JP2010117657A - 顕微鏡およびレーザ光の光軸調整方法 - Google Patents

Abstract

【課題】標本上におけるレーザ光の照射位置の調整を精度良く行う。
【解決手段】レーザ光を射出するレーザ光源１と、レーザ光源１からのレーザ光のビーム径を変更するビームエクスパンダ２と、レーザ光源１からのレーザ光を標本１４に照射する対物レンズ１３と、標本１４を透過した透過光を検出する透過光検出部１７と、レーザ光の光軸変動動作が行われたことを認識する光軸変動認識部５１と、光軸変動認識部５１によりレーザ光の光軸変動動作が認識された場合に、ビームエクスパンダ２によりレーザ光のビーム径を拡大し、透過光検出部１７により検出された透過光の画面に基づいてレーザ光の光軸を調整する光軸調整部３とを備える顕微鏡１００を採用する。
【選択図】図１

Description

本発明は、レーザ光源を有する顕微鏡およびレーザ光の光軸調整方法に関するものである。

レーザ光源を有する顕微鏡において、レーザ光の波長の変更等によって射出方向が変化してしまい、観察視野からレーザ光の輝度分布が外れてしまう問題がある。この問題に対し、従来、レーザ光の光路ずれを検出するセンサを具備する顕微鏡が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００１−３２４６７８号公報

しかしながら、特許文献１に開示されている技術において、センサはレーザ光源の直後に配置されており、センサ以降の光軸ずれについては考慮されていない。そのため、標本上におけるレーザ光の照射位置の調整が困難であるという不都合があった。また、センサを設置している位置においてビーム径は大きく変動するので、レーザ光の検出精度が低いという不都合があった。

本発明は上述した事情に鑑みてなされたものであって、標本上におけるレーザ光の照射位置の調整を精度良く行うことができる顕微鏡およびレーザ光の光軸調整方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は以下の手段を採用する。
本発明の第１の態様は、レーザ光を射出するレーザ光源と、該レーザ光源からのレーザ光のビーム径を変更するビームエクスパンダと、前記レーザ光源からのレーザ光を標本に照射する対物レンズと、標本からの透過光、反射光または蛍光を検出する検出部と、前記レーザ光の光軸変動動作が行われたことを認識する光軸変動認識部と、該光軸変動認識部により前記レーザ光の光軸変動動作が認識された場合に、前記ビームエクスパンダにより前記レーザ光のビーム径を拡大し、前記検出部により検出された透過光、反射光または蛍光の画面に基づいて前記レーザ光の光軸を調整する光軸調整部とを備える顕微鏡である。

本発明の第１の態様によれば、例えばレーザ光の波長変更等によってレーザ光の射出方向が変化して観察視野からレーザ光の輝度分布が外れてしまった場合において、レーザ光の波長変更等が光軸変動動作として光軸変動認識部に認識され、ビームエクスパンダによりレーザ光のビーム径が拡大される。このようにすることで、標本からの透過光、反射光または蛍光の光束の一部を検出部により検出することができ、レーザ光の輝度分布がいずれの方向にずれてしまったのかを容易に把握することができる。これにより、検出部により検出された透過光、反射光または蛍光の画面に基づいて、光軸調整部によりレーザ光の光軸を調整することが可能となり、レーザ光の光軸調整を精度良く行うことが可能となる。

上記の第１の態様において、前記レーザ光の波長変更または前記レーザ光源と前記対物レンズとの間の光学素子の設定条件の変更を入力する入力装置を備え、前記光軸変動認識部が、前記入力装置への入力動作を前記レーザ光の光軸変動動作として認識することとしてもよい。

このようにすることで、入力装置に入力されたレーザ光の波長変更またはレーザ光源と対物レンズとの間の光学素子の設定条件の変更が、レーザ光の光軸変動動作として光軸変動認識部により認識されるので、これら変更に伴うレーザ光の光軸調整を確実に行うことが可能となる。

上記の第１の態様において、前記レーザ光の波長変更または前記レーザ光源と前記対物レンズとの間の光学素子の設定条件の変更を検出する条件変更検出部を備え、前記光軸変動認識部が、前記条件変更検出部により検出された前記波長変更または前記設定条件の変更を前記レーザ光の光軸変動動作として認識することとしてもよい。

このようにすることで、レーザ光の波長変更またはレーザ光源と対物レンズとの間の光学素子の設定条件の変更が条件変更検出部により検出され、レーザ光の光軸変動動作として光軸変動認識部により認識されるので、これら変更に伴うレーザ光の光軸調整を確実に行うことが可能となる。

上記の第１の態様において、前記光軸調整部が、前記レーザ光のビーム径を拡大した状態で前記検出部により検出された透過光、反射光または蛍光の輝度分布における最高輝度位置を前記レーザ光の光軸中心として判断し、該光軸中心が観察視野の略中心に配されるように前記レーザ光の光軸を調整することとしてもよい。

このようにすることで、レーザ光の光軸中心を容易に判断することができ、この光軸中心が観察視野の略中心に配されるようにレーザ光の光軸を調整することによって、レーザ光の光軸調整を精度良く行うことが可能となる。

上記の第１の態様において、前記光軸調整部が、前記検出部の検出感度または前記レーザ光源のレーザ出力を調整しながら、前記検出部により検出された透過光、反射光または蛍光の輝度分布に基づいて前記レーザ光の光軸を調整することとしてもよい。
検出部の検出感度またはレーザ光源のレーザ出力を調整することで、標本からの透過光、反射光または蛍光の輝度分布を変化させることができるので、検出部による輝度分布の検出精度を高めて、光軸調整部によるレーザ光の光軸調整の精度を向上させることが可能となる。

上記の第１の態様において、前記光軸調整部が、前記ビームエクスパンダにより前記レーザ光のビーム径を拡大前の大きさに戻した後に、前記レーザ光の光軸の微調整を行うこととしてもよい。
このようにすることで、レーザ光のビーム径が観察時の大きさに戻された状態で光軸調整部によりレーザ光の光軸の微調整が行われるので、レーザ光の光軸調整の精度を向上させることが可能となる。

上記の第１の態様において、前記検出部が、標本を透過する透過光を検出する透過検出ユニットであることとしてもよい。
標本からの反射光または蛍光に比較して透過光は高輝度であるため、この透過光を透過検出ユニットにより検出し、検出した透過光に基づいて光軸調整部によりレーザ光の光軸調整を行うことで、レーザ光の光軸調整を精度良く行うことが可能となる。

上記の第１の態様において、前記標本と前記透過検出ユニットとの間に挿脱可能に設けられ、標本を透過した透過光を透過させる一方、前記レーザ光源からのレーザ光を遮断することとしてもよい。
このようにすることで、レーザ光の光軸調整時にはフィルタを透過光の光路から外して強度の高いレーザ光自体を検出して光軸位置の検出精度を向上させることができ、透過光観察時にはフィルタを透過光の光路に挿入することによってレーザ光を遮断して透過画像の画質を向上させることができる。

本発明の第２の態様は、レーザ光のビーム径を対物レンズの瞳径より大きくなるように調節して標本に照射し、標本からの透過光、反射光または蛍光の輝度分布を取得し、取得された輝度分布における最高輝度位置が観察視野の略中心に配されるように前記レーザ光の光軸を調整するレーザ光の光軸調整方法である。

本発明の第２の態様によれば、例えばレーザ光の波長変更によってレーザ光の射出方向が変化して観察視野からレーザ光の輝度分布が外れてしまった場合に、レーザ光のビーム径が対物レンズの瞳径より大きくなるように調節されるので、標本からの透過光、反射光または蛍光の光束の一部を検出することができ、レーザ光の輝度分布がいずれの方向にずれてしまったのかを容易に把握することができる。また、標本からの透過光、反射光または蛍光の輝度分布における最高輝度位置が観察視野の略中心に配されるようにレーザ光の光軸が調整されるので、レーザ光の光軸調整を精度良く行うことが可能となる。

本発明によれば、標本上におけるレーザ光の照射位置の調整を精度良く行うことができるという効果を奏する。

本発明の一実施形態に係る顕微鏡１００について、図面を参照して以下に説明する。
図１は、本実施形態に係る顕微鏡１００の概略構成を示している。
図１に示すように、顕微鏡１００は、レーザ光を射出するレーザ光源１と、レーザ光源１からのレーザ光のビーム径を変更するビームエクスパンダ２と、ビームエクスパンダ２によりビーム径が変更されたレーザ光の光軸を調整する光軸調整部３と、光軸調整部３により光軸が調整されたレーザ光を走査するスキャナ９と、スキャナ９により走査されたレーザ光を標本１４に照射する対物レンズ１３と、標本１４を載置するステージ１５と、標本１４を透過した透過光を検出する透過光検出器（検出部）１７と、標本１４からの反射光または蛍光を検出する光電変換素子（検出部）８と、レーザ光の波長や強度等の設定条件等を入力する入力装置６０と、これら各部を制御する制御部５０とを主な構成要素として備えている。

光軸調整部３とスキャナ９との間にはダイクロイックミラー４が設けられている。ダイクロイックミラー４は、レーザ光源１からのレーザ光を透過させる一方、標本１４からの反射光または蛍光を光電変換素子８に向けて反射させるようになっている。これにより、レーザ光の光路から標本１４からの反射光または蛍光の光路を分岐するようになっている。

ダイクロイックミラー４と光電変換素子８との間には、標本１４からの反射光を遮断するフィルタ５と、フィルタ５を透過した蛍光を集光するレンズ６と、標本１４の焦点面において発生した蛍光のみを通過させるピンホール７とが設けられている。

スキャナ９と対物レンズ１３との間には、レーザ光および標本１４からの反射光または蛍光をリレーするリレーレンズ１０と、これらの光を偏向するミラー１１と、標本１４からの反射光または蛍光を結像する結像レンズ１２とが設けられている。

ステージ１５と透過光検出器１７との間には、挿脱可能に設けられ、標本１４を透過した透過光を透過させる一方、レーザ光源１からのレーザ光を遮断する励起光遮断フィルタ１６が配置されている。
励起光遮断フィルタ１６は、レーザ光の光軸調整時には透過光の光路から外される一方、透過光観察時には透過光の光路に挿入される。このようにすることで、レーザ光の光軸調整時には強度の高いレーザ光自体を検出して光軸位置の検出精度を向上させることができ、透過光観察時にはレーザ光を遮断して透過画像の画質を向上させることができる。

ビームエクスパンダ２は、レンズ２１と、レンズ２１に対して光軸方向に移動可能に設けられた可動レンズ２２とを備えており、レンズ２１と可動レンズ２２との間の距離を変化させることで、レーザ光のビーム径を変更することができるようになっている。

光軸調整部３は、ミラーを備える一対のアライメント調整軸３１，３２を有しており、アライメント調整軸３１，３２の角度を変化させることで、レーザ光の光軸を調整することができるようになっている。

スキャナ９は、例えばアルミコートされた一対のガルバノミラー９１，９２を有しており、ガルバノミラー９１，９２の角度を変化させることで、ラスタスキャン方式で駆動されるようになっている。これにより、レーザ光源１からのレーザ光を標本１４上において２次元的に走査させることができるようになっている。

入力装置６０は、レーザ光源１から射出するレーザ光の波長や、またはレーザ光源１と対物レンズ１３との間の光学素子の設定条件を入力できるようになっている。ここで、レーザ光源１と対物レンズ１３との間の光学素子としては、例えば、対物レンズ１３自体やレーザ光の波長を変化させる音響光学素子（図示略）等が挙げられる。

制御部５０は、レーザ光の光軸変動動作が行われたことを認識する光軸変動認識部５１と光軸制御部５２とを機能として備えている。なお、以降では説明を簡略化するために、制御部５０が透過光検出器１７により検出された透過光に基づいてレーザ光の光軸を調整するものとして説明する。

光軸変動認識部５１は、入力装置６０に入力された情報から、レーザ光源１から射出するレーザ光の波長が変更されたことや、レーザ光源１と対物レンズ１３との間の光学素子の設定条件が変更されたことを、レーザ光の光軸変動動作として認識するようになっている。

光軸制御部５２は、光軸変動認識部５１によりレーザ光の光軸変動動作が認識された場合に、ビームエクスパンダ２を制御して、レーザ光のビーム径を対物レンズ１３の瞳径、すなわち、通常の画像取得に最適なビーム径よりも大きくなるように拡大させる。

具体的には、光軸制御部５２は、ビームエクスパンダ２を制御することにより調整可能なビーム径と、それに対応するビームエクスパンダ２に設けられた可動レンズ２２の位置とを対応付けるデータテーブルを予め記憶しておき、このテーブルに基づいてビームエクスパンダ２の制御を行う。そして、光軸制御部５２は、このテーブルにおけるレーザ光のビーム径の最大値を設定する。また、ビームエクスパンダ２の特性として、同じビーム径であってもレーザ光の波長によって可動レンズ２２の位置を異ならせる必要がある場合には、光軸制御部５２は、前述のテーブルを波長ごとに記憶し、波長とビーム径の条件に応じてビームエクスパンダ２の制御を行う。

また、光軸制御部５２は、透過光検出器１７により検出された透過光の画面に基づいて光軸調整部３を制御してレーザ光の光軸を調整する。
具体的には、光軸制御部５２は、レーザ光のビーム径を拡大した状態で透過光検出器１７により検出された透過光の輝度分布における最高輝度位置をレーザ光の光軸中心として判断し、該光軸中心が観察視野の略中心に配されるように光軸調整部３を動作させて、レーザ光の光軸を調整する。

上記構成を有する顕微鏡１００の作用について、図２および図３に示すフローチャートに従って以下に説明する。
図４（ａ）に示すように、透過光の輝度分布１１０が観察視野１２０内に検出されている状態において、対物レンズ１３の変更（Ｓ１）やレーザ光源１からのレーザ光の波長変更（Ｓ２）が行われると、図４（ｂ）に示すように、透過光の輝度分布１１０が観察視野１２０から外れてしまう。

そこで、スキャンズームを等倍とし（Ｓ３）、励起光遮断フィルタ１６を透過光検出器１７の前段から外して、励起光遮断フィルタ１６を透過光の光路から外す（Ｓ４）。これにより、透過光検出器１７により透過光としてレーザ光自体を検出することができ、レーザ光の光軸位置の検出精度を向上させることができる。

次に、ビームエクスパンダ２の可動レンズ２２が移動させられ、レーザ光のビーム径が最大となるように拡大されて（Ｓ５）、透過光検出器１７により透過光の像が取得される（Ｓ６）。この状態が図４（ｃ）に示されており、拡大された透過光の輝度分布１１１の一部が観察視野１２０内に検出される。

次に、このように取得された透過光の像がレーザ光の調整基準を満たしているか否かが判断され（Ｓ７）、満たしていない場合には検出器の検出感度（ＨＶ（ＰＭＴへの印加電圧）、ＧＡＩＮ（ゲイン）など）、またはレーザ光源のレーザ出力が調整される（Ｓ８）。これにより、拡大された透過光の輝度分布１１１の検出精度を向上させることができる。

次に、レーザ光の光軸がＸ方向にずれているか否かが判断され（Ｓ９）、Ｘ方向にずれている場合にはアライメント調整軸３１が駆動され、Ｘ方向のずれが修正される（Ｓ１０）。また、レーザ光の光軸がＹ方向にずれているか否かが判断され（Ｓ１１）、Ｙ方向にずれている場合にはアライメント調整軸３２が駆動され、Ｙ方向のずれが修正される（Ｓ１２）。この状態が図４（ｄ）に示されており、拡大された透過光の輝度分布１１１の最高輝度位置が観察視野１２０の略中心に配されるように、レーザ光の光軸のＸ方向およびＹ方向のずれが修正される。

次に、レーザ光の波長と対物レンズ１３の瞳径に基づいて、画像取得に適切なレーザ光のビーム径が計算され（Ｓ１３）、計算されたビーム径となるようにビームエクスパンダ２の可動レンズ２２が移動させられる（Ｓ１４）。この状態が図５（ａ）に示されており、透過光の輝度分布は符号１１２に示される大きさに変更される。

この状態において、再び光軸調整部３を駆動させてレーザ光の光軸の微調整が行われる。すなわち、レーザ光の光軸がＸ方向にずれているか否かが判断され（Ｓ１５）、Ｘ方向にずれている場合にはアライメント調整軸３１が駆動され、Ｘ方向のずれが修正される（Ｓ１６）。また、レーザ光の光軸がＹ方向にずれているか否かが判断され（Ｓ１７）、Ｙ方向にずれている場合にはアライメント調整軸３２が駆動され、Ｙ方向のずれが修正される（Ｓ１８）。この状態が図５（ｂ）に示されており、透過光の輝度分布１１２の最高輝度位置が観察視野１２０の略中心に配されるように、Ｘ方向およびＹ方向のずれが修正される。このような微調整を行うことで、レーザ光の光軸調整の精度を向上させることができる。

次に、励起光遮断フィルタ１６が透過光検出器１７の前段、すなわち透過光の光路に挿入され（Ｓ１９）、スキャンズームが調整前の倍率に戻されて（Ｓ２０）、レーザ光の光軸調整が完了する。

以上のように、本実施形態に係る顕微鏡１００によれば、例えばレーザ光の波長変更等によってレーザ光の射出方向が変化して、観察視野からレーザ光の輝度分布が外れてしまった場合において、レーザ光の波長変更等が光軸変動動作として光軸変動認識部５１に認識され、ビームエクスパンダ２によりレーザ光のビーム径が拡大される。このようにすることで、透過光の光束の一部を透過光検出器１７により検出することができ、レーザ光の輝度分布がいずれの方向にずれてしまったのかを容易に把握することができる。この際、レーザ光のビーム径は、対物レンズ１３の瞳径、すなわち、通常の画像取得に最適なビーム径よりも大きくなるように拡大させればよく、レーザ光のビーム径を最大にしなくても、上記の作用効果を得ることができる。これにより、光軸制御部５２により光軸調整部３を動作させて、レーザ光の光軸を調整することが可能となり、レーザ光の光軸調整を精度良く行うことが可能となる。

なお、本実施形態において、透過光検出器１７により検出された透過光に基づいてレーザ光の光軸を調整するものとして説明したが、光電変換素子８により検出された標本１４からの反射光または蛍光に基づいてレーザ光の光軸を調整することとしてもよい。

また、レーザ光の波長変更等を検出する条件変更検出部（図示略）を備え、条件変更検出部により検出された波長変更等をレーザ光の光軸変動動作として光軸変動認識部５１に認識させ、光軸制御部５２により光軸調整部３を制御することとしてもよい。このようにすることで、より確実に、レーザ光の波長変更等に伴うレーザ光の光軸調整を行うことが可能となる。

本発明の実施形態に係る顕微鏡の概略構成図である。 図１の顕微鏡の作用を示すフローチャートである。 図１の顕微鏡の作用を示すフローチャートである。 図１の顕微鏡において調整時のビームと像の関係を説明する図であって、（ａ）は波長変更前の状態、（ｂ）は波長変更後の状態、（ｃ）はビーム径を拡大した状態、（ｄ）は光軸を調整した状態である。 図１の顕微鏡において微調整時のビームと像の関係を説明する図であって、（ａ）はビーム径の大きさを戻した状態、（ｂ）は微調整完了後の状態である。

符号の説明

１ レーザ光源
２ ビームエクスパンダ
３ 光軸調整部
４ ダイクロイックミラー
５ フィルタ
６ レンズ
７ ピンホール
８ 光電変換素子
９ スキャナ
１０ リレーレンズ
１１ ミラー
１２ 結像レンズ
１３ 対物レンズ
１４ 標本
１５ ステージ
１６ 励起光遮断フィルタ
１７ 透過光検出器
２１ レンズ
２２ 可動レンズ
３１ アライメント調整軸
３２ アライメント調整軸
５０ 制御部
５１ 光軸変動認識部
５２ 光軸制御部
６０ 入力装置
９１ ガルバノミラー
９２ ガルバノミラー
１００ 顕微鏡

Claims (9)

1. レーザ光を射出するレーザ光源と、
   該レーザ光源からのレーザ光のビーム径を変更するビームエクスパンダと、
   前記レーザ光源からのレーザ光を標本に照射する対物レンズと、
   標本からの透過光、反射光または蛍光を検出する検出部と、
   前記レーザ光の光軸変動動作が行われたことを認識する光軸変動認識部と、
   該光軸変動認識部により前記レーザ光の光軸変動動作が認識された場合に、前記ビームエクスパンダにより前記レーザ光のビーム径を拡大し、前記検出部により検出された透過光、反射光または蛍光の画面に基づいて前記レーザ光の光軸を調整する光軸調整部とを備える顕微鏡。
2. 前記レーザ光の波長変更または前記レーザ光源と前記対物レンズとの間の光学素子の設定条件の変更を入力する入力装置を備え、
   前記光軸変動認識部が、前記入力装置への入力動作を前記レーザ光の光軸変動動作として認識する請求項１に記載の顕微鏡。
3. 前記レーザ光の波長変更または前記レーザ光源と前記対物レンズとの間の光学素子の設定条件の変更を検出する条件変更検出部を備え、
   前記光軸変動認識部が、前記条件変更検出部により検出された前記波長変更または前記設定条件の変更を前記レーザ光の光軸変動動作として認識する請求項１に記載の顕微鏡。
4. 前記光軸調整部が、前記レーザ光のビーム径を拡大した状態で前記検出部により検出された透過光、反射光または蛍光の輝度分布における最高輝度位置を前記レーザ光の光軸中心として判断し、該光軸中心が観察視野の略中心に配されるように前記レーザ光の光軸を調整する請求項１から請求項３のいずれかに記載の顕微鏡。
5. 前記光軸調整部が、前記検出部の検出感度または前記レーザ光源のレーザ出力を調整しながら、前記検出部により検出された透過光、反射光または蛍光の輝度分布に基づいて前記レーザ光の光軸を調整する請求項１から請求項４のいずれかに記載の顕微鏡。
6. 前記光軸調整部が、前記ビームエクスパンダにより前記レーザ光のビーム径を拡大前の大きさに戻した後に、前記レーザ光の光軸の微調整を行う請求項１から請求項５のいずれかに記載の顕微鏡。
7. 前記検出部が、標本を透過する透過光を検出する透過検出ユニットである請求項１から請求項６のいずれかに記載の顕微鏡。
8. 前記標本と前記透過検出ユニットとの間に挿脱可能に設けられ、標本からの透過光を透過させる一方、前記レーザ光源からのレーザ光を遮断するフィルタを備える請求項７に記載の顕微鏡。
9. レーザ光のビーム径を対物レンズの瞳径より大きくなるように調節して標本に照射し、標本からの透過光、反射光または蛍光の輝度分布を取得し、取得された輝度分布における最高輝度位置が観察視野の略中心に配されるように前記レーザ光の光軸を調整するレーザ光の光軸調整方法。

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