JP2010145950A - Liquid-immersion objective lens and microscope including the same - Google Patents

Liquid-immersion objective lens and microscope including the same Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a liquid-immersion objective lens capable of enhancing performance of optical tweezers, and to provide a microscope including the liquid-immersion objective lens. <P>SOLUTION: In the liquid-immersion objective lens 6 whose NA is higher than the refractive index of water, the lens 6 includes an optical member having a dichroic film 7 which acts only for a light beam having NA ≥naO (where a condition of na0≥1.3 is satisfied), and transmits only a light beam having a wavelength of ≤λ0 (where a condition of λ0≤800 nm is satisfied). <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、光ピンセット用途に適した液浸対物レンズ及びこの液浸対物レンズを有する顕微鏡に関する。   The present invention relates to an immersion objective lens suitable for optical tweezers and a microscope having the immersion objective lens.

光の照射により媒質中の微粒子を捕捉し操作する光による微粒子操作方法は、一般に光ピンセットや光トラップと呼ばれ、光源に主としてレーザを用いることから、レーザツイーザやレーザトラッピングなどとも呼ばれている。光ピンセットでは、光源からのレーザ光(トラップ光)を集光光学系、例えば顕微鏡の対物レンズにより集光し、この集光光束を媒質中の微粒子に照射することにより、微粒子に発生する光の放射圧を利用して微粒子を捕捉・保持したり移動させたりする。光ピンセットは、生体細胞や微生物などを非接触でかつ非破壊で捕捉し操作する方法として様々な分野で利用されている(例えば、特許文献1を参照)。   A fine particle manipulation method using light that captures and manipulates fine particles in a medium by light irradiation is generally referred to as optical tweezers or an optical trap. Since a laser is mainly used as a light source, it is also referred to as a laser tweezer or laser trapping. In optical tweezers, laser light (trap light) from a light source is condensed by a condensing optical system, for example, an objective lens of a microscope, and the condensed light beam is irradiated onto the fine particles in the medium, thereby generating light generated in the fine particles. Captures, holds and moves fine particles using radiation pressure. Optical tweezers are used in various fields as a method for capturing and manipulating living cells and microorganisms in a non-contact and non-destructive manner (see, for example, Patent Document 1).

光ピンセットは、近年顕微鏡を用いた生体研究分野で広く用いられている。細胞の特定部位、例えばバネ構造などに微粒子を特異的に付着させて光ピンセットでその微粒子を捕捉し引っ張って、バネ定数を測定して細胞内で発生する力を計測したり、細胞内の特定粒子を移動させたり、複数細胞の中から特定の細胞を選別したりすることが行われている。   In recent years, optical tweezers have been widely used in the field of biological research using a microscope. Specifically, a microparticle is attached to a specific part of a cell, for example, a spring structure, and the microparticle is captured and pulled by optical tweezers. The spring constant is measured to measure the force generated in the cell, or the cell is identified. It is performed to move particles or to select specific cells from a plurality of cells.

このような生体研究分野では、対物レンズにより集光される光ピンセットのトラップ光が細胞にダメージを与えるのを防ぐため、細胞にほとんど吸収されない赤外光をトラップ光として使用することが多く、特に高出力のYAGレーザ(波長1064nm)などが使われている。また、捕捉微粒子や生体サンプルの観察は、透過照明による明視野観察だけでなく、非常に小さい場合が多い捕捉微粒子をコントラスト良く観察するために、蛍光による観察を行うことも多く、顕微鏡の観察系の照明光(透過照明光や蛍光観察を行うための励起光)・観察光(透過光や蛍光)の波長は可視域であることが多い。   In such a biological research field, in order to prevent the trap light of the optical tweezers collected by the objective lens from damaging the cell, infrared light that is hardly absorbed by the cell is often used as the trap light. A high-power YAG laser (wavelength 1064 nm) or the like is used. In addition, observation of captured microparticles and biological samples is not limited to bright-field observation with transmitted illumination, but is often performed with fluorescence in order to observe captured microparticles, which are often very small, with good contrast. The wavelengths of illumination light (transmission illumination light and excitation light for performing fluorescence observation) and observation light (transmission light and fluorescence) are often in the visible range.

また、このような生体研究分野の光ピンセットでは、一般にトラップ光を集光する対物レンズの開口数(以下NAと呼ぶ)は高い方が微粒子を捕捉する捕捉力も大きい。また捕捉する微粒子は水中の蛍光微粒子であることが多いため、捕捉した微粒子を観察する手段として明視野観察の他に落射蛍光観察が用いられることが多く、できるだけ明るい蛍光像を得るという観察者側のニーズからも、対物レンズのNAは高い方が望ましい。その結果、光ピンセットには水浸対物レンズや油浸対物レンズなどの液浸系対物レンズが使われることが多い。   In such optical tweezers in the field of biological research, generally, the higher the numerical aperture (hereinafter referred to as NA) of an objective lens that collects trapped light, the greater the capturing power for capturing fine particles. In addition, since the captured fine particles are often fluorescent fine particles in water, incidental fluorescence observation is often used in addition to bright field observation as a means of observing the captured fine particles, and an observer side who obtains as bright a fluorescent image as possible. Therefore, it is desirable that the objective lens has a high NA. As a result, an immersion objective lens such as a water immersion objective lens or an oil immersion objective lens is often used for the optical tweezers.

さらに、特に蛍光微粒子が小さい場合や、サンプルのカバーガラスと水(培養液)の界面近傍での微粒子の様子をS/Nよく観察したい場合には、全反射蛍光観察(TIRF)を用いて捕捉した微粒子を観察することが多い。その場合観察用照明光である励起光は利便性の観点から対物レンズを通してサンプルへ入射させる対物照明方式が用いられることが多いが、サンプルのカバーガラスと水の界面で全反射を起こす角度で入射させる必要があるため使用する対物レンズのNAは少なくとも1.33(水の屈折率)より高い必要があり、実際には少なくともNA1.4以上の油浸対物レンズが用いられることが多い。
特開2002−303800号公報
Furthermore, if the fluorescent fine particles are small, or if you want to observe the fine particles near the interface between the sample cover glass and water (culture solution) with a good S / N, capture using total reflection fluorescence observation (TIRF) Often, observed fine particles are observed. In that case, the excitation light, which is the illumination light for observation, is often used with an objective illumination system that enters the sample through the objective lens from the viewpoint of convenience, but is incident at an angle that causes total reflection at the interface between the sample cover glass and water. Therefore, the NA of the objective lens to be used needs to be at least higher than 1.33 (the refractive index of water). In practice, an oil immersion objective lens having an NA of 1.4 or more is often used.
JP 2002-303800 A

NAが水の屈折率よりも高い液浸対物レンズを用いた場合、トラップ光のうちNAが水の屈折率よりも高い光はサンプルのカバーガラスと水の界面で全反射を起こし、前記界面近傍にエバネッセント場という定在場が生じる。一般にトラップ光は蛍光観察用励起光よりも高パワーで使用することが多いため、通常の蛍光観察やTIRFのみで生じるエバネッセント場よりもはるかに強いエバネッセント場が界面に生じることになる。   When an immersion objective lens with an NA higher than the refractive index of water is used, the light of which the NA is higher than the refractive index of water out of the trap light causes total reflection at the interface between the sample cover glass and the water, and the vicinity of the interface. The evanescent field is a permanent place. In general, trap light is often used with higher power than excitation light for fluorescence observation, so that an evanescent field much stronger than an evanescent field generated only by ordinary fluorescence observation or TIRF is generated at the interface.

このエバネッセント場は、トラップ光による捕捉微粒子が界面近傍に存在する場合に、微粒子に対して引っ張り力を生じる。その結果本来のトラップ力以外の外力が微粒子に働くことになり、バネ定数の測定や微粒子の操作などに悪影響を及ぼすという問題がある。   This evanescent field generates a pulling force on the fine particles when the fine particles captured by the trapped light are present near the interface. As a result, an external force other than the original trapping force acts on the fine particles, which has a problem of adversely affecting the measurement of the spring constant and the manipulation of the fine particles.

このような問題を避けるために、トラップ光の導入光路に絞りを設け、対物レンズへ入射するトラップ光のNAを制限するという方法がある。しかしこの方法では、トラップ光の導入光路に対物レンズの後側焦点面と共役な面を設けてそこに絞りを設置する必要があり、その結果装置が大きく複雑になるという問題がある。また安定的にトラップを行うためには、対物レンズに入射するトラップ光の強度分布は対物レンズの光軸中心に関して対称性が良いことが必要であり、多くのリレー系を介して対物レンズの瞳から離れた共役面で光束を絞る場合には絞りの中心出しなどの微調整が欠かせないという問題がある。   In order to avoid such a problem, there is a method in which an aperture is provided in the optical path for introducing trap light to limit the NA of the trap light incident on the objective lens. However, this method has a problem that it is necessary to provide a plane conjugate with the rear focal plane of the objective lens in the optical path for introducing trapped light and to set a stop there, resulting in a large and complicated apparatus. In addition, in order to perform stable trapping, it is necessary that the intensity distribution of the trapped light incident on the objective lens has good symmetry with respect to the optical axis center of the objective lens, and the pupil of the objective lens via many relay systems. There is a problem that fine adjustment such as centering of the stop is indispensable when focusing the light beam on a conjugate plane away from the center.

本発明は上記課題を解決するために考案されたものであり、光ピンセットの性能を高めることができる液浸対物レンズを提供することを目的とし、さらに、この液浸対物レンズを有する顕微鏡を提供することを目的とする。   The present invention has been devised to solve the above-mentioned problems, and aims to provide an immersion objective lens capable of enhancing the performance of optical tweezers, and further provides a microscope having this immersion objective lens. The purpose is to do.

上記課題を解決するために、本発明に係る液浸対物レンズは、NAが水の屈折率よりも高い液浸対物レンズにおいて、以下の条件を満たすna0以上のNAの光線にのみ作用し、以下の条件を満たすλ0以下の波長の光線のみを透過するダイクロイック膜を設けた光学部材を備えることを特徴とする。
na0≧1.3
λ0≦800nm
In order to solve the above-described problems, the immersion objective lens according to the present invention acts only on a NA light beam of NA0 or more that satisfies the following conditions in an immersion objective lens whose NA is higher than the refractive index of water. And an optical member provided with a dichroic film that transmits only light having a wavelength of λ0 or less that satisfies the above condition.
na0 ≧ 1.3
λ0 ≦ 800nm

また、本発明に係る顕微鏡は、前記液浸対物レンズを有することを特徴とする。   In addition, a microscope according to the present invention includes the immersion objective lens.

本発明によれば、光ピンセットの性能を高めることができる。   According to the present invention, the performance of optical tweezers can be improved.

以下、本願の実施形態に係る液浸対物レンズ及びこの液浸対物レンズを有する顕微鏡について図面を参照して説明する。   Hereinafter, an immersion objective lens according to an embodiment of the present application and a microscope having the immersion objective lens will be described with reference to the drawings.

図1は、本実施形態の液浸対物レンズを有する顕微鏡の構成を概略的に示す図である。   FIG. 1 is a diagram schematically showing a configuration of a microscope having an immersion objective lens according to the present embodiment.

図2は、本実施形態の液浸対物レンズを使用した光ピンセットの原理を説明する図である。   FIG. 2 is a diagram for explaining the principle of optical tweezers using the immersion objective lens of the present embodiment.

図3は、本実施形態の液浸対物レンズに備えるダイクロイック膜を設けた光学部材を示す図である。   FIG. 3 is a view showing an optical member provided with a dichroic film provided in the immersion objective lens of the present embodiment.

まず、本実施形態の液浸対物レンズ6を有する顕微鏡の構成について説明する。   First, the configuration of a microscope having the immersion objective lens 6 of this embodiment will be described.

図1に示すように、本実施形態の液浸対物レンズ6を有する顕微鏡は光ピンセットによる微粒子操作が可能な装置を備えた透過型光学顕微鏡である。なお、顕微鏡の形態は特に限定されず、落射照明蛍光顕微鏡、全反射照明蛍光顕微鏡などであってもよい。本実施形態の液浸対物レンズ6を有する顕微鏡は、トラップ光を供給するための光源1を備えている。光源1は例えば高出力のYAGレーザであり、波長1064nmの赤外レーザ光を供給する。   As shown in FIG. 1, the microscope having the immersion objective lens 6 of the present embodiment is a transmission optical microscope provided with an apparatus capable of fine particle manipulation by optical tweezers. The form of the microscope is not particularly limited, and may be an epi-illumination fluorescent microscope, a total reflection illumination fluorescent microscope, or the like. The microscope having the immersion objective lens 6 of the present embodiment includes a light source 1 for supplying trap light. The light source 1 is, for example, a high-power YAG laser and supplies infrared laser light having a wavelength of 1064 nm.

光源1から供給された光は、例えば光ファイバのようなライトガイド2に入射し、その内部を伝播した後に射出端から射出される。ライトガイド2の射出端からの発散光は、コレクタレンズ3を介してほぼ平行光束となり、ダイクロイックミラー4に入射する。ここで、コレクタレンズ3は、駆動部5の作用により、光軸AXに沿って移動可能に構成されている。また、ダイクロイックミラー4は、光源1からの光を波長選択的に反射する特性を有する。   The light supplied from the light source 1 enters a light guide 2 such as an optical fiber, and propagates through the light guide 2 and then exits from the exit end. The divergent light from the exit end of the light guide 2 becomes a substantially parallel light beam through the collector lens 3 and enters the dichroic mirror 4. Here, the collector lens 3 is configured to be movable along the optical axis AX by the action of the drive unit 5. Further, the dichroic mirror 4 has a characteristic of reflecting light from the light source 1 in a wavelength selective manner.

光源1からのトラップ光は、ダイクロイックミラー4で反射された後、水の屈折率1.33よりも高いNAを有し球面収差が良好に補正された液浸対物レンズ6へ向かう。ここで、本実施形態の液浸対物レンズ6には、液浸対物レンズ6の後側焦点面近傍にダイクロイック膜7が設けられている。ダイクロイック膜7は図2に示すように平行平面板8に蒸着されているが、図1では平行平面板8の図示を省略している。このダイクロイック膜7の特性とトラップ光への作用については後に詳述するが、ダイクロイック膜7によってトラップ光の光束は絞られ、NAが制限されることになる。   The trapped light from the light source 1 is reflected by the dichroic mirror 4 and then travels toward the immersion objective lens 6 having a NA higher than the refractive index of water 1.33 and having a well corrected spherical aberration. Here, the immersion objective lens 6 of the present embodiment is provided with a dichroic film 7 in the vicinity of the rear focal plane of the immersion objective lens 6. The dichroic film 7 is deposited on the plane parallel plate 8 as shown in FIG. 2, but the plane parallel plate 8 is not shown in FIG. The characteristics of the dichroic film 7 and the action on the trap light will be described in detail later. However, the dichroic film 7 restricts the luminous flux of the trap light and restricts the NA.

トラップ光は、液浸対物レンズ6によって、その前側焦点位置の近傍に集光され、その集光位置の近傍に位置決めされた媒質B中の微粒子Sに照射される。微粒子Sを含む媒質Bは、例えばシャーレやスライドガラスなどの不図示のホルダとその上部を覆う不図示のカバーガラスによって保持された水(培養液)である。なお、液浸対物レンズ6とカバーガラスとの間は、不図示のイマージョンオイル(屈折率1.51)などの浸液で満たしてある。   The trapped light is condensed near the front focal position by the immersion objective lens 6 and applied to the fine particles S in the medium B positioned in the vicinity of the focal position. The medium B containing the fine particles S is water (culture solution) held by a holder (not shown) such as a petri dish or a slide glass and a cover glass (not shown) that covers the upper part thereof. Note that the space between the immersion objective lens 6 and the cover glass is filled with immersion liquid (not shown) such as immersion oil (refractive index 1.51).

また、本実施形態の液浸対物レンズ6を有する顕微鏡は、捕捉微粒子や生体サンプルを観察するための透過照明光源11を備えている。透過照明光源11は、例えばハロゲンランプであり、可視光を供給する。透過照明光源11からの照明光は、図1に点線で示すように、照明光学系12を介して媒質B及びその中の微粒子Sを照明する。照明された微粒子Sからの観察光(媒質Bを透過した可視光)は、微粒子Sとダイクロイック膜7の間でトラップ光よりも径の大きな光束として図1に実線で示すように、液浸対物レンズ6を介してほぼ平行光束となり、ダイクロイック膜7を透過して(ダイクロイック膜7の観察光への作用については後に詳述する)、ダイクロイックミラー4に入射する。ここで、ダイクロイックミラー4は、透過照明光源11からの光を波長選択的に透過する特性を有する。   In addition, the microscope having the immersion objective lens 6 according to this embodiment includes a transmitted illumination light source 11 for observing captured fine particles and biological samples. The transmitted illumination light source 11 is a halogen lamp, for example, and supplies visible light. The illumination light from the transmitted illumination light source 11 illuminates the medium B and the fine particles S therein through the illumination optical system 12, as indicated by a dotted line in FIG. The observation light (visible light transmitted through the medium B) from the illuminated fine particles S is a light beam having a diameter larger than that of the trapped light between the fine particles S and the dichroic film 7, as shown by a solid line in FIG. It becomes a substantially parallel light beam through the lens 6, passes through the dichroic film 7 (the action of the dichroic film 7 on the observation light will be described in detail later), and enters the dichroic mirror 4. Here, the dichroic mirror 4 has a characteristic of selectively transmitting light from the transmissive illumination light source 11 with a wavelength.

透過照明光源11からの照明光で照明された微粒子Sからの観察光は、ダイクロイックミラー4を透過した後、第2対物レンズ13を介して所定の像面14に微粒子Sの像を形成する。像面14に形成された微粒子Sの像は、例えば像面14に対して位置決めされたCCDカメラなどの撮像手段15や接眼レンズ16を介して、肉眼17により観察される。このようにして、観察系を構成する透過照明光源11、照明光学系12、液浸対物レンズ6、第2対物レンズ13、撮像手段15、及び/又は接眼レンズ16により、観察者は微粒子Sを観察することができる。なお、捕捉微粒子S以外の媒質B中の生体サンプルの観察についても同様である。   The observation light from the fine particles S illuminated by the illumination light from the transmitted illumination light source 11 passes through the dichroic mirror 4 and then forms an image of the fine particles S on the predetermined image plane 14 via the second objective lens 13. The image of the fine particles S formed on the image plane 14 is observed by the naked eye 17 via an imaging means 15 such as a CCD camera positioned with respect to the image plane 14 and an eyepiece 16. In this way, the observer uses the transmitted illumination light source 11, the illumination optical system 12, the immersion objective lens 6, the second objective lens 13, the imaging means 15, and / or the eyepiece lens 16 that constitute the observation system, so that the observer can remove the fine particles S. Can be observed. The same applies to the observation of the biological sample in the medium B other than the captured fine particles S.

次に、本実施形態の液浸対物レンズ6を使用した光ピンセットの原理を説明する。   Next, the principle of optical tweezers using the immersion objective lens 6 of this embodiment will be described.

図2には、図1の液浸対物レンズ6と微粒子Sとが拡大して示されている。なお、図2においては浸液、カバーガラスだけでなく、媒質Bも図示を省略している。図2に示すように、トラップ光のほぼ平行光束L1は、平行平面板8の上面に蒸着されているダイクロイック膜7によって絞られた後、液浸対物レンズ6に入射し、液浸対物レンズ6によって、その光軸AX上の点Pに集光する。こうして、液浸対物レンズ6を介して生成された集光光束(例えば円錐状又は円錐筒状の集光光束)L11が、集光点Pの近傍に存在する微粒子Sに照射される。なお、図2では、光ピンセットの原理の理解を助けるために、微粒子Sを実際よりも非常に大きく図示している。   FIG. 2 is an enlarged view of the immersion objective lens 6 and the fine particles S of FIG. In FIG. 2, not only the immersion liquid and the cover glass but also the medium B is omitted. As shown in FIG. 2, the substantially parallel light beam L <b> 1 of the trap light is focused by the dichroic film 7 deposited on the upper surface of the plane parallel plate 8, and then enters the immersion objective lens 6. Thus, the light is condensed at a point P on the optical axis AX. In this way, the condensed light beam (for example, the conical or conical condensed light beam) L11 generated through the immersion objective lens 6 is irradiated to the fine particles S existing in the vicinity of the condensing point P. In FIG. 2, in order to help understand the principle of the optical tweezers, the fine particles S are illustrated much larger than the actual size.

微粒子Sに照射された集光光束L11は、微粒子Sの表面で反射されたり、微粒子Sの内部で屈折したりして、その進行方向が変化する。その結果、集光光束L11の運動量が変化し、その運動量の変化に応じた放射圧が発生し、図2中において太い実線の矢印で示すような力Fが微粒子Sに作用する。   The condensed light beam L11 irradiated to the fine particles S is reflected on the surface of the fine particles S or refracted inside the fine particles S, and the traveling direction thereof changes. As a result, the momentum of the condensed light beam L11 changes, a radiation pressure corresponding to the change in the momentum is generated, and a force F as shown by a thick solid line arrow in FIG.

ここで、微粒子Sが周囲の媒質(図2では不図示)Bの屈折率よりも大きい屈折率を有し且つ光吸収のない球形状の微粒子である場合には、集光光束L11の運動量変化の解析から、放射圧は光強度の高い方に作用し、力Fとして微粒子Sを集光点Pに向かって引き寄せるような捕捉力が作用することが知られている。したがって、本実施形態の液浸対物レンズ6を使用した光ピンセットでは、この捕捉力Fを利用して、微粒子Sを捕捉し操作する。また、媒質B中の微粒子Sを捕捉し操作する際に、観察系を用いて微粒子Sの様子を観察する。   Here, when the fine particle S is a spherical fine particle having a refractive index larger than the refractive index of the surrounding medium (not shown in FIG. 2) B and having no light absorption, a change in the momentum of the condensed light beam L11. From the above analysis, it is known that the radiation pressure acts on the higher light intensity, and the trapping force that attracts the fine particles S toward the condensing point P acts as the force F. Therefore, in the optical tweezers using the immersion objective lens 6 of the present embodiment, the capturing force F is used to capture and operate the fine particles S. Further, when capturing and operating the fine particles S in the medium B, the state of the fine particles S is observed using an observation system.

なお、上述した本実施形態の液浸対物レンズ6を有する顕微鏡のように、トラップ光の波長と観察光の波長とが実質的に異なる場合、液浸対物レンズ6の軸上色収差に起因して、トラップ光の集光点Pの位置と、観察系における液浸対物レンズ6の合焦位置とが光軸AX方向にずれ、微粒子Sの像の良好な観察が困難になるという問題があるが、本実施形態の液浸対物レンズ6を有する顕微鏡では、駆動部5の作用により光軸AXに沿ってコレクタレンズ3を移動することによって、トラップ光の集光点Pの位置を光軸AXに沿って移動することができる。この構成により、上記問題を解決することができる。   Note that, when the wavelength of the trap light and the wavelength of the observation light are substantially different as in the microscope having the immersion objective lens 6 of the present embodiment described above, it is caused by the longitudinal chromatic aberration of the immersion objective lens 6. However, there is a problem that the position of the condensing point P of the trap light and the in-focus position of the immersion objective lens 6 in the observation system are shifted in the optical axis AX direction, making it difficult to satisfactorily observe the image of the fine particles S. In the microscope having the immersion objective lens 6 of the present embodiment, the position of the condensing point P of the trap light is moved to the optical axis AX by moving the collector lens 3 along the optical axis AX by the action of the drive unit 5. Can move along. With this configuration, the above problem can be solved.

また、上述のように、本実施形態の液浸対物レンズ6は、透過型光学顕微鏡に用いられるとは限らず、落射照明蛍光顕微鏡、全反射照明蛍光顕微鏡などにも使用できるものであり、液浸対物レンズ6の最大NAは水の屈折率1.33よりも高く、例えば最大NA1.45である。なお、液浸対物レンズ6を有する顕微鏡が蛍光顕微鏡である場合は、上記構成の透過型光学顕微鏡に、蛍光観察のための内部に複数のフィルタキューブを有するフィルタターレット、落射照明光源、落射照明シャッタ、透過照明シャッタなどの部材が追加となる。   Further, as described above, the immersion objective lens 6 of the present embodiment is not limited to being used in a transmission optical microscope, but can also be used in an epi-illumination fluorescent microscope, a total reflection illumination fluorescent microscope, etc. The maximum NA of the immersion objective lens 6 is higher than the refractive index of water 1.33, for example, the maximum NA is 1.45. When the microscope having the immersion objective lens 6 is a fluorescence microscope, the transmission optical microscope having the above configuration includes a filter turret having a plurality of filter cubes for fluorescence observation, an epi-illumination light source, and an epi-illumination shutter. Further, a member such as a transmission illumination shutter is added.

次に、本実施形態の液浸対物レンズ6に設けたダイクロイック膜7について説明する。   Next, the dichroic film 7 provided on the immersion objective lens 6 of this embodiment will be described.

例えば最大NA1.45の液浸対物レンズ6に、次に述べる特性を有するダイクロイック膜7が設けられていない場合は、上述のようにトラップ光のうちNAが水の屈折率よりも高い光はサンプルのカバーガラスと水(媒質B)の界面で全反射を起こし、前記界面近傍にエバネッセント場を発生させ、結果として光ピンセットの性能に悪影響を及ぼしてしまう。この問題を解決するために、本実施形態の液浸対物レンズ6には、液浸対物レンズ6の後側焦点面近傍に、平行平面板8に蒸着されたダイクロイック膜7が設けられている。   For example, when the immersion objective lens 6 having a maximum NA of 1.45 is not provided with the dichroic film 7 having the following characteristics, light having a NA higher than the refractive index of water is trapped as described above. This causes total reflection at the interface between the cover glass and water (medium B) and generates an evanescent field near the interface, resulting in an adverse effect on the performance of the optical tweezers. In order to solve this problem, the immersion objective lens 6 of the present embodiment is provided with a dichroic film 7 deposited on the plane parallel plate 8 in the vicinity of the rear focal plane of the immersion objective lens 6.

図3は、図1、2の上方から光軸方向にダイクロイック膜7を見た図である。図3に示すように、ダイクロイック膜7は、中空ドーナツ形状であり、以下の条件式(1)を満たすna0以上のNAの光線にのみ作用し、以下の条件式(2)を満たすλ0以下の波長の光線のみを透過する特性を有する。
(1) na0≧1.3
(2) λ0≦800nm
FIG. 3 is a view of the dichroic film 7 viewed from above in FIGS. As shown in FIG. 3, the dichroic film 7 has a hollow donut shape, acts only on NA0 or more NA rays that satisfy the following conditional expression (1), and has a λ0 or less that satisfies the following conditional expression (2): It has the characteristic of transmitting only light of wavelength.
(1) na0 ≧ 1.3
(2) λ0 ≦ 800nm

ダイクロイック膜7が蒸着されている平行平面板8の上面に達する光線のNA、即ち、液浸対物レンズ6の反対側から(図2において上方から)平行平面板8の上面に達する光線(例えば上述のトラップ光や落射照明・全反射照明蛍光観察用の励起光の光線)、又は液浸対物レンズ6側から(図2において下方から)平行平面板8の上面に達する光線(例えば上述の透過光や蛍光の光線)のNAは、図3において、光軸AXに一致する原点を共有し互いに直交するX軸とY軸によって形成されるXY平面(平行平面板8の上面)上の1点と原点との距離に対応させることができる。   The NA of the light beam reaching the upper surface of the plane-parallel plate 8 on which the dichroic film 7 is deposited, that is, the light beam reaching the upper surface of the plane-parallel plate 8 from the opposite side of the immersion objective lens 6 (from above in FIG. Trap light, epi-illumination light / excitation light for excitation light for fluorescence observation), or light reaching the upper surface of the plane-parallel plate 8 from the immersion objective lens 6 side (from below in FIG. 2) (for example, the above-mentioned transmitted light) In FIG. 3, the NA of the fluorescent light) is a point on the XY plane (the upper surface of the parallel plane plate 8) formed by the X axis and the Y axis that share the origin coincident with the optical axis AX and are orthogonal to each other. This can correspond to the distance from the origin.

ダイクロイック膜7は、内周部分に達する光線のNAがna0になるように、また外周部分(或いは外径に余裕をもたせて形成した場合はこれより内側の周部分)に達する光線のNAが液浸対物レンズ6の最大NA(例えば1.45)以上となるように、輪帯状に形成されているため、NAがna0以上の光線にのみ作用する。また、ダイクロイック膜7の透過波長域はλ0以下である。これらna0(ダイクロイック膜7が作用する光線のNAの下限値)、λ0(ダイクロイック膜7を透過する光線の波長の上限値)は、それぞれ上記条件式(1)、(2)を満たす任意の値に設定することができる。例えばna0=1.3、λ0=800nmである。   The dichroic film 7 is configured so that the NA of the light beam reaching the inner peripheral portion becomes na0, and the NA of the light beam reaching the outer peripheral portion (or the inner peripheral portion when the outer diameter is provided with a margin) is liquid. Since it is formed in an annular shape so as to be equal to or greater than the maximum NA (for example, 1.45) of the immersion objective lens 6, it acts only on a light beam having an NA of na0 or more. The transmission wavelength region of the dichroic film 7 is λ0 or less. These na0 (the lower limit value of the NA of the light beam acting on the dichroic film 7) and λ0 (the upper limit value of the wavelength of the light beam transmitted through the dichroic film 7) are arbitrary values satisfying the conditional expressions (1) and (2), respectively. Can be set to For example, na0 = 1.3 and λ0 = 800 nm.

本実施形態の液浸対物レンズ6によれば、上述のトラップ光、例えば波長が1064nmでλ0(例えば800nm)より長いYAGレーザ光は、NAがna0(例えば1.3)を超える成分がダイクロイック膜7に反射されるため、サンプルのカバーガラスと水(媒質B)の界面には、NAが水の屈折率よりも高いトラップ光成分によるエバネッセント場は発生せず、その結果捕捉された微粒子Sに余計な外力が働いて測定や捕捉作業に悪影響を及ぼすという問題がない。また、ダイクロイック膜7の中空部分を通るNAがna0よりも小さいトラップ光の成分は、何ら妨げられることなく微粒子Sに照射される。   According to the immersion objective lens 6 of the present embodiment, the above-described trap light, for example, YAG laser light having a wavelength of 1064 nm and longer than λ0 (for example, 800 nm) has a dichroic film in which the NA exceeds na0 (for example, 1.3). 7, an evanescent field due to a trap light component having an NA higher than the refractive index of water is not generated at the interface between the sample cover glass and water (medium B). There is no problem that extraneous external forces work to adversely affect measurement and capture operations. Further, the trap light component having NA smaller than na0 passing through the hollow portion of the dichroic film 7 is irradiated to the fine particles S without being disturbed.

また、捕捉微粒子や生体サンプルを観察するための可視透過照明光、蛍光観察を行うための可視励起光、サンプルからの蛍光は、波長がλ0より短いため、ダイクロイック膜7は中空部分を通る光線と共にその外側の高NAの光線も透過する。よってダイクロイック膜7を設けた状態でも、通常の液浸対物レンズと同様の観察を行うことができる。   Further, since the wavelength of visible transmitted illumination light for observing captured fine particles and biological samples, visible excitation light for performing fluorescence observation, and fluorescence from the sample are shorter than λ0, the dichroic film 7 is combined with light passing through the hollow portion. The outer high NA light beam is also transmitted. Therefore, even when the dichroic film 7 is provided, observation similar to that of a normal immersion objective lens can be performed.

さらに、本実施形態では、対物照明方式の全反射蛍光観察(TIRF)を行う場合でも、水の屈折率1.33よりも高いNAの可視励起光は上記特性を有するダイクロイック膜7を透過するので、何ら問題なくTIRFを行うことができる。   Further, in the present embodiment, even when performing the total reflection fluorescence observation (TIRF) of the objective illumination method, the visible excitation light having an NA higher than the refractive index of water 1.33 passes through the dichroic film 7 having the above characteristics. TIRF can be performed without any problem.

以上のように、本実施形態の液浸対物レンズ及びこの液浸対物レンズを有する顕微鏡によれば、装置の大型化・複雑化を招くことなく、トラップ光によるエバネッセント場の発生を防ぎ、光ピンセットの性能を高めることができる。   As described above, according to the immersion objective lens of the present embodiment and the microscope having the immersion objective lens, the occurrence of an evanescent field due to trapped light is prevented without increasing the size and complexity of the apparatus, and optical tweezers. Can improve the performance.

なお、上述の実施形態は例に過ぎず、上述の構成に限定されるものではなく、本発明の範囲内において適宜修正、変更が可能である。   The above-described embodiment is merely an example, and is not limited to the above-described configuration, and can be appropriately modified and changed within the scope of the present invention.

例えば、平行平面板8の中央は、ダイクロイック膜7の中空部分に合わせて中空にしてもよい。   For example, the center of the plane parallel plate 8 may be hollow according to the hollow portion of the dichroic film 7.

また、ダイクロイック膜7は、液浸対物レンズ6の後側焦点面近傍の少なくとも一箇所に設けることができる。或いは、ダイクロイック膜7を液浸対物レンズ6ではなく、その後側焦点面と共役な面に設けてもよい。   Further, the dichroic film 7 can be provided in at least one position near the rear focal plane of the immersion objective lens 6. Alternatively, the dichroic film 7 may be provided not on the immersion objective lens 6 but on a plane conjugate with the rear focal plane.

本実施形態の液浸対物レンズを有する顕微鏡の構成を概略的に示す図である。It is a figure which shows schematically the structure of the microscope which has the immersion objective lens of this embodiment. 本実施形態の液浸対物レンズを使用した光ピンセットの原理を説明する図である。It is a figure explaining the principle of the optical tweezers using the immersion objective lens of this embodiment. 本実施形態の液浸対物レンズに備えるダイクロイック膜を設けた光学部材を示す図である。It is a figure which shows the optical member which provided the dichroic film | membrane with which the immersion objective lens of this embodiment is equipped.

符号の説明Explanation of symbols

1 光源
2 ライトガイド
3 コレクタレンズ
4 ダイクロイックミラー
5 駆動部
6 液浸対物レンズ
7 ダイクロイック膜
8 平行平面板
11 透過照明光源
12 照明光学系
13 第2対物レンズ
14 像面
15 撮像手段
16 接眼レンズ
AX 光軸
B 媒質
S 微粒子
P 集光点
F 捕捉力
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Light source 2 Light guide 3 Collector lens 4 Dichroic mirror 5 Drive part 6 Immersion objective lens 7 Dichroic film 8 Parallel plane plate 11 Transmission illumination light source 12 Illumination optical system 13 Second objective lens 14 Image surface 15 Imaging means 16 Eyepiece lens AX Light Axis B Medium S Fine particle P Condensing point F Capture force

Claims (4)

NAが水の屈折率よりも高い液浸対物レンズにおいて、
以下の条件を満たすna0以上のNAの光線にのみ作用し、以下の条件を満たすλ0以下の波長の光線のみを透過するダイクロイック膜を設けた光学部材を備えることを特徴とする液浸対物レンズ。
na0≧1.3
λ0≦800nm
In an immersion objective with NA higher than the refractive index of water,
An immersion objective lens comprising an optical member provided with a dichroic film that acts only on NA0 or more NA rays that satisfy the following conditions and transmits only rays having a wavelength of λ0 or less that satisfy the following conditions.
na0 ≧ 1.3
λ0 ≦ 800nm
前記ダイクロイック膜を設けた光学部材は、前記液浸対物レンズの後側焦点面又はその近傍に設けられていることを特徴とする請求項1に記載の液浸対物レンズ。   The immersion objective lens according to claim 1, wherein the optical member provided with the dichroic film is provided on a rear focal plane of the immersion objective lens or in the vicinity thereof. 前記ダイクロイック膜を設けた光学部材は、平行平面板であることを特徴とする請求項1又は2に記載の液浸対物レンズ。   The immersion objective lens according to claim 1, wherein the optical member provided with the dichroic film is a plane parallel plate. 請求項1から3のいずれか1項に記載の液浸対物レンズを有することを特徴とする顕微鏡。   A microscope comprising the immersion objective lens according to any one of claims 1 to 3.
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