JP2005241671A

JP2005241671A - Microscope system and object unit

Info

Publication number: JP2005241671A
Application number: JP2004047207A
Authority: JP
Inventors: Tadashi Hirata; 唯史平田; Hironari Fukuyama; 宏也福山; Yoshihiro Kono; 芳弘河野
Original assignee: Olympus Corp
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 2004-02-24
Filing date: 2004-02-24
Publication date: 2005-09-08

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To observe cells of mammals including experiment small animals and living body textures such as muscles or various internal organs such as hearts and livers in a state where they remain live over a comparatively long period of time. <P>SOLUTION: A microscope system 1 comprises a light source 2, an objective unit 3 provided with an objective optical system 32 for condensing light emitted from the light source 2 on a specimen A, an image forming optical system 6 for image-forming light emitted from the specimen A and passing the objective optical system 3, and a microscope body 9 for detachably mounting the objective unit 3. The objective optical system 32 comprises a fine diameter edge optical system 20 arranged on an edge approaching and being in contact with the specimen A. The objective unit 3 comprises an attaching screw 17 provided at a position C with a shell attaching the objective unit 3 to the microscope body 9, and an outer cylinder 21 covering the fine diameter edge optical system 20. When the outside diameter size of the outer cylinder 21 is Df and the outside diameter size of the attaching screw 17 is Da, the microscope system 1 satisfying a condition of Df/Da≤0.3 is provided. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

この発明は、細胞の機能の解明やイメージング等のアプリケーションに用いられる顕微鏡システムおよび対物ユニットに関し、特に、動物を生きたままで観察するのに好適な顕微鏡システムおよび対物ユニットに関するものである。 The present invention relates to a microscope system and an objective unit used for applications such as elucidation of cell functions and imaging, and more particularly to a microscope system and an objective unit suitable for observing an animal alive.

従来、生体等の試料にその表面から励起光を照射して、試料の所定の深さ位置から発せられる蛍光を選択的に検出することにより、細胞の機能等を観察する装置として、レーザ走査型共焦点顕微鏡が知られている（例えば、特許文献１、２参照）。
このレーザ走査型共焦点蛍光顕微鏡は、顕微鏡の一般的な観察に加えて試料の微小スポット領域に集光させたレーザ光をガルバノミラーなどの走査手段によって走査し、試料から発せられる蛍光を検出し画像を得るものである。
このレーザ走査型共焦点顕微鏡は、解像力に優れ、観察する微小スポット以外の光を除去できるので、高いＳ／Ｎ比で鮮明な観察画像を得ることができるという利点を備えている。
特開平３−８７８０４号公報（第２頁等）特開平５−７２４８１号公報（図１等） Conventionally, as a device for observing the function of a cell, etc. by irradiating a sample such as a living body with excitation light from its surface and selectively detecting fluorescence emitted from a predetermined depth position of the sample, a laser scanning type A confocal microscope is known (see, for example, Patent Documents 1 and 2).
This laser scanning confocal fluorescence microscope detects the fluorescence emitted from the sample by scanning the laser light focused on the micro spot area of the sample with a scanning means such as a galvanometer mirror in addition to general observation of the microscope. An image is obtained.
This laser scanning confocal microscope has an advantage that a clear observation image can be obtained with a high S / N ratio because it is excellent in resolving power and can remove light other than the minute spot to be observed.
Japanese Patent Laid-Open No. 3-87804 (second page, etc.) Japanese Unexamined Patent Publication No. 5-72481 (FIG. 1 etc.)

しかしながら、従来のレーザ走査型共焦点顕微鏡を始めとする顕微鏡は、ラットやマウス等の実験小動物の各種臓器を生きたままの状態（in vivo）で観察することについては想定していない。すなわち、これら実験小動物の各種臓器を観察するには、表皮や筋肉組織を切開し、あるいは、頭蓋骨に穿孔して内部の臓器を露出させる必要があるが、観察部位に近接配置される対物レンズのサイズが実験小動物に比較して大きいために、内部の臓器を観察する場合には、表皮や筋肉組織等を大きく切開し、あるいは、大きな孔を開ける必要がある。 However, conventional microscopes such as a laser scanning confocal microscope do not assume that various organs of small experimental animals such as rats and mice are observed alive (in vivo). That is, in order to observe various organs of these experimental small animals, it is necessary to incise the epidermis and muscle tissue or to pierce the skull to expose the internal organs. Since the size is larger than that of experimental small animals, it is necessary to make a large incision or open a large hole in the epidermis or muscle tissue when observing internal organs.

この場合、組織の切開直後あるいは穿孔直後における観察は可能であるものの、実験小動物に大きなダメージを与えてしまうため、長期間にわたる経時的な観察は困難である。観察後縫合し、次の観察時に再度切開する方法も考えられるが、実験小動物に与えるダメージを考えると、時間が経過するにつれて正常な状態での観察は困難になるという不都合がある。 In this case, observation is possible immediately after incision of the tissue or immediately after perforation. However, since the experimental small animal is seriously damaged, observation over time over a long period of time is difficult. A method of suturing after observation and incising again at the next observation is also conceivable, but considering the damage to the experimental small animal, there is a disadvantage that observation in a normal state becomes difficult as time passes.

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、実験小動物を始めとする哺乳類の細胞、筋肉等の生体組織、あるいは、心臓、肝臓等の各種臓器を生きたままの状態で、比較的長期間にわたって観察することを可能とする顕微鏡システムおよび対物ユニットを提供することを目的としている。 The present invention has been made in view of the circumstances described above, and in living cells of mammalian cells including experimental small animals, living tissues such as muscles, or various organs such as heart and liver, An object of the present invention is to provide a microscope system and an objective unit that enable observation over a relatively long period of time.

上記目的を達成するために、この発明は、以下の手段を提供する。
本発明は、光源と、該光源から発せられた光を試料上に集光させる対物光学系を備えた対物ユニットと、試料から発せられ、対物光学系を通過した光を結像させる結像光学系と、該結像光学系を収納し、前記対物ユニットを着脱可能に取り付ける顕微鏡本体とを備え、前記対物光学系が、試料に近接あるいは接触させられる先端に配置された細径先端光学系を備え、前記対物ユニットが、該対物ユニットを顕微鏡本体に取り付ける胴付き位置に設けられた取付ネジと、前記細径先端光学系を覆う外筒とを備え、該外筒の外径寸法をＤｆ、取付ネジの外径寸法をＤａとして、以下の条件式（１）を満足する顕微鏡システムを提供する。
Ｄｆ／Ｄａ≦０．３ …（１） In order to achieve the above object, the present invention provides the following means.
The present invention relates to a light source, an objective unit including an objective optical system for condensing light emitted from the light source on a sample, and imaging optics for imaging light emitted from the sample and passing through the objective optical system. A small-diameter tip optical system disposed at the tip where the objective optical system is close to or brought into contact with a sample. The objective unit includes an attachment screw provided at a position where the objective unit is attached to the microscope main body, and an outer cylinder covering the small-diameter tip optical system, and the outer diameter of the outer cylinder is Df, Provided is a microscope system that satisfies the following conditional expression (1), where Da is the outer diameter of the mounting screw.
Df / Da ≦ 0.3 (1)

この発明によれば、対物ユニットの先端に備えられた外径寸法の小さい細径先端光学系を観察対象である試料に近接あるいは接触させるので、観察対象が実験小動物等の体内の奥深い所に配置されている場合であっても、表皮あるいは筋肉組織を大きく切開することなく、小さな開口部を設けるだけで細径先端光学系をその開口部から差し込んで観察することができる。その結果、実験小動物に大きなダメージを与えることなく、長期間にわたる経時的な観察も、生きたままの状態で行うことができる。 According to the present invention, the thin tip optical system with a small outer diameter provided at the tip of the objective unit is brought close to or in contact with the sample to be observed, so that the observation target is placed deep inside the body of an experimental small animal or the like. Even if it is the case, it is possible to observe by inserting the small-diameter tip optical system from the opening only by providing a small opening without making a large incision in the epidermis or muscle tissue. As a result, long-term observation over a long period of time can be performed alive without damaging the experimental small animals.

上記発明においては、前記対物光学系が、前記細径先端光学系により、試料における物体像からの光を結像して形成した中間像の光を略平行にするリレー光学系を備えていることが好ましい。
この発明によれば、細径先端光学系により一旦中間像を形成し、リレー光学系によって略平行にすることにより、細い外筒の領域を十分に長く確保することができる。 In the above invention, the objective optical system includes a relay optical system that substantially parallelizes the light of the intermediate image formed by forming the light from the object image on the sample by the small-diameter tip optical system. Is preferred.
According to the present invention, a thin outer cylinder region can be secured sufficiently long by once forming an intermediate image with the small-diameter tip optical system and making it substantially parallel with the relay optical system.

また、上記発明においては、前記リレー光学系と前記細径先端光学系とを、前記中間像近傍において着脱自在に接続する接続機構を備えることが好ましい。
このようにすることで、接続機構によりリレー光学系と細径先端光学系とを接続して、実験小動物等の体内の観察を生きたまま行う一方、接続機構によりリレー光学系と細径先端光学系とを切り離し、細径先端光学系を、実験小動物等の試料に位置決めした状態に維持することができる。そして、再度観察するときには接続機構によりリレー光学系と細径先端光学系とを接続することにより、細径先端光学系を一旦位置決めした試料の位置から動かすことなく、同一箇所の観察を時間間隔をおいて行うことができる。また、試料に対して細径先端光学系を移動させないので、試料を痛めることがないという利点もある。
また、着脱自在の位置を中間像位置近傍におくことで、リレー光学ユニットと細径先端光学系ユニットとを取り付けたときの位置や傾きなどの誤差に対する影響を小さくすることができる。 Moreover, in the said invention, it is preferable to provide the connection mechanism which connects the said relay optical system and the said small diameter front-end | tip optical system removably in the vicinity of the said intermediate image.
By doing so, the relay optical system and the small-diameter tip optical system are connected by the connection mechanism, and observation inside the body of an experimental small animal or the like is performed alive, while the relay optical system and the small-diameter tip optical system are connected by the connection mechanism. The system can be separated from the system, and the small-diameter tip optical system can be maintained in a state of being positioned on a sample such as an experimental small animal. Then, when observing again, the relay optical system and the small-diameter tip optical system are connected by a connection mechanism, so that the observation of the same position can be performed at a time interval without moving the fine-diameter tip optical system from the position of the sample once positioned. Can be done. Further, since the small-diameter tip optical system is not moved with respect to the sample, there is an advantage that the sample is not damaged.
Further, by setting the detachable position in the vicinity of the intermediate image position, it is possible to reduce the influence on errors such as position and tilt when the relay optical unit and the small-diameter tip optical system unit are attached.

さらに、上記発明においては、前記接続機構が、前記リレー光学系と前記細径先端光学系とを、それらの軸線回りの任意の相対回転角度で相互に固定可能であることとしてもよい。
この発明によれば、細径先端光学系を試料に位置決め状態に配置しておき、時間間隔をおいて経時的に観察を行う際に、接続機構によってリレー光学系と細径先端光学系とを接続する。この場合に、接続機構は、リレー光学系と細径先端光学系とを相対的に回転させることなく相互に固定するので、リレー光学系の回転角度位置にかかわらず、試料に対して細径先端光学系を回転させることなくそのまま接続することができる。その結果、試料に損傷を与えることがないという利点がある。 Furthermore, in the above-described invention, the connection mechanism may be capable of fixing the relay optical system and the small-diameter tip optical system to each other at an arbitrary relative rotation angle around their axis.
According to the present invention, the relay optical system and the small-diameter tip optical system are connected by the connection mechanism when the small-diameter tip optical system is placed in a positioning state on the sample and observation is performed over time. Connecting. In this case, since the connection mechanism fixes the relay optical system and the small-diameter tip optical system to each other without relatively rotating, the small-diameter tip with respect to the sample regardless of the rotation angle position of the relay optical system. It is possible to connect as it is without rotating the optical system. As a result, there is an advantage that the sample is not damaged.

また、上記発明においては、前記細径先端光学系が、光軸方向に間隔を空けて複数の中間像を結像する延長光学系を備えることとしてもよい。
この発明によれば、延長光学系の作動により、光軸方向に沿って複数の中間像が形成されるように光が進行させられるので、細径先端光学系の全長を長く確保することができる。その結果、実験小動物等の臓器のように体内の奥深いところに位置する観察部位にも、狭隘な開口のみを開けることで細径先端光学系の先端を到達させることができ、生きたままの観察を行うことができる。 In the above invention, the small-diameter tip optical system may include an extension optical system that forms a plurality of intermediate images at intervals in the optical axis direction.
According to the present invention, the operation of the extension optical system causes the light to travel so as to form a plurality of intermediate images along the optical axis direction, so that the entire length of the small-diameter tip optical system can be ensured long. . As a result, the tip of the small-diameter tip optical system can be reached by opening only a narrow opening to an observation site located deep in the body, such as an organ of an experimental small animal. It can be performed.

さらに、上記発明においては、前記延長光学系が、着脱可能であることとしてもよい。
この発明によれば、深い位置の観察部位を観察するときには延長光学系を取り付け、浅い位置の観察部位あるいは、表皮から観察し得る観察部位を観察するときには延長光学系を取り外すことにより、観察部位に適した形態で観察を行うことができる。 Furthermore, in the above invention, the extension optical system may be detachable.
According to the present invention, the extension optical system is attached when observing an observation site at a deep position, and the observation optical site is removed by detaching the extension optical system when observing an observation site at a shallow position or an observation site that can be observed from the epidermis. Observations can be made in a suitable form.

また、上記発明によれば、前記顕微鏡本体を試料に対して任意の姿勢および位置に調節可能な姿勢調節機構を備えることが好ましい。
この発明によれば、姿勢調節機構の作動により、顕微鏡本体を試料の観察に適した位置および姿勢に調節することができる。特に、予め細径先端光学系を観察対象に取り付けている場合には、該細径先端光学系の位置および姿勢に合わせて顕微鏡本体を移動させることで、試料に損傷を与えることなく観察を行うことができる。 Moreover, according to the said invention, it is preferable to provide the attitude | position adjustment mechanism which can adjust the said microscope main body to arbitrary attitude | positions and positions with respect to a sample.
According to the present invention, the microscope main body can be adjusted to a position and posture suitable for observing the sample by the operation of the posture adjusting mechanism. In particular, when a small-diameter tip optical system is previously attached to an observation target, observation is performed without damaging the sample by moving the microscope main body according to the position and posture of the thin-diameter tip optical system. be able to.

また、本発明は、上記発明において、前記光源がレーザ光源からなり、該光源からの励起光を試料面上に走査させる光走査手段と、該光走査手段と前記結像光学系との間に配置され、前記対物光学系の後側焦点位置を前記光走査手段の近傍に投影する瞳投影光学系と、該瞳投影光学系を通過した光を集光するコリメート光学系と、該コリメート光学系により集光された光を検出する光検出器とを備える顕微鏡システムを提供する。 According to the present invention, in the above invention, the light source is a laser light source, and an optical scanning unit that scans excitation light from the light source on the sample surface, and between the optical scanning unit and the imaging optical system. A pupil projection optical system that is arranged and projects a rear focal position of the objective optical system in the vicinity of the optical scanning unit; a collimation optical system that condenses light that has passed through the pupil projection optical system; and the collimation optical system A microscope system is provided that includes a photodetector that detects light collected by the light source.

この発明によれば、レーザ光源から発せられた励起光が光走査手段の作動により試料面上に走査させられる。励起光が照射されることにより試料で励起された蛍光は、対物光学系、結像光学系、瞳投影光学系を経てコリメート光学系により集光させられて光検出器により検出される。これにより、レーザ走査型共焦点顕微鏡を構成することが可能となり、実験小動物等の内臓のように生体の奥深くに配置されている観察部位の鮮明な画像を得ることが可能となる。 According to this invention, the excitation light emitted from the laser light source is scanned on the sample surface by the operation of the optical scanning means. The fluorescence excited by the sample by being irradiated with the excitation light is condensed by the collimating optical system through the objective optical system, the imaging optical system, and the pupil projection optical system, and detected by the photodetector. This makes it possible to construct a laser scanning confocal microscope, and to obtain a clear image of an observation site arranged deep inside the living body like an internal organ such as a small experimental animal.

また、上記発明においては、前記光源および前記光検出器と、前記コリメート光学系との間が光ファイバにより光学的に接続されていることが好ましい。
このようにすることで、光源および光検出器を別体として光ファイバにより光学的に接続することで、顕微鏡本体に取り付けた対物ユニットの取り回しを容易にして、使いやすさを向上することができる。また、光源および光検出器を顕微鏡本体から切り離すことで、顕微鏡本体を小型軽量化することができる。 Moreover, in the said invention, it is preferable that the said light source and the said photodetector, and the said collimating optical system are optically connected by the optical fiber.
By doing so, the light source and the photodetector are optically connected separately by an optical fiber, so that the objective unit attached to the microscope body can be easily handled and the usability can be improved. . Moreover, the microscope body can be reduced in size and weight by separating the light source and the photodetector from the microscope body.

また、上記発明においては、前記対物光学系の胴付き位置と前記中間像の位置との光軸に沿う距離をＬｍ、前記胴付き位置と前記対物光学系の後側焦点位置の結像光学系および瞳投影光学系による共役位置との光軸に沿う距離をＬｐとして、以下の条件式（２）を満足することが好ましい。
０．１５≦Ｌｍ／Ｌｐ≦０．５ …（２）
また、上記発明においては、前記対物光学系の胴付き位置と前記中間像の位置との光軸に沿う距離をＬｍ、前記結像光学系による結像位置と前記中間像の位置との光軸に沿う距離をＬｔｌとして、以下の条件式（３）を満足することが好ましい。
０．１５≦Ｌｍ／Ｌｔｌ≦０．５ …（３） In the above invention, the distance along the optical axis between the barrel position of the objective optical system and the position of the intermediate image is Lm, and the imaging optical system of the barrel position and the back focal position of the objective optical system It is preferable that the following conditional expression (2) is satisfied, where Lp is the distance along the optical axis with the conjugate position by the pupil projection optical system.
0.15 ≦ Lm / Lp ≦ 0.5 (2)
In the above invention, the distance along the optical axis between the barrel position of the objective optical system and the position of the intermediate image is Lm, and the optical axis between the imaging position by the imaging optical system and the position of the intermediate image It is preferable to satisfy the following conditional expression (3), where Ltl is the distance along
0.15 ≦ Lm / Ltl ≦ 0.5 (3)

これらの発明によれば、光走査手段からリレー光学系までの距離を短くすることができ、装置を小型化することができる。条件式（２），（３）の上限値を上回ると、結像光学系、瞳投影光学系の焦点距離が短くなり、瞳投影光学系と走査手段との間隔が短くなりすぎて両者が干渉してしまう不都合がある。また、条件式（２），（３）の下限値を下回ると、試料から走査手段までの全長が長くなりすぎて装置を小型化することが困難となる。 According to these inventions, the distance from the optical scanning means to the relay optical system can be shortened, and the apparatus can be miniaturized. If the upper limit value of conditional expressions (2) and (3) is exceeded, the focal length of the imaging optical system and pupil projection optical system will be short, and the distance between the pupil projection optical system and the scanning means will be too short, causing interference between them. There is an inconvenience. If the lower limit value of conditional expressions (2) and (3) is not reached, the total length from the sample to the scanning means becomes too long, and it is difficult to reduce the size of the apparatus.

また、本発明は、顕微鏡本体に着脱可能に取り付ける取付ネジを胴付き位置に備え、試料に近接あるいは接触させられる先端に配置された細径先端光学系を備え、該細径先端光学系を覆う外筒の外径寸法をＤｆ、前記取付ネジの外径寸法をＤａとして、以下の条件式（１）を満足する対物ユニットを提供する。
Ｄｆ／Ｄａ≦０．３ …（１） The present invention also includes a mounting screw that is detachably attached to the microscope main body at a position where the body is mounted, and includes a small-diameter tip optical system disposed at the tip that is close to or in contact with the sample, and covers the small-diameter tip optical system. Provided is an objective unit that satisfies the following conditional expression (1), where Df is the outer diameter of the outer cylinder and Da is the outer diameter of the mounting screw.
Df / Da ≦ 0.3 (1)

この発明によれば、観察対象が実験小動物等の体内の奥深い所に配置されている場合であっても、表皮あるいは筋肉組織を大きく切開することなく、小さな開口部を設けるだけで細径先端光学系をその開口部から差し込んで観察することができる。その結果、実験小動物に大きなダメージを与えることなく、長期間にわたる経時的な観察も、生きたままの状態で行うことができる。 According to the present invention, even when the observation target is placed deep inside the body of an experimental small animal or the like, a small-diameter tip optical device can be obtained simply by providing a small opening without greatly incising the epidermis or muscle tissue. The system can be viewed through the opening. As a result, long-term observation over a long period of time can be performed alive without damaging the experimental small animals.

上記発明においては、前記細径先端光学系により、試料における物体像からの光を結像して形成した中間像の光を略平行にするリレー光学系を備えている。
また、上記発明においては、前記リレー光学系と前記細径先端光学系とを組み合わせた対物光学系の像側焦点位置が、前記胴付き位置から物体側に４０ｍｍ以内の位置に配置されていることが好ましい。 In the above invention, a relay optical system is provided that makes the light of the intermediate image formed by focusing the light from the object image on the sample substantially parallel by the small-diameter tip optical system.
Moreover, in the said invention, the image side focal position of the objective optical system which combined the said relay optical system and the said small diameter tip optical system is arrange | positioned in the position within 40 mm from the said body position to the object side. Is preferred.

通常の顕微鏡システムは、対物光学系の像側焦点位置を対物レンズの胴付き位置から物体側に４０ｍｍ以内の位置に設定している。したがって、本発明によれば、細径先端光学系を有する対物ユニットの対物光学系の像側焦点位置を通常の顕微鏡システムに一致させることで、従来の顕微鏡システムと互換性を持たせることができる。 In a normal microscope system, the image-side focal position of the objective optical system is set to a position within 40 mm from the position where the objective lens is mounted to the object side. Therefore, according to the present invention, the image-side focal position of the objective optical system of the objective unit having the small-diameter tip optical system can be made to be compatible with the conventional microscope system by matching it with the normal microscope system. .

また、上記発明においては、前記リレー光学系と前記細径先端光学系とを、前記中間像近傍において着脱自在に接続する接続機構を備えることが好ましい。
さらに、前記接続機構が、前記リレー光学系と前記細径先端光学系とを、それらの軸線回りの任意の相対回転角度で相互に固定可能であることとしてもよい。 Moreover, in the said invention, it is preferable to provide the connection mechanism which connects the said relay optical system and the said small diameter front-end | tip optical system removably in the vicinity of the said intermediate image.
Further, the connection mechanism may be capable of fixing the relay optical system and the small-diameter tip optical system to each other at an arbitrary relative rotation angle around their axis.

また、上記発明においては、前記細径先端光学系が、光軸方向に間隔をあけて複数の中間像を結像する延長光学系を備えることとしてもよい。
この場合、前記延長光学系が、相互に着脱可能な複数のリレー光学系ユニットからなることとしてもよく、グリンレンズからなることとしてもよい。 In the above invention, the small-diameter tip optical system may include an extension optical system that forms a plurality of intermediate images at intervals in the optical axis direction.
In this case, the extension optical system may be composed of a plurality of relay optical system units that can be attached to and detached from each other, or may be composed of a green lens.

本発明によれば、観察対象が体内の奥深い所に配置されている場合であっても、表皮あるいは筋肉組織を大きく切開することなく、小さな開口部を設けるだけで細径先端光学系をその開口部から差し込んで観察することができる。その結果、観察対象に大きなダメージを与えることなく、長期間にわたる経時的な観察も、生きたままの状態で行うことができる。 According to the present invention, even when the observation target is arranged deep in the body, the small-diameter tip optical system can be opened by merely providing a small opening without greatly incising the epidermis or muscle tissue. It is possible to observe by inserting from the section. As a result, long-term observation over a long period of time can be performed alive without damaging the observation target.

以下、本発明の一実施形態に係る顕微鏡システムおよび対物ユニットについて、図１〜図１０を参照して説明する。
本実施形態に係る顕微鏡システムは、図１に示されるように、レーザ走査型共焦点蛍光顕微鏡１であって、レーザ光源部２と、交換可能な対物ユニット３と、走査手段としてのスキャナ部４と、瞳投影光学系５と結像光学系６とを備えたレンズユニット７と、検出光学系８とを顕微鏡本体９に備えている。図中、符号１０は接眼光学系、符号１１は照明光学系である。 Hereinafter, a microscope system and an objective unit according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
As shown in FIG. 1, the microscope system according to the present embodiment is a laser scanning confocal fluorescence microscope 1, which includes a laser light source unit 2, a replaceable objective unit 3, and a scanner unit 4 as scanning means. A microscope unit 9 includes a lens unit 7 including a pupil projection optical system 5 and an imaging optical system 6, and a detection optical system 8. In the figure, reference numeral 10 denotes an eyepiece optical system, and reference numeral 11 denotes an illumination optical system.

レーザ光源部２は、例えば、半導体レーザからなるレーザ光源１２と、レンズ１３，１４とピンホール１５とからなるコリメート光学系と、ダイクロイックミラー１６とを備えている。
本実施形態に係る対物ユニット３は、図２および図３に示されるように、顕微鏡本体９に着脱可能な取付ネジ１７を備えるリレー光学系ユニット１８と、該リレー光学系ユニット１８の先端に着脱可能に設けられる細径先端光学系ユニット１９とを備えている。 The laser light source unit 2 includes, for example, a laser light source 12 made of a semiconductor laser, a collimating optical system made up of lenses 13 and 14 and a pinhole 15, and a dichroic mirror 16.
As shown in FIGS. 2 and 3, the objective unit 3 according to the present embodiment includes a relay optical system unit 18 that includes a mounting screw 17 that can be attached to and detached from the microscope body 9, and is attached to and detached from the distal end of the relay optical system unit 18. A small-diameter tip optical system unit 19 is provided.

細径先端光学系ユニット１９は、図３に示されるように、観察対象である試料Ａに近接あるいは接触させられる先端１９ａから軸方向に配列された細径先端光学系２０を備えている。この細径先端光学系２０は、図４に示されるように、試料Ａにおける物体像からの光を一旦結像して第１中間像Ｂを形成するように構成されている。これにより、光束径を大きくすることなく、細長く導くようになっている。細径先端光学系ユニット１９は、細径先端光学系２０を覆う外筒２１を備えており、該外筒２１の外径寸法は、先端１９ａから５ｍｍの範囲において直径（Ｄｆ＝）２ｍｍ、先端１９ａから２ｍｍの範囲において直径１．３ｍｍの円筒状に形成されている。これらの寸法は一例であるが、外筒２１の先端部の外径寸法をＤｆ、リレー光学系ユニット１８の取付ネジ１７の外径寸法をＤａとして、以下の条件式（１）を満足することが好ましい。
Ｄｆ／Ｄａ≦０．３ …（１） As shown in FIG. 3, the thin tip optical system unit 19 includes a thin tip optical system 20 that is arranged in the axial direction from the tip 19a that is brought close to or in contact with the sample A to be observed. As shown in FIG. 4, the small-diameter tip optical system 20 is configured to temporarily form light from an object image on the sample A to form a first intermediate image B. As a result, it is designed to be elongated without increasing the beam diameter. The small-diameter tip optical system unit 19 includes an outer cylinder 21 that covers the small-diameter tip optical system 20, and the outer diameter of the outer cylinder 21 is 2 mm in diameter (Df =) in the range of 5 mm from the tip 19a. It is formed in a cylindrical shape having a diameter of 1.3 mm within a range of 19a to 2 mm. These dimensions are examples, but satisfying the following conditional expression (1) where Df is the outer diameter dimension of the distal end portion of the outer cylinder 21 and Da is the outer diameter dimension of the mounting screw 17 of the relay optical system unit 18. Is preferred.
Df / Da ≦ 0.3 (1)

また、リレー光学系ユニット１８は、図４に示されるように、細径先端光学系２０により形成された第１中間像Ｂの光を略平行光にするリレー光学系２２を備えている。
リレー光学系ユニット１８の取付ネジ１７は、一般的な顕微鏡の対物レンズ取付ネジと同一規格の、外径（Ｄａ＝）２０．３２ｍｍ、ピッチ０．７０６ｍｍのネジであり、他の一般の顕微鏡にも取り付けることができるようになっている。そして、このリレー光学系ユニット１８の取付ネジ１７の付け根位置に、対物ユニット３の顕微鏡本体９への胴付き位置Ｃが設定されている。 Further, as shown in FIG. 4, the relay optical system unit 18 includes a relay optical system 22 that makes the light of the first intermediate image B formed by the small-diameter tip optical system 20 substantially parallel.
A mounting screw 17 of the relay optical system unit 18 is a screw having an outer diameter (Da =) of 20.32 mm and a pitch of 0.706 mm, which is the same standard as that of a general microscope objective lens mounting screw. Can also be attached. A body position C of the objective unit 3 to the microscope main body 9 is set at the base position of the mounting screw 17 of the relay optical system unit 18.

また、リレー光学系ユニット１８の先端側には、細径先端光学系ユニット１９との間に、両者を連結するための接続機構２３が備えられている。接続機構２３としては、例えば、図５に示されるように、リレー光学系ユニット１８または細径先端光学系ユニット１９のいずれか一方にボス部２４とナット２５とを備え、他方にボス部２４を嵌合させる嵌合孔２６とナット２５を締結する雄ネジ２７とを有する構造のものでよい。 In addition, a connection mechanism 23 is provided on the distal end side of the relay optical system unit 18 so as to connect the relay optical system unit 18 to the small-diameter distal optical system unit 19. As the connection mechanism 23, for example, as shown in FIG. 5, either the relay optical system unit 18 or the small-diameter tip optical system unit 19 includes a boss portion 24 and a nut 25, and the other has a boss portion 24. A structure having a fitting hole 26 to be fitted and a male screw 27 for fastening the nut 25 may be used.

この図の例では、雄ネジ２７の先端面２７ａが、ボス部２４の側面に設けた突き当て面２４ａに突き当てられることにより両者が光軸方向に位置決めされる胴付き位置Ｄが構成されている。接続機構２３としてはこれに限定されるものではなく、図６に示されるように、ボス部２４と嵌合孔２６とを嵌合させて押しネジ２８でクランプする方式のもの、図７に示されるように、すり割り付きスリーブ２９の外面にテーパネジ２９ａを形成しナット３０を締め付けることで内部のボス部３１を締め付けていく方式のものの他、スピゴットマウント方式や、バイオネット方式や、マグネットによって吸着する方式等任意の構造のものを採用することができる。この場合に、接続機構２３は、リレー光学系ユニット１８と細径先端光学系ユニット１９とを接続する際に、両者をその軸線回りに相対回転させることなく連結することができる構造のものであることが好ましい。 In the example of this figure, the front end surface 27a of the male screw 27 is abutted against the abutting surface 24a provided on the side surface of the boss portion 24, whereby a body position D is configured in which both are positioned in the optical axis direction. Yes. The connection mechanism 23 is not limited to this, and as shown in FIG. 6, the boss portion 24 and the fitting hole 26 are fitted and clamped with a push screw 28, as shown in FIG. As shown in the figure, a taper screw 29a is formed on the outer surface of the slotted sleeve 29 and a nut 30 is tightened to tighten the internal boss 31. An arbitrary structure such as a method to be used can be adopted. In this case, the connection mechanism 23 has a structure in which when the relay optical system unit 18 and the small-diameter tip optical system unit 19 are connected, they can be connected without relatively rotating around the axis. It is preferable.

また、図６に示されるように細径先端光学系ユニット１９側に接続機構２３の大部分を設けることとすれば、リレー光学系ユニット１８として、通常の顕微鏡の対物レンズユニットを用い、該対物レンズユニットの外面を接続機構２３の嵌合孔２６に嵌合させることもできる。 As shown in FIG. 6, if most of the connection mechanism 23 is provided on the small-diameter tip optical system unit 19 side, an objective lens unit of a normal microscope is used as the relay optical system unit 18, and the objective is used. The outer surface of the lens unit can be fitted into the fitting hole 26 of the connection mechanism 23.

そして、接続機構２３は、リレー光学系ユニット１８と細径先端光学系ユニット１９とを、細径先端光学系２０により形成された第１中間像Ｂの近傍において着脱自在に接続している。また、着脱自在の位置を第１中間像Ｂの位置近傍におくことで、リレー光学ユニット１８と細径先端光学系ユニット１９とを取り付けたときの位置や傾きなどの誤差に対する影響を小さくすることができる。 The connection mechanism 23 removably connects the relay optical system unit 18 and the small-diameter tip optical system unit 19 in the vicinity of the first intermediate image B formed by the small-diameter tip optical system 20. Further, by placing the detachable position in the vicinity of the position of the first intermediate image B, the influence on errors such as position and tilt when the relay optical unit 18 and the small-diameter tip optical system unit 19 are attached is reduced. Can do.

このように構成された対物ユニット３は、結像光学系６とともに、レーザ光源部２からの励起光をステージ３１上の試料Ａに集光するように機能する。また、リレー光学系２２と細径先端光学系２０とを組み合わせた対物光学系３２の像側焦点位置Ｅは、図３に示されるように、胴付き位置Ｃから試料Ａ側に、例えば、１４．６ｍｍの位置に配置されている。一般的な顕微鏡においては、対物レンズの像側焦点位置は、胴付き位置から物体側に０〜４０ｍｍの範囲内に設定されている。したがって、本実施形態における対物ユニット３もこの条件を満たし、一般的な顕微鏡の対物レンズと互換性を備えている。 The objective unit 3 configured in this way functions together with the imaging optical system 6 so as to collect the excitation light from the laser light source unit 2 on the sample A on the stage 31. Further, the image side focal position E of the objective optical system 32 that combines the relay optical system 22 and the small-diameter tip optical system 20 is, for example, 14 from the barrel position C to the sample A side as shown in FIG. It is arranged at a position of 6 mm. In a general microscope, the image side focal position of the objective lens is set within a range of 0 to 40 mm from the body position to the object side. Therefore, the objective unit 3 in the present embodiment also satisfies this condition and has compatibility with a general microscope objective lens.

また、対物ユニット３は、図８に示されるように、その後側焦点位置Ｅが、結像光学系６と瞳投影光学系５とによって、スキャナ部４の近傍位置Ｆにおいて共役となるように構成されている。結像光学系６は、試料Ａの第２中間像Ｇを形成する機能を有している。瞳投影光学系５は、スキャナ部４と結像光学系６との間に配置されている。 Further, as shown in FIG. 8, the objective unit 3 is configured such that the rear focal position E is conjugate at the position F near the scanner unit 4 by the imaging optical system 6 and the pupil projection optical system 5. Has been. The imaging optical system 6 has a function of forming the second intermediate image G of the sample A. The pupil projection optical system 5 is disposed between the scanner unit 4 and the imaging optical system 6.

検出光学系８は、図１に示されるように、ダイクロイックミラー３３と、バリアフィルタ３４と、レンズ３５と、共焦点ピンホール３６と、受光センサ３７とを備えている。試料から発せられた蛍光は、対物ユニット３、結像光学系６、瞳投影光学系５およびスキャナ部４を経た後に検出光学系８の受光センサ３７によって検出されるようになっている。
また、スキャナ部４と検出光学系８およびレーザ光源部２との間には、レーザ光源部２からの励起光を試料Ａに導くとともに、試料Ａからの蛍光を受光センサ３７に導くためのダイクロイックミラー３８が設けられている。図１中符号３９はミラーである。 As shown in FIG. 1, the detection optical system 8 includes a dichroic mirror 33, a barrier filter 34, a lens 35, a confocal pinhole 36, and a light receiving sensor 37. The fluorescence emitted from the sample is detected by the light receiving sensor 37 of the detection optical system 8 after passing through the objective unit 3, the imaging optical system 6, the pupil projection optical system 5, and the scanner unit 4.
Further, between the scanner unit 4, the detection optical system 8, and the laser light source unit 2, dichroic for guiding excitation light from the laser light source unit 2 to the sample A and guiding fluorescence from the sample A to the light receiving sensor 37. A mirror 38 is provided. Reference numeral 39 in FIG. 1 denotes a mirror.

なお、レーザ走査型共焦点蛍光顕微鏡には、パーソナルコンピュータなどの処理制御手段（図示略）が接続されている。処理制御手段は、レーザ光源部２の波長制御、ダイクロイックミラー１６，３３やフィルタ３４等の波長選択、波長分離素子（図示略）の制御、検出光学系８の受光センサ３７により受光された検出情報の解析および表示、スキャナ部４の駆動制御等を行うようになっている。 Note that processing control means (not shown) such as a personal computer is connected to the laser scanning confocal fluorescence microscope. The processing control means controls the wavelength of the laser light source unit 2, selects the wavelengths of the dichroic mirrors 16, 33 and the filter 34, controls the wavelength separation element (not shown), and detects the information received by the light receiving sensor 37 of the detection optical system 8. Analysis and display, drive control of the scanner unit 4 and the like are performed.

このように構成された本実施形態に係る顕微鏡システム１によれば、レーザ光源１２から出射された励起光は、レンズ１３によってピンホール１５に集光された後、レンズ１４によって平行光に変換される。その後、ダイクロイックミラー１６，３８を経てスキャナ部４に導かれ、スキャナ部４の各ガルバノミラー４ａの回転により光束を光軸に対して２次元方向にシフトさせられる。そして、瞳投影光学系５を経て第２中間像位置Ｇに集光して結像する。第２中間像位置Ｇに集光した励起光は、結像光学系６、対物ユニット３を経て試料Ａに微小スポット状に照射される。このとき、試料Ａ面に照射される励起光は、スキャナ部４によって走査される。 According to the microscope system 1 according to the present embodiment configured as described above, the excitation light emitted from the laser light source 12 is focused on the pinhole 15 by the lens 13 and then converted into parallel light by the lens 14. The Thereafter, the light is guided to the scanner unit 4 through the dichroic mirrors 16 and 38, and the light beam is shifted in a two-dimensional direction with respect to the optical axis by the rotation of each galvanometer mirror 4a of the scanner unit 4. Then, the light is focused on the second intermediate image position G through the pupil projection optical system 5 to form an image. The excitation light condensed at the second intermediate image position G is irradiated to the sample A in the form of a minute spot through the imaging optical system 6 and the objective unit 3. At this time, the excitation light irradiated on the surface of the sample A is scanned by the scanner unit 4.

また、対物ユニット３の後側焦点位置Ｅは、結像光学系６と瞳投影光学系５とによってスキャナ部４の近傍位置Ｆに投影される。
励起光が照射されることによって試料Ａで励起された蛍光は、対物ユニット３、結像光学系６、瞳投影光学系５、スキャナ部４、ダイクロイックミラー３８を経て検出光学系８に導かれる。そして、検出光学系８において、ダイクロイックミラー３３、バリアフィルタ３４、レンズ３５を介した後に共焦点ピンホール３６を通過した蛍光だけが、受光センサ３７によって検出されることになる。 Further, the rear focal position E of the objective unit 3 is projected to a position F near the scanner unit 4 by the imaging optical system 6 and the pupil projection optical system 5.
The fluorescence excited by the sample A by being irradiated with the excitation light is guided to the detection optical system 8 through the objective unit 3, the imaging optical system 6, the pupil projection optical system 5, the scanner unit 4, and the dichroic mirror 38. In the detection optical system 8, only the fluorescence that has passed through the confocal pinhole 36 after passing through the dichroic mirror 33, the barrier filter 34, and the lens 35 is detected by the light receiving sensor 37.

この場合において、本実施形態に係る顕微鏡システム１は、対物ユニット３の先端に十分に外径寸法の小さい細径先端光学系ユニット１９を備えているので、この細径先端光学系ユニット１９を観察対象である試料Ａに近接あるいは接触させることができる。したがって、観察対象が実験小動物等の体内の奥深い所に配置されている場合であっても、表皮あるいは筋肉組織を大きく切開することなく、小さな開口部を設けるだけで細径先端光学系ユニット１９をその開口部から差し込んで観察することができる。その結果、実験小動物に大きなダメージを与えることなく、長期間にわたる経時的な観察も、生きたままの状態で行うことができるという利点がある。 In this case, the microscope system 1 according to the present embodiment includes the thin tip optical system unit 19 having a sufficiently small outer diameter at the tip of the objective unit 3, so that the thin tip optical system unit 19 is observed. It can be brought close to or in contact with the target sample A. Therefore, even when the observation target is placed deep inside the body of an experimental small animal or the like, the small-diameter tip optical system unit 19 can be provided only by providing a small opening without greatly incising the epidermis or muscle tissue. It can be observed through the opening. As a result, there is an advantage that observation over a long period of time can be performed alive without damaging the experimental small animals.

また、本実施形態に係る顕微鏡システム１によれば、細径先端光学系２０により一旦第１中間像を形成し、リレー光学系２２によって略平行にすることにより、細径先端光学系ユニット１９の細い外筒２１の領域を十分に長く確保することができる。したがって、観察対象である試料Ａが実験小動物等の体内の深い位置にある場合においても、表皮組織等を大きく切開することなく観察を行うことができる。 In addition, according to the microscope system 1 according to the present embodiment, the first intermediate image is once formed by the small-diameter tip optical system 20 and is made substantially parallel by the relay optical system 22. The area of the thin outer cylinder 21 can be secured sufficiently long. Therefore, even when the sample A to be observed is in a deep position in the body of an experimental small animal or the like, the observation can be performed without greatly incising the epidermis tissue or the like.

また、本実施形態に係る顕微鏡システム１によれば、接続機構２３により、細径先端光学系ユニット１９とリレー光学系ユニット２０とを接続して、図１に示されるように、実験小動物等の体内の観察を生きたまま行う一方、図９に示されるように接続機構２３により細径先端光学系ユニット１９とリレー光学系ユニット２０とを切り離し、細径先端光学系ユニット１９を、実験小動物等の試料Ａに位置決めした状態に維持することができる。そして、再度観察するときには接続機構２３により細径先端光学系ユニット１９とリレー光学系ユニット２０とを接続することにより、細径先端光学系ユニット１９を一旦位置決めした試料Ａの位置から動かすことなく、同一箇所の観察を時間間隔をおいて行うことができる。また、試料Ａに対して細径先端光学系ユニット１９を相対的に移動させないので、試料Ａにダメージを与えないという利点もある。 Further, according to the microscope system 1 according to the present embodiment, the small-diameter tip optical system unit 19 and the relay optical system unit 20 are connected by the connection mechanism 23, and as shown in FIG. While observing the inside of the body alive, as shown in FIG. 9, the small-diameter tip optical system unit 19 and the relay optical system unit 20 are separated by the connection mechanism 23, and the small-diameter tip optical system unit 19 is used as an experimental small animal or the like. The sample A can be maintained in a state of being positioned on the sample A. And when observing again, by connecting the small-diameter tip optical system unit 19 and the relay optical system unit 20 by the connection mechanism 23, the fine-diameter tip optical system unit 19 is not moved from the position of the sample A once positioned. The same part can be observed at time intervals. Further, since the small-diameter tip optical system unit 19 is not moved relative to the sample A, there is an advantage that the sample A is not damaged.

さらに、本実施形態に係る顕微鏡システム１によれば、接続機構２３が、細径先端光学系ユニット１９とリレー光学系ユニット２０とを相対的に回転させることなく相互に固定するので、リレー光学系ユニット２０の回転角度位置にかかわらず、試料Ａに対して位置決めした細径先端光学系ユニット１９を回転させることなくそのまま接続することができる。その結果、試料Ａに損傷を与えることがないという利点がある。 Furthermore, according to the microscope system 1 according to the present embodiment, the connection mechanism 23 fixes the small-diameter tip optical system unit 19 and the relay optical system unit 20 to each other without relatively rotating, so the relay optical system. Regardless of the rotation angle position of the unit 20, the small-diameter tip optical system unit 19 positioned with respect to the sample A can be connected as it is without being rotated. As a result, there is an advantage that the sample A is not damaged.

なお、本実施形態に係る対物ユニット３においては、接続機構２３により細径先端光学系ユニット１９とリレー光学系ユニット２０とを着脱可能としたが、接続機構２３を設けることなく細径先端光学系ユニット１９とリレー光学系ユニット２０とを一体化してもよい。また、細径先端光学系ユニット１９とリレー光学系ユニット２０との間に、図１０に示されるように、延長光学系４０を配置することにしてもよい。延長光学系４０は、細径先端光学系２０により結像された第１中間像Ｂの光を再度結像させて、１つ以上の他の中間像Ｂ_１，Ｂ_２を形成する複数のリレーレンズ４０ａ，４０ｂと瞳リレー用レンズ４１とを外筒２１内に備えている。 In the objective unit 3 according to this embodiment, the small-diameter tip optical system unit 19 and the relay optical system unit 20 can be attached and detached by the connection mechanism 23, but the small-diameter tip optical system is not provided without the connection mechanism 23. The unit 19 and the relay optical system unit 20 may be integrated. Further, as shown in FIG. 10, the extension optical system 40 may be arranged between the small-diameter tip optical system unit 19 and the relay optical system unit 20. The extension optical system 40 re-images the light of the first intermediate image B formed by the small-diameter tip optical system 20 to form one or more other intermediate images B ₁ and B _2. Lenses 40 a and 40 b and a pupil relay lens 41 are provided in the outer cylinder 21.

このように構成された対物ユニット３によれば、延長光学系４０の作動により、光軸方向に沿って複数の中間像Ｂ_１，Ｂ_２が形成されるように光が進行させられるので、細径先端光学系２０の全長を長く確保することができる。その結果、実験小動物等の臓器のように体内の奥深いところに位置する観察部位にも、狭隘な開口のみを開けることで細径先端光学系ユニット１９の先端１９ａを到達させることができ、生きたままの観察を行うことができる。 According to the objective unit 3 configured in this way, the light is advanced by the operation of the extension optical system 40 so that a plurality of intermediate images B ₁ and B ₂ are formed along the optical axis direction. The entire length of the diameter tip optical system 20 can be secured long. As a result, the tip 19a of the small-diameter tip optical system unit 19 can be reached by opening only a narrow opening even in an observation site located deep in the body like an organ such as a small experimental animal. Observation can be performed as it is.

また、延長光学系４０は、図１０に示されるように細径先端光学系ユニット１９の一部として構成してもよいが、リレー光学系ユニット１８の一部として構成してもよく、また、リレー光学系ユニット１８および細径先端光学系ユニット１９の両方に着脱可能に接続されるように構成してもよい。この場合、長さの異なる延長光学系４０を複数用意しておき、観察部位の深さに応じて交換することにしてもよいし、最小長さの延長光学系４０を複数用意しておいて、観察部位の深さに合わせて継ぎ足す延長光学系４０の数を変えてもよい。また、リレーレンズ４０ａ，４０ｂに代えてＧＲＩＮレンズを使用してもよい。 Further, the extension optical system 40 may be configured as a part of the small-diameter tip optical system unit 19 as shown in FIG. 10, but may be configured as a part of the relay optical system unit 18, It may be configured to be detachably connected to both the relay optical system unit 18 and the small-diameter tip optical system unit 19. In this case, a plurality of extension optical systems 40 having different lengths may be prepared and replaced according to the depth of the observation site, or a plurality of extension optical systems 40 having the minimum length may be prepared. The number of extended optical systems 40 to be added may be changed according to the depth of the observation site. Further, a GRIN lens may be used in place of the relay lenses 40a and 40b.

このようにすることで、深い位置の観察部位を観察するときには長い延長光学系４０あるいは多数の延長光学系４０を取り付け、浅い位置の観察部位あるいは、表皮から観察し得る観察部位を観察するときには延長光学系４０を取り外し、あるいは、短い延長光学系４０または少ない延長光学系４０を用いることにより、観察部位に適した形態で観察を行うことができる。 In this way, a long extension optical system 40 or a number of extension optical systems 40 are attached when observing an observation site at a deep position, and extended when observing an observation site at a shallow position or an observation site that can be observed from the epidermis. By removing the optical system 40 or using the short extension optical system 40 or the few extension optical systems 40, observation can be performed in a form suitable for the observation site.

次に、本発明の第２の実施形態に係る顕微鏡システム５０について、図１１および図１２を参照して以下に説明する。本実施形態の説明において、上述した第１の実施形態に係る顕微鏡システム１と構成を共通とする箇所には同一符号を付して説明を簡略化する。 Next, a microscope system 50 according to a second embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. 11 and 12. In the description of the present embodiment, the same reference numerals are given to portions having the same configuration as the microscope system 1 according to the first embodiment described above, and the description will be simplified.

本実施形態の顕微鏡システム５０は、図１１に示されるように、レーザ走査型蛍光顕微鏡であって、第１の実施形態の顕微鏡システム１が共焦点顕微鏡であったのに対し、本実施形態の顕微鏡システム５０は多光子励起型の観察をも行うことができる点で第１の実施形態の顕微鏡システム１と相違している。具体的には、レーザ光源５１として、高出力の近赤外のフェムト秒パルスレーザをも備えている。また検出光学系８としては、通常の励起光による測定時に用いられる第１の検出光学系８と、多光子励起用の第２の検出光学系５２とを備えている。 As shown in FIG. 11, the microscope system 50 according to the present embodiment is a laser scanning fluorescence microscope, and the microscope system 1 according to the first embodiment is a confocal microscope. The microscope system 50 is different from the microscope system 1 of the first embodiment in that multi-photon excitation type observation can be performed. Specifically, the laser light source 51 also includes a high-power near-infrared femtosecond pulse laser. In addition, the detection optical system 8 includes a first detection optical system 8 used at the time of measurement with normal excitation light, and a second detection optical system 52 for multiphoton excitation.

第１の検出光学系８においては、第１の実施形態において採用していた共焦点ピンホール３６に代えて、ノイズカット用ピンホール３６′が備えられている。
第２の検出光学系５２は、一対のコリメートレンズ５３，５４とその間に配置されるバンドパスフィルタ５５と、ピンホール径が回折径より十分に大きなノイズカット用ピンホール５６と、受光センサ５７とを備えている。 The first detection optical system 8 is provided with a noise-cutting pinhole 36 'instead of the confocal pinhole 36 employed in the first embodiment.
The second detection optical system 52 includes a pair of collimating lenses 53 and 54, a band-pass filter 55 disposed between them, a noise-cut pinhole 56 having a pinhole diameter sufficiently larger than the diffraction diameter, a light receiving sensor 57, and the like. It has.

また、顕微鏡本体９′は、レーザ光源部２′および第１，第２の検出光学系８，５２とは分離され、両者間は相互に光ファイバ５８，５９によって接続されている。これにより、顕微鏡本体９′は小さく構成されており、それ自体の２次元方向の位置および試料Ａに対する角度を調整するためのｘ−ｙ−θ−φ本体移動機構（図示略）が備えられている。また、顕微鏡本体９′内には、スキャナ部４において偏向された光を光ファイバ５８端面に集光させるコリメート光学系６０が備えられている。コリメート光学系６０には、該コリメート光学系６０を構成するレンズを光軸方向に位置調整する準焦機構部６２が備えられている。また、顕微鏡本体９′には、多光子励起型の蛍光観察を行う際に、スキャナ部４とコリメート光学系６０との間に配置されるダイクロイックミラー６４および励起光をカットするバリアフィルタ６５と、光ファイバ５９端面に向けて集光させる第２のコリメート光学系６１および準焦機構部６３とが設けられている。 The microscope main body 9 'is separated from the laser light source 2' and the first and second detection optical systems 8, 52, and the two are connected to each other by optical fibers 58, 59. As a result, the microscope main body 9 'is configured to be small, and is provided with an xy-θ-φ main body moving mechanism (not shown) for adjusting the position of the microscope itself 9D and the angle with respect to the sample A. Yes. Further, a collimating optical system 60 for condensing the light deflected by the scanner unit 4 on the end face of the optical fiber 58 is provided in the microscope body 9 ′. The collimating optical system 60 is provided with a semi-focusing mechanism unit 62 that adjusts the position of the lens constituting the collimating optical system 60 in the optical axis direction. The microscope main body 9 ′ includes a dichroic mirror 64 disposed between the scanner unit 4 and the collimating optical system 60 and a barrier filter 65 for cutting excitation light when performing multiphoton excitation type fluorescence observation, A second collimating optical system 61 for focusing light toward the end face of the optical fiber 59 and a semi-focusing mechanism unit 63 are provided.

多光子励起型蛍光観察用の光ファイバ５９は、共焦点ピンホールとして作用させる必要がなく、伝送する光量を確保してＳ／Ｎ比を向上するために回折限界と比較して十分コア径が大きな光ファイバ（例えば、コア径が大きなマルチモードファイバ）を採用することが好ましく、分散を小さくするためにはフォトニッククリスタルファイバを採用するのが好ましい。また、通常の蛍光観察用の光ファイバ５８は、その端面のコア径を共焦点ピンホールとして作用させる必要があり、回折限界程度のコア径を有する光ファイバ（例えば、シングルモードファイバやコア径の小さなマルチモードファイバ）を用いることが好ましい。 The optical fiber 59 for multiphoton excitation type fluorescence observation does not need to act as a confocal pinhole, and has a sufficiently large core diameter compared to the diffraction limit in order to secure the amount of light to be transmitted and improve the S / N ratio. It is preferable to use a large optical fiber (for example, a multimode fiber having a large core diameter), and it is preferable to use a photonic crystal fiber in order to reduce dispersion. In addition, an ordinary optical fiber 58 for fluorescence observation needs to have the core diameter of its end face act as a confocal pinhole, and an optical fiber having a core diameter of the diffraction limit (for example, a single mode fiber or a core diameter). It is preferable to use a small multimode fiber).

なお、図中符号６６は、パーソナルコンピュータなどの処理制御手段、符号６７はケーブルである。処理制御手段６６は、レーザ光源部２′のレーザ光源１２，５１の切換制御および波長制御、ダイクロイックミラー６，３８やフィルタ３４等の波長選択、波長分離素子（図示略）の制御、検出光学系８、５２の受光センサ３７、５７により受光された検出情報の解析および表示、スキャナ部４の駆動制御、準焦機構部６２，６３の駆動制御、ｘ−ｙ−θ−φ本体移動機構の駆動制御等を行うようになっている。 In the figure, reference numeral 66 denotes processing control means such as a personal computer, and reference numeral 67 denotes a cable. The processing control means 66 is for switching control and wavelength control of the laser light sources 12 and 51 of the laser light source section 2 ′, wavelength selection of the dichroic mirrors 6 and 38, the filter 34, etc., control of wavelength separation elements (not shown), and detection optical system. Analysis and display of detection information received by the light receiving sensors 37 and 57 of 8, 52, driving control of the scanner unit 4, driving control of the semi-focusing mechanism units 62 and 63, driving of the xy-θ-φ main body moving mechanism Control and the like are performed.

また、本実施形態においては、図１２に示されるように、対物ユニット３の胴付き位置Ｃと第１中間像位置Ｂとの光軸に沿う距離をＬｍ、前記胴付き位置Ｃと前記対物光学系３２の後側焦点位置Ｅの結像光学系６および瞳投影光学系５による共役位置Ｆとの光軸に沿う距離をＬｐとして、以下の条件式（２）を満足するように構成されている。
０．１５≦Ｌｍ／Ｌｐ≦０．５ …（２）
なお、結像光学系による第２中間像の結像位置Ｇと、第１中間像の結像位置Ｂとの光軸に沿う距離をＬｔｌとして、以下の条件式（３）を満足することとしてもよい。
０．１５≦Ｌｍ／Ｌｔｌ≦０．５ …（３） Further, in the present embodiment, as shown in FIG. 12, the distance along the optical axis between the barrel position C of the objective unit 3 and the first intermediate image position B is Lm, and the barrel position C and the objective optical The distance along the optical axis between the rear focal position E of the system 32 and the conjugate position F by the imaging optical system 6 and the pupil projection optical system 5 is Lp, and the following conditional expression (2) is satisfied. Yes.
0.15 ≦ Lm / Lp ≦ 0.5 (2)
Note that the following conditional expression (3) is satisfied, where Ltl is the distance along the optical axis between the imaging position G of the second intermediate image and the imaging position B of the first intermediate image by the imaging optical system. Also good.
0.15 ≦ Lm / Ltl ≦ 0.5 (3)

本実施形態に係る顕微鏡システム５０によれば、レーザ光源部２′および検出光学系８，５２と顕微鏡本体９′とを別体として光ファイバ５８，５９により接続することにより、顕微鏡本体９′をレーザ光源部２′および検出光学系８，５２に対して自由に配置することができる。したがって、顕微鏡本体９′を生きたままの観察対象の観察に適した大きさに小型化することができるとともに、観察部位に適した方向に、顕微鏡本体９′に取り付けた対物ユニット３を向けることができる。 According to the microscope system 50 according to the present embodiment, the microscope light source unit 2 ′ and the detection optical systems 8 and 52 and the microscope body 9 ′ are separately connected by the optical fibers 58 and 59, so that the microscope body 9 ′ can be connected. The laser light source unit 2 ′ and the detection optical systems 8 and 52 can be freely arranged. Therefore, the microscope main body 9 'can be downsized to a size suitable for observing a living observation target, and the objective unit 3 attached to the microscope main body 9' is directed in a direction suitable for the observation site. Can do.

また、本実施形態に係る顕微鏡システム５０によれば、条件式（２）、または条件式（３）を満足するように構成されているので、スキャナ部４からリレー光学系ユニット１８までの距離を短くすることができ、顕微鏡本体９′を小型化することができる。条件式（２），（３）の上限値を上回ると、結像光学系６、瞳投影光学系５の焦点距離が短くなり、瞳投影光学系５とスキャナ部４との間隔が短くなりすぎて両者が干渉してしまう不都合がある。また、条件式（２），（３）の下限値を下回ると、試料Ａからスキャナ部４までの全長が長くなりすぎて顕微鏡本体９′を小型化することが困難となってしまう。したがって、この条件式（２）、（３）を満足する本実施形態の顕微鏡システム５０においてはそのような不都合がないという利点がある。 Further, according to the microscope system 50 according to the present embodiment, since the conditional expression (2) or the conditional expression (3) is satisfied, the distance from the scanner unit 4 to the relay optical system unit 18 is set. The microscope body 9 'can be reduced in size. If the upper limit values of the conditional expressions (2) and (3) are exceeded, the focal lengths of the imaging optical system 6 and the pupil projection optical system 5 become short, and the distance between the pupil projection optical system 5 and the scanner unit 4 becomes too short. There is an inconvenience that both interfere. If the lower limit value of the conditional expressions (2) and (3) is not reached, the total length from the sample A to the scanner unit 4 becomes too long, and it becomes difficult to miniaturize the microscope main body 9 '. Therefore, the microscope system 50 of this embodiment that satisfies the conditional expressions (2) and (3) has an advantage that there is no such inconvenience.

また、顕微鏡本体９′が小型であるために、この顕微鏡本体９′を観察対象部位に対して適切な位置、角度に配置することが容易にできる。つまり、例えば、実験小動物の体内の奥深い観察し難い位置の場合、小型の顕微鏡本体９′自体を適切な位置に容易に設置することができる。さらに、顕微鏡本体９′は小型であるため設置する角度も自由にすることができる。よって、観察し難い位置であっても、適切な位置で適切な方向（角度）から観察することができ、実験小動物に対して比較的負担をかけることなく適切に観察することができる。 Further, since the microscope main body 9 'is small, it can be easily arranged at an appropriate position and angle with respect to the observation target site. That is, for example, in the case of a position that is difficult to observe deep inside the body of the experimental small animal, the small microscope main body 9 ′ itself can be easily installed at an appropriate position. Furthermore, since the microscope main body 9 'is small, the installation angle can be freely set. Therefore, even if it is difficult to observe, it can be observed from an appropriate direction (angle) at an appropriate position, and can be appropriately observed without relatively burdening the experimental small animal.

また、本実施形態に係る顕微鏡システム５０によれば、レーザ光源５１としてフェムト秒パルスレーザを用いることにより、多光子励起の蛍光観察を行うことができる。その結果、観察対象部位が、例えば、実験小動物等の体内の奥深い位置に配置されている臓器の表面からさらに奥深い内部にある場合においても、細径先端光学系ユニット１９の先端１９ａを臓器の表面に押しつけるだけで、臓器を傷つけることなく臓器の内部を観察することができるという利点がある。また、それ以外の場合においも、例えば、実験小動物等の体表面に細径先端光学系ユニット１９の先端面１９ａを押しつけるだけで、非侵襲に体内を観察することができる。
また、本実施形態では、顕微鏡システム５０は第２の検出光学系５２を備えているが、多光子励起型の蛍光観察を行う必要がない場合は、第２の検出光学系５２は不要である。
この場合には、第２の検出光学系５２を設けていない分、顕微鏡本体９′をさらに小型化することができ、小型の顕微鏡本体９′により、通常の蛍光観察が可能である。 Further, according to the microscope system 50 according to the present embodiment, by using a femtosecond pulse laser as the laser light source 51, fluorescence observation with multiphoton excitation can be performed. As a result, the tip 19a of the small-diameter tip optical system unit 19 is placed on the surface of the organ even when the site to be observed is located deeper from the surface of the organ arranged at a deep position in the body of, for example, an experimental small animal. There is an advantage that the inside of the organ can be observed without damaging the organ simply by pressing on the inside. In other cases, for example, the body can be observed non-invasively only by pressing the distal end surface 19a of the small-diameter distal optical system unit 19 against the body surface of a small experimental animal or the like.
In this embodiment, the microscope system 50 includes the second detection optical system 52, but the second detection optical system 52 is not necessary when it is not necessary to perform multiphoton excitation type fluorescence observation. .
In this case, since the second detection optical system 52 is not provided, the microscope main body 9 'can be further reduced in size, and normal fluorescence observation is possible with the small microscope main body 9'.

以下、本発明の顕微鏡システム１，５０における瞳投影光学系５、結像光学系６および対物光学系３２の実施例について説明する。なお、この実施例の光学系は、図１および図１１に示された各実施形態に係る顕微鏡システム１，５０に適用される。 Hereinafter, examples of the pupil projection optical system 5, the imaging optical system 6, and the objective optical system 32 in the microscope systems 1 and 50 of the present invention will be described. The optical system of this example is applied to the microscope systems 1 and 50 according to the respective embodiments shown in FIGS.

図１３に、本発明の実施例に係る顕微鏡システム１，５０の瞳投影光学系５、結像光学系６および対物光学系３２の構成を光軸に沿って示す。また、図１４に対物光学系３２の構成を拡大して示す。
本実施例に係る顕微鏡システム１，５０では、図１３に示されるように、瞳投影光学系５は、スキャナ部４（紙面の左側）から順に、スキャナ部４側に凹面を向けた平凹レンズＬ_１と第２中間像Ｇ側に凸面を向けた平凸レンズＬ_２とのパワーの弱い接合正レンズと、両凸レンズＬ_３とスキャナ部４側に凹面を向けた負メニスカスレンズＬ_４との接合正レンズと、両凸レンズＬ_５，Ｌ_６と、両凹レンズＬ_７とで構成されている。 FIG. 13 shows the configuration of the pupil projection optical system 5, the imaging optical system 6, and the objective optical system 32 of the microscope systems 1 and 50 according to the embodiment of the present invention along the optical axis. FIG. 14 shows an enlarged configuration of the objective optical system 32.
In the microscope system 1, 50 according to the present embodiment, as shown in FIG. 13, the pupil projection optical system 5 includes a plano-concave lens L having a concave surface directed toward the scanner unit 4 in order from the scanner unit 4 (left side of the paper surface). _A cemented positive lens having a weak power between ₁ and a plano-convex lens L ₂ having a convex surface facing the second intermediate image G, and a negative meniscus lens L ₄ having a concave surface facing the biconvex lens L ₃ and the scanner unit 4 side. a lens, a biconvex lens _L 5, _{L 6,} is composed of a biconcave lens _{L 7.}

結像光学系６は、第２中間像Ｇ側から順に、前群と後群とで構成されている。前群は第２中間像Ｇ側から順に、両凸レンズＬ_８と、第２中間像Ｇ側に平面を向けた平凹レンズＬ_９とで構成されている。また、後群は、第２中間像Ｇ側から順に、両凸レンズＬ_１０と、試料Ａ側に凹面を向けた平凹レンズＬ_１１と両凸レンズＬ_１２との接合正レンズとで構成されている。 The imaging optical system 6 includes a front group and a rear group in order from the second intermediate image G side. The front group includes, in order from the second intermediate image G side, a biconvex lens L ₈ and a plano-concave lens L ₉ having a plane directed to the second intermediate image G side. Further, the rear group includes, in order from the second intermediate image G side, a biconvex lens L _10, is composed of a plano-concave lens L ₁₁ with a concave surface facing the specimen A side a cemented positive lens of a biconvex lens L _12.

対物光学系３２は、図１４に示されるように、リレー光学系２２と細径先端光学系２０とからなり、リレー光学系２２は、第２中間像Ｇ側から順に、第２中間像Ｇ側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ_１３と第２中間像Ｇ側に凸面を向けた平凸レンズＬ_１４との接合正レンズと、第２中間像Ｇ側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ_１５と、両凹レンズＬ_１６と両凸レンズＬ_１７との接合正レンズと、２つの平凸レンズＬ_１８，Ｌ_１９の接合正レンズとで構成されている。また、細径先端光学系２０は、第１中間像Ｂ側から順に、両凹レンズＬ_２０と第１中間像Ｂ側に凸面を向けた平凸レンズＬ_２１との接合負レンズと、第１中間像Ｂ側に平面を向けた平凸レンズＬ_２２と、両凸レンズＬ_２３と負メニスカスレンズＬ_２４との接合正レンズと、両凸レンズＬ_２５と、両凹レンズＬ_２６と両凸レンズＬ_２７との接合正レンズと、第１中間像Ｂ側に凹面を向けた平凹レンズＬ_２８と、両凸レンズＬ_２９と、試料Ａ側に平面を向けた平凸レンズＬ_３０とで構成されている。 As shown in FIG. 14, the objective optical system 32 includes a relay optical system 22 and a small-diameter tip optical system 20, and the relay optical system 22 is arranged in order from the second intermediate image G side to the second intermediate image G side. A positive meniscus lens L ₁₅ having a convex surface facing the second intermediate image G, a negative positive meniscus lens L ₁₃ having a convex surface facing the second intermediate image G, and a plano-convex lens L ₁₄ having a convex surface facing the second intermediate image G; , and a biconcave lens _{L 16} and the positive cemented lens of a biconvex lens _{L 17,} and two plano-convex lens _L _18, a cemented positive lens _{L 19.} Further, narrow-diameter end optical system 20 includes, in order from the first intermediate image B, a cemented negative lens of a biconcave lens L ₂₀ and the plano-convex lens L ₂₁ with a convex surface facing the first intermediate image B side, the first intermediate image Plano-convex lens L ₂₂ having a plane facing the B side, a cemented positive lens of a biconvex lens L ₂₃ and a negative meniscus lens L ₂₄ , a biconvex lens L ₂₅ , a cemented positive lens of a biconcave lens L ₂₆ and a biconvex lens L ₂₇ And a plano-concave lens L ₂₈ having a concave surface facing the first intermediate image B, a biconvex lens L _29, and a plano-convex lens L ₃₀ having a plane facing the sample A side.

次に、上記実施例の光学系を構成する光学部材Ｌ_１〜Ｌ_３０の数値データを示す。なお、この数値データにおいて、記号ｒはレンズ面の曲率半径、記号ｄは軸上における各レンズの肉厚または空気間隔、ｎｄは各レンズのｄ線での屈曲率、νｄは各レンズのアッベ数を表している。第１面は、対物光学系３２の瞳共役位置Ｆであり、物体無限遠からの光束が入射する。また、数字の末尾にＵを付してあるのはレンズ有効径である。 Next, numerical data of the optical members L _{1 to} L ₃₀ constituting the optical system of the above embodiment will be shown. In this numerical data, symbol r is the radius of curvature of the lens surface, symbol d is the thickness or air spacing of each lens on the axis, nd is the curvature of each lens at the d-line, and νd is the Abbe number of each lens. Represents. The first surface is a pupil conjugate position F of the objective optical system 32, and a light beam from an object at infinity enters. Further, it is the effective lens diameter that has U added to the end of the number.

r₁=∞（共役面） r₂=-4.623 r₃=∞ r₄=-6.021 r₅=30.762 r₆=-6.181 r₇=-15.671 r₈=15.223 r₉=-15.223 r₁₀=8.835 r₁₁=-33.393 r₁₂=-15.554 r₁₃=7.459 r₁₄=∞（ r₁₅=40.55 r₁₆=-18.93 r₁₇=∞ r₁₈=12.608 r₁₉=97.144 r₂₀=-28.867 r₂₁=∞ r₂₂=29.63 r₂₃=-34.904 r₂₄=∞ r₂₅=∞（胴付き） r₂₆=18.004 r₂₇=10.967 r₂₈=∞ r₂₉=7.772 r₃₀=13.251 r₃₁=-2.461 r₃₂=7.721 r₃₃=-3.501 r₃₄=5.772 r₃₅=∞ r₃₆=-12.005 r₃₇=∞（ r₃₈=-1.869 r₃₉=1.425 r₄₀=∞ r₄₁=∞ r₄₂=-3.746 r₄₃=10.104 r₄₄=-0.804 r₄₅=-5.961 r₄₆=2.681 r₄₇=-2.406 r₄₈=-2.406 r₄₉=0.674 r₅₀=-1.218 r₅₁=-3.637 r₅₂=∞ r₅₃=1.273 r₅₄=-3.469 r₅₅=0.614 r₅₆=∞ r₅₇=∞（物体面） Numerical class="notranslate"> d₁=10.6 1.070U
d₂=1 nd₂=1.48749 νd₂=70.23 1.395U
d₃=3 nd₃=1.497 νd₃=81.54 1.547U
d₄=0.2 1.882U
d₅=4.31 nd₅=1.43875 νd₅=94.93 1.896U
d₆=1.1 nd₆=1.7725 νd₆=49.6 1.889U
d₇=0.2 1.963U
d₈=3.24 nd₈=1.43875 νd₈=94.93 1.966U
d₉=1.42 1.860U
d₁₀=2.63 nd₁₀=1.497 νd1₀=81.54 1.681U
d₁₁=1.6699 1.351U
d₁₂=1 nd₁₂=1.741 νd1₂=52.64 0.974U
d₁₃=5.363 0.866U
第２中間像） d₁₄=9 0.403U
d₁₅=1.59 nd₁₅=1.48749 νd₁₅=70.23 1.003U
d₁₆=1.29 1.069U
d₁₇=1.2 nd₁₇=1.48749 νd₁₇=70.23 1.116U
d₁₈=32.2683 1.146U
d₁₉=2.9 nd₁₉=1.43875 νd₁₉=94.93 3.997U
d₂₀=0.25 4.121U
d₂₁=1.85 nd₂₁=1.741 νd₂₁=52.64 4.125U
d₂₂=5.04 nd₂₂=1.43875 νd₂₂=94.93 4.136U
d₂₃=38.048 4.303U
d₂₄=-14.632 4.447U
d₂₅=-3.45 4.388U
d₂₆=1 nd₂₆=1.7725 νd₂₆=49.6 4.377U
d₂₇=3 nd₂₇=1.43875 νd₂₇=94.93 4.237U
d₂₈=12.38 4.161U
d₂₉=1.8 nd₂₉=1.43875 νd₂₉=94.93 3.486U
d₃₀=16.33 3.234U
d₃₁=1.63 nd₃₁=1.6779 νd₃₁=55.34 0.871U
d₃₂=2.5 nd₃₂=1.43875 νd₃₂=94.93 0.997U
d₃₃=1.5 1.224U
d₃₄=1.8 nd₃₄=1.43875 νd₃₄=94.93 1.196U
d₃₅=1.48 nd₃₅=1.51633 νd₃₅=64.14 1.071U
d₃₆=4.524 0.970U
第２中間像） d₃₇=1.02 0.281U
d₃₈=0.51 nd₃₈=1.51633 νd₃₈=64.14 0.347U
d₃₉=1 nd₃₉=1.7725 νd₃₉=49.6 0.412U
d₄₀=0.56 0.457U
d₄₁=1 nd₄₁=1.7725 νd₄₁=49.6 0.504U
d₄₂=1.03 0.549U
d₄₃=0.8 nd₄₃=1.6779 νd₄₃=55.34 0.536U
d₄₄=0.34 nd₄₄=1.7725 νd₄₄=49.6 0.519U
d₄₅=0.2 0.528U
d₄₆=0.7 nd₄₆=1.51633 νd₄₆=64.14 0.520U
d₄₇=0.2 0.473U
d₄₈=0.29 nd₄₈=1.6134 νd₄₈=44.27 0.425U
d₄₉=0.7 nd₄₉=1.43875 νd₄₉=94.93 0.394U
d₅₀=0.15 0.399U
d₅₁=0.45 nd₅₁=1.6134 νd₅₁=44.27 0.387U
d₅₂=0.15 0.392U
d₅₃=0.6 nd₅₃=1.741 νd₅₃=52.64 0.399U
d₅₄=0.15 0.342U
d₅₅=0.55 nd₅₅=1.51633 νd₅₅=64.14 0.278U
d₅₆=0.1 nd₅₆=1.33304 νd₅₆=55.79 0.108U
data
r ₁ = ∞ (conjugate surface) d ₁ = 10.6 1.070U
r ₂ = -4.623 d ₂ = 1 nd ₂ = 1.48749 νd ₂ = 70.23 1.395U
r ₃ = ∞ d ₃ = 3 nd ₃ = 1.497 νd ₃ = 81.54 1.547U
r ₄ = -6.021 d ₄ = 0.2 1.882U
r ₅ = 30.762 d ₅ = 4.31 nd ₅ = 1.43875 νd ₅ = 94.93 1.896U
r ₆ = -6.181 d ₆ = 1.1 nd ₆ = 1.7725 νd ₆ = 49.6 1.889U
r ₇ = -15.671 d ₇ = 0.2 1.963U
r ₈ = 15.223 d ₈ = 3.24 nd ₈ = 1.43875 νd ₈ = 94.93 1.966U
r ₉ = -15.223 d ₉ = 1.42 1.860U
r ₁₀ = 8.835 d ₁₀ = 2.63 nd ₁₀ = 1.497 νd1 ₀ = 81.54 1.681U
r ₁₁ = -33.393 d ₁₁ = 1.6699 1.351U
r ₁₂ = -15.554 d ₁₂ = 1 nd ₁₂ = 1.741 νd1 ₂ = 52.64 0.974U
r ₁₃ = 7.459 d ₁₃ = 5.363 0.866U
r ₁₄ = ∞ (second intermediate image) d ₁₄ = 9 0.403U
r ₁₅ = 40.55 d ₁₅ = 1.59 nd ₁₅ = 1.48749 νd ₁₅ = 70.23 1.003U
r ₁₆ = -18.93 d ₁₆ = 1.29 1.069U
r ₁₇ = ∞ d ₁₇ = 1.2 nd ₁₇ = 1.48749 νd ₁₇ = 70.23 1.116U
r ₁₈ = 12.608 d ₁₈ = 32.2683 1.146U
r ₁₉ = 97.144 d ₁₉ = 2.9 nd ₁₉ = 1.43875 νd ₁₉ = 94.93 3.997U
r ₂₀ = -28.867 d ₂₀ = 0.25 4.121U
r ₂₁ = ∞ d ₂₁ = 1.85 nd ₂₁ = 1.741 νd ₂₁ = 52.64 4.125U
r ₂₂ = 29.63 d ₂₂ = 5.04 nd ₂₂ = 1.43875 νd ₂₂ = 94.93 4.136U
r ₂₃ = -34.904 d ₂₃ = 38.048 4.303U
r ₂₄ = ∞ d ₂₄ = -14.632 4.447U
r ₂₅ = ∞ (with torso) d ₂₅ = -3.45 4.388U
r ₂₆ = 18.004 d ₂₆ = 1 nd ₂₆ = 1.7725 νd ₂₆ = 49.6 4.377U
r ₂₇ = 10.967 d ₂₇ = 3 nd ₂₇ = 1.43875 νd ₂₇ = 94.93 4.237U
r ₂₈ = ∞ d ₂₈ = 12.38 4.161U
r ₂₉ = 7.772 d ₂₉ = 1.8 nd ₂₉ = 1.43875 νd ₂₉ = 94.93 3.486U
r ₃₀ = 13.251 d ₃₀ = 16.33 3.234U
r ₃₁ = -2.461 d ₃₁ = 1.63 nd ₃₁ = 1.6779 νd ₃₁ = 55.34 0.871U
r ₃₂ = 7.721 d ₃₂ = 2.5 nd ₃₂ = 1.43875 νd ₃₂ = 94.93 0.997U
r ₃₃ = -3.501 d ₃₃ = 1.5 1.224U
r ₃₄ = 5.772 d ₃₄ = 1.8 nd ₃₄ = 1.43875 νd ₃₄ = 94.93 1.196U
r ₃₅ = ∞ d ₃₅ = 1.48 nd ₃₅ = 1.51633 νd ₃₅ = 64.14 1.071U
r ₃₆ = -12.005 d ₃₆ = 4.524 0.970U
r ₃₇ = ∞ (second intermediate image) d ₃₇ = 1.02 0.281U
r ₃₈ = -1.869 d ₃₈ = 0.51 nd ₃₈ = 1.51633 νd ₃₈ = 64.14 0.347U
r ₃₉ = 1.425 d ₃₉ = 1 nd ₃₉ = 1.7725 νd ₃₉ = 49.6 0.412U
r ₄₀ = ∞ d ₄₀ = 0.56 0.457U
r ₄₁ = ∞ d ₄₁ = 1 nd ₄₁ = 1.7725 νd ₄₁ = 49.6 0.504U
r ₄₂ = -3.746 d ₄₂ = 1.03 0.549U
r ₄₃ = 10.104 d ₄₃ = 0.8 nd ₄₃ = 1.6779 νd ₄₃ = 55.34 0.536U
r ₄₄ = -0.804 d ₄₄ = 0.34 nd ₄₄ = 1.7725 νd ₄₄ = 49.6 0.519U
r ₄₅ = -5.961 d ₄₅ = 0.2 0.528U
r ₄₆ = 2.681 d ₄₆ = 0.7 nd ₄₆ = 1.51633 νd ₄₆ = 64.14 0.520U
r ₄₇ = -2.406 d ₄₇ = 0.2 0.473U
r ₄₈ = -2.406 d ₄₈ = 0.29 nd ₄₈ = 1.6134 νd ₄₈ = 44.27 0.425U
r ₄₉ = 0.674 d ₄₉ = 0.7 nd ₄₉ = 1.43875 νd ₄₉ = 94.93 0.394U
r ₅₀ = -1.218 d ₅₀ = 0.15 0.399U
r ₅₁ = -3.637 d ₅₁ = 0.45 nd ₅₁ = 1.6134 νd ₅₁ = 44.27 0.387U
r ₅₂ = ∞ d ₅₂ = 0.15 0.392U
r ₅₃ = 1.273 d ₅₃ = 0.6 nd ₅₃ = 1.741 νd ₅₃ = 52.64 0.399U
r ₅₄ = -3.469 d ₅₄ = 0.15 0.342U
r ₅₅ = 0.614 d ₅₅ = 0.55 nd ₅₅ = 1.51633 νd ₅₅ = 64.14 0.278U
r ₅₆ = ∞ d ₅₆ = 0.1 nd ₅₆ = 1.33304 νd ₅₆ = 55.79 0.108U
r ₅₇ = ∞ (object surface)

次に、上記実施例の顕微鏡システムの条件式に用いる数値パラメータを表１および表２に示す。

Next, Tables 1 and 2 show numerical parameters used in the conditional expressions of the microscope system of the above example.

本発明の第１実施形態に係る顕微鏡システムの概略構成図である。1 is a schematic configuration diagram of a microscope system according to a first embodiment of the present invention. 図１の顕微鏡システムに使用される第１の実施形態に係る対物ユニットを示す正面図であり、（ａ）は分離状態、（ｂ）は結合状態を示している。It is a front view which shows the objective unit which concerns on 1st Embodiment used for the microscope system of FIG. 1, (a) has shown the isolation | separation state, (b) has shown the combined state. 図２の対物ユニット内部の光学部材を示す概略図である。It is the schematic which shows the optical member inside the objective unit of FIG. 対物光学系の光路を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the optical path of an objective optical system. 図２の対物ユニットの接続機構の一例を示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which shows an example of the connection mechanism of the objective unit of FIG. 図２の対物ユニットの接続機構の他の例を示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which shows the other example of the connection mechanism of the objective unit of FIG. 図２の対物ユニットの接続機構の他の例を示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which shows the other example of the connection mechanism of the objective unit of FIG. 図１の顕微鏡システムの物体面からスキャナ部までの光路を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the optical path from the object surface of the microscope system of FIG. 1 to a scanner part. 図２の対物ユニットの適用例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the example of application of the objective unit of FIG. 図２の対物ユニットの変形例として延長光学系を有する場合を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the case where it has an extension optical system as a modification of the objective unit of FIG. 本発明の第２の実施形態に係る顕微鏡システムを示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows the microscope system which concerns on the 2nd Embodiment of this invention. 図１１の顕微鏡システムの物体面からスキャナ部までの光路を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the optical path from the object surface of the microscope system of FIG. 11 to a scanner part. 本発明の一実施例に係る顕微鏡システムにおける瞳投影光学系、結像光学系および対物光学系の構成を光軸に沿って示す図である。It is a figure which shows the structure of the pupil projection optical system in the microscope system which concerns on one Example of this invention, an imaging optical system, and an objective optical system along an optical axis. 図１３の対物光学系を拡大して示す図である。It is a figure which expands and shows the objective optical system of FIG.

Explanation of symbols

Ａ試料
Ｂ第１中間像（中間像）
Ｂ_１，Ｂ_２中間像
Ｃ胴付き位置
Ｅ後側焦点位置
Ｆ共役位置
１，５０顕微鏡システム
３対物ユニット
４スキャナ部（光走査手段）
５瞳投影光学系
６結像光学系
９顕微鏡本体
１２，５１レーザ光源（光源）
１７取付ネジ
１９外筒
２０細径先端光学系
２２リレー光学系
２３接続機構
３２対物光学系
３５、５３レンズ（コリメート光学系）
３６共焦点ピンホール（コリメート光学系）
３７，５７光検出器
４０延長光学系
５８，５９光ファイバ A Sample B First intermediate image (intermediate image)
B ₁ , B ₂ intermediate image C Body position E Rear focus position F Conjugate position 1,50 Microscope system 3 Objective unit 4 Scanner unit (light scanning means)
5 Pupil projection optical system 6 Imaging optical system 9 Microscope body 12, 51 Laser light source (light source)
17 Mounting screw 19 Outer cylinder 20 Small diameter tip optical system 22 Relay optical system 23 Connection mechanism 32 Objective optical system 35, 53 Lens (collimating optical system)
36 Confocal pinhole (collimating optical system)
37,57 Photodetector 40 Extended optical system 58,59 Optical fiber

Claims

A light source, an objective unit including an objective optical system that focuses light emitted from the light source on the sample, an imaging optical system that forms an image of light emitted from the sample and passing through the objective optical system, A microscope main body that houses the imaging optical system and detachably mounts the objective unit;
The objective optical system includes a small-diameter tip optical system disposed at the tip that is brought close to or in contact with the sample,
The objective unit includes a mounting screw provided at a position where the objective unit is attached to the microscope main body, and an outer cylinder that covers the small-diameter tip optical system,
A microscope system characterized by satisfying the following conditional expression (1), where Df is the outer diameter of the outer cylinder and Da is the outer diameter of the mounting screw.
Df / Da ≦ 0.3 (1)

The objective optical system includes a relay optical system that substantially parallelizes light of an intermediate image formed by forming light from an object image on a sample by the small-diameter tip optical system. Microscope system.

The microscope system according to claim 2, further comprising a connection mechanism that detachably connects the relay optical system and the small-diameter tip optical system in the vicinity of the intermediate image.

4. The microscope system according to claim 3, wherein the connection mechanism can fix the relay optical system and the small-diameter tip optical system to each other at an arbitrary relative rotation angle around their axis.

The microscope system according to any one of claims 2 to 4, wherein the small-diameter tip optical system includes an extended optical system that forms a plurality of intermediate images at intervals in the optical axis direction.

The microscope system according to claim 5, wherein the extension optical system is detachable.

The microscope system according to any one of claims 1 to 6, further comprising an attitude adjustment mechanism capable of adjusting the microscope main body to an arbitrary attitude and position with respect to the sample.

The light source comprises a laser light source;
Optical scanning means for scanning the sample surface with excitation light from the light source;
A pupil projection optical system that is disposed between the optical scanning unit and the imaging optical system and projects a rear focal position of the objective optical system in the vicinity of the optical scanning unit;
A collimating optical system that collects the light that has passed through the pupil projection optical system;
The microscope system according to any one of claims 1 to 6, further comprising a photodetector that detects light collected by the collimating optical system.

The microscope system according to claim 8, wherein the light source, the photodetector, and the collimating optical system are optically connected by an optical fiber.

The distance along the optical axis between the barrel position of the objective optical system and the position of the intermediate image is Lm, and the conjugate position of the barrel position and the rear focal position of the objective optical system by the imaging optical system and the pupil projection optical system. The microscope system according to claim 8 or 9, wherein the following conditional expression (2) is satisfied, where Lp is a distance along the optical axis with respect to the position.
0.15 ≦ Lm / Lp ≦ 0.5 (2)

The distance along the optical axis between the barrel position of the objective optical system and the position of the intermediate image is Lm,
The following conditional expression (3) is satisfied, where Ltl is a distance along the optical axis between the imaging position by the imaging optical system and the position of the intermediate image. Microscope system.
0.15 ≦ Lm / Ltl ≦ 0.5 (3)

It is equipped with a mounting screw that is detachably attached to the microscope body,
It has a small-diameter tip optical system arranged at the tip that is close to or in contact with the sample,
An objective unit satisfying the following conditional expression (1), where Df is an outer diameter dimension of an outer cylinder covering the small-diameter tip optical system, and Da is an outer diameter dimension of the mounting screw.
Df / Da ≦ 0.3 (1)

The objective unit according to claim 12, further comprising a relay optical system configured to substantially parallel light of an intermediate image formed by forming light from an object image on the sample by the small-diameter tip optical system.

The image-side focal position of an objective optical system that is a combination of the relay optical system and the small-diameter tip optical system is disposed at a position within 40 mm from the barrel position to the object side. Objective unit described in 1.

The objective unit according to claim 14, further comprising a connection mechanism that detachably connects the relay optical system and the small-diameter tip optical system in the vicinity of the intermediate image.

The objective unit according to claim 15, wherein the connection mechanism can fix the relay optical system and the small-diameter tip optical system to each other at an arbitrary relative rotation angle around their axis.

The objective unit according to any one of claims 14 to 16, wherein the small-diameter tip optical system includes an extension optical system that forms a plurality of intermediate images at intervals in the optical axis direction.

The objective unit according to claim 17, wherein the extension optical system includes a plurality of relay optical system units that can be attached to and detached from each other.

The objective unit according to claim 17, wherein the extension optical system includes a GRIN lens.