JP2009075448A - 光検出ユニット、顕微鏡装置 - Google Patents

Abstract

【課題】複数の観察システムで得られた観察光を検出可能で、コストの削減及び設置スペースの小型化を図った光検出ユニット等を提供する。
【解決手段】複数の観察光学系４，５で得られた観察光を個別に入力するための複数の入力ポート７ａ，７ｂと、前記観察光を検出するための検出手段４３ｃ，４４ｃ，４５ｃと、複数の入力ポート７ａ，７ｂのうちのいずれか１つに入力された前記観察光が検出手段４３ｃ，４４ｃ，４５ｃへ導かれるように、複数の入力ポート７ａ，７ｂから検出手段４３ｃ，４４ｃ，４５ｃまでの間にそれぞれ形成された光路のいずれかに切り換えるための光路切換手段４２と、を有することを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、光検出ユニット、顕微鏡装置に関する。

細胞等の標本を観察する顕微鏡の形態は様々であり、近年では共焦点観察を行うための共焦点観察システムや光量測定を行うための測光システムといった複数の観察システムを顕微鏡に組み合わせ、これらの観察システムを用いて標本を観察したいという要望が挙げられている。
斯かる場合、各観察システムには、標本からの観察光を検出するための光検出ユニットがそれぞれ設けられることとなり、この光検出ユニットは、観察光を波長毎に分離するフィルタと、分離した観察光を検出する複数の検出素子とを備えてなる（例えば、特許文献１を参照。）。
特開２００５−２８３６５９号公報

しかしながら、上述のように観察システム毎に光検出ユニットを設ければ、コストが大きく、また大きな設置スペースを確保しなければならないという問題がある。
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、複数の観察システムで得られた観察光を検出可能で、コストの削減及び設置スペースの小型化を図った光検出ユニット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、
複数の観察光学系で得られた観察光を個別に入力するための複数の入力ポートと、
前記観察光を検出するための検出手段と、
前記複数の入力ポートのうちのいずれか１つに入力された前記観察光が前記検出手段へ導かれるように、前記複数の入力ポートから前記検出手段までの間にそれぞれ形成された光路のいずれかに切り換えるための光路切換手段と、
を有することを特徴とする光検出ユニットを提供する。

また本発明は、
前記複数の観察光学系として共焦点観察光学系と測光光学系とを有する顕微鏡と、
上記構成の光検出ユニットと、を有することを特徴とする顕微鏡装置を提供する。
また本発明は、
前記観察光学系として共焦点観察光学系を有する第１の顕微鏡と、
前記観察光学系として測光光学系を有する第２の顕微鏡と、
上記構成の光検出ユニットと、を有することを特徴とする顕微鏡装置を提供する。

本発明によれば、複数の観察システムで得られた観察光を検出可能で、コストの削減及び設置スペースの小型化を図った光検出ユニット、顕微鏡装置を提供することができる。

以下、本発明の各実施形態に係る光検出ユニットを備えた顕微鏡装置を添付図面に基づいて詳細に説明する。
はじめに、本発明の実施形態に係る光検出ユニットを備えた顕微鏡装置の構成を説明する。
図１に示すように顕微鏡装置１は、倒立顕微鏡２と、標本３の光量測定を行うための測光システム４と、標本３を共焦点観察するための共焦点観察システム５と、該共焦点観察システム５へレーザ光を供給するレーザユニット６と、各観察システム４，５で得られた標本３の観察光を検出するための光検出ユニット７と、コントローラ８とからなる。

倒立顕微鏡２は、上方から順に、透過照明装置１１、標本３を載置するステージ１２、対物レンズ１３、光路切換ミラー１４を有し、さらにこの光路切換ミラー１４の透過光路上及び反射光路上に結像レンズ１５，１６をそれぞれ有している。なお、光路切換ミラー１４は、不図示のスライド機構によって光路内へ挿脱可能に設けられており、これにより測光システム４の光路と共焦点観察システム５の光路とを選択的に切り換えることができる。
また、倒立顕微鏡２は、接眼観察用の接眼レンズ１７と、標本３からの観察光を接眼レンズ１７へ導くための不図示の光学系も備えられている。

測光システム４は、倒立顕微鏡２の本体２ａの側面に直接取り付けられており、該倒立顕微鏡２の結像レンズ１６側から順に、ダイクロイックミラー２１、集光レンズ２２を有し、さらにダイクロイックミラー２１の反射光路上に、集光レンズ２３、測光用光源（水銀ランプ）２４を有してなる。なお、斯かる構成の測光システム４は、光ファイバ４ａを介して光検出ユニット７と接続されている。

共焦点観察システム５は、倒立顕微鏡２の本体２ａに直接取り付けられており、該倒立顕微鏡２の結像レンズ１５側から順に、スキャナレンズ２５、光を二次元的に走査するガルバノスキャナ２６、ミラー２７、結像レンズ２８、ピンホール２９、集光レンズ３０を有し、さらにミラー２７の反射光路上にコリメートレンズ３１を有してなる。なお、斯かる構成の共焦点観察システム５は、光ファイバ５ａを介して光検出ユニット７と接続されている。

レーザユニット６は、光ファイバ６ａを介して共焦点観察システム５と接続されており、共焦点観察システム５のコリメートレンズ３１側から順に、集光レンズ３３、ダイクロイックミラー３４、全反射ミラー３５を有し、これらのミラー３４，３５の反射光路上には、シャッタ装置３４ａ,３５ａ、波長の異なるレーザ光を発するレーザ光源３４ｂ,３５ｂをそれぞれ有している。なお、シャッタ装置３４ａ,３５ａには、レーザ光のパワーを調整するための音響光学素子等も含まれている。

光検出ユニット７は、測光システム４で得られた観察光を入力するために光ファイバ４ａが接続された第１の入力ポート７ａと、共焦点観察システム５で得られた観察光を入力するために光ファイバ５ａが接続された第２の入力ポート７ｂを筐体側面に備えている。そして光検出ユニット７の筐体内部には、第１の入力ポート７ａ側から順に、レンズ４１、光路切換ミラー４２、ダイクロイックミラー４３、該ダイクロイックミラー４３と波長特性の異なるダイクロイックミラー４４を有している。また、光路切換ミラー４２の反射光路上には、第２の入力ポート７ｂに対向するレンズ４６を有している。

また光検出ユニット７は、各ダイクロイックミラー４３，４４の透過光路上及び反射光路上に、バリアフィルタ４３ａ，４４ａ，４５ａ、集光レンズ４３ｂ，４４ｂ，４５ｂ、微弱光を検出可能なＰＭＴ（フォトマルチプライヤ）４３ｃ，４４ｃ，４５ｃをそれぞれ有している。
なお、光路切換ミラー４２は、不図示のスライド機構によって光路内へ挿脱可能に設けられており、これにより測光システム４からの観察光と、共焦点観察システム５からの観察光を選択的に切り換えて各ＰＭＴ４３ｃ，４４ｃ，４５ｃへ導くことが可能となる。

コントローラ８は、コンピュータ２０と接続されており、該コンピュータ２０からの指示に基づいて顕微鏡装置１の各部を制御するものである。具体的には、コントローラ８は、倒立顕微鏡２、共焦点観察システム５のガルバノスキャナ２６、レーザユニット６、光検出ユニット７を制御するために、それぞれに対応した制御部８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄを備えている。なお、コンピュータ１０には、標本３の観察画像等を表示するためのモニタ２０も接続されている。

次に、以上に述べた構成の顕微鏡装置１において、測光システム４を用いて標本３の観察を行う場合と、共焦点観察システム５を用いて標本３の観察を行う場合について説明する。
顕微鏡装置１において、測光システム４を用いて標本３の観察を行う場合には、予め倒立顕微鏡２の光路切換ミラー１４を光路内へ配置し、光検出ユニット７の光路切換ミラー４２を光路外へ退避させておく。
斯かる前提の下、測光システム４において測光用光源２４から発せられた照明光は、集光レンズ２３を経た後、ダイクロイックミラー２１で反射されて倒立顕微鏡２へ入力される。この照明光は、倒立顕微鏡２の本体２ａ内において結像レンズ１６を経た後、光路切換ミラー１４で反射され、対物レンズ１３を介してステージ１２上の標本３に照射される。

これによって標本３から発せられた観察光は、再び対物レンズ１３、光路切換ミラー１４、結像レンズ１６を順に経て測光システム４へ入力される。そしてこの観察光は、測光システム４においてダイクロイックミラー２１を透過し、集光レンズ２２によって光ファイバー４ａの端面に集光される。これにより観察光は、光ファイバー４ａを介して光検出ユニット７へ第１の入力ポート７ａより入力される。
光検出ユニット７へ入力された観察光は、レンズ４１を経た後、ダイクロイックミラー４３によって透過光と反射光に分離され、当該透過光はダイクロイックミラー４４によってさらに透過光と反射光に分離される。即ち観察光は、波長特性の異なる２枚のダイクロイックミラー４３，４４によって、３つの波長成分（ダイクロイックミラー４３の反射光、及びダイクロイックミラー４４の透過光と反射光）に分離されることとなり、この３つの波長成分はそれぞれ対応するバリアフィルタ４３ａ，４４ａ，４５ａと集光レンズ４３ｂ，４４ｂ，４５ｂを順に経た後、ＰＭＴ４３ｃ，４４ｃ，４５ｃで検出される。

これによりコンピュータ１０は、各ＰＭＴ４３ｃ，４４ｃ，４５ｃから観察光の波長成分毎の検出信号をコントローラ８を介して取得し、これに基づいて観察光の波長成分毎の光量を演算しモニタに表示させる。このようにして観察者は、標本３の光量測定を波長成分毎に行うことが可能となる。

本顕微鏡装置１において、共焦点観察システム５を用いて標本３の観察を行う場合には、予め倒立顕微鏡２の光路切換ミラー１４を光路外へ退避させ、光検出ユニット７の光路切換ミラー４２を光路内へ配置しておく。
斯かる前提の下、レーザユニット６においてレーザ光源３４ｂから発せられた光は、シャッタ装置３４ａを経て、ダイクロイックミラー３４で反射され、集光レンズ３３に入射する。また、もう１つのレーザ光源３５ｂから発せられた光は、シャッタ装置３５ａを経て、全反射ミラー３５で反射され、さらにダイクロイックミラー３４を透過して集光レンズ３３に入射する。これにより、各レーザ光源３４ｂ，３５ｂのレーザ光は、集光レンズ３３によってまとめて光ファイバー６ａの端面に集光され、この光ファイバー６ａを介して照明光として共焦点観察システム５へ入力される。

共焦点観察システム５に入力された照明光は、コレメートレンズ３１を経てダイクロイックミラー２７で反射され、ガルバノスキャナ２６とスキャナレンズ２５を介して倒立顕微鏡２へ入力される。この照明光は、倒立顕微鏡２の本体２ａ内において結像レンズ１５と対物レンズ１３を順に介してステージ１２上の標本３に照射される。
これによって標本３から発せられた観察光は、再び対物レンズ１３、結像レンズ１５を順に経て共焦点観察システム５へ入力される。この観察光は、共焦点観察システム５において再びスキャナレンズ２５とガルバノスキャナ２６を経た後、ダイクロイックミラー２７を透過し、さらに結像レンズ２８によってピンホール２９に結像される。そしてピンホール２９を通過した観察光は、集光レンズ３０によって光ファイバー５ａの端面に集光されて、該光ファイバー５ａを介して光検出ユニット７へ第２の入力ポート７より入力される。

光検出ユニット７へ入力された観察光は、レンズ４６を経た後、光路切換ミラー４２によって反射された後、上述のように測光システム４からの観察光を検出する場合と同様、２枚のダイクロイックミラー４３，４４によって３つの波長成分に分離され、それぞれ対応するバリアフィルタ４３ａ，４４ａ，４５ａと集光レンズ４３ｂ，４４ｂ，４５ｂを順に経た後、ＰＭＴ４３ｃ，４４ｃ，４５ｃで検出される。ここで、標本３に照射される照明光は、ガルバノスキャナ２６によって二次元的に走査されるため、各ＰＭＴ４３ｃ，４４ｃ，４５ｃでは標本３の観察領域全体にわたって観察光が検出されることとなる。
これによりコンピュータ１０は、各ＰＭＴ４３ｃ，４４ｃ，４５ｃから観察光の波長成分毎の検出信号をコントローラ８を介して取得し、これに基づいて波長成分毎に標本３の二次元画像を生成しモニタ２０に表示させる。このようにして観察者は、標本３の波長成分毎の共焦点画像を観察することが可能となる。

以上、本実施形態によれば、複数の観察システム（測光システム及び共焦点観察システム）で得られた観察光を選択的に検出可能な光検出ユニットを備えた顕微鏡装置を実現することができる。これにより、従来のように複数の光検出ユニットを設ける必要がなくなるため、コストの削減及び設置スペースの小型化を図ることができる。

なお、本実施形態では、顕微鏡に測光システムと共焦点観察システムを組み合わせた例を示しているが、観察システムはこれらに限られず、例えば標本を全反射照明して観察するための全反射観察システム等の他の観察システムを組み合わせることもできる。
また、本実施形態では、光検出ユニットの検出素子としてＰＭＴを採用しているが、これに限られずラインセンサやＣＣＤ等の他の検出素子を採用することもできる。

また、本実施形態における光検出ユニットは、上述のように２つの入力ポートを備えているが、入力ポートの数はこれに限られず、２つ以上の入力ポートを備え、これに対応して光路内へ挿脱可能な光路切換ミラーをさらに追加した光検出ユニットを構成することもできる。
また、光検出ユニットにおける光路切換ミラーに代えて、音響光学素子等を光路を切り換えるための素子として備える構成としてもよい。

また、本実施形態では、複数の観察システムを備えた顕微鏡装置に本発明の光検出ユニットを適用した例を示しているが、これに限られず本発明の光検出ユニットは、図２に示すように倒立顕微鏡に測光システム４を備えてなる顕微鏡装置と倒立顕微鏡に共焦点観察システム５を備えてなる顕微鏡装置、即ち複数台の顕微鏡装置に接続して用いることも勿論可能であり、前述同様の効果を奏することができる。

本発明の実施形態に係る光検出ユニットを備えた顕微鏡装置の構成を示す図である。 本発明の実施形態に係る光検出ユニットを備えた顕微鏡装置の変形例を示す図である。

符号の説明

１ 顕微鏡装置
２ 倒立顕微鏡
３ 標本
４ 測光システム
４ａ 光ファイバ
５ 共焦点観察システム
５ａ 光ファイバ
６ レーザユニット
７ 光検出ユニット
７ａ 第１の入力ポート
７ｂ 第２の入力ポート
８ コントローラ
１０ コンピュータ
４２ 光路切換ミラー
４３ｃ，４４ｃ，４５ｃ ＰＭＴ

Claims (7)

1. 複数の観察光学系で得られた観察光を個別に入力するための複数の入力ポートと、
   前記観察光を検出するための検出手段と、
   前記複数の入力ポートのうちのいずれか１つに入力された前記観察光が前記検出手段へ導かれるように、前記複数の入力ポートから前記検出手段までの間にそれぞれ形成された光路のいずれかに切り換えるための光路切換手段と、
   を有することを特徴とする光検出ユニット。
2. 前記光路切換手段は、前記光路内へ挿脱可能なミラーであることを特徴とする請求項１に記載の光検出ユニット。
3. 前記光路は、前記観察光を所定の波長成分に分離する波長分離手段を有し、
   前記検出手段は、前記波長成分毎に設けられた複数の検出素子からなることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の光検出ユニット。
4. 前記検出素子は、フォトマルチプライヤであることを特徴とする請求項３に記載の光検出ユニット。
5. 前記観察光学系と前記入力ポートとは、光ファイバによって接続されることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の光検出ユニット。
6. 前記複数の観察光学系として共焦点観察光学系と測光光学系とを有する顕微鏡と、
   請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の光検出ユニットと、
   を有することを特徴とする顕微鏡装置。
7. 前記観察光学系として共焦点観察光学系を有する第１の顕微鏡と、
   前記観察光学系として測光光学系を有する第２の顕微鏡と、
   請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の光検出ユニットと、
   を有することを特徴とする顕微鏡装置。

Images