザ3を有している。
【0039】
グリーンヘリウムネオンレーザ3からのレーザ光の光路上には、反射ミラー4が配置されている。また、Arレーザ2からのレーザ光の光路上には、反射ミラー4で反射されるレーザ光との交点上にダイクロイックミラー5が配置されている。ダイクロイックミラー5は、これら2つのレーザ光路を合成するもので、Arレーザ2からのレーザ光を透過し、反射ミラー4で反射されるレーザ光を反射するようになっている。つまり、ここでのダイクロイックミラー5は、543nmのレーザ光を反射し、488nmのレーザ光を透過するような特性を有している。
【0040】
ダイクロイックミラー5により合成されたレーザ光の光路上には、ビームスプリッタ7が配置されている。ビームスプリッタ7は、ダイクロイックミラー5により合成された光路を走査型レーザ顕微鏡照明用の光路6aとエバネツセント照明用の光路6bの2つに分割するようにしている。ここでのビームスプリッタ7は、488nm、543nmの両方の波長域で、走査型レーザ顕微鏡照明用の光路6aに対して30%反射し、エバネッセント照明用の光路6bに対して70%透過するような特性を有している。このビームスプリッタ7での、反射と透過の比率は、一例であって、これ以外の比率に切換えることのできる構成とすることもできる。
【0041】
ビームスプリッタ7により分離された光路6a、6b上には、波長選択用の音響光学素子(AOTF)8a、8bが各別に配置されている。
【0042】
走査型レーザ顕微鏡照明用の光路6aには、第1の光ファイバとしてのシングルモードファイバ9aの入射端が配置され、シングルモードファイバ9aを介して走査型レーザ顕微鏡照明用のレーザ光を走査ユニット10に導くようになっている。
【0043】
一方、エバネッセント照明用の光路6bには、第2の光ファイバとしてのシングルモードファイバ9bの入射端が配置され、シングルモードファイバ9bを介してエバネッセント照明用のレーザ光を落射投光管11に導くようになっている。
【0044】
走査ユニット10には、シングルモードファイバ9aから出射されるレーザ光を導入する可視レーザ光導入ポート10aが設けられている。また、可視レーザ光導入ポート10aより出射されるレーザ光の光路上には、コリメートレンズ12、励起ダイクロイックミラー13が配置されている。
【0045】
コリメートレンズ12は、可視レーザ光導入ポート10aより出射されるレーザ光をコリメート光に変換するものである。励起ダイクロイックミラー13は、レーザ光の波長(488nm、543nm)を反射し、後述する試料25から発する蛍光の波長領域(500〜530nm及び560〜650nm)を透過するような特性を有している。
【0046】
励起ダイクロイックミラー13の反射光路上には、集光位置制御手段としての波面変換素子14と光走査手段としてのガルバノミラーユニット15が配置されている。
【0047】
波面変換素子14は、例えば、特許文献3や特許文献4に開示されるようにレーザ光の波面を変換可能にしたものである。つまり、素子自体に電圧を印加することで反射面を微小に変化させることのできるもので、この反射面を変化させ光学的なパワーを可変させることにより、後述するように試料25内の光軸方向のビーム集光位置の移動を、対物レンズ24と試料25の機械的な位置関係を移動させることなく可能にしたものである。また、その際に生じる収差を相殺することも可能にしている。
【0048】
図3は、波面変換素子14の動作状態を説明するもので、反射面14aが図示実線のように平坦になっている場合は、光学的なパワーがなく、反射面14aを反射したレーザ光は、実線14cのように平行光のまま出射され、電圧を印加して反射面14aを図示破線のように微小に変形(湾曲)させると、この変形された反射面14bを反射したレーザ光は、破線14dのように若干の発散光となって出射される。
【0049】
波面変換素子14の反射光路には、ガルバノミラーユニット15が配置されている。ガルバノミラーユニット15は、直交する2方向に光を偏向するための2枚のガルバノミラー15a、15bを有し、これらのガルバノミラー15a、15bによりレーザ光を2次元方向に走査するようになっている。
【0050】
一方、上述した励起ダイクロイックミラー13の透過光路上には、共焦点観察手段を構成する共焦点レンズ16、反射ミラー17、共焦点ピンホール18、励起レーザ光をカットし検出したい蛍光波長領域を取出すバリアフィルタ19および光検出器20が配置されている。ここでの光検出器20には、例えばフォトマルチプライアが用いられる。
【0051】
走査ユニット10には、瞳投影レンズユニット21を介して顕微鏡本体、ここでは倒立顕微鏡本体22が接続されている。倒立顕微鏡本体22は、テーブル50上に形成した穴部50aに底面ポート22aを形成しており、この底面ポート22aに瞳投影レンズユニット21を介して走査ユニット10が接続されるようになっている。
【0052】
そして、走査ユニット10のガルバノミラーユニット15より出射されるレーザ光の光路上には、瞳投影レンズユニット21内の瞳投影レンズ21a、倒立顕微鏡本体22内の結像レンズ23、対物レンズ24が配置されている。
【0053】
対物レンズ24の先端レンズ24bの集光位置には、蛍光標識された試料25が配置されている。試料25は、図2に示すようにステージ26上に配置されたシャーレ27に貼り付けられたカバーガラス28に固定されている。この場合、シャーレ27内には試料25を保護するための液体、例えば水が満たされている。また、対物レンズ24の先端レンズ24bとカバーガラス28の間には高いNAを確保してエバネッセント照明による全反射を起こさせるようにイマージョンオイルが充填されている。
【0054】
一方、上述した落射投光管11には、シングルモードファイバ9bから出射されるレーザ光を導入するレーザ光導入ポート11aが設けられている。また、レーザ光導入ポート11aより出射されるレーザ光の光路上には、コリメートレンズ31、集光レンズ32が配置されている。
【0055】
コリメートレンズ31は、レーザ光導入ポート11aより出射されるレーザ光をコリメート光に変換するものである。集光レンズ32は、コリメートレンズ31からのコリメート光を対物レンズ24の瞳位置24aに集光するものである。
【0056】
集光レンズ32と対物レンズ24の間(結像レンズ23と対物レンズ24との間)の光路には、エバネッセント用励起ダイクロイックミラー33が配置されている。エバネッセント用励起ダイクロイックミラー33は、走査ユニット10からのレーザ光と落射投光管11からのレーザ光のそれぞれが対物レンズ24に向かう途中で、それぞれの光軸が同軸を導くように光路合成するもので、集光レンズ32からのエバネツセント照明用のレーザ光を反射し、エバネッセント照明により試料25より発する蛍光を透過し、その他の走査ユニット10からの走査型レーザ顕微鏡照明用のレーザ光の波長およびそのレーザ光の照射により試料25から発せられる蛍光を透過するような特性を有している。
【0057】
エバネッセント用励起ダイクロイックミラー33はエバネッセント照明および走査型レーザ顕微鏡照明用のレーザ光の波長、試料25より発せられる蛍光の波長に応じて複数個用意されており、これらエバネッセント用励起ダイクロイックミラー33は、ターレット331内に収容され、図示しない電動切替機構により選択的に光路上に切換えできるようになっている。
【0058】
結像レンズ23とエバネッセント用励起ダイクロイックミラー33の間の光路には、分離ダイクロイックミラー35が配置されている。この分離ダイクロイックミラー35は、エバネッセント照明により発する試料25からの蛍光を反射し、その他の走査型レーザ顕微鏡照明用のレーザ光の波長およびそのレーザ光の照射により試料25から発せられる蛍光の波長を透過するような特性を有している。
【0059】
分離ダイクロイックミラー35は、図示しない電動移動機構により光路上から退避可能となっており、走査型レーザ顕微鏡による照明、観察のみを行なう時は光路上から退避させる。
【0060】
分離ダイクロイックミラー35の反射光路には、フィルタ手段としてのバリアフィルタ36、結像レンズ37および撮像手段としてのCCD検出器38が配置されている。
【0061】
バリアフィルタ36は、エバネッセント照明および走査型レーザ顕微鏡照明用のレーザ光のそれぞれの波長をカットし、エバネッセント照明により試料25より発する蛍光の波長域を透過するような特性を有している。結像レンズ37は、バリアフィルタ36を通過したエバネッセント照明により発する試料25からの蛍光をCCD検出器38の受光面38aに結像させるものである。CCD検出器38は、受光面38aに結像された蛍光を撮像するものである。
【0062】
なお、39は制御ユニットで、この制御部39は、エバネッセント用励起ダイクロイックミラー33の電動切り換え、分離ダイクロイックミラー35の光路への挿脱、CCD検出器38での撮像、走査ユニット10内のガルバノミラーユニット15、波面変換素子14、光検出器20の制御、レーザ光源ユニット1内の走査型レーザ顕微鏡、エバネツセントの各照明用レーザ波長の選択を行なうAOTF8a、8bのそれぞれの制御を行なう。
【0063】
次に、このように構成した第1の実施の形態の動作について説明する。
【0064】
この実施の形態では、Arレーザ2の488nmのレーザ光によりエバネッセント照明を行い、グリーンヘリウムネオンレーザ3の543nmのレーザ光により走査型レーザ顕微鏡の照明を行なうものとする。
【0065】
この場合、エバネッセント用励起ダイクロイックミラー33は、488nmの波長を反射し、500〜650nmの波長域を透過する特性のものが用いられ、分離ダイクロイックミラー35は、500〜530nmの波長域を反射し、543〜650nmの波長域を透過する特性のものが用いられる。また、バリアフィルタ36は、500〜530nmの波長域の蛍光を透過し、488nmの波長と543〜700nmの波長域をカットする特性のものが用いられ、走査ユニット10内のバリアフィルタ19は、488〜543nmの波長域をカットし、560〜650nmの波長域を透過する特性のものが用いられる。
【0066】
まず、エバネッセント照明を用いた蛍光観察について説明する。
【0067】
この場合、Arレーザ2により488nmのレーザ光が発振すると、このレーザ光は、AOTF8bにより波長選択され、エバネッセント照明用としてシングルモードファイバ9bにより落射投光管11に導かれる。
【0068】
落射投光管11に導入されたレーザ光は、コリメートレンズ31によりコリメートされ、集光レンズ32により対物レンズ24の瞳位置24aの端に集光する。この場合、図2に示すように、対物レンズ24の先端レンズ24bは、カバーガラス28の試料側界面28aに近接した試料25領域にピントが合わせられている。これにより、対物レンズ24の瞳位置24aの端に集光したレーザ光24c(斜線部)は、先端レンズ24bにより平行光となり、ある角度で斜め方向からカバーガラス28の試料側界面28aを照射される。この角度は、レーザ光24cが、試料側界面28aで全反射を起こす角度に設定されており、全反射したレーザ光24cは、図示24c’方向に抜ける。このとき、レーザ光のごく一部がカバーガラス28の試料側界面28aから試料25側へにじみ出し、この試料側界面28aから試料25の深さ方向へにじみ出る光がエバネッセント光となる。この試料25の深さ方向へにじみ出す量は、光源の波長程度(ここでは500nm)となる。
【0069】
従って、このようなエバネッセント照明により試料25より発する蛍光の範囲は、深さ方向に波長幅程度となり、検出される蛍光画像は、バックグラウンドが少なくS/Nの良い観察が可能となる。このところの詳細な説明は、例えば、特許文献2に記載されている。
【0070】
また、488nmのエバネッセント照明用のレーザ光により試料25から発せられる蛍光(500〜530nm)は、対物レンズ24の中心を通り、エバネッセント用励起ダイクロイックミラー33を透過し、分離ダイクロイックミラー35で反射される。そして、バリアフィルタ36により、エバネッセント照明により試料25から発した蛍光波長のみが透過され、CCD検出器38で撮像される。
【0071】
次に、走査型レーザ顕微鏡照明を用いた蛍光観察について説明する。
【0072】
この場合、グリーンヘリウムネオンレーザ3により543nmのレーザ光が発振すると、このレーザ光は、AOTF8aにより、波長選択され、走査型レーザ顕微鏡の照明用としてシングルモードファイバ9aにより走査ユニット10に導かれる。
【0073】
走査ユニット10に導入された543nmのレーザ光は、コリメートレンズ12によりコリメートされ、励起ダイクロイックミラー13により反射される。
【0074】
励起ダイクロイックミラー13で反射されたレーザ光は、波面変換素子14を反射され、ガルバノミラーユニット15に入射する。そして、瞳投影レンズ21a、結像レンズ23を通り、分離ダイクロイックミラー35、エバネッセント用励起ダイクロイックミラー33を透過し、対物レンズ24に入射し、試料25内に結像する。
【0075】
そして、試料25に543nmのレーザ光を照射すると、試料25より発せられる蛍光(560〜650nm)波長は、上述の照明光の経路を逆方向に進み、走査ユニット10内の励起ダイクロイックミラー13を透過し、共焦点レンズ16、反射ミラー17を介して共焦点ピンホール18上に集光する。この場合、共焦点ピンホール18は、集光する光の回折限界程度に絞られている。これにより、試料25より発せられる蛍光は、試料25の焦点面以外からの光分をカットすることができる。そして、共焦点ピンホール18を透過した蛍光(560〜650nm)はバリアフィルタ19を透過し、光検出器20により検出される。この場合、光検出器20で検出される出力は、試料25のスライス画像を取得するために用いられる。
【0076】
次に、波面変換素子14により、試料25内での走査型レーザ顕微鏡の照明用レーザ光の集光位置を光軸方向に可変制御する場合を説明する。
【0077】
この場合、図3に示す実線のように波面変換素子14の反射面14aが平坦になっている場合は、光学的なパワーがなく、波面変換素子14を反射したレーザ光は、図示実線14cのように平行光のまま、ガルバノミラーユニット15に入射し、瞳投影レンズ21a、結像レンズ23により、光束径が拡大されたのち、対物レンズ24に平行光のまま入射する。この時のレーザ光が図2に示す実線24eであり、試料25内に結像する位置は、対物レンズ24の焦点位置と一致し、エバネッセント照明により蛍光を観察するピント面と同一である。
【0078】
次に、波面変換素子14に電圧を印加すると、反射面14aが図示破線のように微小に変形(湾曲)し、この変形した反射面14bを反射したレーザ光は、破線14dのように若干の発散光となって出射される。
【0079】
この発散光14dは、対物レンズ24に入射する時は、図2に示す点線の発散光24fのようになり、試料25内でカバーガラス28の試料側界面28aより内側に入った位置25fに集光する。
【0080】
そして、試料25内の位置25f部分から発した光は、上述の照明光と同じ経路を逆方向に進み、波面変換素子14に戻り、波面変換素子14の変形した反射面14bにより、平行光に変換されて励起ダイクロイックミラー13に戻り透過する。そして、共焦点レンズ16、反射ミラー17、共焦点ピンホール18、バリアフィルタ19を通り、光検出器20で、試料25内の位置25fから発せられた光が検出される。
【0081】
以下、同様にして、波面変換素子14への印加電圧を可変して、反射面の形状を任意に変えることにより、走査型レーザ顕微鏡照明用のレーザ光の試料25内の光軸方向の集光位置を任意に変えることができるようになり、これらの焦点位置から発した光を検出することができる。
【0082】
従って、このようにすれば、試料25にエバネッセント照明を行なう条件を満足させるような対物レンズ24と試料25の機械的な位置関係を固定した状態で、光軸方向の観察断面の可変制御を含む走査型レーザ顕微鏡による共焦点観察とエバネッセント照明による蛍光観察の両方を行なうことができる。このことは、走査型レーザ顕微鏡側の光軸方向の焦点位置を積極的に変化させても、エバネッセント照明による蛍光観察との使い勝手がすぐれた顕微鏡システムを実現できる。また、波面変換素子14の反射面形状の切換えは、例えば、特許文献3に開示されるように、数MHzと高速にできるので、走査型レーザ顕微鏡による試料25内部の共焦点観察と、エバネッセント照明による細胞の表面の蛍光観察を高速で切り換えながら行なうことも可能となる。
【0083】
このとき、エバネッセント照明による蛍光を撮像するCCD検出器38での撮像タイミング、ガルバノミラーユニット15でのレーザ光の2次元走査、波面変換素子14での反射面形状の切り換え、AOTF8a、8bの波長選択などの各制御は、制御部39により同期させて行なう必要がある。例えば、走査型レーザ顕微鏡照明用のレーザ光を試料25内の位置25fに焦点を合わせて、この位置25fで面方向の一部領域を観察するような場合は、波面変換素子14を、図3の点線に示す反射面14bに変形させるとともに、光軸に直交する面内の試料25の走査位置を指定するためにガルバノミラーユニット15のガルバノミラー15a、15bの振り角を変更して走査する。また、光検出器20は、ガルバノミラーユニット15の振り角(走査位置)に対応する光の強度を検出するように制御する。また、AOTF8aは、543nmの光を選択し、AOTF8bでは、488nmと543nmともに選択しないようにする。
【0084】
次に、エバネッセント照明による蛍光観察に切り換える時は、AOTF8aは、488nm、543nmのレーザ光をともに選択しないで、AOTF8bにより488nmのレーザ光を選択する。そして、CCD検出器38により撮像を行なう。ここで、波面変換素子14の切換えのみでなく、AOTF8a、8bの波長選択も数MHzと高速でできるので、双方の観察切り換えが高速にできる。
【0085】
このようにして、エバネッセント照明による蛍光観察と走査型レーザ顕微鏡照明用のレーザ光による共焦点観察を同期させて高速に切り換えることや、同時に観察することが容易に実現できる顕微鏡システムを実現できる。
【0086】
なお、第1の実施の形態は、変形例として、走査型レーザ顕微鏡照明用のレーザ光を共焦点観察に使用するのではなく、試料25として細胞を用いる場合は、この細胞に光刺激を与えるために利用することが可能である。この場合は、試料25内部の1点に光刺激を与えて、その時の細胞表面の蛍光量の経時変化をエバネッセント照明による蛍光観察によりタイムラプス観察することになる。この時の走査型レーザ顕微鏡照明用のレーザ光による光刺激の位置の移動は、波面変換素子14とガルバノミラーユニット15の制御により高速で行なうことが可能である。この場合、ビームスプリッタ7により分離される光路6a、6bへのレーザ光の比率を変えることで、走査型レーザ顕微鏡照明用のレーザ光の強度を最適な強度に調整することもできる。
【0087】
また、上述した第1の実施の形態では、走査型レーザ顕微鏡照明用のレーザ光とエバネッセント照明用のレーザ光の光源、つまりArレーザ2とグリーンヘリウムネオンレーザ3を共通のレーザ光源ユニット1に収容し、これらArレーザ2とグリーンヘリウムネオンレーザ3から発せられたレーザ光をビームスプリッタ7により2光路を分けて2本のシングルモードファイバ9a、9bに導入し、それぞれ照明光路に導いているが、Arレーザ2とグリーンヘリウムネオンレーザ3を別々に設けるようにしても良い。この場合は、ビームスプリッタ7による光量減が生じない。
【0088】
さらに、走査型レーザ顕微鏡の照明用のレーザ光とエバネッセント照明用のレーザ光の光源を1個のレーザ光源で実現するようにしてもよい。この場合は、走査型レーザ顕微鏡照明用のレーザ光とエバネッセント照明用のレーザ光の波長が同じになるため、走査型レーザ顕微鏡による共焦点観察とエバネッセント照明による蛍光観察を交互に切換えて行なうようにすればよい。
【0089】
(第2の実施の形態)
次に、本発明の第2の実施の形態を説明する。
【0090】
図4は、本発明の第2の実施の形態の概略構成を示すもので、図1と同一部分には、同符号を付している。
【0091】
この第2の実施の形態は、走査型レーザ顕微鏡の照明用レーザ光として、2光子励起を試料に生じさせることができるIRパルスレーザを追加している。
【0092】
ここでの2光子励起の走査型レーザ顕微鏡については、例えば、特許文献5に開示されており、赤外の波長で照明するので試料に対する照明光の浸透性が良く、照明光が試料の深部まで到達するので厚みのある試料に適していること、2光子励起が生じる位置が高い瞬間的エネルギーが集まるフォーカス位置に限定されるので、厚みのある試料の内部の一点に限定して蛍光や光化学反応を生じさせることが可能である等の特徴がある。この光化学反応の中には、ケージドのような、試料内の化学物質の局所的放出なども含まれる。通常、ケージドコンパウンドの解除には、波長が短くエネルギーが高い、紫外光を用いるが、2光子励起では、光子が2つ集まることで、エネルギーが低い、IRパルスレーザを用いることが可能である。
【0093】
図において、41はIRパルスレーザユニットで、このIRパルスレーザユニット41は、720nmのパルス光を発振するパルスレーザ光源本体42とレーザ照射の有無を高速で切り換えることができる音響光学モジュレータ(以下AOM)43から構成されている。このAOM43は、制御部39により制御される。
【0094】
AOM43からの出射光の光路には、反射ミラー44が配置されている。
【0095】
反射ミラー44の反射光路には、走査ユニット10の第2のポート10bが配置されている。走査ユニット10の第2のポート10bには、集光位置制御手段として、反射ミラー44からのレーザ光のビーム径を適切な径に変換するビームエクスパンダユニット45が取付けられている。
【0096】
ビームエクスパンダユニット45は、図5に示すようにレーザビーム径を光軸上で適切なビーム径に変換する手段を構成するレンズ45a、45bを有している。また、これらレンズ45a、45bのうち、レンズ45aの位置を光軸方向、つまり図示矢印45c方向に図示しない電動移動機構により移動可能になっていて、このレンズ45aの移動により、ビームエクスパンダユニット45より出射されるビームのコリメート具合を可変できるようにもなっている。
【0097】
ビームエクスパンダユニット45からの出射光の光路には、反射ミラー46が配置されている。また、反射ミラー46の反射光路には、光路合成ダイクロイックミラー47が配置されている。
【0098】
光路合成ダイクロイックミラー47は、コリメートレンズ12と励起ダイクロイックミラー13との間に光路に挿入されたもので、反射ミラー46から入射される720nmの波長を反射するとともに、488nm、543nmの波長を透過し、反射ミラー46の反射光路を可視レーザ光導入ポート10aからの可視光レーザ(488nm、543nm)の光路と結合するようにしている。
【0099】
なお、このようなIRパルスレーザを使用した場合、2光子励起による蛍光断層像を取得することができるが、この場合の2光子励起現象は、結像位置のみで発生することで、共焦点ピンホールを不要にできるので、瞳投影レンズ21aと結像レンズ23の間の光路から蛍光を取り出し、フォトマルチプライアなどの光検出器で検出するようにすればよい。
【0100】
その他は、上述した図1と同様である。
【0101】
このようにした第2の実施の形態では、走査型レーザ顕微鏡の照明用レーザ光として、パルスレーザ光源本体42からの波長720nmのパルスレーザを用いて、試料25の厚み方向、面方向の3次元的な任意の位置にケージド解除を起こさせながら、レーザ光源ユニット1に搭載されたArレーザ2の波長(488nm)を用いてエバネッセント照明による蛍光観察を行なうことで、試料25である細胞表面の経時的変化を観察することを可能にしている。
【0102】
次に、このように構成した第2の実施の形態の動作について説明する。
【0103】
この場合、エバネッセント用励起ダイクロイックミラー33は、488nmを反射し、500〜900nmの波長域を透過する特性のものが用いられ、図示しない電動切替機構により選択的に光路上に切り換えできるようになっている。また、分離ダイクロイックミラー35は、500〜650nmの波長域を反射し、720nmの波長を透過する特性のものが用いられる。バリアフィルタ36は、500〜650nmの波長域の蛍光を透過し、488nm、720nmの波長をカットする特性のものが用いられる。また、走査ユニット10内の励起ダイクロイックミラー13bは、720〜900nmの波長域を反射し、500〜650nmの波長域を透過する特性のものが用いられる。
【0104】
いま、パルスレーザ光源本体42から720nmのパルスレーザが発振すると、このパルスレーザは、AOM43、反射ミラー44を介して走査ユニット10の第2のポート10bに入射される。
【0105】
第2のポート10bに導入されたパルスレーザ光は、ビームエクスパンダユニット45を透過して、反射ミラー46、光路合成ダイクロイックミラー47を介して、励起ダイクロイックミラー13で反射される。
【0106】
さらに、波面変換素子14で反射され、ガルバノミラーユニット15、瞳投影レンズ21a、結像レンズ23を通り、分離ダイクロイックミラー35、エバネッセント用励起ダイクロイックミラー33を透過し、対物レンズ24により、試料25内に集光される。
【0107】
これによりき試料25内のパルスレーザ光の集光点において、試料25が2光子励起され、ケージドが解除される。ケージド解除する試料25内の位置は、ビームエクスパンダユニット45のレンズ45aの図5に示す矢印45c方向の移動制御により試料25の厚み方向である光軸方向に任意に可変でき、さらにガルバノミラーユニット15の走査制御により試料25内の光軸に直行する面内で任意に可変できる。
【0108】
ここで、ビームエクスパンダユニット45の動作を、さらに図5および図2を用いて説明する。
【0109】
いま、ビームエクスパンダユニット45内のレンズ45aを出射したビームが平行光(図示実線)の状態であれば、このときの対物レンズ24には、図2の実線24eに示すレーザ光が入射し、先端レンズ24bによりカバーガラス28と試料25の界面28a付近に集光する。一方、レンズ45aの位置を図示しない電動移動機構により、点線の位置45dに移動すると、ビームエクスパンダユニット45を出射するレーザ光のコリメート具合が変化し、破線45fに示すように、若干の発散光となる。
【0110】
この発散光は、対物レンズ24に入射する時は、図2に示す点線の発散光24fのようになり、試料25内でカバーガラス28の試料側界面28aより内側に入った位置25fに集光する。このようにビームエクスパンダユニット45を制御することで試料25内の光軸方向の集光位置を可変できる。
【0111】
このようにすれば、ビームエクスパンダユニット45とガルバノミラーユニット15の制御により、試料25内の集光位置、つまり、パルスレーザを照射し、2光子励起によりケージド解除をさせることのできる位置を3次元的に自由に選択できる。
【0112】
なお、厳密には、対物レンズ24に入射する光が発散光になると、波面収差が生じ、結像性能が劣化するが、問題となるレベルではない。特に、第2の実施形態では試料25内に光化学反応を起させるために、走査ユニット10からの照明光を使用しているので、検出側の性能劣化を考慮する必要がない。
【0113】
次にエバネッセント照明による蛍光観察の動作について説明する。
【0114】
この場合、レーザ光源ユニット1内のArレーザ2より488nmのレーザ光が発振すると、この488nmのレーザ光は、AOTF8bにより、波長選択されシングルモードファイバ9bにより落射投光管11に導かれる。そして、コリメートレンズ31によりコリメートされ、集光レンズ32により対物レンズ24の瞳位置24aの端に集光する。この時、カバーガラス28の試料側界面28aに近接した試料領域に対物レンズ24のピントが合わせられている。これにより、カバーガラス28の界面からから試料側へにじみ出たエバネッセント光により蛍光が発する。この蛍光の発する範囲が深さ方向に波長幅程度でありバックグラウンドの少なくS/Nの良い観察が可能となることは第1の実施の形態で述べたのと同じである。
【0115】
488nmのエバネッセント照明により試料25から発した蛍光(500〜530nm)は対物レンズ24の中心を通り、エバネッセント用励起ダイクロイックミラー33を透過し、分離ダイクロイックミラー35で反射される。そして、CCD検出器38によりエバネッセント照明による蛍光は撮像される。
【0116】
従って、このようにしても、走査型レーザ顕微鏡照明用の720nmのレーザ光による試料25の照射位置を、対物レンズ24と試料25の機械的な位置関係を変更せずに、ガルバノミラーユニット15とビームエクスパンダユニット45により自由に選択できるので、走査型レーザ顕微鏡照明用の720nmのレーザ光により試料25の深部の一部に光刺激を与え、2光子励起によりケージド解除を起させながら、エバネッセント照明による観察を行なうことができる。つまり、ビームエクスパンダユニット45によるレーザ光の試料25面上の集光位置の制御およびガルバノミラーユニット15によるレーザ光の試料25上での2次元走査の制御の少なくとも一方と、CCD検出器38による蛍光の撮像を同期させて行なうことにより、2光子励起によりケージド解除を起させながら、エバネッセント照明による観察を行なうことができる。
【0117】
この場合、720nmのレーザ光の照射のタイミングをAOM43により高速で制御できるので、例えば、走査ユニット10からの720nmのレーザ光によるケージド解除を起こす前後の期間で、エバネッセント照明による蛍光観察をCCD検出器38で連続的に撮像したり、走査ユニット10からの720nmのレーザ光の照射を所定の周期で繰り返し、これらの間の期間で、エバネッセント照明による蛍光観察をCCD検出器38で複数回ずつ撮像したりすることなどができる。こうすれば、例えば試料25の深部のケージド解除による試料25表面の経時変化を、リアルタイムで、高いS/Nで観察することができる。このような同期動作では、走査ユニット10からの720nmのレーザ光の照射タイミングとCCD検出器38による撮像タイミングが必ずしも同時である必要はない。
【0118】
また、前述の説明では、ケージド解除を行なう試料25内のポイントを1箇所としているが、複数のポイントとしてもよい。この場合、複数のポイントの切り換えは、試料25の面内に対しては、ガルバノミラーユニット15、光軸方向に対しては、ビームエクスパンダユニット45、照射のタイミング制御に対しては、AOM43を、それぞれ、CCD検出器38での撮像に同期させて制御することにより行なう。
【0119】
こうすれば、試料25内の複数のポイントに順次レーザ光を照射し、ケージド解除しながら、試料25表面の経時変化を高いS/Nで観察できる走査型レーザ顕微鏡システムを得られる。また、エバネッセント照明およびCCD検出器38による撮像と、走査ユニット10からの720nmのレーザ光の照射は、必ずしも同時である必要はなく、AOM43により720nmのレーザ光の照射時間のタイミングを制御することで、CCD検出器38の各フレーム撮像の間の時間を狙って行なうことも可能である。この場合は、CCD検出器38の光路にあるバリアフィルタ36の特性として、720nmの波長の光をカットする必要がなくなり、製造が容易となるだけでなく取込む蛍光波長領域の透過率が向上するなどの利点がある。
【0120】
なお、この第2の実施の形態についても、前述の内容に限定されることはなく、さまざまな変形例が考えられる。例えば、分離ダイクロイックミラー35、バリアフィルタ36、走査ユニット10内の励起ダイクロイックミラー13、バリアフィルタ19の特性を考慮することで、上述したシステムに、第1の実施の形態で説明したレーザ光源ユニット1から発振する543nmの走査型レーザ顕微鏡の照明用レーザ光を用いることで共焦点観察を組み込むことも可能である。この場合、走査ユニット10からの543nmの照明用レーザ光の試料25への照射タイミングと、488nmのエバネッセント照明用のレーザ光の試料25への照射タイミングを同期させるようにする。これにより、共焦点観察とエバネッセント照明による観察は同期して行われることとなり、光検出器20での光検出とCCD検出器38による蛍光の撮像のタイミングも同期して行われる。
【0121】
この場合、分離ダイクロイックミラー35は、500〜530nmの波長域を反射し、543〜720nmの波長域を透過する特性のものが用いられ、バリアフィルタ36は、500〜530nmの波長域の蛍光を透過し、488nmの波長と、543〜720nmの波長域をカットする特性のものが用いられる。また、走査ユニット10内の励起ダイクロイックミラー13は、543nm、720nmの波長は反射し、560〜650nmの波長域を透過する特性のものが用いられ、バリアフィルタ19は、488〜543nm、720nmの波長をカットし、560〜650nmの波長域を透過する特性のものが用いられる。
【0122】
なお、レーザ光源ユニット1からの543nmのレーザ光による試料25内部の共焦点観察を行なう場合は、試料25内の集光位置の光軸方向の可変を波面変換素子14で行なうようになることは、第1の実施の形態で説明したとおりである。
【0123】
以上の構成により、パルスレーザによる試料内部のケージド解除、レーザ光源ユニット1からの543nmのレーザ光による試料25内部の共焦点観察、レーザ光源ユニット1からの488nmのレーザ光を用いたエバネッセント照明による試料25表面の蛍光観察が、対物レンズ24と試料25の機械的な位置関係を固定した状態で、同時、又は、切換えて行なうことが可能な顕微鏡システムとなる。
【0124】
また、IRパルスレーザを2光子励起による光化学反応を試料内に生じさせるために使用したが、例えば、IRパルスレーザの波長を800nm位に設定して、2光子励起により生じる試料25内部の蛍光断層像の取得とエバネッセント照明による細胞表面の観察を組合せても良い。また、720nmのパルスレーザの照射位置の光軸方向の可変をビームエクスパンダユニット45で行なったが、波面変換素子14の制御で行なっても良い。この場合は、ビームエクスパンダユニット45によるものより高速切換えが可能となる。
【0125】
また、CCD検出器38の撮像をエバネッセント照明により生じる蛍光観察に限定しているが、これをニポウディスクや縞ディスクなどのディスクの回転による蛍光観察に置き換えても良い。
【0126】
図6は、このようなディスクを用いて蛍光観察系を可能にした顕微鏡システムの要部の概略構成を示すものである。この場合、照明光源としては、別個に水銀灯が用意される。この照明光源から照明光が出射すると、ビームスプリッタ61に入射する。そして、ビームスプリッタ61を透過した光は、モータにより一定速度で回転しているディスク(ニポウディスクや縞ディスク)62に入射する。ディスク62を透過した光は、結像レンズ63に入射する。結像レンズ63を通った光は、対物レンズ24の瞳上で結像し試料25を照射する。また、試料25から戻った光は対物レンズ24を通って平行光となり、結像レンズ63を通ってディスク62上で結像する。そして、ディスク62から出た光は、ビームスプリッタ61で反射し、撮像手段としてのCCD検出器64により共焦点像として撮像される。つまり、ニポウディスクや縞ディスクの回転により取得される観察像は、細胞のスライス面をCCD検出器64で撮像するものである。そして、このスライス面に対物レンズ24の焦点位置を固定しておいて、走査型レーザ顕微鏡照明用のレーザ光の集光位置を波面変換素子14やガルバノミラーユニット15を用いて選択するようにすれば、CCD検出器64による撮像と走査型レーザ顕微鏡による走査観察を同時または切換えて行なうことが可能になる。
【0127】
なお、上述では2光子励起により試料内に光化学反応を生じさせる場合と、走査型レーザ顕微鏡照明用のレーザ光による共焦点観察とを切換えることで可能な場合を述べたが、共焦点観察を行なわないのであれば、波面変換素子14を省略できる。
【0128】
(第3の実施の形態)
次に、本発明の第3の実施の形態を説明する。
【0129】
図7は、本発明の第3の実施の形態の概略構成を示すもので、図1と同一部分には、同符号を付している。
【0130】
第1の実施の形態では倒立顕微鏡を用いて、エバネッセント照明は落射投光管経由で対物レンズを介して行っていたが、第3の実施の形態では、正立顕微鏡を用いて、エバネッセント照明は試料を挟んで対物レンズの対向側にあるコンデンサユニット経由で行っている点が異なるところである。
【0131】
図において、51は正立顕微鏡本体で、対物レンズ24が固定されたレボアーム52が、正立顕微鏡本体51に対して、光軸方向に微動移動可能に連結されている。
【0132】
対物レンズ24と光軸上で対向する位置には、コンデンサレンズ53aが配置されている。コンデンサレンズ53aは、コンデンサレンズユニット53内に設けられている。コンデンサレンズユニット53は、レボアーム52と図示しないガイド機構により、連結されており、レボアーム52に対して、光軸方向に移動可能に構成されている。
【0133】
対物レンズ24とコンデンサレンズ53aの間には、図示しない支持部材により支持されたステージ54が配置されている。ステージ54上には、試料25が載置されている。この場合、試料25は、図8に示すように穴明きシャーレ27の穴部に固着されたカバーガラス28の上に載っており、対物レンズ24の先端レンズ24bと試料25の間はシャーレ27に入っている水27aにより充填されている。また、カバーガラス28の裏側と、コンデンサレンズ53aの間はカバーガラス28と水で充填された試料25の界面で全反射を起させるためにイマージョンオイルが充填されている。
【0134】
コンデンサレンズユニット53には、エバネッセント照明ユニット55が取り付けられている。エバネッセント照明ユニット55は、エバネッセント照明用のシングルモードファイバ9bの出射端に接続されており、シングルモードファイバ9bからの出射光をコリメートするコリメートレンズ55a、コンデンサレンズ53aの後側焦点位置に、コリメート光を集光させる集光レンズ55bが設けられている。
【0135】
コンデンサレンズユニット53には、切換えミラー53cが設けられている。この切換えミラー53cは、エバネッセント照明を行なう時は、光路上に挿入され、透過照明ランプハウス56による透過照明、観察を行う場合は光路から退避させられる(53c‘の位置)。
【0136】
対物レンズ24の上方には、中間鏡筒57が配置されている。この中間鏡筒57は、水銀灯ランプハウス58による蛍光の同軸落射照明を行うもので、リレーレンズ57a、励起ダイクロイックミラー57bが設けられている。この場合、励起ダイクロイックミラー57bは、エバネッセント照明による観察をCCD検出器38で行う時と走査ユニット10による照明、走査観察を行う時は、光路から退避(57bの位置)され、水銀灯ランプハウス58の水銀灯による蛍光同軸落射照明、観察を行う時は光路に配置されている(57b‘の位置)。
【0137】
中間鏡筒57の上方には、鏡筒59が配置されている。この鏡筒59は、結像レンズ60、分離ダイクロイックミラー35、バリアフィルタ36を有し、分離ダイクロイックミラー35は、図示しない電動機構により、制御部39からの指令で光路上に挿脱可能な構成になっている。また、分離ダイクロイックミラー35の反射光路上には、CCD検出器38が配置されている。このCCD検出器38は、第1の実施の形態と同様に撮像のタイミングが制御部39により制御されている。
【0138】
なお、21は瞳投影レンズユニットで、鏡筒59の上部に配置されており、さらに、走査ユニット10が上部に配置されている。
【0139】
走査ユニット10内の構成およびレーザユニット1の構成など、その他の構成は、図1と同様である。
【0140】
次に、このように構成した第3の実施の形態の動作について説明する。
【0141】
ここでは、第1の実施の形態で述べたと同様に、Arレーザ2の488nmのレーザ光によりエバネッセント照明を行い、グリーンヘリウムネオンレーザ3の543nmのレーザ光により走査型レーザ顕微鏡の照明を行なうものとする。この場合、分離ダイクロイックミラー35は、500〜530nmの波長域を反射し、543〜650nmの波長域を透過する特性のものが用いられ、バリアフィルタ36は、500〜530nmの波長域を透過し、488nmと、543〜700nmの波長域をカットする特性のものが用いられる。また、走査ユニット10内のバリアフィルタ19は、488〜543nmの波長域をカットし、560〜650nmの波長域を透過する特性のものが用いられる。これらの特性は第1の実施の形態と同じである。
【0142】
また、水銀灯ランプハウス58により同軸落射照明を行う中間鏡筒57内の励起ダイクロイックミラー57bは光路から外れた位置に退避させられ、コンデンサレンズト53内の切換えミラー53cと分離ダイクロイックミラー35は、光路上に配置させられている。
【0143】
まず、エバネッセント照明を用いた蛍光観察についての動作について説明する。
【0144】
この場合、Arレーザ2により488nmのレーザ光が発振すると、このレーザ光は、AOTF8bにより波長選択され、エバネッセント照明用としてシングルモードファイバ9bによりエバネッセント照明ユニット55に導かれる。
【0145】
エバネッセント照明ユニット55に導入されたレーザ光は、コリメートレンズ55aによりコリメートされ、集光レンズ55bによりコンデンサレンズ53aの後側焦点位置である開口絞り53bの端に集光する。この場合、図8に示すように、対物レンズ24の先端レンズ24bは、カバーガラス28の試料側界面28aに近接した試料25領域にピントが合わせられており、また、コンデンサレンズユニット53の開口絞り53bは、対物レンズ24の瞳位置と共役関係になるように位置決めされている。
【0146】
これにより、コンデンサレンズユニット53の開口絞り53bの端に集光したレーザ光53d(斜線部)は、コンデンサレンズ53aにより平行光となり、ある角度で斜め方向からカバーガラス28の試料側界面28aを照射する。この角度は、レーザ光53dが、試料側界面28aで全反射を起こす角度に設定されており、全反射したレーザ光53dは、図示53d’方向に抜ける。この時、レーザ光のごく一部がカバーガラス28の試料側界面28aから試料25側へにじみ出し、この試料側界面28aからにじみ出た光がエバネッセント光となる。この試料25の深さ方向へにじみ出す量は、光源の波長程度(ここでは500nm)となる。
【0147】
従って、このようなエバネッセント照明により試料25より発する蛍光の範囲は、深さ方向に波長幅程度となり、検出される蛍光画像は、バックグラウンドの少なくS/Nの良い観察が可能となる。また、488nmのエバネッセント照明用のレーザ光により試料から発した蛍光(500〜530nm)は、対物レンズ24、結像レンズ60を通り、分離ダイクロイックミラー35で反射される。そして、バリアフィルタ36により、エバネッセント照明により試料から発した蛍光波長(500〜530nm)のみが抽出され、CCD検出器38で撮像される。
【0148】
次に、走査型レーザ顕微鏡照明を用いた蛍光観察について説明する。
【0149】
この場合、グリーンヘリウムネオンレーザ3により543nmのレーザ光が発振すると、このレーザ光は、AOTF8aにより、波長選択され、走査型レーザ顕微鏡の照明用としてシングルモードファイバ9aにより走査ユニット10に導かれる。
【0150】
走査ユニット10に導入された543nmのレーザ光は、コリメートレンズ12によりコリメートされ、励起ダイクロイックミラー13により反射される。
【0151】
励起ダイクロイックミラー13で反射されたレーザ光は、波面変換素子14を反射され、ガルバノミラーユニット15に入射する。そして、瞳投影レンズ21a、結像レンズ23を通り、分離ダイクロイックミラー35、エバネッセント用励起ダイクロイックミラー33を透過し、対物レンズ24に入射し、試料25内に結像する。
【0152】
そして、試料25に543nmのレーザ光を照射すると、試料25より発せられる蛍光(560〜650nm)波長は、上述の照明光の経路を逆方向に進み、走査ユニット10内の励起ダイクロイックミラー13を透過し、共焦点レンズ16、反射ミラー17を介して共焦点ピンホール18上に集光する。共焦点ピンホール18を透過した蛍光(560〜650nm)はバリアフィルタ19を透過し、フォトマルチプライアからなる光検出器20により検出される。
【0153】
この状態で、波面変換素子14の反射面の形状を電圧を印加して変化させる。例えば、波面変換素子14の反射面を変化させて、図8に示す点線24jのようにレーザ光を若干収束光にして対物レンズ24に入射させると、試料25の内側に入った地点25fで集光される。そして、この地点25fから発せられる蛍光は、照明光と同じ経路を逆方向に進み、波面変換素子14に戻ってくる。さらに波面変換素子14を反射し、平行光に変換されて励起ダイクロイックミラー13に戻り透過する。そして、共焦点レンズ16、反射ミラー17、共焦点ピンホール18、バリアフィルタ19を通り、光検出器20で、試料25の地点25fから発した蛍光として検出される。このように、波面変換素子14の反射面の形状を、電圧を印加して任意に可変することで、走査ユニット10からの走査型レーザ顕微鏡の照明用レーザ光の試料25内での光軸方向の集光位置を任意に変えることが可能となる。
【0154】
従って、このようにしても、第1の実施の形態と同様に対物レンズ24と試料25の機械的な位置関係を固定した状態で、光軸方向の観察断面の可変制御を含む走査型レーザ顕微鏡による共焦点観察とエバネッセント照明による蛍光観察の両方を行なうことができることになる。
【0155】
また、走査型レーザ顕微鏡による試料内部の観察とエバネッセント照明による試料表面の観察の高速切換えや、走査型レーザ顕微鏡の照明を試料の光刺激に使用することも、第1の実施の形態と同様に可能であることは言うまでもない。
【0156】
さらに、第1の実施の形態では得られない本実施の形態独自の効果として、エバネッセント照明を対物レンズ24側から行うのではなく、コンデンサレンズ53a側から行っているので、対物レンズ24の制約(エバネッセント照明を発生させるための高NA、油浸対物)がなくなり観察の自由度が広がることになる。また、エバネッセント用励起ダイクロイックミラー(第1の実施の形態では33に相当)が、走査型レーザ顕微鏡照明用の光路及び観察光路、エバネッセント照明による蛍光観察の光路に存在しなくなるので、明るい観察が可能となる。このことは、さらに、走査型レーザ顕微鏡で使用するレーザ波長と蛍光、エバネッセント照明で使用するレーザ波長と蛍光の組合せの自由度があがることになる。
【0157】
その他、本発明は、上記実施の形態に限定されるものでなく、実施段階では、その要旨を変更しない範囲で種々変形することが可能である。
【0158】
さらに、上記実施の形態には、種々の段階の発明が含まれており、開示されている複数の構成要件における適宜な組み合わせにより種々の発明が抽出できる。例えば、実施の形態に示されている全構成要件から幾つかの構成要件が削除されても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題を解決でき、発明の効果の欄で述べられている効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成が発明として抽出できる。
【0159】
【発明の効果】
以上述べたように本発明によれば、走査型レーザ顕微鏡による共焦点観察とバネッセント照明による蛍光観察を同時または切換えて行うことができ、特に、走査型レーザ顕微鏡側の光軸方向の焦点位置を積極的に変化させても、エバネッセント照明による蛍光観察との使い勝手がすぐれた顕微鏡システムを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施の形態の概略構成を示す図。
【図2】第1の実施の形態の要部を拡大した概略構成を示す図。
【図3】第1の実施の形態に用いられる波面変換素子を説明するための図。
【図4】本発明の第2の実施の形態の概略構成を示す図。
【図5】第2の実施の形態に用いられるビームエクスパンダユニットを説明するための図。
【図6】第2の実施の形態の変形例の概略構成を示す図。
【図7】本発明の第3の実施の形態の概略構成を示す図。
【図8】第3の実施の形態の要部を拡大した概略構成を示す図。
【符号の説明】
1…レーザ光源ユニット、2…Arレーザ
3…グリーンヘリウムネオンレーザ、4…反射ミラー
5…ダイクロイックミラー、6a.6b…光路、7…ビームスプリッタ
8a.8b…AOTF、9a.9b…シングルモードファイバ
10…走査ユニット、10a…可視レーザ光導入ポート
10b…第2のポート、11…落射投光管、11a…レーザ光導入ポート
12…コリメートレンズ、13…励起ダイクロイックミラー
13a…励起ダイクロイックミラー、14…波面変換素子
14a、14b…反射面、14d…発散光
15…ガルバノミラーユニット、15a.15b…ガルバノミラー
16…共焦点レンズ、17…反射ミラー、18…共焦点ピンホール
19…バリアフィルタ、20…光検出器、21…瞳投影レンズユニット
21a…瞳投影レンズ、22…倒立顕微鏡本体、22a…底面ポート
23…結像レンズ、24…対物レンズ、24a…瞳位置
24b…先端レンズ、24f…発散光、25…試料
26…ステージ、27…シャーレ、27a…水、28…カバーガラス
28a…試料側界面、31…コリメートレンズ、32…集光レンズ
33…エバネッセント用励起ダイクロイックミラー
331…ターレット、35…分離ダイクロイックミラー
36…バリアフィルタ、37…結像レンズ、38…CCD検出器
38a…受光面、39…制御部、41…IRパルスレーザユニット
42…パルスレーザ光源本体、43…AOM、44…反射ミラー
45…ビームエクスパンダユニット、45a.45b…レンズ
46…反射ミラー、47…光路合成ダイクロイックミラー
50…テーブル、50a…穴部、51…正立顕微鏡本体
52…レボアーム、53…コンデンサレンズユニット
53a…コンデンサレンズ、53c…ミラー
53d…レーザ光、54…ステージ、55…エバネッセント照明ユニット
55a…コリメートレンズ、55b…集光レンズ
56…透過照明ランプハウス、57…中間鏡筒、57a…リレーレンズ
57b…励起ダイクロイックミラー、58…水銀灯ランプハウス
59…鏡筒、60…結像レンズ、61…ビームスプリッタ
62…ディスク、63…結像レンズ、64…CCD検出器[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a microscope system that can support confocal observation with a scanning laser microscope and fluorescence observation with evanescent illumination.
[0002]
[Prior art]
In recent years, functional analysis of living cells has been actively performed.
[0003]
In such functional analysis of living cells, in particular, a fluorescent substance such as a fluorescent protein is localized in a certain part of a thick living cell, and its fluorescence is observed to elucidate the three-dimensional structure. A scanning laser microscope is used.
[0004]
For example, as disclosed in
[0005]
On the other hand, as a biological microscope used for functional analysis of living cells, a microscope called a TIRFM (Total Internal Reflection Fluo-rescense Microscopy) has been attracting attention.
[0006]
This microscope excites a fluorescent substance by using light called evanescent light that infiltrates a small area of a few hundred nm or less on the sample side when the illumination light is totally reflected at the interface between the cover glass and the sample. Since only a small range of fluorescence near the cover glass is observed, the background is very dark and faint fluorescence can be observed.
[0007]
A total internal reflection fluorescence microscope using the evanescent light is disclosed in, for example,
[0008]
[Patent Document 1]
JP 2001-356272 A
[0009]
[Patent Document 2]
JP 2001-272606 A
[0010]
[Patent Document 3]
JP-A-11-101942
[0011]
[Patent Document 4]
JP 2001-166213 A
[0012]
[Patent Document 5]
Japanese Patent No. 2848952
[0013]
[Problems to be solved by the invention]
Thus, in recent years, a scanning laser microscope and a total internal reflection fluorescence microscope using evanescent illumination have been used for fluorescence observation of biological cells. However, a microscope system having the functions of these microscopes simultaneously exists. Absent.
[0014]
The reason for this is that the observation with a scanning laser microscope is based on the fact that the relative positional relationship between the three-dimensionally thick sample and the objective lens is positively changed in the optical axis direction by an electric focusing stage or the like, and the three-dimensional Although dimensional observation is possible, if the focus position of the objective lens is set inside the sample, fluorescence observation by evanescent illumination limited to observation near the cell surface near the cover glass cannot be performed. It is.
[0015]
Thus, compatibility between a scanning laser microscope for performing three-dimensional observation of a sample and a total reflection fluorescence microscope using evanescent illumination for observing the surface of the sample is not practical in view of the inconvenience of the system.
[0016]
The present invention has been made in view of the above circumstances, and confocal observation by a scanning laser microscope and fluorescence observation by evanescent illumination can be performed simultaneously or by switching. In particular, focus in the optical axis direction on the scanning laser microscope side can be achieved. It is an object of the present invention to provide a microscope system that is easy to use for fluorescence observation by evanescent illumination even when the position is positively changed.
[0017]
[Means for Solving the Problems]
The invention according to
[0018]
According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, confocal observation means for confocal observation of light emitted from a focusing position on the sample on which the laser light from the first laser light source is focused. Is further provided.
[0019]
According to a third aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, the laser light from the first laser light source causes a photochemical reaction at a condensing position on the sample.
[0020]
According to a fourth aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, the second light source comprises a laser light source that generates a laser beam, and a single laser is used together with the first light source. Forming a light source unit, wherein the first and second light sources are respectively provided with first and second optical fibers for deriving laser light, respectively;
A light source for condensing the laser light passing through the first optical fiber on the sample by the objective lens and a light source for performing evanescent illumination on the sample with the laser light passing through the second optical fiber It is characterized in that it is used.
[0021]
According to a fifth aspect of the present invention, in the fourth aspect of the present invention, the laser light source unit sets the first and second light sources to have the same wavelength of light, and the first and second light sources have the same wavelength. It is characterized in that the light source is constituted by one light source.
[0022]
According to a sixth aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, the first and second light sources have different wavelengths of generated light.
[0023]
According to a seventh aspect of the present invention, in any one of the first to sixth aspects, the light condensing position control means is a wavefront conversion element.
[0024]
According to an eighth aspect of the present invention, in the invention according to any one of the first to sixth aspects, the light-collecting position control means converts a beam diameter of the laser light focused on the sample to a beam diameter. And means for changing the degree of collimation of the laser light emitted from the beam diameter converting means.
[0025]
According to a ninth aspect of the present invention, in the first, third, sixth and eighth aspects, the first laser light source generates a two-photon excitation pulse laser.
[0026]
According to a tenth aspect of the present invention, in the invention according to any one of the first to ninth aspects, the focus position of the laser light on the sample surface is controlled by the focus position control means and the light scanning means is controlled by the light scanning means. The method is characterized in that at least one of two-dimensional scanning control of the laser beam on the sample is controlled in synchronization with the imaging of the fluorescence by the imaging unit.
[0027]
According to an eleventh aspect of the present invention, in the invention of the tenth aspect, the confocal observation means has a light detection means for detecting light emitted from a condensing position on the sample. It is characterized in that the detection and the imaging of the fluorescence by the imaging means are controlled in synchronization.
[0028]
According to a twelfth aspect of the present invention, in the tenth and eleventh aspects, the timing of irradiating the sample with the laser beam from the first laser light source and the timing of irradiating the sample with the second light source are described. It is characterized in that the timing is controlled in synchronization.
[0029]
According to a thirteenth aspect of the present invention, in the sixth, tenth, and eleventh aspects, the first light source focuses the light on the sample on an imaging optical path of an imaging unit for imaging the fluorescence generated by the evanescent illumination. A filter means for cutting the wavelength of the laser light to be emitted.
[0030]
According to a fourteenth aspect of the present invention, in the first aspect of the invention, the evanescent illumination is performed via a condenser lens disposed on the opposite side of the objective lens with the sample interposed therebetween. Features.
[0031]
According to a fifteenth aspect of the present invention, there is provided a first light source for generating laser light, an objective lens for condensing the laser light from the first laser light source on a sample, and a two-dimensional scanning of the laser light on the sample. Optical scanning means, a second light source for generating light for illuminating the sample via the objective lens, and an imaging means for imaging light emitted from the sample by illumination from the second light source Optical path synthesizing means for coaxially guiding respective optical axes on the way of the laser light from the light scanning means and the light emitted from the second light source toward the objective lens; and a laser from the first light source. A focusing position control means provided in an optical path of light, for optically variably controlling a focusing position of the laser light on the sample in an optical axis direction of the objective lens, wherein the objective lens and the sample Fixed the mechanical positional relationship of In state, it is characterized in that the controllable light condensing position on the sample surface of the laser beam by the condensing position control means.
[0032]
As a result, according to the present invention, the scanning laser microscope including the variable control of the observation cross section in the optical axis direction with the mechanical positional relationship between the objective lens and the sample satisfying the condition for performing the evanescent illumination on the sample fixed. At the same time as performing confocal observation by using the evanescent illumination.
[0033]
Further, according to the present invention, it is possible to perform fluorescence observation by evanescent illumination while using a two-photon excitation pulse laser to release caged at any three-dimensional position in the thickness and plane directions of the sample. As a result, it is possible to observe changes over time on the sample surface.
[0034]
Further, according to the present invention, the evanescent illumination is performed via the condenser lens arranged on the opposite side of the objective lens with the sample interposed therebetween, so that the restriction of the objective lens (high NA for generating the evanescent illumination) is obtained. , Oil immersion objective) and the degree of freedom of observation can be expanded.
[0035]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0036]
(First Embodiment)
FIG. 1 shows a schematic configuration of a microscope system to which the present invention is applied.
[0037]
In this case, in the present embodiment, a single laser light source unit having a first laser light source that irradiates the sample with laser light through the optical scanning unit and a second laser light source that performs evanescent illumination is provided. The laser light source unit uses two single-mode fibers to provide laser light to two ports, specifically, an epi-illumination light pipe for performing evanescent illumination, and a scanning unit having optical scanning means and confocal observation means. Light is supplied.
[0038]
In the figure,
[0039]
A
[0040]
A
[0041]
On the
[0042]
An incident end of a
[0043]
On the other hand, an incident end of a
[0044]
The
[0045]
The collimating
[0046]
On the reflected light path of the excitation
[0047]
The
[0048]
FIG. 3 illustrates the operation state of the
[0049]
A
[0050]
On the other hand, a
[0051]
The
[0052]
A
[0053]
A fluorescently labeled
[0054]
On the other hand, the above-mentioned incident
[0055]
The collimating
[0056]
An evanescent excitation
[0057]
A plurality of evanescent excitation
[0058]
In the optical path between the
[0059]
The separation
[0060]
In the reflection optical path of the separation
[0061]
The
[0062]
[0063]
Next, the operation of the first embodiment configured as described above will be described.
[0064]
In this embodiment, it is assumed that evanescent illumination is performed by 488 nm laser light of the
[0065]
In this case, the evanescent excitation
[0066]
First, fluorescence observation using evanescent illumination will be described.
[0067]
In this case, when a laser beam of 488 nm is oscillated by the
[0068]
The laser light introduced into the epi-
[0069]
Therefore, the range of the fluorescence emitted from the
[0070]
In addition, fluorescence (500 to 530 nm) emitted from the
[0071]
Next, fluorescence observation using illumination by a scanning laser microscope will be described.
[0072]
In this case, when a laser beam of 543 nm is oscillated by the green
[0073]
The 543 nm laser light introduced into the
[0074]
The laser light reflected by the excitation
[0075]
When the
[0076]
Next, a case where the focusing position of the laser light for illumination of the scanning laser microscope in the
[0077]
In this case, when the
[0078]
Next, when a voltage is applied to the
[0079]
When the diverging light 14d enters the
[0080]
Then, the light emitted from the
[0081]
Similarly, the voltage applied to the
[0082]
Therefore, this configuration includes variable control of the observation section in the optical axis direction with the mechanical positional relationship between the
[0083]
At this time, the imaging timing of the
[0084]
Next, when switching to fluorescence observation by evanescent illumination, the
[0085]
In this way, it is possible to realize a microscope system in which fluorescence observation by evanescent illumination and confocal observation by laser light for scanning laser microscope illumination can be synchronously switched at a high speed, and observation can be easily performed simultaneously.
[0086]
In the first embodiment, as a modification, when cells are used as the
[0087]
In the first embodiment described above, the laser light source for scanning laser microscope illumination and the light source for laser light for evanescent illumination, that is, the
[0088]
Further, the light source of the laser light for illumination of the scanning laser microscope and the light source of the laser light for evanescent illumination may be realized by one laser light source. In this case, since the laser light for scanning laser microscope illumination and the laser light for evanescent illumination have the same wavelength, confocal observation using a scanning laser microscope and fluorescence observation using evanescent illumination are alternately switched. do it.
[0089]
(Second embodiment)
Next, a second embodiment of the present invention will be described.
[0090]
FIG. 4 shows a schematic configuration of a second embodiment of the present invention, and the same parts as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals.
[0091]
In the second embodiment, an IR pulse laser capable of causing two-photon excitation to a sample is added as laser light for illumination of a scanning laser microscope.
[0092]
The two-photon excitation scanning laser microscope is disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. H11-157, and is illuminated at an infrared wavelength, so that the illumination light has good permeability to the sample, and the illumination light extends to a deep part of the sample. It is suitable for thick samples because it reaches it. The location where two-photon excitation occurs is limited to the focus position where high instantaneous energy is collected, so fluorescence and photochemical reactions are limited to one point inside the thick sample. Can be generated. This photochemical reaction includes local release of a chemical substance in a sample, such as caged. Normally, ultraviolet light having a short wavelength and high energy is used to release the caged compound. In the case of two-photon excitation, an IR pulse laser having low energy can be used by collecting two photons.
[0093]
In the figure,
[0094]
A
[0095]
The
[0096]
As shown in FIG. 5, the
[0097]
A
[0098]
The optical path synthesizing
[0099]
Note that when such an IR pulse laser is used, a fluorescence tomographic image can be obtained by two-photon excitation. In this case, the two-photon excitation phenomenon occurs only at the imaging position, so that the confocal pin Since a hole can be eliminated, fluorescence may be extracted from the optical path between the
[0100]
Others are the same as FIG. 1 mentioned above.
[0101]
In the second embodiment, a pulse laser having a wavelength of 720 nm from the pulse laser light source
[0102]
Next, the operation of the second embodiment configured as described above will be described.
[0103]
In this case, the evanescent excitation
[0104]
Now, when a pulse laser of 720 nm oscillates from the pulse laser light source
[0105]
The pulse laser light introduced into the
[0106]
Further, the light is reflected by the
[0107]
As a result, the
[0108]
Here, the operation of the
[0109]
Now, if the beam emitted from the
[0110]
When this diverging light is incident on the
[0111]
In this way, the
[0112]
Strictly speaking, when the light incident on the
[0113]
Next, the operation of fluorescence observation using evanescent illumination will be described.
[0114]
In this case, when a laser beam of 488 nm oscillates from the
[0115]
Fluorescence (500 to 530 nm) emitted from the
[0116]
Therefore, even in this case, the irradiation position of the
[0117]
In this case, the timing of the irradiation of the 720 nm laser light can be controlled at a high speed by the
[0118]
Further, in the above description, the number of points in the
[0119]
In this manner, a scanning laser microscope system can be obtained in which a plurality of points in the
[0120]
It should be noted that the second embodiment is not limited to the above-described contents, and various modifications are possible. For example, considering the characteristics of the separation
[0121]
In this case, the separation
[0122]
When performing confocal observation of the inside of the
[0123]
With the above configuration, cage release inside the sample by the pulse laser, confocal observation inside the
[0124]
Further, the IR pulse laser was used to cause a photochemical reaction by two-photon excitation in the sample. For example, the wavelength of the IR pulse laser was set to about 800 nm, and the fluorescence tomography inside the
[0125]
Further, the imaging by the
[0126]
FIG. 6 shows a schematic configuration of a main part of a microscope system which enables a fluorescence observation system using such a disk. In this case, a mercury lamp is separately prepared as an illumination light source. When the illumination light is emitted from this illumination light source, it enters the
[0127]
In the above description, a case in which a photochemical reaction is caused in the sample by two-photon excitation and a case in which confocal observation can be performed by switching between confocal observation using laser light for illumination with a scanning laser microscope have been described. If not, the
[0128]
(Third embodiment)
Next, a third embodiment of the present invention will be described.
[0129]
FIG. 7 shows a schematic configuration of the third embodiment of the present invention, and the same parts as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals.
[0130]
In the first embodiment, the evanescent illumination is performed through the objective lens via the epi-illumination tube using the inverted microscope. However, in the third embodiment, the evanescent illumination is performed using the upright microscope. The difference is that the measurement is performed via a condenser unit on the opposite side of the objective lens with respect to the sample.
[0131]
In the figure,
[0132]
A
[0133]
A
[0134]
An
[0135]
The
[0136]
An
[0137]
Above the
[0138]
[0139]
Other configurations such as the configuration inside the
[0140]
Next, the operation of the third embodiment configured as described above will be described.
[0141]
Here, as described in the first embodiment, the evanescent illumination is performed by the 488 nm laser light of the
[0142]
In addition, the excitation
[0143]
First, the operation for fluorescence observation using evanescent illumination will be described.
[0144]
In this case, when a laser beam of 488 nm is oscillated by the
[0145]
The laser light introduced into the
[0146]
As a result, the
[0147]
Accordingly, the range of the fluorescence emitted from the
[0148]
Next, fluorescence observation using illumination by a scanning laser microscope will be described.
[0149]
In this case, when a laser beam of 543 nm is oscillated by the green
[0150]
The 543 nm laser light introduced into the
[0151]
The laser light reflected by the excitation
[0152]
When the
[0153]
In this state, the shape of the reflection surface of the
[0154]
Therefore, even in this case, similarly to the first embodiment, with the mechanical positional relationship between the
[0155]
As in the first embodiment, the high-speed switching between observation of the inside of the sample by the scanning laser microscope and observation of the sample surface by the evanescent illumination and use of illumination by the scanning laser microscope for optical stimulation of the sample are also similar to the first embodiment. It goes without saying that it is possible.
[0156]
Further, as an effect unique to the present embodiment that cannot be obtained in the first embodiment, the evanescent illumination is performed not from the
[0157]
In addition, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be variously modified in an implementation stage without departing from the spirit of the invention.
[0158]
Further, the embodiments include inventions at various stages, and various inventions can be extracted by appropriately combining a plurality of disclosed constituent features. For example, even if some components are deleted from all the components shown in the embodiments, the problem described in the column of the problem to be solved by the invention can be solved, and the problem described in the column of the effect of the invention can be solved. In the case where the effect described above is obtained, a configuration from which this configuration requirement is deleted can be extracted as an invention.
[0159]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, confocal observation by a scanning laser microscope and fluorescence observation by vanescent lighting can be performed simultaneously or by switching, and in particular, the focal position in the optical axis direction on the scanning laser microscope side can be set. Even if it is positively changed, it is possible to provide a microscope system that is easy to use with fluorescence observation using evanescent illumination.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram illustrating a schematic configuration in which main parts of the first embodiment are enlarged.
FIG. 3 is a diagram for explaining a wavefront conversion element used in the first embodiment.
FIG. 4 is a diagram showing a schematic configuration of a second embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a diagram for explaining a beam expander unit used in the second embodiment.
FIG. 6 is a diagram showing a schematic configuration of a modification of the second embodiment.
FIG. 7 is a diagram showing a schematic configuration of a third embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a diagram illustrating a schematic configuration in which main parts of a third embodiment are enlarged.
[Explanation of symbols]
1. Laser
3 ... Green
5. Dichroic mirror, 6a. 6b: Optical path, 7: Beam splitter
8a. 8b ... AOTF, 9a. 9b… Single mode fiber
10: scanning unit, 10a: visible laser light introduction port
10b: second port, 11: reflected light projection tube, 11a: laser light introduction port
12: collimating lens, 13: excitation dichroic mirror
13a: Excitation dichroic mirror, 14: Wavefront conversion element
14a, 14b: reflective surface, 14d: divergent light
15 ... Galvano mirror unit, 15a. 15b: Galvanometer mirror
16: confocal lens, 17: reflection mirror, 18: confocal pinhole
19: barrier filter, 20: photodetector, 21: pupil projection lens unit
21a: pupil projection lens, 22: inverted microscope body, 22a: bottom port
23: imaging lens, 24: objective lens, 24a: pupil position
24b: tip lens, 24f: divergent light, 25: sample
26: Stage, 27: Petri dish, 27a: Water, 28: Cover glass
28a: sample side interface, 31: collimating lens, 32: condensing lens
33… Excitation dichroic mirror for evanescent
331: Turret, 35: Separable dichroic mirror
36: barrier filter, 37: imaging lens, 38: CCD detector
38a: light receiving surface, 39: control unit, 41: IR pulse laser unit
42: pulse laser light source body, 43: AOM, 44: reflection mirror
45 ... Beam expander unit, 45a. 45b ... Lens
46: Reflection mirror, 47: Optical path combining dichroic mirror
Reference numeral 50: Table, 50a: Hole, 51: Upright microscope body
52: Revo arm, 53: Condenser lens unit
53a: condenser lens, 53c: mirror
53d: laser beam, 54: stage, 55: evanescent lighting unit
55a: Collimating lens, 55b: Condensing lens
56: transmitted illumination lamp house, 57: middle lens barrel, 57a: relay lens
57b: Excitation dichroic mirror, 58: Mercury lamp house
59: lens barrel, 60: imaging lens, 61: beam splitter
62: disk, 63: imaging lens, 64: CCD detector
Claims (15)
前記第1の光源からのレーザ光を試料上に集光させる対物レンズと、
前記レーザ光を前記試料上で2次元走査する光走査手段と、
前記試料にエバネッセント照明を行うための光を発生する第2の光源と、
前記第1の光源からのレーザ光の光路に設けられ、前記レーザ光の前記試料上の集光位置を前記対物レンズの光軸方向に光学的に可変制御する集光位置制御手段と、
前記エバネッセント照明により発生する蛍光を撮像する撮像手段と、を具備し、
前記試料にエバネッセント照明を行なう条件を満足するように前記対物レンズと前記試料の機械的な位置関係を固定した状態で、前記集光位置制御手段により前記レーザ光の前記試料面上の集光位置を制御可能としたことを特徴とする顕微鏡システム。A first light source for generating laser light,
An objective lens for converging laser light from the first light source on a sample,
Light scanning means for two-dimensionally scanning the sample with the laser light;
A second light source that generates light for performing evanescent illumination on the sample;
Focusing position control means provided in an optical path of laser light from the first light source and optically variably controlling a focusing position of the laser light on the sample in an optical axis direction of the objective lens;
Imaging means for imaging fluorescence generated by the evanescent illumination,
With the mechanical positional relationship between the objective lens and the sample fixed so as to satisfy the conditions for performing evanescent illumination on the sample, the focusing position of the laser light on the sample surface is controlled by the focusing position control means. A microscope system characterized in that the microscope can be controlled.
前記第1および第2の光源は、それぞれレーザ光を導出するための第1および第2の光ファイバを各別に設け、
前記第1の光ファイバを通したレーザ光を前記対物レンズにより前記試料上に集光させるための光源および前記第2の光ファイバを通したレーザ光を前記試料にエバネッセント照明を行うための光源として用いることを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の顕微鏡システム。The second light source is a laser light source that generates laser light, and constitutes a single laser light source unit together with the first light source,
The first and second light sources are respectively provided with first and second optical fibers for deriving laser light, respectively.
A light source for condensing the laser light passing through the first optical fiber on the sample by the objective lens and a light source for performing evanescent illumination on the sample with the laser light passing through the second optical fiber The microscope system according to any one of claims 1 to 3, wherein the microscope system is used.
前記光検出手段による検出と前記撮像手段による前記蛍光の撮像を同期させて制御することを特徴とする請求項10記載の顕微鏡システム。The confocal observation means has a light detection means for detecting light emitted from a condensing position on the sample,
The microscope system according to claim 10, wherein detection by the light detection unit and imaging of the fluorescence by the imaging unit are controlled in synchronization.
前記第1のレーザ光源からのレーザ光を試料上に集光させる対物レンズと、前記レーザ光を試料上で2次元走査する光走査手段と、
前記対物レンズを介して前記試料上の照明を行うための光を発生する第2の光源と、
前記第2の光源からの照明により前記試料より発する光を撮像する撮像手段と、
光走査手段からのレーザ光と前記第2の光源から発した光のそれぞれが前記対物レンズに向かう途中でそれぞれの光軸を同軸に導く光路合成手段と、
前記第1の光源からのレーザ光の光路に設けられ、前記レーザ光の前記試料上の集光位置を前記対物レンズの光軸方向に光学的に可変制御する集光位置制御手段と、を具備し、
前記対物レンズと前記試料の機械的な位置関係を固定した状態で、前記集光位置制御手段により前記レーザ光の前記試料面上の集光位置を制御可能としたことを特徴とする顕微鏡システム。A first light source for generating laser light,
An objective lens that focuses laser light from the first laser light source on a sample, an optical scanning unit that two-dimensionally scans the laser light on the sample,
A second light source that generates light for performing illumination on the sample via the objective lens;
Imaging means for imaging light emitted from the sample by illumination from the second light source;
Optical path combining means for guiding the respective optical axes coaxially while the laser light from the light scanning means and the light emitted from the second light source are on their way to the objective lens;
Focusing position control means provided on an optical path of laser light from the first light source, and optically variably controlling a focusing position of the laser light on the sample in an optical axis direction of the objective lens; And
A microscope system, wherein a focusing position of the laser beam on the sample surface can be controlled by the focusing position control unit in a state where a mechanical positional relationship between the objective lens and the sample is fixed.
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