JP2004309785A - Microscope system - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a microscope system in which a confocal observation using a scanning type laser microscope and a fluorescent observation using evanescent illumination can be simultaneously or switchably performed, and especially even when a focal position in an optical direction on the scanning type laser microscope side is positively changed, the usability for the fluorescent observation using the evanescent illumination is excellent. <P>SOLUTION: A laser beam from an Ar laser 2 is converged onto a sample 25 through a scanning unit 10 and an objective lens 24 so as to be two-dimensionally scanned, evanescent illumination is generated on the sample 25 by a laser beam from a green helium neon laser 3 and a wave front conversion element 14 is arranged on the optical path of the laser beam from the Ar laser 2. Then mechanical positional relation between the objective lens 24 and the sample 25 is fixed on the sample 25 so that a condition for performing evanescent illumination is satisfied and the converged position of the laser beam on the surface of the sample 25 can be controlled by the wave front conversion element 14. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

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 Patent Document 1, a scanning laser microscope focuses laser light from a laser light source on a sample using an objective lens, optically two-dimensionally scans the focus point, and scans the sample from the sample. (Especially fluorescence) passes through the objective lens again, is detected by a photodetector through a confocal pinhole, and two-dimensional information is obtained. In other words, it is known that a scanning laser microscope has a resolution in the optical axis direction because it can cut light from a position other than the focal point by using a confocal pinhole. A plurality of two-dimensional slice images are obtained by varying the relative positional relationship between the sample and the electric focusing mechanism such as a stepping motor, and these two-dimensional images are three-dimensionally constructed. An image can be obtained.
[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, Patent Document 2. The evanescent illumination here differs from the conventional coaxial epi-illumination, which irradiates the entire sample with excitation light such as a mercury lamp, because the irradiation range on the sample is extremely shallow in the depth direction of the sample. The feature is that information can be obtained with high sensitivity.
[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 claim 1 includes a first light source that generates a laser beam, an objective lens that focuses the laser beam from the first light source on a sample, and two-dimensional scanning of the laser beam on the sample. A light scanning unit for emitting light for performing evanescent illumination on the sample, and a light source provided on an optical path of laser light from the first light source, and condensing the laser light on the sample. Focusing position control means for optically variably controlling the position in the optical axis direction of the objective lens, and imaging means for imaging fluorescence generated by the evanescent illumination, and a condition for performing evanescent illumination on the sample is provided. In a state where the mechanical positional relationship between the objective lens and the sample is fixed so as to satisfy the condition, the focus position of the laser light on the sample surface can be controlled by the focus position control means. That.
[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, reference numeral 1 denotes a laser light source unit, which has an Ar laser 2 oscillating 488 nm laser light and a green helium neon laser 3 oscillating 543 nm laser light.
[0039]
A reflection mirror 4 is arranged on the optical path of the laser light from the green helium neon laser 3. A dichroic mirror 5 is disposed on the optical path of the laser beam from the Ar laser 2 at the intersection with the laser beam reflected by the reflection mirror 4. The dichroic mirror 5 combines these two laser light paths, and transmits the laser light from the Ar laser 2 and reflects the laser light reflected by the reflection mirror 4. In other words, the dichroic mirror 5 here has such characteristics that it reflects 543 nm laser light and transmits 488 nm laser light.
[0040]
A beam splitter 7 is arranged on the optical path of the laser light synthesized by the dichroic mirror 5. The beam splitter 7 divides the optical path synthesized by the dichroic mirror 5 into two, an optical path 6a for scanning laser microscope illumination and an optical path 6b for evanescent illumination. Here, the beam splitter 7 reflects 30% with respect to the optical path 6a for illumination of the scanning laser microscope and transmits 70% with respect to the optical path 6b for evanescent illumination in both the wavelength ranges of 488 nm and 543 nm. Has characteristics. The ratio of reflection and transmission in the beam splitter 7 is merely an example, and a configuration in which the ratio can be switched to another ratio may be adopted.
[0041]
On the optical paths 6a and 6b separated by the beam splitter 7, wavelength-selective acousto-optic elements (AOTFs) 8a and 8b are separately arranged.
[0042]
An incident end of a single mode fiber 9a as a first optical fiber is disposed on an optical path 6a for illumination of the scanning laser microscope, and a laser beam for illumination of the scanning laser microscope is sent to the scanning unit 10 via the single mode fiber 9a. Is to lead to.
[0043]
On the other hand, an incident end of a single mode fiber 9b as a second optical fiber is arranged on the optical path 6b for evanescent illumination, and guides the laser light for evanescent illumination to the epi-illumination tube 11 via the single mode fiber 9b. It has become.
[0044]
The scanning unit 10 is provided with a visible laser light introduction port 10a for introducing laser light emitted from the single mode fiber 9a. A collimator lens 12 and an excitation dichroic mirror 13 are arranged on the optical path of laser light emitted from the visible laser light introduction port 10a.
[0045]
The collimating lens 12 converts laser light emitted from the visible laser light introduction port 10a into collimated light. The excitation dichroic mirror 13 has such characteristics that it reflects the wavelength of laser light (488 nm, 543 nm) and transmits the wavelength range of fluorescence (500 to 530 nm and 560 to 650 nm) emitted from the sample 25 described later.
[0046]
On the reflected light path of the excitation dichroic mirror 13, a wavefront conversion element 14 as a light condensing position control means and a galvano mirror unit 15 as an optical scanning means are arranged.
[0047]
The wavefront conversion element 14 is capable of converting the wavefront of the laser light as disclosed in, for example, Patent Document 3 and Patent Document 4. That is, the reflection surface can be minutely changed by applying a voltage to the element itself. By changing the reflection surface and changing the optical power, the optical axis in the sample 25 can be changed as described later. It is possible to move the beam condensing position in the direction without moving the mechanical positional relationship between the objective lens 24 and the sample 25. In addition, it is also possible to cancel the aberration generated at that time.
[0048]
FIG. 3 illustrates the operation state of the wavefront conversion element 14. When the reflection surface 14a is flat as shown by the solid line in FIG. 3, there is no optical power, and the laser light reflected from the reflection surface 14a When the reflecting surface 14a is minutely deformed (curved) by applying a voltage as shown by a broken line in the drawing, the laser light reflected by the deformed reflecting surface 14b is The light is emitted as slightly divergent light as indicated by a broken line 14d.
[0049]
A galvanomirror unit 15 is arranged on the reflected light path of the wavefront conversion element 14. The galvanomirror unit 15 has two galvanomirrors 15a and 15b for deflecting light in two orthogonal directions. The galvanomirrors 15a and 15b scan laser light in a two-dimensional direction. I have.
[0050]
On the other hand, a confocal lens 16, a reflecting mirror 17, a confocal pinhole 18, which constitutes a confocal observation means, and a fluorescence wavelength region to be detected by cutting the excitation laser light are extracted on the transmission optical path of the excitation dichroic mirror 13 described above. The barrier filter 19 and the light detector 20 are arranged. The photodetector 20 here uses, for example, a photomultiplier.
[0051]
The scanning unit 10 is connected to a microscope body, here an inverted microscope body 22, via a pupil projection lens unit 21. The inverted microscope main body 22 has a bottom port 22a formed in a hole 50a formed on the table 50, and the scanning unit 10 is connected to the bottom port 22a via the pupil projection lens unit 21. .
[0052]
A pupil projection lens 21a in the pupil projection lens unit 21, an imaging lens 23 in the inverted microscope main body 22, and an objective lens 24 are arranged on the optical path of the laser light emitted from the galvanometer mirror unit 15 of the scanning unit 10. Have been.
[0053]
A fluorescently labeled sample 25 is arranged at the light-converging position of the tip lens 24b of the objective lens 24. The sample 25 is fixed to a cover glass 28 attached to a petri dish 27 arranged on a stage 26 as shown in FIG. In this case, the petri dish 27 is filled with a liquid for protecting the sample 25, for example, water. Immersion oil is filled between the tip lens 24b of the objective lens 24 and the cover glass 28 so as to secure a high NA and cause total reflection by evanescent illumination.
[0054]
On the other hand, the above-mentioned incident light projection tube 11 is provided with a laser light introduction port 11a for introducing laser light emitted from the single mode fiber 9b. A collimator lens 31 and a condenser lens 32 are arranged on the optical path of the laser light emitted from the laser light introduction port 11a.
[0055]
The collimating lens 31 converts laser light emitted from the laser light introduction port 11a into collimated light. The condenser lens 32 condenses the collimated light from the collimator lens 31 to the pupil position 24a of the objective lens 24.
[0056]
An evanescent excitation dichroic mirror 33 is arranged in an optical path between the condenser lens 32 and the objective lens 24 (between the imaging lens 23 and the objective lens 24). The evanescent excitation dichroic mirror 33 combines the optical paths such that the respective optical axes lead coaxially while the laser light from the scanning unit 10 and the laser light from the epi-illumination light pipe 11 are on their way to the objective lens 24. Then, the laser beam for the evanescent illumination from the condenser lens 32 is reflected, the fluorescence emitted from the sample 25 is transmitted by the evanescent illumination, and the wavelength of the laser beam for the scanning laser microscope illumination from the other scanning unit 10 and its wavelength It has a property of transmitting the fluorescence emitted from the sample 25 by the irradiation of the laser beam.
[0057]
A plurality of evanescent excitation dichroic mirrors 33 are prepared in accordance with the wavelength of laser light for evanescent illumination and illumination of a scanning laser microscope, and the wavelength of fluorescence emitted from the sample 25. These evanescent excitation dichroic mirrors 33 are turrets. 331, and can be selectively switched on the optical path by an electric switching mechanism (not shown).
[0058]
In the optical path between the imaging lens 23 and the evanescent excitation dichroic mirror 33, a separation dichroic mirror 35 is disposed. The separation dichroic mirror 35 reflects the fluorescence emitted from the sample 25 by the evanescent illumination and transmits the wavelength of the other laser light for illumination of the scanning laser microscope and the wavelength of the fluorescence emitted from the sample 25 by the irradiation of the laser light. It has the following characteristics.
[0059]
The separation dichroic mirror 35 can be retracted from the optical path by an electric moving mechanism (not shown), and is retracted from the optical path when performing only illumination and observation by the scanning laser microscope.
[0060]
In the reflection optical path of the separation dichroic mirror 35, a barrier filter 36 as filter means, an imaging lens 37, and a CCD detector 38 as image pickup means are arranged.
[0061]
The barrier filter 36 has characteristics such that the respective wavelengths of the laser beams for evanescent illumination and scanning laser microscope illumination are cut, and the wavelength range of the fluorescence emitted from the sample 25 by the evanescent illumination is transmitted. The imaging lens 37 forms an image of the fluorescence from the sample 25 emitted by the evanescent illumination that has passed through the barrier filter 36 on the light receiving surface 38 a of the CCD detector 38. The CCD detector 38 captures the fluorescent light imaged on the light receiving surface 38a.
[0062]
Reference numeral 39 denotes a control unit. The control unit 39 electrically switches the evanescent excitation dichroic mirror 33, inserts and removes the separation dichroic mirror 35 from the optical path, captures an image with the CCD detector 38, and uses a galvanomirror in the scanning unit 10. The control of the unit 15, the wavefront conversion element 14, and the photodetector 20, the control of the scanning laser microscope in the laser light source unit 1, and the control of the AOTFs 8a and 8b for selecting each of the illumination laser wavelengths of evanescent are performed.
[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 Ar laser 2 and illumination of the scanning laser microscope is performed by 543 nm laser light of the green helium neon laser 3.
[0065]
In this case, the evanescent excitation dichroic mirror 33 has a characteristic of reflecting a wavelength of 488 nm and transmitting a wavelength range of 500 to 650 nm, and the separation dichroic mirror 35 reflects a wavelength range of 500 to 530 nm. Those having a characteristic of transmitting a wavelength range of 543 to 650 nm are used. The barrier filter 36 has a characteristic of transmitting fluorescence in a wavelength range of 500 to 530 nm and cutting a wavelength range of 488 nm and a wavelength range of 543 to 700 nm, and the barrier filter 19 in the scanning unit 10 has a wavelength of 488 nm. A material that cuts the wavelength range of 54543 nm and transmits the wavelength range of 560 to 650 nm is used.
[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 Ar laser 2, the wavelength of the laser beam is selected by the AOTF 8b and guided to the epi-illumination tube 11 by the single mode fiber 9b for evanescent illumination.
[0068]
The laser light introduced into the epi-illumination light pipe 11 is collimated by a collimating lens 31 and is condensed by a condenser lens 32 at an end of a pupil position 24 a of the objective lens 24. In this case, as shown in FIG. 2, the tip lens 24b of the objective lens 24 is focused on a region of the sample 25 near the sample-side interface 28a of the cover glass 28. As a result, the laser beam 24c (hatched portion) condensed at the end of the pupil position 24a of the objective lens 24 becomes parallel light by the tip lens 24b, and irradiates the sample-side interface 28a of the cover glass 28 at an oblique direction at a certain angle. You. This angle is set to an angle at which the laser light 24c causes total reflection at the sample-side interface 28a, and the totally reflected laser light 24c passes through the direction 24c 'in the figure. At this time, a very small part of the laser light oozes from the sample-side interface 28a of the cover glass 28 to the sample 25 side, and the light that oozes out from the sample-side interface 28a in the depth direction of the sample 25 becomes evanescent light. The amount of the sample 25 oozing in the depth direction is about the wavelength of the light source (here, 500 nm).
[0069]
Therefore, the range of the fluorescence emitted from the sample 25 by such evanescent illumination becomes about the wavelength width in the depth direction, and the fluorescence image to be detected has a low background and can be observed with good S / N. A detailed description of this is described in Patent Document 2, for example.
[0070]
In addition, fluorescence (500 to 530 nm) emitted from the sample 25 by the laser beam for evanescent illumination of 488 nm passes through the center of the objective lens 24, passes through the evanescent excitation dichroic mirror 33, and is reflected by the separation dichroic mirror 35. . Then, only the fluorescence wavelength emitted from the sample 25 by the evanescent illumination is transmitted by the barrier filter 36 and captured by the CCD detector 38.
[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 helium neon laser 3, the wavelength of the laser beam is selected by the AOTF 8a and guided to the scanning unit 10 by the single mode fiber 9a for illumination of the scanning laser microscope.
[0073]
The 543 nm laser light introduced into the scanning unit 10 is collimated by the collimating lens 12 and reflected by the excitation dichroic mirror 13.
[0074]
The laser light reflected by the excitation dichroic mirror 13 is reflected by the wavefront conversion element 14 and enters the galvanomirror unit 15. Then, the light passes through the pupil projection lens 21a and the imaging lens 23, passes through the separation dichroic mirror 35, and the evanescent excitation dichroic mirror 33, enters the objective lens 24, and forms an image in the sample 25.
[0075]
When the sample 25 is irradiated with a laser beam of 543 nm, the fluorescence (560 to 650 nm) wavelength emitted from the sample 25 travels in the above-described path of the illumination light in the reverse direction and passes through the excitation dichroic mirror 13 in the scanning unit 10. Then, the light is condensed on a confocal pinhole 18 via a confocal lens 16 and a reflecting mirror 17. In this case, the confocal pinhole 18 is narrowed to the diffraction limit of the light to be collected. Thus, the fluorescent light emitted from the sample 25 can cut off light components other than the focal plane of the sample 25. Then, the fluorescent light (560 to 650 nm) transmitted through the confocal pinhole 18 transmits through the barrier filter 19 and is detected by the photodetector 20. In this case, the output detected by the photodetector 20 is used to acquire a slice image of the sample 25.
[0076]
Next, a case where the focusing position of the laser light for illumination of the scanning laser microscope in the sample 25 is variably controlled in the optical axis direction by the wavefront conversion element 14 will be described.
[0077]
In this case, when the reflection surface 14a of the wavefront conversion element 14 is flat as shown by the solid line in FIG. 3, there is no optical power, and the laser light reflected by the wavefront conversion element 14 As described above, the light enters the galvanomirror unit 15 as parallel light, and after the luminous flux diameter is enlarged by the pupil projection lens 21a and the imaging lens 23, the light enters the objective lens 24 as parallel light. The laser beam at this time is a solid line 24e shown in FIG. 2, and the position where the image is formed in the sample 25 coincides with the focal position of the objective lens 24, and is the same as the focus plane for observing the fluorescence by evanescent illumination.
[0078]
Next, when a voltage is applied to the wavefront conversion element 14, the reflecting surface 14a is slightly deformed (curved) as shown by the broken line in the figure, and the laser light reflected by the deformed reflecting surface 14b is slightly deformed as shown by the broken line 14d. The light is emitted as divergent light.
[0079]
When the diverging light 14d enters the objective lens 24, the diverging light 14d becomes like a diverging light 24f indicated by a dotted line shown in FIG. 2, and is collected in a position 25f inside the sample 25 inside the sample-side interface 28a of the cover glass 28. Light.
[0080]
Then, the light emitted from the position 25f in the sample 25 travels in the same direction as the above-mentioned illumination light in the opposite direction, returns to the wavefront conversion element 14, and is converted into parallel light by the deformed reflection surface 14b of the wavefront conversion element 14. The light is converted and returns to the excitation dichroic mirror 13 to be transmitted. Then, the light emitted from a position 25f in the sample 25 is detected by the photodetector 20 through the confocal lens 16, the reflection mirror 17, the confocal pinhole 18, and the barrier filter 19.
[0081]
Similarly, the voltage applied to the wavefront conversion element 14 is similarly varied, and the shape of the reflecting surface is arbitrarily changed, thereby condensing the laser light for scanning laser microscope illumination in the optical axis direction in the sample 25. The position can be arbitrarily changed, and light emitted from these focal positions can be detected.
[0082]
Therefore, this configuration includes variable control of the observation section in the optical axis direction with the mechanical positional relationship between the objective lens 24 and the sample 25 fixed so as to satisfy the condition for performing the evanescent illumination on the sample 25. Both confocal observation with a scanning laser microscope and fluorescence observation with evanescent illumination can be performed. This makes it possible to realize a microscope system that is easy to use for fluorescence observation by evanescent illumination even if the focal position in the optical axis direction on the scanning laser microscope side is positively changed. Further, since the reflection surface shape of the wavefront conversion element 14 can be switched at a high speed of several MHz as disclosed in Patent Document 3, for example, confocal observation of the inside of the sample 25 by a scanning laser microscope and evanescent illumination It is also possible to perform fluorescence observation of the cell surface by switching at high speed.
[0083]
At this time, the imaging timing of the CCD detector 38 for imaging the fluorescence by the evanescent illumination, the two-dimensional scanning of the laser light by the galvanomirror unit 15, the switching of the reflection surface shape by the wavefront conversion element 14, the wavelength selection of the AOTFs 8a and 8b Each control such as the above needs to be performed by the control unit 39 in synchronization. For example, when a laser beam for scanning laser microscope illumination is focused on a position 25f in the sample 25 and a partial area in the plane direction is observed at the position 25f, the wavefront conversion element 14 is used as shown in FIG. And the scanning angle of the galvanometer mirrors 15a and 15b of the galvanometer mirror unit 15 is changed in order to specify the scanning position of the sample 25 in a plane orthogonal to the optical axis. Further, the photodetector 20 controls to detect the intensity of light corresponding to the swing angle (scanning position) of the galvanometer mirror unit 15. The AOTF 8a selects light of 543 nm, and the AOTF 8b does not select light of 488 nm and 543 nm.
[0084]
Next, when switching to fluorescence observation by evanescent illumination, the AOTF 8a does not select the laser light of 488 nm and 543 nm, but selects the laser light of 488 nm by the AOTF 8b. Then, imaging is performed by the CCD detector 38. Here, not only the switching of the wavefront conversion element 14, but also the wavelength selection of the AOTFs 8a and 8b can be performed at a high speed of several MHz, so that both observation switching can be performed at a high speed.
[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 sample 25 instead of using laser light for scanning laser microscope illumination for confocal observation, light stimulation is applied to the cells. It is possible to use for. In this case, a light stimulus is applied to one point inside the sample 25, and the time-dependent change in the amount of fluorescence on the cell surface at that time is observed by fluorescence observation using evanescent illumination. At this time, the movement of the position of the light stimulus by the laser light for scanning laser microscope illumination can be performed at high speed by controlling the wavefront conversion element 14 and the galvanometer mirror unit 15. In this case, by changing the ratio of the laser light to the optical paths 6a and 6b separated by the beam splitter 7, the intensity of the laser light for scanning laser microscope illumination can be adjusted to an optimum intensity.
[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 Ar laser 2 and the green helium neon laser 3 are housed in the common laser light source unit 1. Then, the laser light emitted from the Ar laser 2 and the green helium neon laser 3 is split into two optical paths by the beam splitter 7 and introduced into two single-mode fibers 9a and 9b, which are respectively guided to the illumination optical paths. The Ar laser 2 and the green helium neon laser 3 may be provided separately. In this case, the light quantity is not reduced by the beam splitter 7.
[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, reference numeral 41 denotes an IR pulse laser unit. The IR pulse laser unit 41 is an acousto-optic modulator (hereinafter referred to as AOM) which can switch between a pulse laser light source main body 42 for oscillating 720 nm pulse light and laser irradiation at high speed. 43. The AOM 43 is controlled by the control unit 39.
[0094]
A reflection mirror 44 is arranged on the optical path of the light emitted from the AOM 43.
[0095]
The second port 10b of the scanning unit 10 is disposed on the reflection optical path of the reflection mirror 44. At the second port 10b of the scanning unit 10, a beam expander unit 45 for converting the beam diameter of the laser beam from the reflection mirror 44 to an appropriate diameter is attached as a light-converging position control means.
[0096]
As shown in FIG. 5, the beam expander unit 45 has lenses 45a and 45b that constitute means for converting the laser beam diameter to an appropriate beam diameter on the optical axis. Of these lenses 45a and 45b, the position of the lens 45a can be moved in the optical axis direction, that is, in the direction of the arrow 45c by an electric moving mechanism (not shown), and the movement of the lens 45a causes the beam expander unit 45 to move. The degree of collimation of the emitted beam can be changed.
[0097]
A reflection mirror 46 is arranged on the optical path of the light emitted from the beam expander unit 45. In addition, an optical path combining dichroic mirror 47 is disposed on the reflection optical path of the reflection mirror 46.
[0098]
The optical path synthesizing dichroic mirror 47 is inserted in the optical path between the collimator lens 12 and the excitation dichroic mirror 13 and reflects the wavelength of 720 nm incident from the reflecting mirror 46 and transmits the wavelengths of 488 nm and 543 nm. The reflection optical path of the reflection mirror 46 is coupled to the optical path of the visible light laser (488 nm, 543 nm) from the visible laser light introduction port 10a.
[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 pupil projection lens 21a and the imaging lens 23 and detected by a photodetector such as a photomultiplier.
[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 main body 42 is used as the illumination laser light of the scanning laser microscope, and the three-dimensional thickness and surface directions of the sample 25 are used. By performing fluorescence observation by evanescent illumination using the wavelength (488 nm) of the Ar laser 2 mounted on the laser light source unit 1 while causing caged release at an arbitrary arbitrary position, the cell surface, which is the sample 25, can be measured over time. It is possible to observe target changes.
[0102]
Next, the operation of the second embodiment configured as described above will be described.
[0103]
In this case, the evanescent excitation dichroic mirror 33 has a characteristic of reflecting 488 nm and transmitting in a wavelength range of 500 to 900 nm, and can be selectively switched on the optical path by an electric switching mechanism (not shown). I have. The separation dichroic mirror 35 has a characteristic of reflecting a wavelength range of 500 to 650 nm and transmitting a wavelength of 720 nm. The barrier filter 36 has a characteristic of transmitting fluorescence in a wavelength range of 500 to 650 nm and cutting wavelengths of 488 nm and 720 nm. The excitation dichroic mirror 13b in the scanning unit 10 has a characteristic of reflecting a wavelength range of 720 to 900 nm and transmitting a wavelength range of 500 to 650 nm.
[0104]
Now, when a pulse laser of 720 nm oscillates from the pulse laser light source main body 42, the pulse laser is incident on the second port 10b of the scanning unit 10 via the AOM 43 and the reflection mirror 44.
[0105]
The pulse laser light introduced into the second port 10b passes through the beam expander unit 45, and is reflected by the excitation dichroic mirror 13 via the reflection mirror 46 and the optical path combining dichroic mirror 47.
[0106]
Further, the light is reflected by the wavefront conversion element 14, passes through the galvanomirror unit 15, the pupil projection lens 21 a, and the imaging lens 23, passes through the separation dichroic mirror 35, and the evanescent excitation dichroic mirror 33. Is collected.
[0107]
As a result, the sample 25 is excited by two photons at the focal point of the pulsed laser light in the sample 25, and the caged state is released. The position in the sample 25 to be caged can be arbitrarily changed in the optical axis direction, which is the thickness direction of the sample 25, by controlling the movement of the lens 45a of the beam expander unit 45 in the direction of the arrow 45c shown in FIG. By means of the 15 scanning controls, it can be arbitrarily changed in a plane perpendicular to the optical axis in the sample 25.
[0108]
Here, the operation of the beam expander unit 45 will be further described with reference to FIGS.
[0109]
Now, if the beam emitted from the lens 45a in the beam expander unit 45 is in a state of parallel light (solid line in the drawing), a laser beam shown by a solid line 24e in FIG. The light is focused near the interface 28a between the cover glass 28 and the sample 25 by the tip lens 24b. On the other hand, when the position of the lens 45a is moved to a position 45d indicated by a dotted line by an electric moving mechanism (not shown), the collimation state of the laser light emitted from the beam expander unit 45 changes, and a slight diverging light It becomes.
[0110]
When this diverging light is incident on the objective lens 24, it becomes like a diverging light 24f indicated by a dotted line in FIG. 2 and is condensed at a position 25f inside the sample 25 inside the sample-side interface 28a of the cover glass 28. I do. By controlling the beam expander unit 45 in this manner, the focusing position in the optical axis direction in the sample 25 can be changed.
[0111]
In this way, the beam expander unit 45 and the galvanomirror unit 15 control the condensing position in the sample 25, that is, the position at which the pulsed laser is irradiated and the caged position can be released by two-photon excitation. It can be freely selected dimensionally.
[0112]
Strictly speaking, when the light incident on the objective lens 24 becomes divergent light, a wavefront aberration occurs and the imaging performance deteriorates, but this is not a problematic level. In particular, in the second embodiment, since the illumination light from the scanning unit 10 is used to cause a photochemical reaction in the sample 25, it is not necessary to consider the performance degradation on the detection side.
[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 Ar laser 2 in the laser light source unit 1, the wavelength of the laser beam of 488 nm is selected by the AOTF 8b, and guided to the incident light projection tube 11 by the single mode fiber 9b. Then, the light is collimated by the collimator lens 31 and is condensed by the condenser lens 32 at the end of the pupil position 24a of the objective lens 24. At this time, the objective lens 24 is focused on a sample area close to the sample-side interface 28a of the cover glass 28. As a result, the evanescent light oozing from the interface of the cover glass 28 toward the sample emits fluorescence. As described in the first embodiment, the range in which the fluorescence is emitted is about the wavelength width in the depth direction, and observation with a low background and good S / N is possible.
[0115]
Fluorescence (500 to 530 nm) emitted from the sample 25 by the evanescent illumination of 488 nm passes through the center of the objective lens 24, passes through the evanescent excitation dichroic mirror 33, and is reflected by the separation dichroic mirror 35. Then, the fluorescence by the evanescent illumination is imaged by the CCD detector 38.
[0116]
Therefore, even in this case, the irradiation position of the sample 25 with the laser beam of 720 nm for the illumination of the scanning laser microscope can be changed with the galvanometer mirror unit 15 without changing the mechanical positional relationship between the objective lens 24 and the sample 25. Since the beam can be freely selected by the beam expander unit 45, a part of the deep part of the sample 25 is photostimulated by a laser beam of 720 nm for scanning laser microscope illumination, and evanescent illumination is performed while causing cage release by two-photon excitation. Can be observed. That is, at least one of the control of the condensing position of the laser light on the surface of the sample 25 by the beam expander unit 45 and the control of the two-dimensional scanning of the laser light on the sample 25 by the galvanometer mirror unit 15 and the operation of the CCD detector 38 By synchronizing the imaging of fluorescence, observation by evanescent illumination can be performed while cage release is caused by two-photon excitation.
[0117]
In this case, the timing of the irradiation of the 720 nm laser light can be controlled at a high speed by the AOM 43. For example, fluorescence observation by evanescent illumination is performed by the CCD detector before and after the cage release from the scanning unit 10 by the 720 nm laser light occurs. 38, the irradiation of 720 nm laser light from the scanning unit 10 is repeated at a predetermined cycle, and during this period, the fluorescence observation by the evanescent illumination is imaged plural times by the CCD detector 38. And so on. This makes it possible to observe, for example, a change with time of the surface of the sample 25 due to the release of the deep cage of the sample 25 with high S / N in real time. In such a synchronous operation, the irradiation timing of the 720 nm laser light from the scanning unit 10 and the imaging timing by the CCD detector 38 do not necessarily have to be the same.
[0118]
Further, in the above description, the number of points in the sample 25 where the cage release is to be performed is one, but a plurality of points may be used. In this case, the plurality of points are switched by the galvanometer mirror unit 15 in the plane of the sample 25, the beam expander unit 45 in the optical axis direction, and the AOM 43 in the irradiation timing control. , Respectively, in synchronization with the imaging by the CCD detector 38.
[0119]
In this manner, a scanning laser microscope system can be obtained in which a plurality of points in the sample 25 are sequentially irradiated with laser light, and the aging of the surface of the sample 25 can be observed with high S / N while canceling caged state. Further, the evanescent illumination and the imaging by the CCD detector 38 and the irradiation of the 720 nm laser light from the scanning unit 10 are not necessarily required to be simultaneous, and the timing of the irradiation time of the 720 nm laser light by the AOM 43 is controlled. It is also possible to aim at the time between each frame imaging of the CCD detector 38. In this case, as a characteristic of the barrier filter 36 in the optical path of the CCD detector 38, there is no need to cut off light having a wavelength of 720 nm, which not only facilitates manufacturing but also improves the transmittance in the fluorescent wavelength region to be captured. There are advantages such as.
[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 dichroic mirror 35, the barrier filter 36, the excitation dichroic mirror 13 and the barrier filter 19 in the scanning unit 10, the laser light source unit 1 described in the first embodiment can be added to the system described above. It is also possible to incorporate confocal observation by using a laser beam for illumination of a scanning laser microscope of 543 nm oscillating from. In this case, the timing of irradiating the sample 25 with the 543 nm illumination laser light from the scanning unit 10 and the timing of irradiating the 488 nm evanescent illumination laser light onto the sample 25 are synchronized. Thereby, the confocal observation and the observation by the evanescent illumination are performed in synchronization, and the timing of the light detection by the photodetector 20 and the timing of the imaging of the fluorescence by the CCD detector 38 are also performed in synchronization.
[0121]
In this case, the separation dichroic mirror 35 has a characteristic of reflecting the wavelength range of 500 to 530 nm and transmitting the wavelength range of 543 to 720 nm, and the barrier filter 36 transmits the fluorescence of the wavelength range of 500 to 530 nm. In addition, those having characteristics of cutting a wavelength of 488 nm and a wavelength range of 543 to 720 nm are used. The excitation dichroic mirror 13 in the scanning unit 10 has a characteristic of reflecting the wavelengths of 543 nm and 720 nm and transmitting the wavelength range of 560 to 650 nm, and the barrier filter 19 has the wavelength of 488 to 543 nm and 720 nm. Is used, and a material having a characteristic of transmitting a wavelength range of 560 to 650 nm is used.
[0122]
When performing confocal observation of the inside of the sample 25 with the 543 nm laser light from the laser light source unit 1, the wavefront converting element 14 may change the focusing position in the sample 25 in the optical axis direction. , As described in the first embodiment.
[0123]
With the above configuration, cage release inside the sample by the pulse laser, confocal observation inside the sample 25 by the 543 nm laser light from the laser light source unit 1, and sample by evanescent illumination using the 488 nm laser light from the laser light source unit 1 A microscope system capable of performing fluorescence observation of the surface 25 simultaneously or with switching while the mechanical positional relationship between the objective lens 24 and the sample 25 is fixed.
[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 sample 25 caused by the two-photon excitation was set. Obtaining an image and observing the cell surface by evanescent illumination may be combined. Although the irradiation position of the 720-nm pulse laser is varied in the optical axis direction by the beam expander unit 45, the irradiation position may be controlled by the wavefront conversion element 14. In this case, switching can be performed at a higher speed than that by the beam expander unit 45.
[0125]
Further, the imaging by the CCD detector 38 is limited to fluorescence observation generated by evanescent illumination, but this may be replaced by fluorescence observation by rotation of a disk such as a Nipkow disk or a stripe disk.
[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 beam splitter 61. Then, the light transmitted through the beam splitter 61 is incident on a disk (Nipkow disk or stripe disk) 62 which is rotated at a constant speed by a motor. The light transmitted through the disk 62 enters the imaging lens 63. The light passing through the imaging lens 63 forms an image on the pupil of the objective lens 24 and irradiates the sample 25. The light returned from the sample 25 becomes parallel light through the objective lens 24 and forms an image on the disk 62 through the imaging lens 63. Then, the light emitted from the disk 62 is reflected by the beam splitter 61 and is captured as a confocal image by a CCD detector 64 as an imaging means. That is, the observation image obtained by rotating the Nipkow disk or the stripe disk is obtained by capturing the sliced surface of the cell with the CCD detector 64. Then, the focal position of the objective lens 24 is fixed to this slice plane, and the focal position of the laser light for illumination of the scanning laser microscope is selected using the wavefront conversion element 14 and the galvanomirror unit 15. For example, it is possible to perform imaging by the CCD detector 64 and scanning observation by the scanning laser microscope simultaneously or by switching.
[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 wavefront conversion element 14 can be omitted.
[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, reference numeral 51 denotes an upright microscope main body, and a revo arm 52 to which the objective lens 24 is fixed is connected to the upright microscope main body 51 so as to be finely movable in the optical axis direction.
[0132]
A condenser lens 53a is arranged at a position facing the objective lens 24 on the optical axis. The condenser lens 53a is provided in the condenser lens unit 53. The condenser lens unit 53 is connected to the revo arm 52 by a guide mechanism (not shown), and is configured to be movable with respect to the revo arm 52 in the optical axis direction.
[0133]
A stage 54 supported by a support member (not shown) is disposed between the objective lens 24 and the condenser lens 53a. The sample 25 is mounted on the stage 54. In this case, the sample 25 is placed on a cover glass 28 fixed to a hole of a perforated petri dish 27 as shown in FIG. 8, and a petri dish 27 is provided between the tip lens 24b of the objective lens 24 and the sample 25. Is filled with water 27a contained therein. Further, between the back side of the cover glass 28 and the condenser lens 53a, immersion oil is filled to cause total reflection at the interface between the cover glass 28 and the sample 25 filled with water.
[0134]
An evanescent lighting unit 55 is attached to the condenser lens unit 53. The evanescent illumination unit 55 is connected to the emission end of the single mode fiber 9b for evanescent illumination, and is provided with a collimator lens 55a for collimating the light emitted from the single mode fiber 9b and a collimator light at the rear focal position of the condenser lens 53a. A condenser lens 55b for condensing light is provided.
[0135]
The condenser lens unit 53 is provided with a switching mirror 53c. The switching mirror 53c is inserted into the optical path when performing evanescent illumination, and is retracted from the optical path when performing transmission illumination by the transmission illumination lamp house 56 and observation (position 53c ').
[0136]
An intermediate lens barrel 57 is arranged above the objective lens 24. The intermediate lens barrel 57 performs coaxial epi-illumination of fluorescent light by a mercury lamp house 58, and includes a relay lens 57a and an excitation dichroic mirror 57b. In this case, the excitation dichroic mirror 57b is retracted from the optical path (position of 57b) when the observation by the evanescent illumination is performed by the CCD detector 38 and the illumination and scanning observation is performed by the scanning unit 10, and the mercury lamp lamp house 58 It is arranged in the optical path when performing fluorescent coaxial epi-illumination with a mercury lamp and observation (position 57b ').
[0137]
Above the intermediate lens barrel 57, a lens barrel 59 is arranged. The lens barrel 59 has an imaging lens 60, a separation dichroic mirror 35, and a barrier filter 36. The separation dichroic mirror 35 can be inserted into and removed from the optical path by a command from the control unit 39 by an electric mechanism (not shown). It has become. Further, a CCD detector 38 is arranged on the reflection optical path of the separation dichroic mirror 35. The timing of imaging of the CCD detector 38 is controlled by the control unit 39 as in the first embodiment.
[0138]
Reference numeral 21 denotes a pupil projection lens unit, which is disposed above the lens barrel 59, and further, the scanning unit 10 is disposed above.
[0139]
Other configurations such as the configuration inside the scanning unit 10 and the configuration of the laser unit 1 are the same as those in FIG.
[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 Ar laser 2, and the scanning laser microscope is illuminated by the 543 nm laser light of the green helium neon laser 3. I do. In this case, the separation dichroic mirror 35 has a characteristic of reflecting the wavelength range of 500 to 530 nm and transmitting the wavelength range of 543 to 650 nm, and the barrier filter 36 transmits the wavelength range of 500 to 530 nm. 488 nm and those having characteristics of cutting a wavelength range of 543 to 700 nm are used. The barrier filter 19 in the scanning unit 10 has a characteristic of cutting a wavelength range of 488 to 543 nm and transmitting a wavelength range of 560 to 650 nm. These characteristics are the same as in the first embodiment.
[0142]
In addition, the excitation dichroic mirror 57b in the intermediate lens barrel 57 that performs coaxial epi-illumination by the mercury lamp lamp house 58 is retracted to a position outside the optical path, and the switching mirror 53c and the separation dichroic mirror 35 in the condenser lens 53 are used to They are located on the street.
[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 Ar laser 2, the wavelength of the laser beam is selected by the AOTF 8b and guided to the evanescent illumination unit 55 by the single mode fiber 9b for evanescent illumination.
[0145]
The laser light introduced into the evanescent illumination unit 55 is collimated by a collimating lens 55a, and is condensed by a condenser lens 55b to an end of an aperture stop 53b which is a rear focal position of a condenser lens 53a. In this case, as shown in FIG. 8, the tip lens 24b of the objective lens 24 is focused on the sample 25 area close to the sample-side interface 28a of the cover glass 28, and the aperture stop of the condenser lens unit 53. 53 b is positioned so as to have a conjugate relationship with the pupil position of the objective lens 24.
[0146]
As a result, the laser beam 53d (hatched portion) condensed on the end of the aperture stop 53b of the condenser lens unit 53 becomes parallel light by the condenser lens 53a, and irradiates the sample-side interface 28a of the cover glass 28 from a diagonal direction at a certain angle. I do. This angle is set to an angle at which the laser light 53d causes total reflection at the sample-side interface 28a, and the totally reflected laser light 53d exits in the direction 53d 'shown in the figure. At this time, a very small part of the laser light oozes from the sample side interface 28a of the cover glass 28 to the sample 25 side, and the light oozing from the sample side interface 28a becomes evanescent light. The amount of the sample 25 oozing in the depth direction is about the wavelength of the light source (here, 500 nm).
[0147]
Accordingly, the range of the fluorescence emitted from the sample 25 by such evanescent illumination becomes about the wavelength width in the depth direction, and the fluorescence image to be detected can be observed with little background and high S / N. The fluorescence (500 to 530 nm) emitted from the sample by the evanescent illumination laser beam of 488 nm passes through the objective lens 24 and the imaging lens 60 and is reflected by the separation dichroic mirror 35. Then, only the fluorescence wavelength (500 to 530 nm) emitted from the sample by the evanescent illumination is extracted by the barrier filter 36, and the image is captured by the CCD detector 38.
[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 helium neon laser 3, the wavelength of the laser beam is selected by the AOTF 8a and guided to the scanning unit 10 by the single mode fiber 9a for illumination of the scanning laser microscope.
[0150]
The 543 nm laser light introduced into the scanning unit 10 is collimated by the collimating lens 12 and reflected by the excitation dichroic mirror 13.
[0151]
The laser light reflected by the excitation dichroic mirror 13 is reflected by the wavefront conversion element 14 and enters the galvanomirror unit 15. Then, the light passes through the pupil projection lens 21a and the imaging lens 23, passes through the separation dichroic mirror 35, and the evanescent excitation dichroic mirror 33, enters the objective lens 24, and forms an image in the sample 25.
[0152]
When the sample 25 is irradiated with a laser beam of 543 nm, the fluorescence (560 to 650 nm) wavelength emitted from the sample 25 travels in the above-described path of the illumination light in the reverse direction and passes through the excitation dichroic mirror 13 in the scanning unit 10. Then, the light is condensed on a confocal pinhole 18 via a confocal lens 16 and a reflecting mirror 17. The fluorescence (560 to 650 nm) transmitted through the confocal pinhole 18 passes through the barrier filter 19 and is detected by the photodetector 20 composed of a photomultiplier.
[0153]
In this state, the shape of the reflection surface of the wavefront conversion element 14 is changed by applying a voltage. For example, when the reflection surface of the wavefront conversion element 14 is changed and the laser beam is slightly converged as shown by a dotted line 24j in FIG. Is lighted. Then, the fluorescence emitted from this point 25f travels in the opposite direction along the same path as the illumination light, and returns to the wavefront conversion element 14. Further, the light is reflected by the wavefront conversion element 14, converted into parallel light, returned to the excitation dichroic mirror 13, and transmitted. Then, the light passes through the confocal lens 16, the reflecting mirror 17, the confocal pinhole 18, and the barrier filter 19, and is detected by the photodetector 20 as fluorescence emitted from the point 25 f of the sample 25. As described above, by arbitrarily changing the shape of the reflection surface of the wavefront conversion element 14 by applying a voltage, the direction of the optical axis in the sample 25 of the laser light for illumination of the scanning laser microscope from the scanning unit 10 in the sample 25 is obtained. Can be arbitrarily changed.
[0154]
Therefore, even in this case, similarly to the first embodiment, with the mechanical positional relationship between the objective lens 24 and the sample 25 fixed, the scanning laser microscope including the variable control of the observation section in the optical axis direction. , It is possible to perform both confocal observation by using and fluorescence observation by using evanescent illumination.
[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 objective lens 24 side but from the condenser lens 53a side. The high NA for generating the evanescent illumination and the oil immersion objective) are eliminated, and the degree of freedom of observation is increased. Further, since the evanescent excitation dichroic mirror (corresponding to 33 in the first embodiment) does not exist in the optical path for illuminating the scanning laser microscope, the observation optical path, and the optical path for fluorescence observation by evanescent illumination, bright observation is possible. It becomes. This further increases the degree of freedom in the combination of laser wavelength and fluorescence used in a scanning laser microscope and laser wavelength and fluorescence used in evanescent illumination.
[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 light source unit 2. Ar laser
3 ... Green helium neon laser 4 ... Reflection mirror
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)

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する請求項1記載の顕微鏡システム。2. The microscope system according to claim 1, further comprising confocal observation means for confocal observation of light emitted from a condensing position on the sample on which the laser light from the first laser light source is condensed. . 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する請求項1記載の顕微鏡システム。2. The microscope system according to claim 1, wherein the laser light from the first laser light source causes a photochemical reaction at a focus position on the sample. 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、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する請求項4記載の顕微鏡システム。5. The laser light source unit according to claim 4, wherein the wavelengths of the light generated by the first and second light sources are the same, and the first and second light sources are constituted by one light source. Microscope system. 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する請求項1乃至4のいずれかに記載の顕微鏡システム。The microscope system according to claim 1, wherein the first and second light sources have different wavelengths of generated light. 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する請求項1乃至6のいずれかに記載の顕微鏡システム。The microscope system according to any one of claims 1 to 6, wherein the focusing position control unit is a wavefront conversion element. 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する請求項1乃至6のいずれかに記載の顕微鏡システム。The light condensing position controlling means has a beam diameter converting means for converting a beam diameter of the laser light condensed on the sample, and a means for changing a collimation degree of the laser light emitted from the beam diameter converting means. The microscope system according to claim 1, wherein: 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する請求項1、3、6、8記載の顕微鏡システム。9. The microscope system according to claim 1, wherein the first laser light source generates a two-photon excitation pulse laser. 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する請求項1乃至9のいずれかに記載の顕微鏡システム。At least one of the control of the condensing position of the laser beam on the sample surface by the condensing position control unit and the control of the two-dimensional scanning of the laser beam on the sample by the optical scanning unit is performed by the imaging unit. The microscope system according to claim 1, wherein imaging of the fluorescence is controlled in synchronization. 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する請求項10,11記載の顕微鏡システム。12. The apparatus according to claim 10, wherein timing of irradiating the sample with the laser light from the first laser light source and timing of irradiating the sample with the second light source are synchronized. Microscope system. 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する請求項6、10、11記載の顕微鏡システム。A filter means for cutting a wavelength of laser light focused on the sample from the first light source is provided on an imaging optical path of an imaging means for imaging fluorescence generated by the evanescent illumination. Item 6. The microscope system according to Item 6, 10, or 11. 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する請求項1乃至13のいずれかに記載の顕微鏡システム。The microscope system according to any one of claims 1 to 13, wherein the evanescent illumination is performed via a condenser lens disposed on a side opposite to the objective lens with the sample interposed therebetween. 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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