JP2005024596A

JP2005024596A - 共焦点走査顕微鏡

Info

Publication number: JP2005024596A
Application number: JP2003186768A
Authority: JP
Inventors: Susumu Terakawa; 進寺川; Shoji Kawahito; 祥二川人
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2003-06-30
Filing date: 2003-06-30
Publication date: 2005-01-27

Abstract

【課題】共焦点走査顕微鏡の微小輝点とピンホールの組み合わせ走査をデジタルマイクロミラー装置により可能にした共焦点走査顕微鏡を提供することにある。
【解決手段】本発明による共焦点走査顕微鏡は、光源と、多数のミラーを備え選択されたミラーにより前記光源からの光を点状の照明光に変換するデジタルマイクロミラー装置５を備えている。そして前記前記点状の照明光の像は、対物レンズ７により標本の特定の面に結像してそれにより発生した信号光を前記選択されたミラーに結像させられる。ＣＣＤカメラ９は、前記信号光が結像された前記選択されたミラーの像を記録する。また処理装置１０は前記デジタルマイクロミラー装置５を走査制御する。
また本発明による共焦点走査顕微鏡は透過形の共焦点走査顕微鏡を実現できる。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子的な走査を行う共焦点走査顕微鏡、さらに詳しく言えば共焦点走査顕微鏡の微小輝点とピンホールの組み合わせ走査をデジタルマイクロミラー装置により可能にした共焦点走査顕微鏡に関する。
【０００２】
【従来の技術】
共焦点顕微鏡は微小輝点を光源とし、そのイメージを標本に投影し、その結果標本から発する光（回折光、散乱光または蛍光）を対物レンズにより集めて、前記点光源（微小輝点）と共役の位置にあるピンホールを通して測光する光学システムである。図４は、従来の共焦点顕微鏡の原理を説明するための略図である。光源２１からの光は収束レンズ２２で収束され光源用のピンホール板２３のピンホールを透過しダイクロイックミラー２４を透過したのち、対物レンズ２５により標本２６の特定の面に前記ピンホール板２３のピンホールの像が形成される。前記ピンホールの像により励起された光は照明光により発生させられた光、すなわち蛍光（回折光または散乱光）は、前記対物レンズ２５で収束されダイクロイックミラー２４で反射され撮像用のピンホール板２７（前記ピンホール板２３と共役な位置にある）を透過したものが撮像素子２８で撮像される。なお前記ピンホール板２３、２７は、後述するようにニプコウ円板が用いられる。なお２４’はダイクロイックミラー、２８’は撮像素子である。
【０００３】
図５は、前記共焦点顕微鏡の光路の一部を拡大して示した光路図である。図４と共通する構成については同一の数字を付してある。共焦点顕微鏡は、焦点面からの光信号が最も強い点を記録するものであるから、図５に示すように対象標本２６のＺ軸の１点Ｐでこれに垂直に切断した像面Ｏの顕微鏡画像が得られる。
図において、標本２６の像面ＯのＰ点からの光が、撮像用のピンホール板２７のピンホール２７ａに到達し、その前後の散乱光等は前記ピンホール２７ａに収束せず像面の前または後の情報が排除される。
なおピンホール２７ａ一つのみを示してあるが多数のピンホールが微小輝点の移動に同期して移動させられる。
【０００４】
走査形の共焦点顕微鏡として例えば下記の特許文献１記載の発明のようにニプコウ円板を用いるものが知られている。ニプコウ円板を用いるものでは、円板のピンホールにそれぞれに対応するマイクロレンズがつけてあり、これらが一体として回転することによって標本の輝点走査がなされる。１画面を得るための時間を短縮するために高速走査ができるものが求められている。
さらに他の走査形の共焦点顕微鏡として、特許文献２記載の発明のようにガルバノ鏡（または振動ミラー）を用いるものが知られている。この方式はレーザビームの照射方向を変えることにより、対物レンズに入射する光の位置が変り、レンズによって収束された輝点が標本上を移動し走査するものである。
【特許文献１】特許公表２００２−５１７７７４号
【特許文献２】特開２０００−３５５４３号
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
いずれの方式も共に、構成部品の機械的な動きを利用しているものであり、それぞれに問題点がある。ニプコウ円板式では、ピンホールの大きさを変えることができない。したがって、光学系の倍率に応じた最適化ができない。
ガルバノ鏡式では、ピンホールは１個または２個程度なので大きさは選べるものの高速の走査ができない。いずれも機械式の機構によるため、動作に不安定性があり、振動に弱く、画像が乱れやすい。
さらに、製造が難しく高価なものとなる。大きな精密機構を作るのが難しいため透過型光学顕微鏡には不向きである。
【０００６】
本件発明者は前記従来の構成が有していた問題を解決しようとするものである。そのためにデジタルマイクロミラー装置を共焦点走査顕微鏡に利用することに着目し、機械式の部品を無くし、制御と応用の範囲の広い共焦点顕微鏡を実現しようとするものである。すなわち本発明では、デジタルマイクロミラー装置を用いて、ニプコウ円板などを用いることのない共焦点走査顕微鏡を実現するものである。なお本発明では、デジタルマイクロミラー装置とは、後述する米国のテキサスインスツルメント社が開発したＤＭＤ（デジタル・マイクロミラー・デバイス）またはこれと同等な機能をもつ集積機能素子の意味で用いる。
【０００７】
デジタルマイクロミラー装置は、米国のテキサスインスツルメント社が開発したＤＬＰ（デジタル・ライト・プロセシング）システムの中核をなすハードウエアである。ＤＭＤ（デジタル・マイクロミラー・デバイス）という半導体である。１枚１６マイクロ（１００万分の１）メートル角という極小のミラー（反射鏡）が数十万個から数百万個集まっている。ミラーが１枚１枚反射、非反射を高速で繰替えすように制御可能である。現在スクリーンに投射される映像の制御パソコン用のデータ表示機であるデータプロジェクターや大型テレビなどあらゆるディスプレーの世界で、ＤＬＰを使った製品開発が盛んになってきている。
ＤＭＤのミラーはデジタル制御でプラス１０度、マイナス１０度の２段階に角度を変える。プラス１０度の場合がオン、マイナス１０度の場合がオフである。オンの場合は、ミラーが反射した光はある方向に投射されるがオフのときの反射光はあさっての方向に飛んでいき、前記方向に投射されない。
【０００８】
本発明の目的は、電子的な走査を行う共焦点走査顕微鏡、さらに詳しく言えば共焦点走査顕微鏡の微小輝点とピンホールの組み合わせ走査をデジタルマイクロミラー装置により可能にした共焦点走査顕微鏡を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、本発明による請求項１記載の共焦点走査顕微鏡は、
光源と、
多数のミラーを備え選択されたミラーにより前記光源からの光を点状の照明光に変換するデジタルマイクロミラー装置と、
前記点状の照明光の像を標本の特定の面に結像してそれにより発生した信号光を前記選択されたミラーに結像させる対物レンズと、
前記信号光が結像された前記選択されたミラーの像を記録する記録手段と、および
前記デジタルマイクロミラー装置を走査制御する処理装置から構成されている。
【００１０】
本発明による請求項２記載の共焦点走査顕微鏡は、請求項１記載の共焦点顕微鏡において、
前記光源は、ダイクロイックミラーを含み前記ダイクロイックミラーで反射した光を前記デジタルマイクロミラー装置に入射し、
前記記録手段は、前記デジタルマイクロミラー装置からの信号光を前記ダイクロイックミラーを介して撮像する撮像装置である。
【００１１】
本発明による請求項３記載の共焦点走査顕微鏡は、
光源と、
多数のミラーを備え選択されたミラーにより前記光源からの光を点状の照明光に変換する照明用のデジタルマイクロミラー装置と、
前記点状の照明光の像を標本の特定の面に結像してそれにより信号光を発生させる第１の対物レンズと、
前記標本を透過した信号光を結像させる第２の対物レンズと、
前記第２の対物レンズの結像位置に前記照明用のデジタルマイクロミラー装置と共役な位置にミラーが対応するように配置された記録用のデジタルマイクロミラー装置と、
前記信号光が結像された前記記録用のデジタルマイクロミラー装置の前記選択されたミラーの像を記録する記録手段と、および
前記デジタルマイクロミラー装置を走査制御する処理装置と、
から構成されている。
【００１２】
本発明による請求項４記載の共焦点走査顕微鏡は、請求項３記載の共焦点顕微鏡において、
前記光源は、ダイクロイックミラーを含み前記ダイクロイックミラーで反射した光を前記照明用デジタルマイクロミラー装置に入射するものであり
前記記録手段は、前記記録用のデジタルマイクロミラー装置からの信号光を撮像する撮像装置である。
【００１３】
本発明による請求項５記載の共焦点走査顕微鏡は、請求項１または３記載の共焦点顕微鏡において、
前記信号光は照明光により発生させられた回折光、散乱光または蛍光のいずれかである。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下図面等を参照して本発明による装置の実施の形態を説明する。
図１は、本発明による共焦点顕微鏡の第１の実施例を示す概略図である。この実施例は落射形の共焦点走査顕微鏡として構成されている。この実施例は一つのデジタルマイクロミラー装置を点状の照明光源用と前述のピンホールに相当する機能を行うものである。光源は、アルカリハライドの光源ランプ１コンデンサレンズ２反射鏡３およびダイクロイックミラー４を含んでいる。光源ランプ１からの光は反射鏡３とコンデンサレンズ２で集められる。そしてダイクロイックミラー４で反射した光がデジタルマイクロミラー装置５に入射させられる。
【００１５】
デジタルマイクロミラー装置５に含まれる任意のマイクロミラー５ａ〜５ｉのオンの選択（走査）は処理装置１０により行われる。このマイクロミラーの選択は逐次一個宛ではなくある程度離れたマイクロミラーを同時に複数個選択することにより、全体の走査時間を短縮することができる。すなわち、デジタルマイクロミラー装置５は、選択されたマイクロミラーにより前記光源からの光を点状の照明光に変換する。
【００１６】
対物レンズ７は、前記点状の照明光の像を標本８の特定の面、前述の図５の面Ｏに対応する面に結像する。そしてこの対物レンズ７はさらに、前記照明光の像により発生した信号光である蛍光を前記選択されたマイクロミラーに結像させる。前記選択されたミラーの像は記録手段により記録される。記録手段はＣＣＤカメラ９を備え前記マイクロミラーからダイクロイックミラー４を介して供給された光を記録する。
前記信号光の例として、照明光により励起されて発生した蛍光の例を示したが、照明光により発生させられた回折光、散乱光のいずれでも良い。
励起光（照明光）と信号光の波長に対応して、ダイクロイックミラーの特性が選択される。場合によってはダイクロイックミラーを使用しない場合も考えられる。
【００１７】
次に図２を参照して、透過形の共焦点走査顕微鏡に係る第２の実施例を説明する。光源の構成は前述した実施例と共通するものであるから、同一の符号を付して説明を省略する。ダイクロイックミラー４で反射された光は照明用のデジタルマイクロミラー装置１１に入射される。この照明用のデジタルマイクロミラー装置１１は前記光源からの光を点状の照明光に変換する。
デジタルマイクロミラー装置１１に含まれる任意のマイクロミラー１１ａ〜１１ｉのオンの選択（走査）は処理装置１８により行われる。このマイクロミラーの選択は逐次一個宛ではなくある程度離れたマイクロミラーを同時に複数個選択することができる。すなわち、デジタルマイクロミラー装置１１は、選択されたマイクロミラーにより前記光源からの光を点状の照明光に変換する。
【００１８】
この実施例において信号光は、照明光により励起された蛍光である。照明光の散乱光、回折光を用いても試料の信号を取り出すことができる。
【００１９】
前記選択されたマイクロミラーの前記点状の照明光の像は、第１の対物レンズ１２により透過標本１３の特定の面に結像される。それにより信号光が発生させられる。第２の対物レンズは、前記標本１３を透過した信号光を記録用のデジタルマイクロミラー装置１５に結像させる。
記録用のデジタルマイクロミラー装置１５は前述した照明用のデジタルマイクロミラー装置１１と同期して動作するように前記処理装置１８によりオンオフ制御が行われる。記録手段であるＣＣＤカメラ１６により記録される。
【００２０】
（変形例）以上詳しく説明した実施例について、本発明の範囲内で種々の変形を施すことができる。図３は本発明による共焦点走査顕微鏡の変形例を示す略図である。（Ａ），（Ｂ）および（Ｃ）は変形例であって、各図において、ＳＤＭＤは光源用のデジタルマイクロミラー装置、ＰＤＭＤは信号光用のデジタルマイクロミラー装置である。ＬＳ_１ＬＳ_２ＬＳ_３は光源を示し、Ｄ_１Ｄ_２はそれぞれダイクロイックミラーを示す。Ｓ_１，Ｓ_２，Ｓ_３は標本である。
【００２１】
（Ａ）に示す変形例は落射蛍光用のデジタルマイクロミラー装置であって、光源ＬＳ_１からの光は光源用のデジタルマイクロミラー装置ＳＤＭＤに入射して照明光に変換される。照明光はダイクロイックミラーＤ_１を透過して対物レンズで標本Ｓ_１の特定の面に入射され結像される。前記結像光に励起された信号光である蛍光は前記レンズ、ダイクロイックミラーＤ_１を介して信号光用のデジタルマイクロミラー装置ＰＤＭＤに入射される。ＰＤＭＤとＳＤＭＤは前述した実施例同様に制御装置で制御される。
【００２２】
（Ｂ）に示す変形例も落射蛍光用共焦点走査顕微鏡である。光源用のデジタルマイクロミラー装置ＳＤＭＤとダイクロイックミラーＤ_２間と、ダイクロイックミラーＤ_２とＰＤＭＤにコリメータレンズを配置してある。
（Ｃ）に示す変形例は、透過観察用の共焦点走査顕微鏡である。
光源ＬＳ_３の光は、光源用のデジタルマイクロミラー装置ＳＤＭＤにより照明光に変換され、レンズを介して標本Ｓ_３の一定の面に結像され、励起された信号光が、レンズを介して信号用のデジタルマイクロミラー装置ＰＤＭＤに結像される。ＳＤＭＤとＰＤＭＤは図示しない制御装置で同期して制御される。ＰＤＭＤの像は図示しないデジタルカメラなどで記録される。
【００２３】
【発明の効果】
以上、説明したように本発明によれば、機械的な円板等を用いることなく落射形および透過形の共焦点走査顕微鏡を提供することができる。
また本発明の共焦点顕微鏡は、輝点の大きさを自由に変えられ、走査速度や、走査のパターンを自由に変えられる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による共焦点顕微鏡の第１の実施例（落射形）を示す概略図である。
【図２】本発明による共焦点顕微鏡の第２の実施例（透過形）を示す概略図である。
【図３】本発明による共焦点走査顕微鏡の変形例を示す略図である。
【図４】従来の共焦点顕微鏡の原理を説明するための略図である。
【図５】共焦点顕微鏡の光路を拡大して示した光路図である。
【符号の説明】
１光源ランプ（アルカリハライド）
２コンデンサレンズ
３反射鏡
４ダイクロイックミラー
５デジタルマイクロミラー装置
７レンズ
８標本
９ＣＣＤカメラ
１０処理装置（ＣＰＵ）
１１第１のデジタルマイクロミラー装置
１２第１の対物レンズ
１３透過標本
１４第２の対物レンズ
１５第２のデジタルマイクロミラー装置
１６ＣＣＤカメラ
１８処理装置（ＣＰＵ）
２１光源
２２収束レンズ
２３光源用のピンホール板
２４ダイクロイックミラー
２５対物レンズ
２６標本
２７撮像用のピンホール板
２８撮像素子

Claims

光源と、
多数のミラーを備え選択されたミラーにより前記光源からの光を点状の照明光に変換するデジタルマイクロミラー装置と、
前記点状の照明光の像を標本の特定の面に結像してそれにより発生した信号光を前記選択されたミラーに結像させる対物レンズと、
前記信号光が結像された前記選択されたミラーの像を記録する記録手段と、および
前記デジタルマイクロミラー装置を走査制御する処理装置と、
から構成した共焦点走査顕微鏡。
前記光源は、ダイクロイックミラーを含み前記ダイクロイックミラーで反射した光を前記デジタルマイクロミラー装置に入射し、
前記記録手段は、前記デジタルマイクロミラー装置からの信号光を前記ダイクロイックミラーを介して撮像する撮像装置である請求項１記載の共焦点顕微鏡。
光源と、
多数のミラーを備え選択されたミラーにより前記光源からの光を点状の照明光に変換する照明用のデジタルマイクロミラー装置と、
前記点状の照明光の像を標本の特定の面に結像してそれにより信号光を発生させる第１の対物レンズと、
前記標本を透過した信号光を結像させる第２の対物レンズと、
前記第２の対物レンズの結像位置に前記照明用のデジタルマイクロミラー装置と共役な位置にミラーが対応するように配置された記録用のデジタルマイクロミラー装置と、
前記信号光が結像された前記記録用のデジタルマイクロミラー装置の前記選択されたミラーの像を記録する記録手段と、および
前記デジタルマイクロミラー装置を走査制御する処理装置と、
から構成した共焦点走査顕微鏡。
前記光源は、ダイクロイックミラーを含み前記ダイクロイックミラーで反射した光を前記照明用デジタルマイクロミラー装置に入射するものであり
前記記録手段は、前記記録用のデジタルマイクロミラー装置からの信号光を撮像する撮像装置である請求項３記載の共焦点走査顕微鏡。
前記信号光は照明光により発生させられた回折光、散乱光または蛍光のいずれかである請求項１または３記載のデジタルマイクロミラー装置。