JP2009042412A

JP2009042412A - 顕微鏡用照明装置

Info

Publication number: JP2009042412A
Application number: JP2007206114A
Authority: JP
Inventors: Kunio Toshimitsu; 邦夫利光
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 2007-08-08
Filing date: 2007-08-08
Publication date: 2009-02-26

Abstract

【課題】複数の異なる波長の照明光により全反射照明を行う場合に、対物レンズの色収差による像側焦点面（瞳面）の位置変化の補償を容易に行う。
【解決手段】光源ユニット１１Ａの調整レンズ３５は調整機構３６により光軸方向に移動可能とされる。調整レンズ３５の光軸方向の位置を調整することにより、光源ユニット１１Ａ内のシングルモードファイバ３１から射出される第１レーザ光の集光位置が調整される。光源ユニット１１Ｂの調整レンズ１３５は調整機構１３６により光軸方向に移動可能とされる。調整レンズ１３５の光軸方向の位置を調整することにより、光源ユニット１１Ｂ内のシングルモードファイバ１３１から射出される第２レーザ光の集光位置が調整される。本発明は、例えば、顕微鏡用照明装置に適用できる。
【選択図】図２

Description

本発明は、顕微鏡用照明装置に関し、特に、複数の異なる波長の照明光により全反射照明を行う顕微鏡用照明装置に関する。

近年、全反射を利用した照明（以下、全反射照明、あるいは、TIRF（Total Internal Reflection Fluorescence）と称する）を行うことが可能な顕微鏡の普及が進んでいる。全反射照明を行う顕微鏡では、対物レンズの像側焦点面（瞳面）において、標本を保護するカバーグラスの標本側の面において全反射する条件を満たす範囲（以下、TIRF範囲とも称する）内に照明光を集光させ、標本に平行光を照射することにより、全反射照明が行われる（例えば、特許文献１参照）。

特開２００４−８５７９６号公報

ところで、対物レンズの像側焦点面（瞳面）の位置は、色収差により入射する照明光の波長によって異なる。例えば、対物レンズの種類によっては、入射する照明光の波長が547nmと488nmとの間で、像側焦点面（瞳面）の位置が0.5mm以上変化する場合がある。像側焦点面（瞳面）の位置の変化に合わせて照明光を集光させる位置も変化するため、照明光の波長によっては、集光位置がTIRFが成立する範囲から外れる事態が生じる場合がある。

特許文献１には、各照明ユニットが持つ、コリメータレンズを光軸上で移動させることにより、照明光の波長に応じて、集光位置の調整を行うことが記載されている。しかしながら、係るコリメータレンズは、高い位置精度が要求されており、集光位置の調整に用いるのは現実的でない。

一方で、現在、全反射照明に使用する高倍率、高NAの対物レンズにおいて、色収差による像側焦点面（瞳面）の位置の変化を補正することは困難である。

従って、複数の異なる波長の照明光により全反射照明を行う場合、対物レンズの色収差に応じて、各波長の照明光ごとに集光位置を調整できるようにする必要がある。

本発明は、このような状況を鑑みてなされたものであり、複数の異なる波長の照明光により全反射照明を行う場合に、対物レンズの色収差による像側集光面（瞳面）位置の変化の補償を容易に行うことができるようにするものである。

本発明の一側面の顕微鏡用照明装置は、互いに異なる波長の照明光を発する複数の光源ユニットと、前記複数の光源ユニットそれぞれから射出される前記照明光を対物レンズの像側焦点面に集光させる集光レンズとを有して成り、前記対物レンズを介して全反射照明を行う顕微鏡用照明装置において、前記光源ユニットのそれぞれに、当該光源ユニットが発する照明光の波長に応じて、当該波長に対応する前記対物レンズの像側焦点面に前記照明光が集光されるように、前記照明光の集光位置を調整する、光軸上移動可能な調整レンズを設けたことを特徴とする。

前記調整レンズの光軸方向の位置を調整する電動の調整機構をさらに設けることができる。

本発明の一側面においては、互いに異なる波長の照明光を発する複数の光源ユニットのそれぞれに設けられた、光軸上移動可能な調整レンズにより、当該光源ユニットが発する照明光の波長に応じて、当該波長に対応する対物レンズの像側焦点面に前記照明光が集光されるように、前記照明光の集光位置が調整される。

本発明によれば、複数の異なる波長の照明光により全反射照明を行う場合、対物レンズの色収差による像側焦点面（瞳面）位置の変化を各照明光ごとに補償することができる。

以下に本発明の実施の形態を説明するが、本発明の構成要件と、明細書又は図面に記載の実施の形態との対応関係を例示すると、次のようになる。この記載は、本発明をサポートする実施の形態が、明細書又は図面に記載されていることを確認するためのものである。従って、明細書又は図面中には記載されているが、本発明の構成要件に対応する実施の形態として、ここには記載されていない実施の形態があったとしても、そのことは、その実施の形態が、その構成要件に対応するものではないことを意味するものではない。逆に、実施の形態が構成要件に対応するものとしてここに記載されていたとしても、そのことは、その実施の形態が、その構成要件以外の構成要件には対応しないものであることを意味するものでもない。

本発明の一側面の顕微鏡用照明装置（例えば、図１の顕微鏡１の照明光学系）は、第１に、互いに異なる波長の照明光を発する複数の光源ユニット（例えば、図１の光源ユニット１１Ａおよび光源ユニット１１Ｂ）と、前記複数の光源ユニットそれぞれから射出される前記照明光を対物レンズ（例えば、図１の対物レンズ１５）の像側焦点面に集光させる集光レンズ（例えば、図１の集光レンズ１３）とを有して成り、前記対物レンズを介して全反射照明を行う顕微鏡用照明装置において、前記光源ユニットのそれぞれに、当該光源ユニットが発する照明光の波長に応じて、当該波長に対応する前記対物レンズの像側焦点面に前記照明光が集光されるように、前記照明光の集光位置を調整する、光軸上移動可能な調整レンズ（例えば、図１の調整レンズ３５および調整レンズ１３５）を設けたことを特徴とする。

本発明の一側面の顕微鏡は、第２に、前記調整レンズの光軸方向の位置を調整する電動の調整機構（例えば、調整機構３６および調整機構１３６）をさらに備える。

以下、図面を参照して本発明を適用した実施の形態について説明する。

図１は、本発明を適用した顕微鏡の照明光学系の一実施の形態を示す図である。図１の顕微鏡１の照明光学系は、光源ユニット１１Ａ、光源ユニット１１Ｂ、ダイクロイックミラー１２、集光レンズ１３、ダイクロイックミラー１４、対物レンズ１５、バリアフィルタ１６、および、第２対物レンズ１７を含むように構成される。

また、図１においては、顕微鏡１による観察対象となる標本２は、スライドグラス３内の溶液４内に浸され、カバーグラス５により保護されている。また、対物レンズ１５のカバーグラス５と接する部分には、オイル６が満たされている。

光源ユニット１１Ａは、シングルモードファイバ３１、コリメータレンズ３２、ND（Neutral Density）フィルタ３３、視野絞り３４、および、調整レンズ３５を含むように構成される。また、調整レンズ３５は、模式的に図示した調整機構３６により、光軸方向に移動可能とされている。シングルモードファイバ３１には、図示せぬレーザユニットから、例えば、波長が547nmのレーザ光（以下、第１レーザ光とも称する）が入射される。シングルモードファイバ３１に入射された第１レーザ光は、シングルモードファイバ３１の射出端３１Ａから射出され、コリメータレンズ３２により平行光束とされ、光量調整用のNDフィルタ３３、視野絞り３４、および、調整レンズ３５を透過し、ダイクロイックミラー１２に入射する。

ダイクロイックミラー１２は、波長が488nmの光を反射し、波長が547nmの光を透過する特性を有している。従って、光源ユニット１１Ａから射出された波長が547nmの第１レーザ光は、ダイクロイックミラー１２、および、集光レンズ１３を透過し、ダイクロイックミラー１４により、対物レンズ１５の光軸方向に反射され、対物レンズ１５の像側焦点面（瞳面）ＢＦにおいて集光する。そして、対物レンズ１５の像側焦点面（瞳面）ＢＦにおいて集光した第１レーザ光は、対物レンズ１５により平行光束となり、標本２を照射する。

光源ユニット１１Ｂは、シングルモードファイバ１３１、コリメータレンズ１３２、ND（Neutral Density）フィルタ１３３、視野絞り１３４、および、調整レンズ１３５を含むように構成される。また、調整レンズ１３５は、模式的に図示した調整機構１３６により、光軸方向に移動可能とされている。シングルモードファイバ１３１には、図示せぬレーザユニットから、例えば、波長が488nmのレーザ光（以下、第２レーザ光とも称する）が入射される。シングルモードファイバ１３１に入射された第２レーザ光は、シングルモードファイバ１３１の射出端１３１Ａから射出され、コリメータレンズ１３２により平行光束とされ、光量調整用のNDフィルタ１３３、視野絞り１３４、および、調整レンズ１３５を透過し、ダイクロイックミラー１２に入射する。

光源ユニット１１Ｂから射出された波長が488nmの第２レーザ光は、ダイクロイックミラー１２により、集光レンズ１３の光軸方向に反射され、集光レンズ１３を透過し、ダイクロイックミラー１４により、対物レンズ１５の光軸方向に反射され、対物レンズ１５の像側焦点面（瞳面）ＢＦにおいて集光する。そして、対物レンズ１５の像側焦点面（瞳面）ＢＦにおいて集光した第２レーザ光は、対物レンズ１５により平行光束となり、標本２を照射する。

第１レーザ光または第２レーザ光を照射することにより標本２から発せられた蛍光は、対物レンズ１５により集められ、ダイクロイックミラー１４により所定の波長成分のみが透過され、さらに、バリアフィルタ１６により必要な波長成分のみが選択して透過され、第２対物レンズ１７により、像面ＩＭに画像を形成する。

なお、NDフィルタ３３およびNDフィルタ１３３を複数枚のフィルタの組み合わせにより構成することにより、第１レーザ光および第２レーザ光の光量を段階的に調整することが可能となる。例えば、ND２、ND４、ND８の３枚のNDフィルタを組み合わせにより構成することにより、最大ND６４（１／６４）まで光量を調整することが可能となる。

また、光源ユニット１１Ａおよび１１Ｂを、顕微鏡１から個々に着脱できるように構成してもよい。

ここで、第１レーザ光および第２レーザ光の集光位置の調整方法について説明する。

上述したように、調整レンズ３５および調整レンズ１３５は、それぞれ、調整機構３６および調整機構１３６により、独立して光軸方向に移動可能となるように顕微鏡１に設けられている。従って、例えば、集光レンズ１３を所定の位置に固定した状態で、調整レンズ３５および調整レンズ１３５の光軸方向の位置を調整することにより、第１レーザ光および第２レーザ光の集光位置を個別に調整することができる。

これにより、上述したように、入射するレーザ光の波長により対物レンズ１５の像側焦点面（瞳面）ＢＦの位置は異なるが、集光レンズ１３や対物レンズ１５を複数設けることなしに、各レーザ光の集光位置を、光源ユニットごとに個別にかつ容易に調整することができる。換言すれば、対物レンズ１５の色収差による像側焦点面（瞳面）の変化を各レーザ光ごとに容易に補償することができ、複数の異なる波長のレーザ光による全反射照明を実現することができる。

例えば、第１レーザ光および第２レーザ光が対物レンズ１５の像側焦点面（瞳面）ＢＦにおいて集光するように調整レンズ３５および調整レンズ１３５の光軸方向の位置を調整した後、図２に示されるように、シングルモードファイバ３１を図内の下方向に平行移動させ、シングルモードファイバ１３１を図内の右方向に平行移動させる。これにより、シングルモードファイバ３１から射出された第１レーザ光の光軸の中心は、コリメータレンズ３２の光軸の中心から図内の下方向にずれ、第１レーザ光は、対物レンズ１５の像側焦点面（瞳面）ＢＦの中心から図内の右方向にずれた位置に集光する。また、シングルモードファイバ１３１から射出された第２レーザ光の光軸の中心は、コリメータレンズ１３２の光軸の中心から図内の右方向にずれ、第２レーザ光は、対物レンズ１５の像側焦点面（瞳面）ＢＦの中心から図内の左方向にずれた位置に集光する。そして、対物レンズ１５の像側焦点面（瞳面）ＢＦのTIRF範囲内に第１レーザ光および第２レーザ光が集光するように調整されると、標本２は、図内の右側から第１レーザ光により全反射照明され、図内の左側から第２レーザ光により全反射照明される。

ところで、集光レンズ１３が設けられる位置には、対物レンズ１５とそれを支持する図示せぬレボルバ、そのレボルバを対物レンズ１５の光軸方向に移動させるための駆動機構、図示せぬ蛍光フィルタカセットおよびその切替え機構など、多くの部品が集中する可能性が高い。そのため、例えば、集光レンズ１３の光軸方向の位置を調整して、第１レーザ光および第２レーザ光の集光位置を調整するようにした場合、集光レンズ１３の光軸方向の位置を調整する調整機構は狭い空間内に設けられることになる。従って、調整機構を設けるのは容易ではなく、また、調整機構を用いて集光レンズ１３の位置を頻繁に調整することはあまり望ましくない。また、調整機構を電動にすることは困難である。

これに対して、調整レンズ３５および調整レンズ１３５の周囲は、部品数が少なくスペースに余裕がある可能性が高い。従って、調整機構３６および調整機構１３６を設けるのは容易であり、また、調整機構３６および調整機構１３６を電動にすることも容易である。すなわち、顕微鏡１において、調整レンズ３５および調整レンズ１３５の光軸方向の位置を調整する電動の調整機構３６および調整機構１３６を設けることが可能である。

また、上記では、調整レンズ３５および調整レンズ１３５を凸レンズとして図示および説明したが、凹レンズにより構成し、調整レンズ３５および調整レンズ１３５の光軸方向の位置を調整し、第１レーザ光および第２レーザ光を発散させる度合いを調整することにより、第１レーザ光および第２レーザ光の集光位置を調整するようにしてもよい。

さらに、以上の説明では、２種類の異なる波長のレーザ光により全反射照明を行う例を示したが、本発明は、３種類以上の異なるレーザ光により全反射照明を行う場合にも適用することが可能である。その場合、例えば、各波長のレーザ光ごとに、光源ユニット１１Ａおよび光源ユニット１１Ｂと同様の構成の光源ユニットを設けるようにすればよい。

なお、第１レーザ光および第２レーザ光の集光位置を調整するために、調整レンズ３５および調整レンズ１３５を設けずに、シングルモードファイバ３１およびシングルモードファイバ１３１の光軸方向の位置を調整することも考えられる。しかし、上述した特許文献１に記載されているように、シングルモードファイバ３１およびシングルモードファイバ１３１の位置決めには非常に細かい精度が要求されるため、あまり現実的ではない。

また、以上の説明では、レーザ光を用いる例を示したが、本発明の実施の形態においては、例えば、キセノンランプ、水銀ランプなどの他の種類の光源を適用することが可能である。

なお、本発明の実施の形態は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。

本発明を適用した顕微鏡の照明光学系一実施の形態を示す図である。本発明を適用した顕微鏡により全反射照明を行った場合の例を示す図である。

符号の説明

１顕微鏡，２標本，１１Ａ，１１Ｂ光源ユニット，１２ダイクロイックミラー，１３集光レンズ，１４ダイクロイックミラー，１５対物レンズ，３１シングルモードファイバ，３２コリメータレンズ，３５調整レンズ，３６調整機構，１３１シングルモードファイバ，１３２コリメータレンズ，１３５調整レンズ，１３６調整機構

Claims

互いに異なる波長の照明光を発する複数の光源ユニットと、前記複数の光源ユニットそれぞれから射出される前記照明光を対物レンズの像側焦点面に集光させる集光レンズとを有して成り、前記対物レンズを介して全反射照明を行う顕微鏡用照明装置において、
前記光源ユニットのそれぞれに、当該光源ユニットが発する照明光の波長に応じて、当該波長に対応する前記対物レンズの像側焦点面に前記照明光が集光されるように、前記照明光の集光位置を調整する、光軸上移動可能な調整レンズを設けたことを
特徴とする顕微鏡用照明装置。
前記調整レンズの光軸方向の位置を調整する電動の調整機構を
さらに備える請求項１に記載の顕微鏡用照明装置。