JP2006162790A - Total reflection fluorescence illuminator - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a total reflection fluorescence illuminator, capable of rapidly irradiating only an optional designated area from an acquired image with total reflection fluorescence illuminating light, optionally varying the intensity of irradiated light and added to a microscope. <P>SOLUTION: A laser beam is condensed on the pupil surface 5a of an objective 5, the entire image of a sample S is acquired by setting the sample S to a total reflection fluorescence illuminated state, and then an area to be observed on the entire image of the sample S, which is acquired, in advance, by stopping the radiation of the laser beam, is designated, and the position of a field stop and the size of the diameter of an aperture are determined by a motor-driven field stop 43, in order to irradiate only the designated area with the illuminating light, and the sample S is re-irradiated with the laser beam. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、走査型レーザ顕微鏡によるコンフォーカル画像(LSM画像)と蛍光顕微鏡による全反射蛍光画像(エバネッセント蛍光画像)を選択的に取得できる顕微鏡装置に付加される全反射蛍光照明装置に関するものである。   The present invention relates to a total reflection fluorescent illumination device added to a microscope apparatus capable of selectively acquiring a confocal image (LSM image) by a scanning laser microscope and a total reflection fluorescence image (evanescent fluorescence image) by a fluorescence microscope. .

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。これら生体細胞の機能解析の中で、特に、細胞膜の機能を観察するものとして、細胞膜およびその近傍からのエバネッセント蛍光画像を取得する蛍光顕微鏡が注目されるようになっている。   Recently, functional analysis of living cells has been actively performed. In the functional analysis of these living cells, a fluorescence microscope that obtains an evanescent fluorescence image from the cell membrane and its vicinity has attracted attention as a means for observing the function of the cell membrane.

このようなエバネッセント照明を採用したものとして、例えば、特許文献1に開示された全反射蛍光観察と通常の蛍光観察の切換えを可能とした照明切換装置が知られている。   As an apparatus employing such evanescent illumination, for example, an illumination switching device disclosed in Patent Document 1 that enables switching between total reflection fluorescence observation and normal fluorescence observation is known.

図2は、このような照明切換装置の概略構成を示すもので、2台のレーザ光源201、202は出射端に、液晶シャッタ、またはAOTFなどに代表される電気的シャッタ203,204を設け、これら電気的シャッタ203、204を全反射蛍光観察と通常の蛍光観察を切換えるためのシャッタコントローラ205によって開閉制御するようにしている。電気的シャッタ203には光ファィバ206が接続され、電気的シャッタ204には光ファイバ207が接続されている。   FIG. 2 shows a schematic configuration of such an illumination switching device. The two laser light sources 201 and 202 are provided with electric shutters 203 and 204 typified by a liquid crystal shutter or AOTF at the emission end, The electrical shutters 203 and 204 are controlled to be opened and closed by a shutter controller 205 for switching between total reflection fluorescence observation and normal fluorescence observation. An optical fiber 206 is connected to the electrical shutter 203, and an optical fiber 207 is connected to the electrical shutter 204.

光ファィバ206が構成する第1光伝送部の光軸O′上には、照明光学系であるコリメートレンズ209、視野絞り210、集光レンズ211が設けられ、観察光路との交点にはダイクロイックミラー212が設けられ、また、ダイクロイックミラー212で折り返された光軸は、観察光路の光軸Oと一致しており、観察光路上には対物レンズ213が配置され、対物レンズ213の先には、標本214を載置したカバーガラス215が配置されている。これにより、第1光伝送部から発せられたレーザ光は、コリメートレンズ209、集光レンズ211の作用によって対物レンズ213の瞳面中心にレーザスポットを結び、対物レンズ213を出射するレーザ光は標本214を通常の蛍光観察照明で照明する。   A collimating lens 209, a field stop 210, and a condensing lens 211, which are illumination optical systems, are provided on the optical axis O ′ of the first optical transmission unit formed by the optical fiber 206, and a dichroic mirror at the intersection with the observation optical path. 212, and the optical axis folded back by the dichroic mirror 212 coincides with the optical axis O of the observation optical path, and the objective lens 213 is disposed on the observation optical path. A cover glass 215 on which the specimen 214 is placed is disposed. Thereby, the laser light emitted from the first light transmission unit forms a laser spot at the center of the pupil plane of the objective lens 213 by the action of the collimating lens 209 and the condenser lens 211, and the laser light emitted from the objective lens 213 is the specimen. Illuminate 214 with normal fluorescence observation illumination.

また、光ファイバ207は、平行移動可能な全反射マイクロプリズム208と組合せることで第2光伝送部を構成しており、この第2光伝送部から発せられたレーザ光は、コリメートレンズ209、集光レンズ211の作用によって対物レンズ213の瞳面中心から規定量離れた位置(全反射マイクロプリズム208の位置によって決まる位置)にレーザスポットを結び、対物レンズ213を出射するレーザ光は、標本214に臨界角以上で入射するため全反射蛍光観察照明となる。   Further, the optical fiber 207 constitutes a second light transmission unit by being combined with a parallel movable total reflection microprism 208, and the laser light emitted from the second light transmission unit is collimated by a collimating lens 209, A laser spot is formed at a position (a position determined by the position of the total reflection microprism 208) that is a predetermined distance away from the center of the pupil plane of the objective lens 213 by the action of the condenser lens 211, and the laser beam emitted from the objective lens 213 is a specimen 214. Since this is incident at a critical angle or more, the total reflection fluorescence observation illumination is obtained.

一方、特許文献2に開示されたようにコンフォーカル画像(LSM画像)と全反射蛍光画像(エバネッセント画像)を選択的に取得できる顕微鏡装置も知られている。   On the other hand, as disclosed in Patent Document 2, a microscope apparatus that can selectively acquire confocal images (LSM images) and total reflection fluorescent images (evanescent images) is also known.

図3は、このような顕微鏡装置の概略構成を示すもので、光源300は、レーザ光源301、集光レンズ302、光ファイバ303から構成され、レーザ光源301から発せられた光を光ファイバ303を介してスキャンユニット310に導くようになっている。スキャンユニット310は、コリメートレンズ311、ダイクロイックミラー312と、これらが構成する透過光路上に配置されるガルバノミラーなどのスキャナ313、さらにダイクロイックミラー312の反射光路上に配置される吸収フィルタ314、コンフォーカルピンホール315、集光レンズ316、ホトマルなどの受光素子317を有し、スキャナ313により標本325上にレーザ光(励起光)を2次元走査し、標本325から発せられる微弱な蛍光を受光素子317で検出するようになっている。また、スキャナ313で偏向されるレーザ光の光路上に、結像レンズ321、対物レンズ322、および顕微鏡本体323のステージ324上の標本325が配置され、さらに、スキャナ313と対物レンズ322の間に、レンズ収納手段330が設けられている。レンズ収納手段330には、第1投影光学系として瞳投影レンズ331と、第2投影光学系として対物像投影レンズ群332とダイクロイックミラー333がスキャナ313で偏向されるレーザ光の光路上に切換え可能に配置され、光路上に第1投影光学系を挿入すると通常の蛍光照明(LSM照明)、第2投影光学系を挿入すると全反射蛍光照明(エバネッセント照明)となるようにしている。そして,全反射蛍光照明の場合、標本325から発せられた蛍光は最終的に高感度CCDカメラ340で受光され、画像を構築する。
特開2004−295122号公報 特開2003−307682号公報
FIG. 3 shows a schematic configuration of such a microscope apparatus. A light source 300 includes a laser light source 301, a condenser lens 302, and an optical fiber 303. Light emitted from the laser light source 301 is transmitted through the optical fiber 303. Via the scanning unit 310. The scan unit 310 includes a collimating lens 311, a dichroic mirror 312, a scanner 313 such as a galvano mirror disposed on a transmission optical path formed by these, an absorption filter 314 disposed on a reflection optical path of the dichroic mirror 312, and a confocal pin. A light receiving element 317 such as a hole 315, a condenser lens 316, and a photomultiplier is provided. Laser light (excitation light) is two-dimensionally scanned on the sample 325 by the scanner 313, and weak fluorescence emitted from the sample 325 is received by the light receiving element 317. It comes to detect. An imaging lens 321, an objective lens 322, and a specimen 325 on the stage 324 of the microscope main body 323 are disposed on the optical path of the laser light deflected by the scanner 313, and further, between the scanner 313 and the objective lens 322. Lens storage means 330 is provided. In the lens storage unit 330, the pupil projection lens 331 as the first projection optical system, and the objective image projection lens group 332 and the dichroic mirror 333 as the second projection optical system can be switched on the optical path of the laser light deflected by the scanner 313. When the first projection optical system is inserted on the optical path, normal fluorescent illumination (LSM illumination) is inserted, and when the second projection optical system is inserted, total reflection fluorescent illumination (evanescent illumination) is obtained. In the case of total reflection fluorescent illumination, the fluorescence emitted from the specimen 325 is finally received by the high-sensitivity CCD camera 340 to construct an image.
JP 2004-295122 A JP 2003-307682 A

しかしながら、特許文献1に開示されるものは、最初に視野絞り210を全開にし、通常の蛍光照明、もしくは全反射蛍光照明を用いて標本全体を観察して標本214の全体像を捕らえ、その後に、標本214上の観察を行いたい細部のみに照明光を当てるために視野絞り210の位置、および開口径の大きさを調整して、標本214上の細部を観察するといった手順を踏む必要がある。ところが,一般的に蛍光標本は、照射時間に比例して退色が進んでしまうため、これらの一連の人為的な作業を短時間にかつ正確に行わなければならず、仮に、この作業に失敗してしまうと、標本の褪色が進んでしまい、最悪の場合には標本が使い物にならなくなってしまうという問題を生じる。   However, in the technique disclosed in Patent Document 1, first, the field stop 210 is fully opened, the whole specimen is observed by using the normal fluorescent illumination or the total reflection fluorescent illumination, and the whole image of the specimen 214 is captured. In order to apply illumination light only to the details to be observed on the specimen 214, it is necessary to adjust the position of the field stop 210 and the size of the aperture diameter to observe the details on the specimen 214. . However, since the fading of fluorescent specimens generally proceeds in proportion to the irradiation time, a series of these artificial operations must be performed in a short time and accurately. If this happens, the fading of the specimen will progress, and in the worst case, the specimen will not be usable.

また、特許文献2に開示されたものは、光ファイバ303から出射するレーザビームのNAとスキャンユニット310内のコリメートレンズ311の焦点位置が一定であるため、スキャナ313に入射するビーム径を可変できない。全反射蛍光観察の場合、照野は対物レンズ322の瞳面に集光するスポットのNAと対物レンズ322の焦点距離から決まる、言い換えれば、レーザ光の光束径と対物レンズ322の倍率によって照野の大きさが決まるため、視野絞りを設けていない特許文献2のものは、同一の対物レンズ322を使用した状態で照野の大きさを可変させたり、照明範囲の単位面積あたりの光密度を可変させたりすることは不可能であった。   In addition, in the technique disclosed in Patent Document 2, since the NA of the laser beam emitted from the optical fiber 303 and the focal position of the collimating lens 311 in the scan unit 310 are constant, the beam diameter incident on the scanner 313 cannot be varied. . In the case of total reflection fluorescence observation, the illumination field is determined by the NA of the spot focused on the pupil plane of the objective lens 322 and the focal length of the objective lens 322. In other words, the illumination field depends on the beam diameter of the laser beam and the magnification of the objective lens 322. Since the size of the illumination field is determined, in the case of Patent Document 2 in which the field stop is not provided, the size of the illumination field can be varied while the same objective lens 322 is used, or the light density per unit area of the illumination range can be changed. It was impossible to make it variable.

さらに、蛍光の褪色を利用して細胞内のものの動きを観察するための手法であるFLIPやFRAPなどの場合は、瞬間的に標本上のある領域のみを褪色させる必要があり、一般的に高出力のレーザ光源などを組合わせて強力な励起光を確保するという手段を講じる。しかし、高出力のレーザ光源はサイズが大きく、高価であり、かつ消費電力が大きいといったことから、装置がコンパクトに構成できない、安価な装置として提供できない、ランニングコストが高いといった問題を有している。   Furthermore, in the case of FLIP, FRAP, or the like, which is a method for observing the movement of an object in a cell using fluorescence discoloration, it is necessary to instantaneously discolor only a certain region on the specimen. Measures are taken to ensure powerful excitation light by combining an output laser light source. However, since the high-power laser light source is large in size, expensive, and consumes a large amount of power, the apparatus cannot be compactly configured, cannot be provided as an inexpensive apparatus, and has a high running cost. .

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、取得画像から任意の指定領域にのみ全反射蛍光照明光を速やかに照射可能で、かつ照射光の強度を任意に可変できる顕微鏡に付加される全反射蛍光照明装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and it is possible to quickly irradiate a total reflection fluorescent illumination light only on an arbitrary designated region from an acquired image, and to add to a microscope capable of arbitrarily changing the intensity of the irradiation light. An object of the present invention is to provide a reflected fluorescent lighting device.

請求項1記載の発明は、レーザ光を対物レンズの瞳面に集光し、試料を全反射蛍光照明することが可能な顕微鏡に付加される全反射蛍光照明装置において、観察画像上で指定した領域にのみ照明光を照射するための照明領域制御手段を有したことを特徴としている。   According to the first aspect of the present invention, the laser beam is focused on the pupil plane of the objective lens, and is designated on the observation image in the total reflection fluorescent illumination apparatus attached to the microscope capable of performing the total reflection fluorescent illumination on the sample. An illumination area control means for irradiating illumination light only to the area is provided.

請求項2記載の発明は、請求項1記載の発明において、前記照明領域制御手段は、大きさ、および位置制御が可能な視野絞りであり、前記観察画像で指定した領域に合わせて前記視野絞りの大きさ、および位置を制御することを特徴としている。   According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the invention, the illumination area control means is a field stop capable of controlling the size and position, and the field stop is adapted to an area designated by the observation image. It is characterized by controlling the size and position.

請求項3記載の発明は、請求項1記載の発明において、前記照明領域制御手段は、対物レンズの瞳面に集光する光のNAを可変するための第1の光学手段、および対物レンズの瞳面に入射する光の光軸を傾けるための第2の光学手段であり、前記観察画像で指定した領域に合わせて前記第1の光学手段、および第2の光学手段を制御することを特徴としている。   According to a third aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, the illumination area control means includes a first optical means for varying the NA of light condensed on the pupil plane of the objective lens, and an objective lens. The second optical means for tilting the optical axis of the light incident on the pupil plane, wherein the first optical means and the second optical means are controlled in accordance with a region designated by the observation image. It is said.

請求項4記載の発明は、請求項3記載の発明において、前記第1の光学手段は、ズーム光学系であることを特徴としている。   According to a fourth aspect of the present invention, in the third aspect of the present invention, the first optical means is a zoom optical system.

請求項5記載の発明は、請求項3記載の発明において、前記第2の光学手段は、回転可能な平行平面ガラスであることを特徴としている。   The invention according to claim 5 is the invention according to claim 3, wherein the second optical means is a rotatable parallel flat glass.

請求項6記載の発明は、請求項1乃至5のいずれかに記載の発明において、平面内の光を走査するためのガルバノミラーと、前記ガルバノミラーと標本を共役な位置関係とするためのリレー光学系と、共通光路上に光学素子を挿脱することで走査型レーザ顕微鏡観察と全反射蛍光照明観察を切換えることが可能な光路切換え手段を具備し、前記ガルバノミラーを任意の角度に固定することで深さ方向の全反射蛍光照明範囲を可変できることを特徴としている。   According to a sixth aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, the galvanometer mirror for scanning light in a plane, and the relay for making the galvanometer mirror and the specimen have a conjugate positional relationship. An optical system and optical path switching means capable of switching between scanning laser microscope observation and total reflection fluorescent illumination observation by inserting / removing an optical element on a common optical path, and fixing the galvanometer mirror at an arbitrary angle Thus, the total reflection fluorescent illumination range in the depth direction can be varied.

請求項7記載の発明は、請求項1又は3記載の発明において、前記照明領域制御手段は、全反射蛍光照明観察時に照明範囲の単位面積あたりの光密度を一定にして照射領域を規定するモードと、光密度を上昇させ照射領域を規定するモードを選択可能にする手段を有していることを特徴としている。   The invention according to claim 7 is the mode according to claim 1 or 3, wherein the illumination area control means defines an irradiation area with a constant light density per unit area of the illumination range during observation of total reflection fluorescent illumination. And a means for increasing the light density and making it possible to select a mode for defining an irradiation area.

請求項8記載の発明は、レーザ光を対物レンズの瞳面に集光し、試料を全反射蛍光照明することが可能な顕微鏡に付加される全反射蛍光照明装置において、対物レンズの瞳面に集光する光のNAを可変する第1の光学手段を設けて、この第1の光学手段の調整によって全反射照明する領域の大きさを可変することを特徴としている。   According to an eighth aspect of the present invention, in the total reflection fluorescent illumination device attached to the microscope capable of condensing the laser light on the pupil plane of the objective lens and subjecting the sample to total reflection fluorescent illumination, the laser beam is applied to the pupil plane of the objective lens. The first optical means for changing the NA of the condensed light is provided, and the size of the region for total reflection illumination is varied by adjusting the first optical means.

請求項9記載の発明は、請求項8記載の発明において、前記第1の光学手段は、照明光路に設けたズーム光学系であることを特徴としている。   The invention according to claim 9 is the invention according to claim 8, wherein the first optical means is a zoom optical system provided in an illumination optical path.

請求項10記載の発明は、請求項8記載の発明において、前記対物レンズの瞳面に入射する光の光軸を傾ける第2の光学系をさらに備え、全反射する試料の照射領域を光軸と垂直な面内で可変可能としたことを特徴としている。   The invention according to claim 10 is the invention according to claim 8, further comprising a second optical system for inclining the optical axis of the light incident on the pupil plane of the objective lens, wherein the irradiation area of the sample that is totally reflected is the optical axis. It is characterized in that it can be varied in a vertical plane.

本発明によれば、取得画像から任意の指定領域にのみ全反射蛍光照明光を速やかに照射可能で、かつ照射光の強度を任意に可変できる顕微鏡に付加される全反射蛍光照明装置を提供できる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the total reflection fluorescence illumination apparatus attached to the microscope which can irradiate the total reflection fluorescence illumination light only to arbitrary designated area | regions from an acquired image rapidly, and can change the intensity | strength of irradiation light arbitrarily can be provided. .

以下、本発明の一実施の形態を図面に従い説明する。   Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

図1は、本発明の一実施の形態にかかる全反射蛍光照明装置の概略構成を示している。なお、図1は、本発明の全反射蛍光照明装置を倒立型顕微鏡装置に適用した例を示している。   FIG. 1 shows a schematic configuration of a total reflection fluorescent lighting device according to an embodiment of the present invention. FIG. 1 shows an example in which the total reflection fluorescent illumination device of the present invention is applied to an inverted microscope device.

図において、11はレーザ光源で、このレーザ光源11から発せられるレーザビーム(レーザ光)の光路上には、集光レンズ12が配置され、この集光レンズ12の焦点位置に光ファイバ13の入射端13aが配置されている。集光レンズ12は、レーザ光源11からのレーザビームを集光して光ファイバ13の入射端13aに入射する。   In the figure, reference numeral 11 denotes a laser light source. A condensing lens 12 is disposed on an optical path of a laser beam (laser light) emitted from the laser light source 11, and an optical fiber 13 is incident on a focal position of the condensing lens 12. An end 13a is disposed. The condensing lens 12 condenses the laser beam from the laser light source 11 and enters the incident end 13 a of the optical fiber 13.

光ファイバ13の出射端13bから出射されるレーザビームの光路上には、照明領域制御手段を構成するコリメートレンズユニット14が配置されている。コリメートレンズユニット14は、光ファイバ13の出射端13bから出射されるレーザビームの光路上に沿ってコリメートレンズ14a、第1の光学手段としてのアフォーカルズームレンズ14b、第2の光学手段としてのビームシフタ14cが配置されている。コリメートレンズ14aは、光ファイバ13から出射されるレーザビームを平行光とするものである。アフォーカルズームレンズ14bは、コリメートレンズ14aと光軸をともにする最低2枚のレンズを有するズーム光学系から構成されるもので、これらレンズを図示aの光軸方向に移動させることで、後述する対物レンズ5の瞳面5aに集光するレーザビームのNAを可変可能にしている。ビームシフタ14cは、1枚以上の平行平面板ガラスからなるもので、光軸を中心に図示b、c方向に動かすことで、アフォーカルズームレンズ14b以降の光軸を2次元方向に移動可能にし、対物レンズ5の瞳面5aに集光するレーザビームの光軸を瞳面5aの法線に対して傾けることを可能としている。   On the optical path of the laser beam emitted from the emission end 13b of the optical fiber 13, a collimating lens unit 14 constituting an illumination area control means is disposed. The collimating lens unit 14 includes a collimating lens 14a, an afocal zoom lens 14b as the first optical means, and a beam shifter as the second optical means along the optical path of the laser beam emitted from the emitting end 13b of the optical fiber 13. 14c is arranged. The collimating lens 14a makes the laser beam emitted from the optical fiber 13 parallel light. The afocal zoom lens 14b is composed of a zoom optical system having at least two lenses having the optical axis together with the collimating lens 14a, and will be described later by moving these lenses in the optical axis direction in FIG. The NA of the laser beam condensed on the pupil plane 5a of the objective lens 5 is made variable. The beam shifter 14c is made of one or more plane-parallel plate glasses, and can move the optical axis after the afocal zoom lens 14b in a two-dimensional direction by moving the optical axis around the optical axis in the directions b and c. The optical axis of the laser beam condensed on the pupil plane 5a of the lens 5 can be tilted with respect to the normal line of the pupil plane 5a.

コリメートレンズユニット14は、スキャンユニット20に取付けられている。スキャンユニット20は、コリメートレンズユニット14から出射されるレーザビームの光路上に、ダイクロイックミラー21が配置されている。ダイクロイックミラー21は、コリメートレンズユニット14からのレーザビームを励起光として反射し、後述する標本Sからの蛍光を透過するような特性を有している。   The collimating lens unit 14 is attached to the scan unit 20. In the scan unit 20, a dichroic mirror 21 is disposed on the optical path of the laser beam emitted from the collimating lens unit 14. The dichroic mirror 21 has a characteristic that reflects the laser beam from the collimating lens unit 14 as excitation light and transmits fluorescence from the specimen S described later.

ダイクロイックミラー21のレーザ光源11側から見たレーザビームの反射光路上には、ガルバノミラーユニット22と瞳投影レンズ23と結像レンズ24とが配置されている。ガルバノミラーユニット22は、平面内の光を2次元方向(XY方向)に走査するためのもので、回転可能な不図示の2個のガルバノミラーを有している。また、この場合のガルバノミラーユニット22は、レーザビームを1次元方向にのみ偏向できるようにもなっている。   A galvano mirror unit 22, a pupil projection lens 23, and an imaging lens 24 are disposed on the reflected light path of the laser beam as viewed from the laser light source 11 side of the dichroic mirror 21. The galvanometer mirror unit 22 scans light in a plane in a two-dimensional direction (XY direction), and has two galvanometer mirrors (not shown) that can rotate. In this case, the galvanometer mirror unit 22 can deflect the laser beam only in the one-dimensional direction.

ダイクロイックミラー21の標本S側から見た透過光路上には焦点検出手段を構成する共焦点レンズ25と共焦点ピンホール26が配置されている。共焦点ピンホール26は、共焦点レンズ25の焦点位置に配置され、不図示の電動機構により開口径を可変可能な構成となっている。共焦点ピンホール26の通過光路上には、ダイクロイックミラー27が配置されている。ダイクロイックミラー27は、波長毎に光路を分岐するもので、一方の波長を反射し、他方の波長を透過させる特性を有したものが用いられている。   A confocal lens 25 and a confocal pinhole 26 constituting a focus detection unit are disposed on the transmitted light path of the dichroic mirror 21 as viewed from the sample S side. The confocal pinhole 26 is disposed at the focal position of the confocal lens 25 and has a configuration in which the aperture diameter can be changed by an electric mechanism (not shown). A dichroic mirror 27 is disposed on the optical path of the confocal pinhole 26. The dichroic mirror 27 branches the optical path for each wavelength, and has a characteristic of reflecting one wavelength and transmitting the other wavelength.

ダイクロイックミラー27の反射光路上には、バリアフィルタ28aと、ホトマルなどに代表される微弱な光を検出するための検出器29aが配置され、また、透過光路には、バリアフィルタ28bと、ホトマルなどに代表される微弱な光を検出するための検出器29bが配置されている。   On the reflected light path of the dichroic mirror 27, a barrier filter 28a and a detector 29a for detecting weak light typified by a photomultiplier are arranged, and in the transmitted light path, a barrier filter 28b, a photomultiplier, etc. The detector 29b for detecting the weak light represented by is arranged.

瞳投影レンズ23と結像レンズ24の間の光路上には、照明方法切換装置30が配置されている。この照明方法切換装置30は、後述する全反射照明光学系40に光を導くためのミラーキューブ31が光路上に装脱可能に設けられている。   An illumination method switching device 30 is disposed on the optical path between the pupil projection lens 23 and the imaging lens 24. In this illumination method switching device 30, a mirror cube 31 for guiding light to a total reflection illumination optical system 40 to be described later is detachably provided on the optical path.

照明方法切換装置30のミラーキューブ31の反射光路上には、全反射照明光学系40が配置されている。全反射照明光学系40は、ミラーキューブ31の反射光路上にリレーレンズ41a、折返しミラー群42が配置され、折返しミラー群42で折り返された光路上にリレーレンズ41bと他の照明領域制御手段としての電動視野絞り43が配置されている。これにより、ミラーキューブ31から反射したレーザビームは、リレーレンズ41aを介して折返しミラー群42に入射し、この折返しミラー群42で折り返されたレーザビームは、リレーレンズ41b、電動視野絞り43を介して再びミラーキューブ31に入射するようになっている。ここで、リレーレンズ41a、41bは、瞳投影レンズ23と結像レンズ24を組合せることで、ガルバノミラーユニット22の近接ガルバノ位置(ガルバノミラーの中間位置)を標本Sと共役位置関係にするものである。折返しミラー群42は、不図示の駆動源を有する案内機構上で、リレーレンズ41a、および41bの光軸方向(図示d方向)に移動可能になっている。電動視野絞り43は、標本Sと共役な位置に配置されるとともに、不図示の駆動源により2次元方向に移動可能で、かつ開口径の大きさが可変できるようになっている。   On the reflected light path of the mirror cube 31 of the illumination method switching device 30, a total reflection illumination optical system 40 is disposed. In the total reflection illumination optical system 40, a relay lens 41a and a folding mirror group 42 are arranged on the reflection optical path of the mirror cube 31, and the relay lens 41b and other illumination area control means are arranged on the optical path folded by the folding mirror group 42. The electric field stop 43 is arranged. As a result, the laser beam reflected from the mirror cube 31 enters the folding mirror group 42 via the relay lens 41 a, and the laser beam folded by the folding mirror group 42 passes through the relay lens 41 b and the electric field stop 43. Then, the light enters the mirror cube 31 again. Here, the relay lenses 41a and 41b combine the pupil projection lens 23 and the imaging lens 24 so that the proximity galvano position of the galvano mirror unit 22 (intermediate position of the galvano mirror) has a conjugate positional relationship with the sample S. It is. The folding mirror group 42 is movable in the optical axis direction (direction d in the figure) of the relay lenses 41a and 41b on a guide mechanism having a drive source (not shown). The electric field stop 43 is disposed at a position conjugate with the sample S, can be moved in a two-dimensional direction by a drive source (not shown), and can have a variable opening diameter.

スキャンユニット20には、顕微鏡本体、ここでは倒立顕微鏡本体1が接続されている。そして、スキャンユニット20の結像レンズ24より出射されるレーザビームの光路上には、倒立顕微鏡本体1内のキューブカセット4が配置されている。キューブカセット4には、全反射ミラー4aとダイクロイックミラー4bが格納されている。   The scan unit 20 is connected to a microscope body, here an inverted microscope body 1. A cube cassette 4 in the inverted microscope body 1 is arranged on the optical path of the laser beam emitted from the imaging lens 24 of the scan unit 20. The cube cassette 4 stores a total reflection mirror 4a and a dichroic mirror 4b.

これら全反射ミラー4aとダイクロイックミラー4bは、選択的に光路に挿入されるものである。このうちの全反射ミラー4aは、走査型レーザ顕微鏡観察の際に、光路に挿入されるもので(図面ではこの状態を示している。)、結像レンズ24より出射されるレーザビームを標本S側に反射し、標本Sからの光を再びスキャンユニット20側に反射するような特性を有している。ダイクロイックミラー4bは、全反射蛍光観察の際に、光路に挿入されるもので、結像レンズ24より出射されるレーザビームを標本S側に反射し、標本Sからの光を透過するような特性を有している。   These total reflection mirror 4a and dichroic mirror 4b are selectively inserted into the optical path. Among these, the total reflection mirror 4a is inserted into the optical path during observation with a scanning laser microscope (this state is shown in the drawing), and the laser beam emitted from the imaging lens 24 is sample S. And the light from the sample S is reflected again to the scan unit 20 side. The dichroic mirror 4b is inserted into the optical path during total reflection fluorescence observation, and reflects the laser beam emitted from the imaging lens 24 to the sample S side and transmits the light from the sample S. have.

キューブカセット4の全反射ミラー4a(ダイクロイックミラー4b)の反射光路には、対物レンズ5が配置されている。   An objective lens 5 is disposed in the reflection optical path of the total reflection mirror 4a (dichroic mirror 4b) of the cube cassette 4.

対物レンズ5の集点位置には、蛍光標識された標本Sが配置されている。試料Sは、ステージ3上に配置された不図示のシャーレに貼り付けられたカバーガラス2に固定されている。この場合、シャーレ内には標本S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5とカバーガラス2の間には、エバネッセント照明を行うために全反射角度を大きくして高いNAでエバネッセント照明による蛍光観察を行なうとともに、走査型レーザ顕微鏡照明による蛍光観察を行なうために不図示のイマージョンオイルが充填されている。   A fluorescently labeled sample S is disposed at the focal point position of the objective lens 5. The sample S is fixed to a cover glass 2 attached to a petri dish (not shown) disposed on the stage 3. In this case, the petri dish is filled with a liquid for protecting the specimen S, for example, water. In addition, in order to perform evanescent illumination, the total reflection angle is increased between the objective lens 5 and the cover glass 2 to perform fluorescence observation with evanescent illumination at a high NA and also to perform fluorescence observation with scanning laser microscope illumination. Is filled with immersion oil (not shown).

キューブカセット4のダイクロイックミラー4bを透過した光路上には、光路折り返しミラー6が配置されている。また、光路折り返しミラー6で折り返された光路上には、結像レンズ7aを内蔵する鏡筒7が配置されている。   On the optical path transmitted through the dichroic mirror 4b of the cube cassette 4, an optical path folding mirror 6 is disposed. On the optical path folded back by the optical path folding mirror 6, a lens barrel 7 having a built-in imaging lens 7a is disposed.

鏡筒7上には、CCDカメラ8が設けられている。CCDカメラ8は、撮像面8aを有し、この撮像面8aが結像レンズ7aの焦点に位置するように配置されている。   A CCD camera 8 is provided on the lens barrel 7. The CCD camera 8 has an imaging surface 8a, and is arranged so that the imaging surface 8a is located at the focal point of the imaging lens 7a.

CCDカメラ8には、モニター9が接続されている。モニター9は、CCDカメラ8で撮像した画像を表示するようにしている。   A monitor 9 is connected to the CCD camera 8. The monitor 9 displays an image captured by the CCD camera 8.

50は、制御手段としての照明領域制御装置で、この照明領域制御装置50は、モニター9、レーザ光源11、コリメートレンズユニット14、ガルバノミラーユニット22および全反射照明光学系40と電気的に接続され、モニター9上で指定した領域のみに照明光を照射するためにコリメートレンズユニット14内のアフォーカルズームレンズ14bとビームシフタ14cの制御、スキャンユニット20内のガルバノミラーユニット22の不図示のガルバノミラーの制御、全反射照明光学系40内の電動視野絞り43および折返しミラー群42の制御などを行うものである。また、通常の全反射蛍光観察モード(以下、通常モード)とFLIPやFRAPなど光刺激を与えて観察するモード(以下、光刺激モード)の各モードを選択するためのスイッチ51が用意されている。   Reference numeral 50 denotes an illumination area control device as a control means, and this illumination area control device 50 is electrically connected to the monitor 9, the laser light source 11, the collimating lens unit 14, the galvanometer mirror unit 22, and the total reflection illumination optical system 40. Control of the afocal zoom lens 14b and the beam shifter 14c in the collimating lens unit 14 in order to irradiate illumination light only to a designated area on the monitor 9, and a galvano mirror (not shown) of the galvano mirror unit 22 in the scan unit 20 The control and control of the electric field stop 43 and the folding mirror group 42 in the total reflection illumination optical system 40 are performed. In addition, a switch 51 is provided for selecting each mode of a normal total reflection fluorescence observation mode (hereinafter referred to as a normal mode) and a mode for observation by applying a light stimulus such as FLIP or FRAP (hereinafter referred to as a light stimulation mode). .

次に、このように構成した実施の形態の作用を説明する。   Next, the operation of the embodiment configured as described above will be described.

まず、全反射蛍光照明による全反射蛍光観察を行う場合を説明する。   First, the case where total reflection fluorescence observation by total reflection fluorescence illumination is performed will be described.

この場合、照明方法切換装置30のミラーキューブ31を光路上に配置し、また、キューブカセット4内のダイクロイックミラー4bを光路上に配置する。   In this case, the mirror cube 31 of the illumination method switching device 30 is arranged on the optical path, and the dichroic mirror 4b in the cube cassette 4 is arranged on the optical path.

この状態から、レーザ光源11から励起光として作用するレーザビームが発せられると、レーザビームは、集光レンズ12を透過して光ファイバ13の入射端13aに入射される。入射端13aに入射されたレーザビームは、光ファイバ13を透過し、光ファイバ13の出射端13bから発散光となってコリメートレンズユニット14に導かれる。   From this state, when a laser beam acting as excitation light is emitted from the laser light source 11, the laser beam passes through the condenser lens 12 and enters the incident end 13 a of the optical fiber 13. The laser beam incident on the incident end 13 a passes through the optical fiber 13, and is diverged from the emitting end 13 b of the optical fiber 13 and is guided to the collimating lens unit 14.

コリメートレンズユニット14に導かれたレーザビームは、コリメートレンズ14aで平行光に変換され、アフォーカルズームレンズ14b、およびビームシフタ14cを透過する。このとき、レーザビームは、アフォーカルズームレンズ14bで適当な大きさのビーム径に変換され、ビームシフタ14cの角度に対応して光軸をシフトした状態になって、スキャンユニット20に導かれる。   The laser beam guided to the collimating lens unit 14 is converted into parallel light by the collimating lens 14a, and passes through the afocal zoom lens 14b and the beam shifter 14c. At this time, the laser beam is converted into a beam diameter of an appropriate size by the afocal zoom lens 14b, and the optical axis is shifted in accordance with the angle of the beam shifter 14c, and is guided to the scan unit 20.

スキャンユニット20内に導かれたレーザビームは、励起光としてダイクロイックミラー21で反射した後、ガルバノミラーユニット22に入射する。この場合、ガルバノミラーユニット22は、全反射蛍光観察の際には、不図示のガルバノミラーを任意の角度で固定している。   The laser beam guided into the scan unit 20 is reflected by the dichroic mirror 21 as excitation light and then enters the galvano mirror unit 22. In this case, the galvanometer mirror unit 22 fixes a galvanometer mirror (not shown) at an arbitrary angle during total reflection fluorescence observation.

ガルバノミラーユニット22を出射したレーザビームは、瞳投影レンズ23を透過し、照明方法切換装置30に入射し、ミラーキューブ31で反射し、全反射照明光学系40に導かれる。   The laser beam emitted from the galvanometer mirror unit 22 is transmitted through the pupil projection lens 23, enters the illumination method switching device 30, is reflected by the mirror cube 31, and is guided to the total reflection illumination optical system 40.

全反射照明光学系40内に導かれたレーザビームは、リレーレンズ41aを透過した後、折返しミラー群42で反射し、他のリレーレンズ41bを透過し、電動視野絞り43に入射する。この場合、折返しミラー群42を、不図示の案内機構によりリレーレンズ41a(41b)の光軸方向に移動させることで、標本Sとガルバノミラーユニット22が共役な位置関係となるように調整し、レーザビームのスポットが、常に対物レンズ5の瞳面5aに正しく結ぶようにしている。また、電動視野絞り43は、全開の状態に設定されている。   The laser beam guided into the total reflection illumination optical system 40 passes through the relay lens 41 a, is reflected by the folding mirror group 42, passes through the other relay lens 41 b, and enters the electric field stop 43. In this case, by adjusting the folding mirror group 42 in the optical axis direction of the relay lens 41a (41b) by a guide mechanism (not shown), the specimen S and the galvano mirror unit 22 are adjusted to have a conjugate positional relationship, The spot of the laser beam is always correctly connected to the pupil plane 5a of the objective lens 5. The electric field stop 43 is set to a fully open state.

電動視野絞り43を通過した光は、再び、照明方法切換装置30内のミラーキューブ31で反射されて、瞳投影レンズ23と結像レンズ24を結ぶ光軸上に戻され、結像レンズ24を透過し、キューブカセット4に導かれる。   The light that has passed through the electric field stop 43 is reflected again by the mirror cube 31 in the illumination method switching device 30 and returned to the optical axis that connects the pupil projection lens 23 and the imaging lens 24. The light passes through and is guided to the cube cassette 4.

キューブカセット4では、ダイクロイックミラー4bが光路上に配置されているので、キューブカセット4に導かれレーザビームは、ダイクロイックミラー4bで反射し、対物レンズ5の瞳面5aの周辺付近に集光される。   In the cube cassette 4, since the dichroic mirror 4b is arranged on the optical path, the laser beam guided to the cube cassette 4 is reflected by the dichroic mirror 4b and is condensed near the periphery of the pupil plane 5a of the objective lens 5. .

対物レンズ5の瞳面5aに集光したレーザビームは、対物レンズ5から平行光として出射され、所定の角度で斜め方向からカバーガラス2の標本側界面に照射される。この角度は、レーザビームが標本側界面で全反射を起こす角度に設定されている。この時、レーザビームのごく一部がカバーガラス2の標本側界面から標本S側へにじみ出す。この境界からにじみ出た光がエバネッセント光で、標本Sの深さ方向へにじみ出す量は光源の波長程度となる。   The laser beam condensed on the pupil plane 5a of the objective lens 5 is emitted as parallel light from the objective lens 5, and is irradiated on the sample side interface of the cover glass 2 from a diagonal direction at a predetermined angle. This angle is set to an angle at which the laser beam causes total reflection at the sample-side interface. At this time, a small part of the laser beam oozes out from the sample side interface of the cover glass 2 to the sample S side. The light that exudes from this boundary is evanescent light, and the amount of exudation in the depth direction of the sample S is about the wavelength of the light source.

これにより、標本Sは、カバーガラス2の標本側界面の数100nm以下の僅かな領域に染み出したエバネッセント光で励起され、蛍光を発する。   As a result, the sample S is excited by the evanescent light that oozes out to a slight region of several hundred nm or less on the sample side interface of the cover glass 2 and emits fluorescence.

標本Sから発せられた蛍光は、対物レンズ5で取り込まれた後、キューブカセット4内のダイクロイックミラー4bを透過し、光路折返しミラー6で反射し、結像レンズ7aを介してCCDカメラ8の撮像面8a上に標本Sの像として結像する。この像は、CCDカメラ8によって光電変換されて、モニター9上に映し出される。   Fluorescence emitted from the specimen S is captured by the objective lens 5, then transmitted through the dichroic mirror 4 b in the cube cassette 4, reflected by the optical path folding mirror 6, and imaged by the CCD camera 8 through the imaging lens 7 a. An image of the sample S is formed on the surface 8a. This image is photoelectrically converted by the CCD camera 8 and displayed on the monitor 9.

照明領域制御装置50は、モニター9上に映し出された標本Sの全体像の取り込みを行い、取り込みが完了し次第、レーザ光源11を制御してレーザビームの出射を停止する。   The illumination area control device 50 captures the entire image of the specimen S displayed on the monitor 9 and controls the laser light source 11 to stop emitting the laser beam as soon as the capturing is completed.

次に、通常モードで使用する場合を説明する。   Next, the case of using in the normal mode will be described.

この場合、照明領域制御装置50のスイッチ51を通常モードにセットする。次に、モニター9上に映し出された標本Sの全体像から観察を行いたい範囲を指定する。この場合、モニター9上で指定領域をマークし、マーク領域のピクセル座標から、マーク領域の中心座標と、マーク領域に外接する円の大きさを読み出す。次に、マーク領域中心のピクセル座標を電動視野絞り43の位置情報に変換し、マーク領域に外接する円の大きさを電動視野絞り43の開口径の大きさ情報に変換する。そして、これらの情報により電動視野絞り43を制御し、選択領域の中心と電動視野絞り43の中心が共役な関係となるように電動視野絞り43の位置を自動調整するとともに、指定範囲のみを照明できるサイズに電動視野絞り43の開口径の大きさを設定する。   In this case, the switch 51 of the illumination area control device 50 is set to the normal mode. Next, a range to be observed is designated from the whole image of the sample S displayed on the monitor 9. In this case, the designated area is marked on the monitor 9, and the center coordinates of the mark area and the size of the circle circumscribing the mark area are read out from the pixel coordinates of the mark area. Next, the pixel coordinates at the center of the mark area are converted into position information of the electric field stop 43, and the size of the circle circumscribing the mark area is converted into opening size information of the electric field stop 43. Then, the electric field stop 43 is controlled based on these pieces of information, and the position of the electric field stop 43 is automatically adjusted so that the center of the selected area and the center of the electric field stop 43 are conjugated, and only the designated range is illuminated. The size of the aperture diameter of the electric field stop 43 is set to a possible size.

この状態で、再びレーザ光源11からレーザビームを発生すると、上述したと同様に対物レンズ5を介して標本Sが全反射蛍光照明されるようになるが、この場合、モニター9上の選択領域に対応して電動視野絞り43の位置と開口径の大きさが設定されているので、指定領域に対応する標本S上のみが全反射蛍光照明され、指定領域からの蛍光が結像レンズ7aを介してCCDカメラ8で撮像され、モニター9に表示されるようになる。   In this state, when a laser beam is generated again from the laser light source 11, the specimen S comes to be totally reflected fluorescently illuminated through the objective lens 5 in the same manner as described above. Correspondingly, since the position of the electric field stop 43 and the size of the aperture diameter are set, only the sample S corresponding to the designated area is totally reflected fluorescently illuminated, and the fluorescence from the designated area passes through the imaging lens 7a. The image is picked up by the CCD camera 8 and displayed on the monitor 9.

なお、このような全反射蛍光観察において、対物レンズ5を異なる倍率のものに切換えた場合、瞳面5aの位置が動いてしまうことがある。このような場合は、折返しミラー群42を、リレーレンズ41a(41b)の光軸方向に移動して光路長を可変させて、レーザビームのスポットが、対物レンズ5の瞳面5aに正しく結ぶように調整する。   In such total reflection fluorescence observation, when the objective lens 5 is switched to one having a different magnification, the position of the pupil plane 5a may move. In such a case, the folding mirror group 42 is moved in the optical axis direction of the relay lens 41a (41b) to change the optical path length so that the laser beam spot is correctly connected to the pupil plane 5a of the objective lens 5. Adjust to.

また、上述では、ガルバノミラーユニット22の不図示のガルバノミラーを任意の角度で固定した場合を述べているが、ガルバノミラーの角度を変更してレーザビームの1次元の偏向方向を調整し、対物レンズ5からカバーガラス2の標本側界面に入射するレーザビームの角度を可変することにより、全反射蛍光照明範囲を深さ方向に可変することができる。   In the above description, the galvano mirror (not shown) of the galvano mirror unit 22 is fixed at an arbitrary angle. However, the galvano mirror angle is changed to adjust the one-dimensional deflection direction of the laser beam and By changing the angle of the laser beam incident on the specimen side interface of the cover glass 2 from the lens 5, the total reflection fluorescent illumination range can be changed in the depth direction.

次に、光刺激モードを使用する場合を説明する。   Next, a case where the light stimulation mode is used will be described.

この場合、照明領域制御装置50のスイッチ51を光刺激モードにセットする。   In this case, the switch 51 of the illumination area control device 50 is set to the light stimulation mode.

次に、モニター9上に映し出された標本Sの全体像から光刺激を与えたい範囲を指定する。この場合、コリメートレンズユニット14内のビームシフタ14cにより光軸を2次元方向に移動し、レーザビームの強度中心を指定領域の中心に一致させるように調整し、アフォーカルズームレンズ14bにより対物レンズ5の瞳面5aに集光するレーザビームのNAを可変してレーザビームにより選択範囲のみを照明できるように調整する。   Next, a range in which a light stimulus is to be applied is designated from the entire image of the specimen S displayed on the monitor 9. In this case, the optical axis is moved in a two-dimensional direction by the beam shifter 14c in the collimating lens unit 14, and the center of intensity of the laser beam is adjusted to coincide with the center of the designated region, and the objective lens 5 is adjusted by the afocal zoom lens 14b. By adjusting the NA of the laser beam focused on the pupil surface 5a, the laser beam is adjusted so that only the selected range can be illuminated.

この状態で、レーザ光源11からレーザビームが発生すると、上述したと同様に対物レンズ5を介して標本Sが全反射蛍光照明されるようになるが、この場合、光刺激を与えたい指定範囲に対応してビームシフタ14cによる光軸調整と、アフォーカルズームレンズ14bによるレーザビームのNA調整が行われているので、指定領域に対応する標本S上のみが全反射蛍光照明(光刺激)されるようになる。この場合、照明領域の大小に関わらず光ファイバ13から導入されるレーザビームの全光量が標本Sに照射されるので、標本Sの極部分(小さな領域)を強い強度で照射できる。   In this state, when a laser beam is generated from the laser light source 11, the specimen S is totally reflected fluorescently illuminated through the objective lens 5 in the same manner as described above. Correspondingly, the optical axis adjustment by the beam shifter 14c and the NA adjustment of the laser beam by the afocal zoom lens 14b are performed, so that only the sample S corresponding to the designated region is totally reflected fluorescently illuminated (photostimulated). become. In this case, the entire amount of the laser beam introduced from the optical fiber 13 is irradiated onto the specimen S regardless of the size of the illumination area, so that the pole portion (small area) of the specimen S can be irradiated with high intensity.

その後、モニター9上で標本Sの全体像が観察できる状態にビームシフタ14cとアフォーカルズームレンズ14bの設定を戻し、さらに標本S全体に全反射蛍光照明を行った画像を取得すると、光刺激に対応する反応の様子を観察することができる。   After that, if the setting of the beam shifter 14c and the afocal zoom lens 14b is returned to the state where the entire image of the sample S can be observed on the monitor 9, and further, the image obtained by performing the total reflection fluorescence illumination on the entire sample S is acquired, it corresponds to the light stimulus. The state of the reaction to be observed can be observed.

ところで、生体細胞の機能解析では、上述した細胞全体の観察の他に、さらに細胞内の1分子の観察を行なうような場合がある。このような場合は、コリメートレンズユニット14内のビームシフタ14cにより光軸を2次元方向に移動させ、レーザビームの強度中心を観察対象位置に一致させるように調整し、この状態で、アフォーカルズームレンズ14bにより対物レンズ5の瞳面5aに集光するレーザビームのNAを可変して照明領域を絞り込む。   By the way, in the functional analysis of a living cell, in addition to the observation of the whole cell described above, there is a case where one molecule in the cell is further observed. In such a case, the optical axis is moved in a two-dimensional direction by the beam shifter 14c in the collimating lens unit 14, and the center of intensity of the laser beam is adjusted to coincide with the observation target position. In this state, the afocal zoom lens The illumination area is narrowed by changing the NA of the laser beam focused on the pupil plane 5a of the objective lens 5 by 14b.

このようにすると、照明領域を絞り込まれた標本S上の観察対象位置の光の照明密度を著しく上昇させ、微小領域を高い強度で照明できるので、細胞内の1分子の観察を行なうことができる。この他にも、ズーム光学系を使って光密度を上げる場合、光刺激だけでなく、より明るい全反射蛍光観察像を取得したい場合に使用できる。 次に、走査型レーザ顕微鏡照明による共焦点蛍光観察を行う場合を説明する。   In this way, the illumination density of the light at the observation target position on the specimen S with the narrowed illumination area can be significantly increased, and the minute area can be illuminated with high intensity, so that one molecule in the cell can be observed. . In addition to this, when the optical density is increased using a zoom optical system, it can be used not only for light stimulation but also for obtaining a brighter total reflection fluorescence observation image. Next, a case where confocal fluorescence observation is performed with scanning laser microscope illumination will be described.

この場合、照明方法切換装置30内のミラーキューブ31が光路から退避させ、また、キューブカセット4内の全反射ミラー4aを光路上に配置する。   In this case, the mirror cube 31 in the illumination method switching device 30 is retracted from the optical path, and the total reflection mirror 4a in the cube cassette 4 is arranged on the optical path.

この状態から、レーザ光源11からレーザビームが発せられると、このレーザビームは、集光レンズ12を透過して光ファイバ13の入射端13aに入射し、光ファイバ13を透過して、出射端13bから発散光となってコリメートレンズユニット14に導かれる。   In this state, when a laser beam is emitted from the laser light source 11, the laser beam passes through the condenser lens 12, enters the incident end 13a of the optical fiber 13, passes through the optical fiber 13, and exits 13b. Then, the light is diverged and guided to the collimating lens unit 14.

コリメートレンズユニット14に導かれたレーザビームは、コリメートレンズ14aで平行光に変換され、アフォーカルズームレンズ14b、およびビームシフタ14cを透過し、ガルバノミラーユニット22に入射する。スキャンユニット20内に導かれたレーザビームは、ダイクロイックミラー21で反射し、ガルバノミラーユニット22に入射し、平面内で2次元走査され、瞳投影レンズ23、結像レンズ24を透過し、全反射ミラー4aで反射して、対物レンズ5を介して標本Sに照射される。   The laser beam guided to the collimating lens unit 14 is converted into parallel light by the collimating lens 14 a, passes through the afocal zoom lens 14 b and the beam shifter 14 c, and enters the galvanometer mirror unit 22. The laser beam guided into the scan unit 20 is reflected by the dichroic mirror 21, enters the galvanometer mirror unit 22, is two-dimensionally scanned in a plane, passes through the pupil projection lens 23 and the imaging lens 24, and is totally reflected. The sample S is reflected by the mirror 4 a and irradiated onto the sample S through the objective lens 5.

標本Sから発せられた蛍光は、対物レンズ5で取り込まれた後、キューブカセット4内の全反射ミラー4aで反射し、結像レンズ24、瞳投影レンズ23、ガルバノミラーユニット22を介して、ダイクロイックミラー21に導かれる。そして、ダイクロイックミラー21を透過した後、共焦点レンズ25によって、共焦点ピンホール26上に集光し、対物レンズ5の焦点面から発せられた蛍光のみが共焦点ピンホール26を通過する。共焦点ピンホール26を通過した蛍光は、ダイクロイックミラー27で2光路に分岐され、ダイクロイックミラー27を透過した蛍光は、バリアフィルタ28aで標本S表面で反射した励起光が遮断されて検出器29aで受光され、また、ダイクロイックミラー27を反射した蛍光は、バリアフィルタ28bで標本S表面で反射した励起光が遮断されて検出器29bで受光される。そして、これら検出器29a,29bに受光された蛍光は、受光光量に応じた電気信号に光電変換され、不図示の画像処理装置に転送される。画像処理装置では、連続的に転送されるこれら電気信号から、走査型レーザ顕微鏡照明による標本Sの共焦点蛍光画像を構築する。   Fluorescence emitted from the specimen S is captured by the objective lens 5, then reflected by the total reflection mirror 4 a in the cube cassette 4, and dichroic via the imaging lens 24, pupil projection lens 23, and galvanometer mirror unit 22. Guided to the mirror 21. Then, after passing through the dichroic mirror 21, the light is condensed on the confocal pinhole 26 by the confocal lens 25, and only the fluorescence emitted from the focal plane of the objective lens 5 passes through the confocal pinhole 26. The fluorescence that has passed through the confocal pinhole 26 is branched into two optical paths by the dichroic mirror 27, and the fluorescence that has passed through the dichroic mirror 27 is blocked by the detector 29a because the excitation light reflected on the surface of the sample S is blocked by the barrier filter 28a. The fluorescence received and reflected by the dichroic mirror 27 is received by the detector 29b after the excitation light reflected on the surface of the sample S is blocked by the barrier filter 28b. The fluorescence received by the detectors 29a and 29b is photoelectrically converted into an electrical signal corresponding to the amount of received light and transferred to an image processing device (not shown). In the image processing apparatus, a confocal fluorescent image of the specimen S by illumination with a scanning laser microscope is constructed from these electric signals transferred continuously.

従って、このようにすれば、レーザビームを対物レンズ5の瞳面5aに集光させ、標本Sを全反射蛍光照明した状態で、一旦標本Sの全体像を取得し、全体像取得が完了したら、レーザビームの照射を停止し、先に取得した標本Sの全体像上で観察および測定を行いたい領域を指定し、この指定領域にのみ照明光を照射するために電動視野絞り43により位置と開口径の大きさを決定し、その後、再びレーザビームを標本に照射するようになっており、標本S上で観察を行いたい範囲を指定すると、照明領域制御装置50によって、指定領域に対応する電動視野絞り43の位置および開口径の大きさが自動的に設定できるので、標本S上の所望する領域にのみ全反射蛍光照明を行う一連の作業が素早く行なうことができ、標本Sの蛍光の褪色を最小限に抑えることができる。   Therefore, in this way, once the laser beam is focused on the pupil plane 5a of the objective lens 5 and the sample S is totally reflected fluorescently illuminated, the entire image of the sample S is once acquired and the entire image acquisition is completed. The irradiation of the laser beam is stopped, the region to be observed and measured is designated on the whole image of the specimen S acquired previously, and the position is determined by the electric field stop 43 in order to irradiate the illumination light only to this designated region. The size of the aperture diameter is determined, and then the sample is irradiated again with the laser beam. When the range to be observed on the sample S is designated, the illumination area control device 50 corresponds to the designated area. Since the position of the electric field stop 43 and the size of the aperture diameter can be automatically set, a series of operations for performing the total reflection fluorescent illumination only on a desired region on the specimen S can be quickly performed, and the fluorescence of the specimen S can be changed. fading It can be kept to a minimum.

また、照明領域制御装置50に設けられるスイッチ51の切換えのみで、通常モードと光刺激モードを選択できるため、1台の装置で様々な観察方法に対応できるので、大きなフットプリントを必要としないため、顕微鏡システム全体がコンパクトに構成できる。   In addition, since the normal mode and the light stimulation mode can be selected only by switching the switch 51 provided in the illumination area control device 50, a single device can cope with various observation methods, and thus a large footprint is not required. The entire microscope system can be configured compactly.

また、アフォーカルズームレンズ14bを調整し、対物レンズ5の瞳面5aに集光する光のNAを可変させることで、全反射蛍光照明の照野の大きさを変化させることができ、また、ビームシフタ14cを調整し、対物レンズ5の瞳面5aに入射する光の光軸を傾けることで、全反射蛍光照明の照野を平面内に移動させることができるようになっている。   Further, by adjusting the afocal zoom lens 14b and changing the NA of the light condensed on the pupil plane 5a of the objective lens 5, the size of the illumination field of the total reflection fluorescent illumination can be changed. By adjusting the beam shifter 14c and tilting the optical axis of the light incident on the pupil plane 5a of the objective lens 5, the illumination field of the total reflection fluorescent illumination can be moved in the plane.

光刺激モードや細胞内の1分子の観察の場合、これらアフォーカルズームレンズ14bとビームシフタ14cによって、全反射照明領域の大きさと中心位置を任意に調整することで、電動視野絞り43の絞り中心の移動と、開口径を可変させるのと同じように照明領域を調整できる。さらに、視野絞り式と異なり、レーザ光源11の出力を無駄にしないので、照明領域を小さくするにしたがって単位面積あたりの光密度を上昇させることが可能となるため、光刺激や画像のS/N比向上が可能になる。このことは、レーザ光源11として高出力のレーザを使用する必要がないことでもあり、高出力のレーザは価格、およびランニングコストが高いのが一般的であるため、高出力のレーザを使う必要がないということは、維持費がかからず、かつ安価な装置が提供できるといった効果も発生する。 In the case of the light stimulation mode or the observation of one molecule in the cell, the size and center position of the total reflection illumination area are arbitrarily adjusted by the afocal zoom lens 14b and the beam shifter 14c, so that the aperture center of the electric field stop 43 can be adjusted. The illumination area can be adjusted in the same way as moving and changing the aperture diameter. Further, unlike the field stop type, since the output of the laser light source 11 is not wasted, the light density per unit area can be increased as the illumination area is reduced. The ratio can be improved. This also means that it is not necessary to use a high-power laser as the laser light source 11, and a high-power laser is generally expensive and has a high running cost. Therefore, it is necessary to use a high-power laser. The lack of maintenance costs also has the effect of providing a low-cost device.

一方、アフォーカルズームレンズ14bを可変させることなく、電動視野絞り43の絞り中心の移動と開口径を可変させることで、対物レンズ5の瞳面5aに集光する光のNAを可変させることなく全反射照明範囲を指定することができる。この場合、全反射照明範囲において、単位面積あたりの光密度を一定に保つことが可能である。従って、蛍光の褪色具合が照明範囲の大きさに依存しないため、大きさの違う複数の領域を定量的に観察することが可能になる。このことは、蛍光の発光量を元に測定を行うアプリケーションにおいては測定結果の信頼性が向上するといった効果もある。   On the other hand, without changing the afocal zoom lens 14b, the movement of the aperture center and the aperture diameter of the electric field stop 43 are changed, so that the NA of the light condensed on the pupil plane 5a of the objective lens 5 is not changed. A total reflection illumination range can be specified. In this case, the light density per unit area can be kept constant in the total reflection illumination range. Accordingly, since the degree of fluorescence fading does not depend on the size of the illumination range, a plurality of regions having different sizes can be quantitatively observed. This also has the effect of improving the reliability of the measurement result in an application that performs measurement based on the amount of fluorescence emitted.

さらに、走査型レーザ顕微鏡と視野絞り内蔵型の全反射蛍光照明装置を組合せることで、視野絞りの位置、および開口径の大きさにより平面方向の全反射照明範囲を、ガルバノミラーユニット22でのガルバノミラーの角度を任意の位置で固定することで、全反射照明の深さ方向の全反射蛍光照明範囲を可変することができるので、コンパクトな装置に仕立てることができる。   Furthermore, by combining a scanning laser microscope and a field-reflective built-in type total reflection fluorescent illumination device, the total reflection illumination range in the plane direction can be determined by the position of the field stop and the size of the aperture in the galvanometer mirror unit 22. By fixing the angle of the galvanometer mirror at an arbitrary position, the total reflection fluorescent illumination range in the depth direction of the total reflection illumination can be varied, so that a compact device can be tailored.

さらに、電動視野絞り43によって標本S上の指定領域のみ全反射蛍光照明を行うモードと、アフォーカルズームレンズ14bおよびビームシフタ14cを調整することによって標本S上の指定領域のみで全反射蛍光照明を行うモードを選択できるので、指定領域に照射する照明光の単位面積あたりの光密度を変化させることも可能となり、定量的な観察(測定)と定性的な観察(測定)の使い分けが容易に行える。   Furthermore, the total reflection fluorescent illumination is performed only in the designated area on the specimen S by adjusting the mode for performing the total reflection fluorescent illumination only on the designated area on the specimen S by the electric field stop 43 and the afocal zoom lens 14b and the beam shifter 14c. Since the mode can be selected, it is possible to change the light density per unit area of the illumination light irradiated to the designated region, and it is possible to easily use the quantitative observation (measurement) and the qualitative observation (measurement).

さらに、走査型レーザ顕微鏡照明による共焦点蛍光観察において、対物レンズ5の瞳径に対してレーザビーム径が小さい場合は、対物レンズ5によって標本S上に集光するレーザスポットが大きくなるため、LSM画像の横分解能が劣化し、逆に、対物レンズ5の瞳径に対してレーザビーム径が大きい場合は、対物レンズ5内レーザビームのケラレが生じるため、レーザ光源11の出力を十分に生かすことができないことがある。しかし、アフォーカルズームレンズ14bによって対物レンズ5の瞳径とレーザビーム径を一致させるようにすることで、LSM観察においてもこれらの問題を回避できるといった効果も生まれる。   Further, in confocal fluorescence observation by scanning laser microscope illumination, when the laser beam diameter is small with respect to the pupil diameter of the objective lens 5, the laser spot condensed on the specimen S by the objective lens 5 becomes large. When the lateral resolution of the image is deteriorated and the laser beam diameter is larger than the pupil diameter of the objective lens 5, vignetting of the laser beam in the objective lens 5 occurs, so that the output of the laser light source 11 can be fully utilized. May not be possible. However, by making the pupil diameter of the objective lens 5 coincide with the laser beam diameter by the afocal zoom lens 14b, an effect that these problems can be avoided also in LSM observation is produced.

なお、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。例えば、必ずしもコリメートレンズユニット14のビームシフタ14cは必要ではなく、ステージ3を電動で動かす機構を採用し、標本Sの全体像から選択した領域に対し、照野を移動するのではなく、固定された照野中心に標本Sを移動する方式としてもよい。この場合、対物レンズ5の瞳面5aに集光するレーザビームの光軸を瞳面5aの法線に対して傾けることがないため、対物レンズ5内で励起光のケラレにくい構造となり、全反射蛍光照明領域の照野の欠けが発生しにくくなるといった効果が得られる。   In addition, this invention is not limited to the said embodiment, In the implementation stage, it can change variously in the range which does not change the summary. For example, the beam shifter 14c of the collimating lens unit 14 is not necessarily required, and a mechanism for moving the stage 3 by electric power is adopted, and the illumination field is fixed instead of moving to an area selected from the entire image of the specimen S. A method of moving the sample S to the center of the territory may be used. In this case, since the optical axis of the laser beam condensed on the pupil plane 5a of the objective lens 5 is not inclined with respect to the normal line of the pupil plane 5a, a structure in which the excitation light is not easily vignetted in the objective lens 5 is obtained. The effect that it becomes difficult to generate | occur | produce the lack of the illumination field of a fluorescence illumination area | region is acquired.

また、必ずしもレーザ光源11は、1本である必要はなく、波長の異なる複数本のレーザ、および複数のレーザ光軸を同軸化するレーザコンバイナと、1本の対物レンズで使用波長ごとに折返しミラー群42の位置を複数箇所記憶できる全反射照明光学系40とを組合せてもよい。この場合、対物レンズ5の収差の影響を排除できるため、各波長ごとに最適な全反射蛍光照明が実現できるといった効果も生まれる。   The number of laser light sources 11 is not necessarily one, but a plurality of lasers having different wavelengths, a laser combiner that coaxially arranges a plurality of laser optical axes, and a single objective lens for each wavelength used. A total reflection illumination optical system 40 capable of storing a plurality of positions of the group 42 may be combined. In this case, since the influence of the aberration of the objective lens 5 can be eliminated, there is an effect that an optimal total reflection fluorescent illumination can be realized for each wavelength.

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。   Furthermore, the above embodiments include inventions at various stages, and various inventions can be extracted by appropriately combining a plurality of disclosed constituent elements. For example, even if some constituent requirements are deleted from all the constituent requirements shown in the embodiment, the problem described in the column of the problem to be solved by the invention can be solved, and is described in the column of the effect of the invention. If the above effect is obtained, a configuration from which this configuration requirement is deleted can be extracted as an invention.

本発明の一実施の形態にかかる全反射蛍光照明装置の概略構成を示す図。The figure which shows schematic structure of the total reflection fluorescent lighting apparatus concerning one embodiment of this invention. 従来の照明切換装置の一例の概略構成を示す図。The figure which shows schematic structure of an example of the conventional illumination switching apparatus. 従来のLSM画像とエバネッセント画像を選択的に取得できる顕微鏡装置の概略構成を示す図。The figure which shows schematic structure of the microscope apparatus which can selectively acquire the conventional LSM image and evanescent image.

符号の説明Explanation of symbols

1…倒立顕微鏡本体、2…カバーガラス
3…ステージ、4…キューブカセット
4a…全反射ミラー、4b…ダイクロイックミラー
5…対物レンズ、5a…瞳面
511…先端レンズ、6…光路折り返しミラー
7…鏡筒、7a…結像レンズ
8…CCDカメラ、8a…撮像面
9…モニター、11…レーザ光源
12…集光レンズ、13…光ファイバ
13a…入射端、13b…出射端
14…コリメートレンズユニット、14a…コリメートレンズ
14b…アフォーカルズームレンズ、14c…ビームシフタ
20…スキャンユニット、21…ダイクロイックミラー
22…ガルバノミラーユニット、23…瞳投影レンズ
24…結像レンズ、25…共焦点レンズ
26…共焦点ピンホール、27…ダイクロイックミラー
28a、28b…バリアフィルタ、29a、29b…検出器
30…照明方法切換装置、31…ミラーキューブ
40…全反射照明光学系、41a.41b…リレーレンズ
42…折返しミラー群、50…照明領域制御装置、51…スイッチ、
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Inverted microscope main body, 2 ... Cover glass 3 ... Stage, 4 ... Cube cassette 4a ... Total reflection mirror, 4b ... Dichroic mirror 5 ... Objective lens, 5a ... Pupil plane 511 ... Tip lens, 6 ... Optical path folding mirror 7 ... Mirror Tube, 7a ... Imaging lens 8 ... CCD camera, 8a ... Imaging surface 9 ... Monitor, 11 ... Laser light source 12 ... Condensing lens, 13 ... Optical fiber 13a ... Incoming end, 13b ... Outgoing end 14 ... Collimating lens unit, 14a ... collimating lens 14b ... afocal zoom lens, 14c ... beam shifter 20 ... scan unit, 21 ... dichroic mirror 22 ... galvano mirror unit, 23 ... pupil projection lens 24 ... imaging lens, 25 ... confocal lens 26 ... confocal pinhole 27 ... Dichroic mirrors 28a, 28b ... Barrier fill 29a, 29b ... detector 30 ... illumination method switching device, 31 ... mirror cube 40 ... total reflection illumination optical system, 41a. 41b ... relay lens 42 ... folding mirror group, 50 ... illumination area control device, 51 ... switch,

Claims (10)

レーザ光を対物レンズの瞳面に集光し、試料を全反射蛍光照明することが可能な顕微鏡に付加される全反射蛍光照明装置において、
観察画像上で指定した領域にのみ照明光を照射するための照明領域制御手段を有したことを特徴とする全反射蛍光照明装置。
In the total reflection fluorescent illumination device attached to the microscope that can focus the laser light on the pupil plane of the objective lens and illuminate the sample with total reflection fluorescence,
A total reflection fluorescent illumination device comprising illumination region control means for irradiating illumination light only to a region designated on an observation image.
前記照明領域制御手段は、大きさ、および位置制御が可能な視野絞りであり、前記観察画像で指定した領域に合わせて前記視野絞りの大きさ、および位置を制御することを特徴とする請求項1記載の全反射蛍光照明装置。 The illumination area control means is a field stop capable of size and position control, and controls the size and position of the field stop according to an area specified by the observation image. The total reflection fluorescent lighting device according to 1. 前記照明領域制御手段は、対物レンズの瞳面に集光する光のNAを可変するための第1の光学手段、および対物レンズの瞳面に入射する光の光軸を傾けるための第2の光学手段であり、前記観察画像で指定した領域に合わせて前記第1の光学手段、および第2の光学手段を制御することを特徴とする請求項1記載の全反射蛍光照明装置。 The illumination area control means includes a first optical means for changing the NA of light condensed on the pupil plane of the objective lens, and a second optical axis for tilting the optical axis of light incident on the pupil plane of the objective lens. 2. The total reflection fluorescent lighting device according to claim 1, wherein the total reflection fluorescent lighting device is an optical means, and controls the first optical means and the second optical means in accordance with a region designated by the observation image. 前記第1の光学手段は、ズーム光学系であることを特徴とする請求項3記載の全反射蛍光照明装置。 4. The total reflection fluorescent illumination device according to claim 3, wherein the first optical means is a zoom optical system. 前記第2の光学手段は、回転可能な平行平面ガラスであることを特徴とする請求項3記載の全反射蛍光照明装置。 4. The total reflection fluorescent lighting device according to claim 3, wherein the second optical means is rotatable parallel flat glass. 平面内の光を走査するためのガルバノミラーと、前記ガルバノミラーと標本を共役な位置関係とするためのリレー光学系と、共通光路上に光学素子を挿脱することで走査型レーザ顕微鏡観察と全反射蛍光照明観察を切換えることが可能な光路切換え手段を具備し、
前記ガルバノミラーを任意の角度に固定することで深さ方向の全反射蛍光照明範囲を可変できることを特徴とする請求項1乃至5のいずれかに記載の全反射蛍光照明装置。
A galvanometer mirror for scanning light in a plane, a relay optical system for conjugating the galvanometer mirror and the specimen, and scanning laser microscope observation by inserting / removing an optical element on a common optical path; Comprising an optical path switching means capable of switching the total reflection fluorescent illumination observation,
6. The total reflection fluorescent lighting device according to claim 1, wherein the total reflection fluorescent lighting range in the depth direction can be varied by fixing the galvanometer mirror at an arbitrary angle.
前記照明領域制御手段は、全反射蛍光照明観察時に照明範囲の単位面積あたりの光密度を一定にして照射領域を規定するモードと、光密度を上昇させ照射領域を規定するモードを選択可能にする手段を有していることを特徴とする請求項1又は3記載の全反射蛍光照明装置。 The illumination area control means makes it possible to select a mode for defining the irradiation area with a constant light density per unit area of the illumination range and a mode for increasing the light density to define the irradiation area during total reflection fluorescent illumination observation. 4. The total reflection fluorescent lighting device according to claim 1, further comprising means. レーザ光を対物レンズの瞳面に集光し、試料を全反射蛍光照明することが可能な顕微鏡に付加される全反射蛍光照明装置において、
対物レンズの瞳面に集光する光のNAを可変する第1の光学手段を設けて、
この第1の光学手段の調整によって全反射照明する領域の大きさを可変することを特徴とする全反射蛍光照明装置。
In the total reflection fluorescent illumination device attached to the microscope that can focus the laser light on the pupil plane of the objective lens and illuminate the sample with total reflection fluorescence,
Providing a first optical means for varying the NA of light condensed on the pupil plane of the objective lens;
A total reflection fluorescent illumination device characterized in that the size of the region for total reflection illumination is varied by adjusting the first optical means.
前記第1の光学手段は、照明光路に設けたズーム光学系であることを特徴とする請求項8記載の全反射蛍光照明装置。 9. The total reflection fluorescent illumination device according to claim 8, wherein the first optical means is a zoom optical system provided in an illumination optical path. 前記対物レンズの瞳面に入射する光の光軸を傾ける第2の光学系をさらに備え、全反射する試料の照射領域を光軸と垂直な面内で可変可能としたことを特徴とする請求項8記載の全反射蛍光照明装置。 A second optical system for tilting an optical axis of light incident on the pupil plane of the objective lens is further provided, and the irradiation area of the sample that is totally reflected can be varied in a plane perpendicular to the optical axis. Item 9. The total reflection fluorescent lighting device according to Item 8.
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