JP2008503782A - 顕微鏡 - Google Patents

Abstract

少なくとも第１及び第２の光源を有しており、前記第１光源に対して第１の光ファイバが、前記第２光源に対して第２の光ファイバが配置されており、それぞれの光源から放出される光がそれぞれに配置されている光ファイバ内に入射可能である顕微鏡が開示される。顕微鏡は、照射光線路に配置される対物レンズを有しており、前記第１及び第２光ファイバに結合される、前記各光源の光を受光して選択により前記第１光源の光又は前記第２光源の光を通過させるファイバマルチプレクサが前記照射光線路に備えられることを特徴とする。

Description

本発明は、少なくとも第１と第２の光源を有しており、第１の光源に対して第１の光ファイバが、第２の光源に対して第２の光ファイバが割り当てられ、それぞれの光源から放出される光がそれぞれに割り当てられている光ファイバ内に入射可能であり、他にも照射光線路に配置される一つの対物レンズを有している顕微鏡に関する。

走査型顕微鏡（スキャン顕微鏡）においては、試料を光線で走査することにより、試料から放出される反射光又は蛍光の観察が行われる。そのために、レーザが光源として使用されることが多い。例えば特許文献１「多色蛍光用の共焦点顕微鏡システム」から、複数のレーザ線を個別に放射する一つのレーザを有する配列が知られている。現在ではそのために多くは混合ガスレーザ、特にＡｒＫｒレーザが使用されている。照射光線の焦点は、可制御式のビーム偏向装置を用い、通常は二つのミラーを傾動させることにより、対物面上を移動されるが、その際に多くは偏向軸が互いに直交することにより、ミラーの一方がｘ方向に、他方がｙ方向に偏向を行うようになっている。ミラーの傾動は、例えばガルバノ方式の調整要素を用いて実現される。測定物体から発する光の強度は、走査ビームの位置に関連付けて測定される。通例これらの調整要素には、ミラーの実際の位置を検出するセンサが備えられている。

特に走査型共焦点顕微鏡においては、光線の焦点を利用して、測定物体の３次元走査が行われるようになっている。
走査型共焦点顕微鏡には通常、光源、光源の光をピンホール絞り板−所謂励起用絞り板−に集光する集光レンズ、ビームスプリッタ、ビームを制御するためのビーム偏向装置、顕微鏡レンズ、検出用絞り板、及び、検出光又は蛍光を検出するための複数の検出器が含まれている。照射光は、ビームスプリッタを介して入射される。測定物体から発する蛍光又は反射光は、ビーム偏向装置を経由してビームスプリッタに戻り、これを通過した後引き続いて検出器の前方に位置する検出用絞り板に集光される。焦点域から直接発せられた検出光以外の光は、別の光路を辿り検出用絞り板を通らないために、この焦点域の照射ポイント情報が得られ、測定物体の連続走査により得る多数の照射ポイント情報から、最終的に３次元画像が得られるようになっている。３次元画像は、多くは断層画像データを連続的に取り込むことにより実現されるが、その際に走査光線は、測定物体の表面又は内部で理想的にはメアンダ形状の軌跡を描くようになっている。（ｙ座標の位置を固定したままでｘ方向に１ライン走査し、続いてｘ方向の走査を中断し、ｙ座標の位置を変更して次の走査ラインに進んでから、再びｙ座標の位置を固定したままでｘの負方向にこのラインを走査する：この操作の繰り返し）。断層画像データの取込みを実現するために、一つの断層の走査が終了すると、試料テーブル又は対物レンズの位置が変更され、次の走査対象である断層が対物レンズの焦点面に移動される。

特許文献２から、レーザ走査型顕微鏡用の多色点光源が知られている。この多色点光源は、波長が異なる少なくとも二つのレーザを有しており、それにより調査対象である試料の表面に多色光点が作られ、これが試料表面を走査するために移動されるようになっており、そこではレーザ走査型顕微鏡とそれぞれのレーザとの間に、これらのレーザを光学的に接続するビーム結合器が備えられて、各レーザのレーザ光を一本の光線にまとめるようになっている。可能な変形実施例においては、一つのレーザが直接、他のレーザが光ファイバを介して、ビーム結合器に結合されるようになっている。ビーム結合器は、モノリシックユニットとして構成される。ビーム結合器とレーザ走査型顕微鏡との間には、全てのレーザの一本にまとめられた光線をレーザ走査型顕微鏡に送る光導波路が備えられており、そこではそれぞれのレーザ光をこの光導波路に合わせて調整できるようになっている。

特許文献３から、可動式光ファイバを有する光ファイバスイッチ装置及び製造方法が知られている。この光ファイバスイッチ装置には、少なくとも一つの可動式光ファイバと少なくとも一つの制御電極とが含まれており、この制御電極により、少なくとも第２の光ファイバとの光学結合のために、可動式光ファイバの空間位置を制御する静電界が発生されるようになっている。改良型の光ファイバスイッチ装置を提示するために、このスイッチ装置は、内壁の一部が少なくとも一つの制御電極により形成された電気絶縁ケースを有している。

顕微鏡に複数の光源が備えられる場合は通常、顕微鏡に、各光源の光線路を一つにまとめるダイクロイックビームスプリッタ、即ち二色性ビーム分割器か使用される。各光源から放出される光の光強度を個別に制御するためには、例えば音響光学チューナブルフィルタ（ＡＯＴＦ）等、調整に工数を要する構成部品の追加が必要となる。このため従来型のレンズを用いたビーム結合は、莫大な取付け空間を要するほか、極めてコスト高なものとなっている。更に、調整に工数を要すると共に、故障し易い点も短所であると看做される。

欧州特許第０４９５９３０号明細書 ドイツ特許第１９６３３１８５号明細書 ドイツ特許出願公開第１０２５１８９７号明細書

従って本発明が解決しようとする課題は、簡単かつコンパクトでありしかも高信頼性の構成方式で、顕微鏡の各光源を照射光線路に結合可能な顕微鏡を提示することにある。

この課題は、第１及び第２の光ファイバに結合される、光源の光を受光し選択により第１光源の光又は第２光源の光を通過させるファイバマルチプレクサが照射光線路に備えられることを特徴とする顕微鏡により解決される。

本発明に従った顕微鏡は、個々の要求に応じて光が異なる光源を用いて試料を簡単に照射することができるという長所を有している。光ファイバ技術の使用により、本発明に従った顕微鏡は、振動や光学部品の埃による汚損等の外乱に対して殊の外不感な特性を示すようになっている。

ファイバマルチプレクサ（光ファイバスイッチ装置）は、ケース内に固定式に組み込まれることにより、取扱いに際しロバスト性を示すようにすることが好ましい。ｘ入力１出力ファイバマルチプレクサ（例：２入力１出力、３入力１出力、４入力１出力、５入力１出力…）が使用されると好適であるが、これについて、一回の観察プロセスの間に一つの光源からの光だけが試料に到達することには、適用例の大半において、副次的な意味しかない。

構造がより複雑なファイバマルチプレクサである場合は、複数の光源の光を通過させて、好ましくは一つの出力ファイバに入射させるようにするとよい。
非常に好ましい変形構成例においては、ファイバマルチプレクサに結合される出力ファイバが備えられるようになっている。一つ又は複数の光源の光は、ファイバカプラによりこの出力ファイバに入射される。出力ファイバの端部には、この出射ファイバから出る光をコリメートする一つの出射レンズが備えられることが好ましい。第１及び／又は第２の光源が、レーザを有していると好適である。非常に好ましい変形構成例においては、このレーザが、光ファイバに直接結合されるピグテール型レーザとして構成されるようになっている。

光強度の調整乃至は制御のために、本発明に従った顕微鏡の別の変形例においては、第１光ファイバ及び／又は第２光ファイバに、ファイバレジューサが備えられるようになっている。

更に別の変形例においては、ファイバマルチプレクサに、例えばファイバレジューサとして構成されるとよいレジューサが後置されるようになっている。
非常に好ましい実施形態において、顕微鏡は、走査型顕微鏡、特に走査型共焦点顕微鏡として構成されている。

ファイバマルチプレクサは、スキャンエリアのスポット走査と同期でオンオフできるようにすることが好ましい。それにより隣接する走査スポットに、光が異なる波長及び／又は光強度を当てることが可能となる。

別の変形例においては、ファイバマルチプレクサをスキャンエリアのライン走査と同期でオンオフできるようになっている。この変形例では特に、一つの走査ラインに光が異なる波長又は光強度を順番に当てることが可能となる。隣接した走査ラインに、波長及び／又は光強度が異なる照射光を当てることも可能である。

更に別の実施形態においては、ファイバマルチプレクサをスキャンエリアのフレーム走査と同期でオンオフできるようになっている。この変形例により、波長及び／又は光強度に関して異なる照射条件下で、スキャンエリアを何重にも連続走査することが可能となる。

本発明に従った顕微鏡のファイバマルチプレクサ配列は、有利なことにも、コスト高なビーム結合方式にも、また各光源の後方に照射光線を遮るために通常備えられるシャッタにも代わるものである。

特殊な変形例においては、ファイバマルチプレクサの一つのカップリングポートを利用せずにおいて（即ちどの光源にも結合しないで）、試料の照射を完全に遮断するために、ファイバマルチプレクサをこの「ダミーポート」に切り換えられるようにしている。

図面には本発明の対象が図式的に示されており、以下ではこの図に基づき本発明を説明する。図には同じ機能を有する構成部品には同じ符合が付されている。
図には、走査型共焦点顕微鏡として構成される本発明に従った顕微鏡が示されている。顕微鏡は、レーザ光源として構成される、波長４８８ｎｍの光を放出する第１の光源１を有している。他にも走査型顕微鏡は、同じくレーザとして構成される、波長５３２ｎｍの光を放出する第２の光源３を有している。走査型顕微鏡は、ピグテール型レーザ７として構成される、波長６３５ｎｍの光を放出する第３の光源５を有している。それ以外にも走査型顕微鏡は、同じくレーザとして構成される、波長４０５ｎｍの光を放出する第４の光源９を有している。

第１光源１の光は、第１の入射レンズ１１により、ファイバマルチプレクサ１５に結合された第１の光ファイバ１３に入射される。第２光源３の光は、第２の入射レンズ１７により、同じくファイバマルチプレクサ１５に結合された第２の光ファイバ１９に入射される。同様に第４光源９の光は、第３の入射レンズ２１を利用して、第４の光ファイバ２３に入射される。第４の光ファイバ２３も同様に、ファイバマルチプレクサ１５に光学的に接続されている。ピグテール型レーザ７は、ピグテール型レーザ７の光をファイバマルチプレクサに送る第３の光ファイバ２５に結合されている。ファイバマルチプレクサ１５は、制御ユニット２７により、利用者の初期設定に基づいて、若しくは個々の実験要件に基づいて制御されるようになっている。ファイバマルチプレクサ１５は、その制御方式に応じて、第１光源１の光、又は第２光源の光３、又は第３光源の光５、又は第４光源９の光を通過させ、これを出力ファイバ２９に入射させるようになっている。以下では、この出力ファイバ２９を通る光を照射光線３１と呼ぶ。照射光線３１は出射レンズ３３により出射され、続いて検出用絞り板３５に到達してこれを通過し、後続のメインビームスプリッタ３７により、ジンバル式スキャンミラー４１を内蔵したビーム偏向装置３９に向けて偏向される。このビーム偏向装置３９により、照射光線３１は、スキャンレンズ４３、鏡筒レンズ４５、及び顕微鏡対物レンズ４７を通して、試料４９の上に、若しくはこれを透過して導かれる。試料から発する検出光５１は、これと同じ光路で、即ち顕微鏡対物レンズ４７、鏡筒レンズ４５、及びスキャンレンズ４３を通り、ビーム偏向装置３９を経由してメインビームスプリッタ３７に戻り、これと後続の検出用絞り板５３を通過した後、最終的に光電子増倍管５７として構成された検出器５５に到達する。検出器５５は、検出光５１の光強度に比例した電気信号を発生し、これは演算処理ユニット５９に転送される。演算処理ユニット５９においては、これらの電気信号に対してビーム偏向装置３９のその時々の位置信号が割り当てられ、画像データが発生され、これがＰＣ６１に転送され、そのモニタ６３に試料の画像が表示される。演算処理ユニット５９は、実験要件に基づき、若しくは利用者の初期設定に基づき、ファイバマルチプレクサ１５の制御モジュール２７を制御する。ファイバマルチプレクサ１５は、第５の入力ポートを利用できるようになっているが、この入力ポートはレーザには結合されていない。試料の照射を完全に遮断するために、ファイバマルチプレクサ１５はこのダミーポート６５に切り換えられるようになっている。

以上では本発明を特殊な実施形態との関連で説明したが、特許請求範囲の保護範囲を逸脱することなく、種々の変更及び変形を実施し得ることは言うまでもない。

本発明に従った顕微鏡を示したものである。

符号の説明

１ 第１光源
３ 第２光源
５ 第３光源
７ ピクテール型レーザ
９ 第４光源
１１ 第１入射レンズ
１３ 第１光ファイバ
１５ ファイバマルチプレクサ
１７ 第２入射レンズ
１９ 第２光ファイバ
２１ 第３入射レンズ
２３ 第４光ファイバ
２５ 第３光ファイバ
２７ 制御ユニット
２９ 出力ファイバ
３１ 照射光線
３３ 出射レンズ
３５ 検出用絞り板
３７ メインビームスプリッタ
３９ ビーム偏向装置
４１ スキャンミラー
４３ スキャンレンズ
４５ 鏡筒レンズ
４７ 顕微鏡対物レンズ
４９ 試料
５１ 検出光
５３ 検出用絞り板
５５ 検出器
５７ 光電子増倍管
５９ 演算処理ユニット
６１ ＰＣ
６３ モニタ
６５ ダミーポート

Claims (9)

1. 少なくとも第１の光源及び第２の光源を有しており、前記第１光源に対して第１の光ファイバが、前記第２光源に対して第２の光ファイバが接続されており、各光源から放出される光をそれぞれに接続されている前記光ファイバに入射可能であり、他にも照射光線路に配置される対物レンズを有している、顕微鏡において、
   前記第１及び第２光ファイバに結合されており、かつ前記各光源の光を受光して、選択により前記第１光源の光又は前記第２光源の光を通過させるファイバマルチプレクサが、前記照射光線路に備えられることを特徴とする、顕微鏡。
2. 請求項１に記載の顕微鏡において、前記ファイバマルチプレクサが、出力ファイバに結合されることを特徴とする、顕微鏡。
3. 請求項１又は２のいずれか一項に記載の顕微鏡において、前記第１光源及び／又は前記第２光源に、レーザが含まれることを特徴とする、顕微鏡。
4. 請求項３に記載の顕微鏡において、前記レーザがピグテール型レーザであることを特徴とする、顕微鏡。
5. 請求項１〜４のいずれか一項に記載の顕微鏡において、前記ファイバマルチプレクサに、レジューサ、特にファイバレジューサが後置されることを特徴とする、顕微鏡。
6. 請求項１〜５のいずれか一項に記載の顕微鏡において、顕微鏡が走査型顕微鏡、特に走査型共焦点顕微鏡であることを特徴とする、顕微鏡。
7. 請求項６に記載の顕微鏡において、前記ファイバマルチプレクサが、スキャンエリアのスポット走査と同期でオンオフ可能であることを特徴とする、顕微鏡。
8. 請求項６に記載の顕微鏡において、前記ファイバマルチプレクサが、スキャンエリアのライン走査と同期でオンオフ可能であることを特徴とする、顕微鏡。
9. 請求項６に記載の顕微鏡において、前記ファイバマルチプレクサが、スキャンエリアのフレーム走査と同期でオンオフ可能であることを特徴とする、顕微鏡。

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