JP2007140322A - 光学装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 有限系対物レンズ、あるいは、一対の無限系対物レンズと結像レンズを備えた光学顕微鏡において、結像レンズ以降の光路を二つに分け、光路長に差を与えることにより、二つの焦点の異なる像をCCDカメラ等の画像取得装置の受光面に投影する。顕微空間内における試料の上記二つの像の光軸に対して直行な平面における重心位置における、散乱強度、もしくは、蛍光強度の差分、加算を利用して、光軸方向における試料の位置を計算する。
【選択図】 図1
Description
原子間力顕微鏡において、カンチレバーの代わりに細いガラスニードルを用いる技術が、非特許文献3に挙げられる。一般的な原子間力顕微鏡は、カンチレバーの光軸方向への撓りを検出する技術であるが、非特許文献3の技術は、カンチレバーの様な板状ではなく、円筒状のガラスニードルを用いて、光軸方向ではなく、光軸に対して垂直方向への撓りを検出する。この技術は、ガラスニードルのばね定数がカンチレバーより小さいため、非常に感度が良い。しかし、光軸方向の撓りは捉えることはできない。ガラスニードルによる原子間力顕微鏡にて、光軸方向の撓りを捉える場合、ガラスニードルの先端に金属片を反射板として付加する。これにより、従来の原子間力顕微鏡と同様の光学系を用いて、光軸に対して垂直方向への撓りと光軸方向の撓りを同時に計測する事が可能となる。
しかし、ガラスニードルの先端に金属片を光軸に対し垂直に付加する事は、技術的に困難である。
一対の無限系対物レンズと結像レンズ、あるいは、有限系対物レンズを備えた光学顕微鏡に付属できる光学装置であって、該一対の無限系対物レンズと結像レンズ、あるいは、有限系対物レンズの結像面に配置されたスリットと、該結像面の実像を同倍あるいは数倍に伝達するためのリレーレンズと、結像側の光路を二つに分けるためのハーフミラーあるいはダイクロックミラーと、上記の分けられた二光路を一つにまとめるためのミラーと、像を取得するための画像出力装置を具備し、上記二光路の光路長の差によって焦点位置の異なる画像を作りだし、該二行路により結像された二つの像を並べて該画像出力装置の受光面に投影し、光学顕微鏡下において、二つの異なる焦点面の画像を同時に取得する光学装置を提供する。
さらに、観察標本内の試料の焦点の異なる二画像を取得し、該試料の散乱光、あるいは、蛍光の強度分布の重心位置を計算することで、該試料の水平方向の位置を取得すると同時に、上記重心位置における点像分布関数の標準偏差よりも狭い範囲における蛍光強度を取得し、上記二画像による蛍光強度の差から、該試料の光軸方向における位置を取得し、観察標本内における試料の三次元位置を取得できる光学装置を提供する。
さらに、観察標本内の粒子の焦点の異なる二画像を取得し、回折限界より小さな粒子の散乱光、あるいは、蛍光の強度分布が近似的にガウス分布に従うことを利用して、該粒子の散乱像、蛍光像を二次元ガウス関数で近似し、該粒子の水平方向の位置を取得すると同時に、該散乱像、あるいは、蛍光像の中心位置の蛍光強度を取得し、上記二画像による蛍光強度の差から、該粒子の光軸方向における位置を取得し、観察標本内における粒子の三次元位置を取得できる光学装置を提供する。
さらに、カンチレバーの光軸方向の変位を取得する原子間力顕微鏡に適用する光学装置を提供する。
さらに、ガラスニードルの光軸に対して垂直方向への撓りと光軸方向の撓りを同時に計測する原子間力顕微鏡に適用する光学装置を提供する。
また、本発明は、特に蛋白質機能解析の研究で役立ち、nm(ナノメートル)、ms(ミリ秒)の精度で蛋白質の挙動および状態を三次元的に観測することが可能になる。
図1は、本発明の実施形態に係る光学装置の構成を示す概略図である。図示するように、光学装置は、スリット101、リレーレンズ102、ハーフミラー103、ミラー104、画像取得装置105からなる。スリット101は、一対の無限系対物レンズと結像レンズ、あるいは、有限系対物レンズからなる光学系の結像面に配置する。リレーレンズ102によって、スリット101により視野が絞られた像を画像取得装置105まで伝達する。リレーレンズ102によって、顕微鏡像の倍率を変化させることができる。ハーフミラー103は、リレーレンズの近傍に配置し、光路を光路a、光路bの二つに分割する。ハーフミラーの代わりにダイクロックミラーを用いてもよい。蛍光色素等が発する蛍光波長は広がりを持っているので、ダイクロックミラーによって、光路を分割することができる。レーザー照射による散乱像を観測する場合は、二色のレーザー光による散乱像を取得すればよい。ハロゲン光等の白色光を用いても良い。光路bは、光路aと直行するが、ミラー104によって曲げられ、画像取得装置105上に結像する。ここで、ハーフミラー103と画像取得装置105の受光面までの距離をL、ハーフミラー103とミラー104までの距離をDとすると、行路aと光路bの光路長には、{sqrt(L2+D2)+d}−Lだけの差が生じる。すなわち、行路aと光路bのそれぞれから、焦点面の異なる顕微鏡像を得ることができる。光路bによる像は、光路長が光路aに比べて長い為、光路aによる像より拡大率が若干大きくなる。光路bは、画像取得装置105に対し、atan(D/L)の角度で入射することになるが、Lが十分にDよりも大きければ無視できる。本実施例では、L=260mm、D=40mmであり、入射角は8.7度である。
102 結像レンズ
103 ハーフミラー
104 ミラー
105 画像取得装置
201 スリット
202 結像レンズ
203 ダイクロックミラー
204 ダイクロックミラー
205 ミラー
206 画像取得装置
801 無限系対物レンズ
802 結像レンズ
803 標本試料
804 ガラスニードル
805 三軸マニピュレータ
806 レーザー
807 コンデンサレンズ、もしくは、対物レンズ
808 ミラー、もしくは、ダイクロックミラー
809 結像レンズ
810 画像取得装置
Claims (5)
- 一対の無限系対物レンズと結像レンズ、あるいは、有限系対物レンズを備える光学顕微鏡に装着する光学装置において、
前記光学装置は、光学顕微鏡の結像面に配置されたスリットと、
該結像面の実像を同倍あるいは数倍に伝達するためのリレーレンズと、
結像側の光路を二つに分けるためのハーフミラーあるいはダイクロックミラーと、
分けられた二つの光路を一つにまとめるミラーと、
像を取得するための画像出力装置と を備え、
上記二つの光路の光路長の差によって焦点位置の異なる画像を作りだし、
該二つの光路により結像された二つの像を並べて該画像出力装置の受光面に投影し、二つの異なる焦点面の画像を同時に取得する
ことを特徴とする光学装置。 - 請求項1に記載の光学装置において、
前記光学装置は、
観察標本内の試料の焦点の異なる二画像を取得し、
該試料の散乱光、あるいは、蛍光の強度分布の重心位置を計算することで、該試料の水平方向の位置を取得すると同時に、上記重心位置における点像分布関数の標準偏差よりも狭い範囲における蛍光強度を取得し、
上記二画像による蛍光強度の差から、該試料の光軸方向における位置を取得し、観察標本内における試料の三次元位置を取得する
ことを特徴とする光学装置。 - 請求項1に記載の光学装置において、
前記光学装置は、観察標本内の粒子の焦点の異なる二画像を取得し、回折限界より小さな粒子の散乱光、あるいは、蛍光の強度分布が近似的にガウス分布に従うことを利用して、該粒子の散乱像、蛍光像を二次元ガウス関数で近似し、該粒子の水平方向の位置を取得すると同時に、該散乱像、あるいは、蛍光像の中心位置の蛍光強度を取得し、上記二画像による蛍光強度の差から、該粒子の光軸方向における位置を取得し、観察標本内における粒子の三次元位置を取得する
ことを特徴とする光学装置。 - 請求項1ないし3のいずれかに記載の光学装置において、
前記光学顕微鏡が原子間力顕微鏡であって、
前記光学装置が、カンチレバーの光軸方向の変位を取得する
ことを特徴とする光学装置。 - 請求項1ないし3のいずれかに記載の光学装置において、
前記光学顕微鏡が原子間力顕微鏡であって、
前記光学装置が、ガラスニードルの光軸に対して垂直方向への撓みと光軸方向の撓みを同時に計測する
ことを特徴とする光学装置。
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