JP2011112779A - レーザ走査型顕微鏡 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】標本19を搭載して移動させるステージ20と、レーザ光Lを射出するレーザ光源1と、レーザ光Lをライン状に集光するライン集光光学系3と、ライン状のレーザ光Lを反射する微小可動ミラーがラインの長手方向に複数配列されたDMD7と、DMD7により反射されたレーザ光Lを標本19に照射する照射光学系2と、標本19からの光を検出する複数のチャネルが1列に配列された光検出器17とを備え、DMD7が、複数の微小可動ミラーによりレーザ光Lを同時に反射させ、かつ、反射を行う微小可動ミラーを順次切り替えるように駆動され、ステージ20が、標本19上に形成される複数の光スポットの配列方向に交差する方向に標本19を移動させるレーザ走査型顕微鏡100を採用する。
【選択図】図1
Description
本発明は、標本を搭載して移動させるステージと、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をライン状に集光するライン集光光学系と、該ライン集光光学系によりライン状に集光されたレーザ光を反射又は透過する微小素子がラインの長手方向に複数配列された微小素子アレイと、該微小素子アレイにより反射又は透過されたレーザ光を前記標本に照射する照射光学系と、前記微小素子アレイと共役な位置に配置され、前記標本からの光を検出する複数のチャネルが1列に配列された光検出器とを備え、前記微小素子アレイが、一直線上に間隔をあけて配置される複数の微小素子によりレーザ光を同時に反射又は透過させ、かつ、反射又は透過を行う微小素子を順次切り替えるように駆動され、前記ステージが、前記標本上に形成される複数の光スポットの配列方向に交差する方向に前記標本を移動させるレーザ走査型顕微鏡を採用する。
このようなシリンドリカルレンズを備えることで、光検出器のチャネル間に指向された標本からの光を、いずれかのチャネルの中心に向かうように集光することができ、光検出器の各チャネルのそれぞれに対して標本からの光をより確実に入射させ、光検出器によって得られる画像の精度を向上することができる。
このような感度調節部を備えることで、光検出器の各チャネルのそれぞれに対して、標本からの光の検出感度を調節することができ、光検出器によって得られる画像の精度を向上することができる。
そこで、微小素子アレイをラインの長手方向のみならず、これに交差する方向にも順次切り替えるように制御することで、ステージの移動によるずれを相殺して標本上に形成される多数の光スポットによって同一直線上に配列された領域を照明することができる。そして、順次切り替えられる複数の微小素子を繰り返し駆動することにより、この直線状の照明領域をその長手方向に交差する方向に移動させて2次元的な画像を取得することができる。この場合に、微小素子を切り替えている間にもステージを連続的に動作させるので、効率的に画像を取得することができる。
このようにすることで、標本上に形成される複数の光スポットによって標本に対してレーザ光を密に照射することができる。これにより、2次元画像の解像度を向上させることができ、鮮明な画像を得ることができる。
本発明の第1の実施形態に係るレーザ走査型顕微鏡100について、図面を参照して以下に説明する。
本実施形態に係るレーザ走査型顕微鏡100は、図1に示されるように、標本19を搭載して移動させるステージ20と、レーザ光L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Lをライン状に集光するライン集光光学系3と、ライン集光光学系3により集光されたレーザ光Lを選択的に反射するDMD(微小素子アレイ)7と、DMD7により反射されたレーザ光Lを標本19に照射する照射光学系2と、標本19において発生した蛍光Fをレーザ光Lの光路から分岐する励起ダイクロイックミラー5と、励起ダイクロイックミラー5により分岐された蛍光Fを検出する検出光学系4と、これらを制御する制御部6とを備えている。
また、DMD7は、標本19と共役な位置に配置されており、標本19の像が、DMD7上に結像されるようになっている。
DMD7とミラー9との間には、DMD7により反射されたレーザ光Lをリレーするリレーレンズ25が設けられている。
シリンドリカルレンズ18を備えることで、光検出器17のチャネル間に指向された標本19からの蛍光Fを、いずれかのチャネルの中心に向かうように集光することができ、光検出器17の各チャネルのそれぞれに対して標本19からの蛍光Fをより確実に入射させることができるようになっている。
本実施形態に係るレーザ走査型顕微鏡100によれば、レーザ光源1から射出されたレーザ光Lは、ビームエキスパンダ21によって光束径が調節される。そして、レーザ光Lは、シリンドリカルレンズ23を通過させられることによって、ライン状に集光され、励起ダイクロイックミラー5によりDMD7に向けて反射される。
そして、励起ダイクロイックミラー5を透過した蛍光Fは、リレーレンズ15,55およびミラー53を介して、光検出器17により検出される。
また、光検出器17として、32チャネルのPMTを蛍光Fの光スポットの配列方向に複数並べることとしてもよい。このようにすることで、取得する画像の画質を向上することができる。
このような感度調節部を備えることで、光検出器17の各チャネルのそれぞれに対して、蛍光Fの検出感度を調節することができ、光検出器17によって得られる画像の精度を向上することができる。
次に、本発明の第2の実施形態に係るレーザ走査型顕微鏡200について図面を参照して説明する。本実施形態の説明において、第1の実施形態に係るレーザ走査型顕微鏡100と共通する点については説明を省略し、異なる点について主に説明する。
本実施形態に係るレーザ走査型顕微鏡200が第1の実施形態に係るレーザ走査型顕微鏡100と異なる点は、ステージ20を間欠的に動作させるのではなく、連続的に動作させる点である。
本実施形態に係るレーザ走査型顕微鏡200の第1の変形例として、図8(a)に示すように、DMD7の微小可動ミラーを、ライン集光光学系3によりライン状に集光されたレーザ光Lに対して斜め(矢印30に示す方向)に配列することとしてもよい。この場合には、図8(b)に示すように、レーザ光Lを同時に反射させる微小素子の配列方向(矢印35に示す方向)に直交する方向(矢印31に示す方向)にステージ20を連続的に移動させる。
また、第2の実施形態に係るレーザ走査型顕微鏡よりも、ステージ移動方向の画像の解像度を高めることができる。また、第2の実施形態に係るレーザ走査型顕微鏡ではY方向の解像度がX方向に比べて低くなってしまうのに対して、本変形例に係るレーザ走査型顕微鏡によればX方向とY方向の解像度を揃えることができる。
図9(a)および図9(b)に示すように、標本19上におけるX方向、Y方向のサンプル1画素間隔をそれぞれΔXs,ΔYsとすると、ΔXs,ΔYsは、それぞれ以下の(1)式、(2)式のように表わされる。
ΔXs=CX×δX−Δt×Vx・・・(1)
ΔYs=CY×δY−ΔT×Vy・・・(2)
上記の式において、CX,CYは光学設計できまる定数、δX,δYはDMD7の構造(微小可動ミラーの配列間隔)で決まる定数、Δt,ΔTはDMD7における微小可動ミラーの切り替え時間を示している。
上記式より導かれるステージ速度(Vx,Vy)が、以下の(3)式に示すズレ無し条件を満足するように、ステージ速度(Vx,Vy)を決定する。
CY×δY−Δt×Vy=0・・・(3)
本実施形態に係るレーザ走査型顕微鏡200の第2の変形例として、図10(a)に示すように、レーザ光Lを同時に反射させる一直線(直線32)上に間隔をあけて配置される複数の微小可動ミラーのうち、相互に隣り合う微小素子が、ラインの長手方向に直交する方向に隣接する列に配置されるとともに、ステージ20を直線32に直交する方向に動作させることとしてもよい。
例えば、各実施形態では、DMD7においてレーザ光Lを選択的に反射させるとして説明したが、選択的に透過させることとしてもよい。
また、微小素子アレイとして、微小可動ミラーを複数備えるDMD7を例に挙げて説明したが、DMD7に代えて、液晶素子を複数備える液晶アレイとしてもよい。
また、各実施形態では、ステージ20をレーザ光Lのスポット光の配列方向に直交する方向に動作させるとして説明したが、必ずしも直交する方向でなくてもよく、該配列方向に傾斜する方向に動作させることとしてもよい。
2 照射光学系
3 ライン集光光学系
4 検出光学系
5 励起ダイクロイックミラー
6 制御部
7 DMD(微小素子アレイ)
7a,7b,7c,7d,7e,7f,7g,7h 微小可動ミラー(微小素子)
17 光検出器
18 シリンドリカルレンズ
19 標本
20 ステージ
100,200 レーザ走査型顕微鏡
L レーザ光
F 蛍光
Claims (6)
- 標本を搭載して移動させるステージと、
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をライン状に集光するライン集光光学系と、
該ライン集光光学系によりライン状に集光されたレーザ光を反射又は透過する微小素子がラインの長手方向に複数配列された微小素子アレイと、
該微小素子アレイにより反射又は透過されたレーザ光を前記標本に照射する照射光学系と、
前記微小素子アレイと共役な位置に配置され、前記標本からの光を検出する複数のチャネルが1列に配列された光検出器とを備え、
前記微小素子アレイが、一直線上に間隔をあけて配置される複数の微小素子によりレーザ光を同時に反射又は透過させ、かつ、反射又は透過を行う微小素子を順次切り替えるように駆動され、
前記ステージが、前記標本上に形成される複数の光スポットの配列方向に交差する方向に前記標本を移動させるレーザ走査型顕微鏡。 - 前記光検出器の複数のチャネルが、前記微小素子アレイの微小素子のピッチよりも大きなピッチで1列に配列され、
前記微小素子アレイを制御して、異なる前記微小素子において反射又は透過された光を各前記チャネルにそれぞれ入射させるとともに、各前記チャネルに前記標本上の異なる位置からの光が入射するように、各前記チャネルに入射させる光を反射又は透過させる前記微小素子を順次切り替える制御部を備える請求項1に記載のレーザ走査型顕微鏡。 - 前記光検出器の各チャネルに標本からの光を集光するシリンドリカルレンズを備える請求項1に記載のレーザ走査型顕微鏡。
- 前記光検出器の各チャネルのそれぞれに対して感度調節を行う感度調節部を備える請求項1に記載のレーザ走査型顕微鏡。
- 前記ステージが等速度で連続的に直線駆動され、
前記制御部が、各前記チャネルに入射させる光を反射又は透過させる前記微小素子を、一定の周期で前記長手方向に対して傾斜する方向に順次切り替える請求項2に記載のレーザ走査型顕微鏡。 - 前記レーザ光を同時に反射又は透過させる一直線上に間隔をあけて配置される複数の微小素子のうち、相互に隣り合う微小素子が、前記長手方向に直交する方向に隣接する列に配置されている請求項5に記載のレーザ走査型顕微鏡。
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