JP2007171663A

JP2007171663A - 走査型光学顕微鏡

Info

Publication number: JP2007171663A
Application number: JP2005370498A
Authority: JP
Inventors: Naoshi Aikawa; 直志相川
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 2005-12-22
Filing date: 2005-12-22
Publication date: 2007-07-05

Abstract

【課題】標本に照射される照明光の光量を容易に測定することが可能な走査型光学顕微鏡を提供する。
【解決手段】光源６と、光源６からの照明光を標本２に集光するための第一光学部４と、照明光を標本２上で走査するための走査装置５と、標本２を透過した光を受光するための受光装置１１と、標本２を透過した光を受光装置１１へ導くための第二光学部１０と、受光装置１１の出力信号から、標本２に照射される照明光の光量を演算するための演算情報を格納した記憶手段９と、前記演算情報に基づき、標本２に照射される照明光の光量を演算する演算装置８とを有していることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、走査型光学顕微鏡に関する。

従来、照明光を標本上で走査させ、この標本からの透過光や反射光を検出することで標本像を得る走査型光学顕微鏡が知られている（例えば、特許文献１を参照。）。このような走査型光学顕微鏡では、使用者は標本に照射される照明光の光量を知るために、その都度、光量測定装置を標本の近傍に設置して光量測定を行っていた。
特許第３３２５０９６号公報

しかしながら、光量測定のたびに光量測定装置を標本の近傍に設置したり撤去したりする作業を行うことはとても煩雑であり、また標本像の観察と光量測定とを同時に行うことができないという問題があった。

そこで本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、標本に照射される照明光の光量を容易に測定することが可能な走査型光学顕微鏡を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために本発明は、
光源と、
前記光源からの照明光を標本に集光するための第一光学部と、
前記照明光を前記標本上で走査するための走査装置と、
前記標本を透過した光を受光するための受光装置と、
前記標本を透過した光を前記受光装置へ導くための第二光学部と、
前記受光装置の出力信号から、前記標本に照射される前記照明光の光量を演算するための演算情報を格納した記憶手段と、
前記演算情報に基づき、前記標本に照射される前記照明光の光量を演算する演算装置とを有していることを特徴とする走査型光学顕微鏡を提供する。

また本発明の走査型光学顕微鏡は、
前記記憶手段には、前記第一光学部に対する前記第二光学部の開口率の情報が格納されていることが望ましい。

また本発明の走査型光学顕微鏡は、
前記記憶手段には、前記第二光学部の光の透過率の情報が格納されていることが望ましい。

また本発明の走査型光学顕微鏡は、
前記記憶手段には、前記受光装置の分光感度特性の情報が格納されていることが望ましい。

また本発明の走査型光学顕微鏡は、
前記記憶手段には、印加電圧に対する受光装置の感度比の情報が格納されていることが望ましい。

また本発明の走査型光学顕微鏡は、
前記標本の透過率の高い箇所を透過した光を前記照明光の光量演算に用いることが望ましい。

本発明によれば、標本に照射される照明光の光量を容易に測定することが可能な走査型光学顕微鏡を提供することができる。

以下、本発明の実施形態に係る走査型光学顕微鏡を添付図面に基づいて説明する。
はじめに、本走査型光学顕微鏡の全体的な構成について説明する。
図１は、本発明の実施形態に係る走査型光学顕微鏡の構成を示す図である。
図１に示すように本実施形態に係る走査型光学顕微鏡１は、標本２を載置するステージ３、このステージ３の上方に配置された第一光学部４、スキャナ装置５、光源６、蛍光用受光部７、制御装置８、メモリ９、そしてステージ３の下方に配置された第二光学部１０、受光装置１１、透過照明用光源１２を有している。

第一光学部４は、対物レンズ１３、顕微鏡の第二対物レンズ（不図示）、及びスキャナ内のリレーレンズ（不図示）等を備えている。また、この走査型光学顕微鏡１には、透過照明用光源１２を光源として、標本２を照明し、非走査の像を目視するための接眼観察部１５が設けられている。
第二光学部１０は、コンデンサレンズ１６、フィールドレンズ（不図示）、視野絞り（不図示）、開口絞り（不図示）、反射ミラー１７等を備えている。

また、本実施形態において受光装置１１は、受光器１８として光電子増倍管（ＰＭＴ）を備えており、透過照明用光源１２を用いる際には受光器１８を不図示のスライド機構によって光路外へ退避させることが可能な構成になっている。
そして、スキャナ装置５と受光装置１１は制御装置８に接続されており、さらにこの制御装置８は、モニタ１９を備えたＰＣ２０及びメモリ９に接続されている。

以上の構成の下、光源６からの照明光は、スキャナ装置５を経て、第一光学部４によって標本２にスポット光として照射される。なお、このときこのスポット光は、制御装置８による制御の下でスキャナ装置５によって標本２上を二次元的に走査される。これにより、標本２から発生した蛍光は、第一光学部４を介して蛍光用受光部７へ導かれる。そして制御装置８が、蛍光用受光部７から出力信号を取り込み、モニタ上に標本２の蛍光像を表示させることで蛍光観察が可能となる。

なお、標本２を透過した光は、第二光学部１０を介して受光装置１１へ導かれる。これにより制御装置８は、受光装置１１から出力信号を取り込み、モニタ上に標本像を表示させることで、標本２の二次元的な透過特性を観察することが可能となる。
また、透過照明用光源１２を用いる場合には、上述のように受光装置１１における受光器１８を光路外へ退避させる。さらに、対物レンズ１３を通った標本２からの光を接眼観察部１５へ導くための光路切替え装置（不図示）を第一光学部４の中へ挿入する。これにより透過照明用光源１２からの照明光は、第二光学部１０を介して標本２へ照射される。そして標本２を透過した光は、第一光学部４を介して接眼観察部１５へ導かれ、観察者による肉眼観察が可能となる。

次に、本実施形態に係る走査型光学顕微鏡１において最も特徴的な部分である、標本２に照射される照明光の光量測定について説明する。
本実施形態において、標本２に照射される照明光の光量測定は、上述した標本２の二次元的な透過特性の観察のために制御装置８が受光装置１１から取り込んだ出力信号を、当該制御装置８が以下に述べる演算によって光量に換算することで行われ、得られた光量値はモニタ１９に表示される。

本走査型光学顕微鏡１におけるメモリ９には、標本２に照射される照明光の光量測定に際して用いられる、図２に示す各テーブルが予め備えられている。なお、各テーブルにおける値には、設計値もしくは実測値が用いられている。
図２は、本発明の実施形態に係る顕微鏡のメモリに格納されている光量演算のための各テーブルを示す図である。図２における表１は第一光学部４に対する第二光学部１０の開口率Ｒ（なお、最大値は１．０）のテーブルを示しており、表２は第二光学部１０の光の透過率Ｔのテーブルを示しており、表３は受光器（ＰＭＴ）１８の分光感度特性Ｓのテーブルを示しており、表４は印加電圧に対する受光器（ＰＭＴ）１８の感度比Ｈのテーブルを示している。

以下、一例として第一光学部４の種類が Plan Apo ６０x Ｗ、第二光学部１０の種類が Type Ｂ、光源６から発せられる照明光の波長が488ｎｍ、受光器１８の印加電圧が550Ｖである走査型光学顕微鏡１を用いて、標本２として十分に透明な物体を観察する場合について説明する。
はじめに観察者は、走査型光学顕微鏡１の使用に際して、前述の装置情報をＰＣ２０を介して制御装置８に入力設定する。これにより制御装置８は、メモリ９に格納されている図２の各テーブルから装置情報に対応する数値を次のように算出する。

まず、第一光学部４の種類 Plan Apo ６０x Ｗと第二光学部１０の種類 Type Ｂに該当する開口率Ｒを表１より求める。
Ｒ＝0.71
次に、第二光学部１０の種類 Type Ｂと光源６の波長488ｎｍに該当する透過率Ｔを、表２における450ｎｍと500ｎｍの値を線形近似することで求める。
Ｔ＝0.75+(0.80-0.75)/(500-450)×(488-450)＝0.788

さらに、光源６の波長488ｎｍに該当する受光器１８の分光感度特性Ｓを、表３における450ｎｍと500ｎｍの値を線形近似することで求める。
Ｓ＝0.50+(0.60-0.50)/(500-450)×(488-450)＝0.576 (mA/W)
が得られる。

最後に、印加電圧550Ｖに該当する受光器１８の感度比Ｈを、表４における500Ｖと600Ｖの値を近似することで求める。なおこのとき、感度比（増幅比）が印加電圧に対して対数的に増加することを考慮して近似する。
Ｈ＝10^{Log(7.0e+4)+[Log(3.0e+5)-Log(7.0e+4)]/(600-500)×(550-500)}≒1.45e+5
ここで、eは指数部、記号^はべき乗、Logは常用対数をそれぞれ表す。例えば、7.0e+4＝70000、10^2＝100、Log100＝2である。
なお、算出された各値（Ｒ＝0.71、Ｔ＝0.788、Ｓ＝0.576、Ｈ＝1.45e+5）は、メモリ９に一時的に格納される。

斯かる背景の下、受光装置１１で得られた単位時間当たりの出力信号Ｏが例えば5e-3ｍＡであったとき、制御装置８は標本２に照射される照明光の光量Ｐを次式（ａ）から算出する。
式（ａ）Ｐ＝Ｏ／Ｒ／Ｔ／Ｓ／Ｈ（但し、Ｒ＞１ならばＲ＝１）
したがって、
Ｐ＝5e-3ｍ/0.71/0.788/0.576/1.45e+5≒1.07e-4(W)＝0.107(mW)
となる。

以上より求められた標本２に照射される照明光の光量Ｐ＝0.107ｍＷは、モニタ９に表示され、これにより観察者は光量Ｐの測定を達成することができる。
なお、本実施形態では、上述のように設計値もしくは実測値で各テーブルを構成しているため、光量Ｐを絶対値で算出することができる。しかしながら本発明はこれに限られず、光量Ｐとして相対的な値だけを求める場合には、図２における各テーブルの値は相対値であればよい。
なお、メモリ９はＰＣ２０のメモリで代用してもよい。制御装置８の機能の一部又は全ては、ＰＣ２０で代用してもよい。
また、制御装置８への前述の装置情報は、制御装置が装置の情報を検知して自動的に行う機能を有してもよい。

以上の光量測定は、標本２として十分に透明な物体を観察する場合の演算であるが、本実施形態に係る走査型光学顕微鏡１によって十分に透明でない物体を標本２として観察する場合には、ステージ３から標本２を外して上記の演算を行うことで、光量測定を実現することができる。又は、標本２の透過率の高い箇所を透過した光を光量測定に用いるために、受光器１８からの出力信号のうち出力すなわち光強度の大きな信号（具体的には、二次元画面における出力信号の最大値を求め、この最大値、又はこの最大値の例えば９０％等の一定のしきい値以上の値の出力信号の平均値）を出力信号Ｏとして用いて上記の演算を行うことで、光量測定を実現することができる。

また、走査型光学顕微鏡１の第二光学部１０の透過率Ｔが極端に小さくゼロに近い場合には、透過率Ｔを下げる原因となっている要素を光路から退避させる等の方法によって、透過率Ｔをゼロでない値としてから上記の演算を行うことで、光量測定を実現することができる。
例えば、透過微分干渉観察の場合、標本２に照射される光は直線偏光であって、第二光学部１０にはこの直線偏光を透過しない向きの偏光板が配置される。したがって透過率Ｔは殆どゼロであるため、このような場合には、光量測定に際して偏光板を光路から外す又は前記直線偏光を透過する向きに変更する。これによって透過率Ｔをゼロでない値とすることができるため、この下で上記の演算を行うことで光量測定を実現することができる。

なお、本実施形態では、上述のように標本２に照射される照明光の光量Ｐを求めるための演算情報として、開口率Ｒ、透過率Ｔ、分光感度特性Ｓ、及び感度比Ｈのテーブルをメモリ９に備えている。しかしながら本発明はこれに限られず、光量Ｐとして相対的な値だけを求める場合には、これらのうちの１つ又は複数のテーブルをメモリ９に備える構成とすることも可能である。例えば、メモリ９に開口率Ｒ、透過率Ｔのテーブルを備えている場合には、制御装置８が演算式（ａ）をＰ＝Ｏ／Ｒ／Ｔとして光量を演算する構成とすればよい。この場合、受光装置１１からの出力信号Ｏを測定するときには、受光器１８の印加電圧を一定値にすることで、測定回毎の光量Ｐの相対的な値を簡易的に測定できる。

以上の構成により本実施形態に係る走査型光学顕微鏡１は、標本２に照射される照明光の光量Ｐを測定することができる。そして本走査型光学顕微鏡１は、上述のように受光装置１１からの出力信号Ｏに基づいて光量Ｐを測定する構成であるため、上記従来の顕微鏡のように光量測定装置を標本の直前に配置したり撤去したりする作業を行う必要がなく、また標本像の観察と光量測定とを同時に行うことができる。

本発明の実施形態に係る走査型光学顕微鏡の構成を示す図である。本発明の実施形態に係る走査型光学顕微鏡のメモリに格納されている光量演算のための各テーブルを示す図である。

符号の説明

１走査型光学顕微鏡
２標本
３ステージ
４第一光学部
５スキャナ装置
６光源
７蛍光受光装置
８制御装置
９メモリ
１０第二光学部
１５接眼観察部
１８受光器
１９モニタ
２０ＰＣ

Claims

光源と、
前記光源からの照明光を標本に集光するための第一光学部と、
前記照明光を前記標本上で走査するための走査装置と、
前記標本を透過した光を受光するための受光装置と、
前記標本を透過した光を前記受光装置へ導くための第二光学部と、
前記受光装置の出力信号から、前記標本に照射される前記照明光の光量を演算するための演算情報を格納した記憶手段と、
前記演算情報に基づき、前記標本に照射される前記照明光の光量を演算する演算装置とを有していることを特徴とする走査型光学顕微鏡。
前記記憶手段には、前記第一光学部に対する前記第二光学部の開口率の情報が格納されていることを特徴とする請求項１に記載の走査型光学顕微鏡。
前記記憶手段には、前記第二光学部の光の透過率の情報が格納されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の走査型光学顕微鏡。
前記記憶手段には、前記受光装置の分光感度特性の情報が格納されていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の走査型光学顕微鏡。
前記記憶手段には、印加電圧に対する受光装置の感度比の情報が格納されていることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の走査型光学顕微鏡。
前記標本の透過率の高い箇所を透過した光を前記照明光の光量演算に用いることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の走査型光学顕微鏡。