JP2012133167A

JP2012133167A - 共焦点光スキャナ

Info

Publication number: JP2012133167A
Application number: JP2010285719A
Authority: JP
Inventors: Kohei Hayashi; 晃平林
Original assignee: Yokogawa Electric Corp
Current assignee: Yokogawa Electric Corp
Priority date: 2010-12-22
Filing date: 2010-12-22
Publication date: 2012-07-12

Abstract

【課題】対物レンズの切り替えに対応可能な共焦点光スキャナを提供する。
【解決手段】ピンホールが形成されたピンホールディスク２１と、ピンホールディスク２１を回転させる回転手段と、対物レンズ５Ａ、５Ｂと、を備え、ピンホールディスク２１を回転手段により回転させることにより照明光を走査するとともに、ピンホールを通過する、照明光に基づく戻り光を結像させることで共焦点画像を得る共焦点光スキャナにおいて、ピンホールディスク２１は、その回転軸からの距離に応じた複数の領域に区画され、各領域には対物レンズの倍率に応じた径のピンホールが形成され、対物レンズの倍率に応じて、使用されるピンホールディスク２１の領域が切り替えられる。
【選択図】図１

Description

本発明は、ピンホールディスクを回転させることにより照明光を走査するとともに、前記ピンホールを通過する、前記照明光に基づく戻り光を結像させることで共焦点画像を得る共焦点光スキャナに関する。

複数のマイクロレンズと微小開口が同一パターンでそれぞれアレイ状に配置された２枚のディスクと、この２枚のディスクを同期して回転させる回転手段と、上記２枚のディスクの間に挿入されたビームスプリッタと、上記２枚のディスクと試料の間に配置された対物レンズと、を備えたニポウ式共焦点光スキャナが知られている。上記２枚のディスクを回転させることにより、照明光の走査と反射光の選択を同時に行うことで試料の共焦点画像を得ることができる。

特開２００８−２３３５４３号公報特開２００５−５５５４０号公報

しかし、従来の装置では、ピンホールの大きさを変えることができないため、対物レンズの倍率に光学系を最適化させることができず、倍率（ＮＡ）が異なる複数の対物レンズを切り替えて使用する場合に共焦点性が同じとならないという問題がある。

本発明の目的は、対物レンズの切り替えに対応可能な共焦点光スキャナを提供することにある。

本発明の共焦点光スキャナは、ピンホールが形成されたピンホールディスクと、前記ピンホールディスクを回転させる回転手段と、対物レンズと、を備え、前記ピンホールディスクを前記回転手段により回転させることにより照明光を走査するとともに、前記ピンホールを通過する、前記照明光に基づく戻り光を結像させることで共焦点画像を得る共焦点光スキャナにおいて、前記ピンホールディスクは、その回転軸からの距離に応じた複数の領域に区画され、各領域には前記対物レンズの倍率に応じた径のピンホールが形成され、前記対物レンズの倍率に応じて、使用される前記ピンホールディスクの領域が切り替えられることを特徴とする。
この共焦点光スキャナによれば、対物レンズの倍率に応じて使用されるピンホールディスクの領域が切り替えられるので、対物レンズの倍率に依ることなく同様の共焦点性を得ることができる。

前記ピンホールディスクを移動させることにより、使用される前記ピンホールディスクの領域を切り替える機構を備えてもよい。

前記ピンホールディスクを、前記光路から退避させる位置に移動させる機構を備えてもよい。

前記ピンホールディスクが前記光路から退避させる位置に位置付けられているときに、前記光路を介して透過照明による観察像を取得する光学系を備えてもよい。

前記ピンホールディスクのピンホールに対向するマイクロレンズが設けられたマイクロレンズディスクを備え、前記回転手段により前記ピンホールディスクと前記マイクロレンズディスクとを同時に回転させてもよい。

前記ピンホールディスクと前記マイクロレンズディスクとの間に、前記戻り光の光路を折り曲げる手段を備えてもよい。

本発明の共焦点光スキャナによれば、対物レンズの倍率に応じて使用されるピンホールディスクの領域が切り替えられるので、対物レンズの倍率に依ることなく同様の共焦点性を得ることができる。

実施例１の共焦点光スキャナを構成する共焦点顕微鏡を示す正面図。実施例１の共焦点光スキャナを構成する共焦点顕微鏡を示す平面図。実施例２の共焦点光スキャナを構成する共焦点顕微鏡を示す正面図。３つの領域に区画したピンホールディスクの例を示す平面図。

以下、本発明による共焦点光スキャナの実施形態について説明する。

以下、図１〜図２を参照して、実施例１の共焦点光スキャナについて説明する。

図１は実施例１の共焦点光スキャナを構成する共焦点顕微鏡を示す正面図、図２はこの共焦点顕微鏡を示す平面図である。

図１および図２に示すように、共焦点顕微鏡は、励起光１０１を射出する光源１と、励起光１０１を走査するとともに戻り光を結像させる機能を有するピンホールユニット２と、倍率（ＮＡ）の異なる対物レンズ５Ａおよび対物レンズ５Ｂのいずれかを選択可能とされた光学系と、透過光および反射光の波長選択性を有するダイクロイックミラー６Ａ，６Ｂ，６Ｃと、結像光学系８と、カメラ９と、を備える。

なお、対物レンズ５Ａおよび対物レンズ５Ｂのいずれかを選択するための機構としては、従来用いられている機構を広く適用することができる。例えば、回転機構あるいはスライド機構により対物レンズを選択可能としてもよく、あるいは、いずれかの対物レンズを光路上に選択的に取り付けることができる機構を設けてもよい。

ピンホールユニット２は、螺旋状パターンで大径のピンホール２１ａ，２１ａ，・・・（図２）および小径のピンホール２１ｂ，２１ｂ，・・・（図２）が配列されたピンホールディスク２１と、マイクロレンズ（不図示）がピンホール２１ａおよびピンホール２１ｂと同一パターンで配列されたマイクロレンズディスク２２と、ピンホールディスク２１およびマイクロレンズディスク２２を互いに連結する連結ドラム２３と、連結ドラム２３に回転軸が接続されたモータ２４と、を備える。

図２に示すように、ピンホールディスク２１は、中心からの距離に応じて２つの領域に分割され、中心から近い領域には大径のピンホール２１ａ，２１ａ，・・・が、中心から遠い領域には小径のピンホール２１ｂ，２１ｂ，・・・が、それぞれ形成されている。

また、マイクロレンズディスク２２のマイクロレンズは、ピンホール２１ａおよびピンホール２１ｂと同数設けられ、個々のマイクロレンズはそれぞれのピンホールに対向する位置に配置される。また、各マイクロレンズのＮＡは、それぞれのマイクロレンズが対向するピンホール２１ａおよびピンホール２１ｂとの組み合わせにおいて最適値となるように設計されている。

このように、ピンホールユニット２では、マイクロレンズディスク２２のマイクロレンズとピンホールディスク２１のピンホールとを一対一に対向させるとともに、各マイクロレンズのＮＡを対応するピンホールの径に応じて最適化することで、励起光の利用効率を高めることができる。

図２に示すように、ピンホールユニット２は直動スライダ４の摺動部４ａに取り付けられ、直動スライダ４の固定部４ｂに沿って水平方向にスライド可能とされている。摺動部４ａのスライドは手動で行ってもよく、あるいは電動モータを用いた駆動機構を設けてもよい。このように、摺動部４ａをスライドさせることでピンホールユニットをスライド可能とし、ピンホールユニットのピンホール径を対物レンズ５Ａまたは対物レンズ５Ｂの倍率（ＮＡ）に応じて切り替えるようにしている。これにより、異なる倍率の対物レンズを用いて、同様の共焦点性を確保することが可能となる。なお、図１および図２では、対物レンズ５Ａ（図１）と、小径のピンホール２１ｂ（図２）とが使用される例を示している。この場合には、小径のピンホール２１ｂを用いることでピンホールユニット２の機能が対物レンズ５Ａに最適化される。

ダイクロイックミラー６Ａ，６Ｂ，６Ｃとして、励起光１０１を透過しつつ蛍光信号１０２を反射する特性を持つように設計されたものを使う。また、複数波長の励起光源を用いること、また試料から発する蛍光の波長は試料ごとに変わることに対応するため、図１および図２に示すように、透過、反射特性の異なる３つのダイクロイックミラー６Ａ，６Ｂ，６Ｃが設けられている。ダイクロイックミラー６Ａ，６Ｂ，６Ｃはピンホールディスク２１とマイクロレンズディスク２２の間に配置される。

ダイクロイックミラー６Ａ，６Ｂ，６Ｃはミラーホルダ６１を介して直動スライダ７の摺動部７ａに取り付けられ、直動スライダ７の固定部７ｂに沿って水平方向にスライド可能とされている。これにより、ダイクロイックミラー６Ａ，６Ｂ，６Ｃのいずれかが選択的に使用される。摺動部７ａのスライドは手動で行ってもよく、あるいは電動モータを用いた駆動機構を設けてもよい。

次に、本実施例の共焦点顕微鏡の動作について説明する。

摺動部４ａを所定位置までスライドさせることにより、使用される対物レンズ５Ａに応じたピンホール２１ａまたはピンホール２１ｂを選択し、光路に挿入する。また、摺動部７ａを所定位置までスライドさせることにより、ダイクロイックミラー６Ａ，６Ｂ，６Ｃのいずれかを選択し、光路に挿入する。図２では、小径のピンホール２１ｂおよびダイクロイックミラー６Ｃが選択された状態を示している。

この状態では、図１および図２に示すように、光源１から出射された特定の波長を持つ励起光１０１はピンホールユニット２に入射し、マイクロレンズディスク２２の各マイクロレンズによって集光されて、対向するピンホールディスク２１の各ピンホール２１ｂを通過する。励起光１０１はピンホールユニット２の回転に同期して、試料１０上で走査される。

試料１０からは励起光１０１よりも波長の長い蛍光信号１０２が発せられる。蛍光信号１０２は対物レンズ５を経由し、ピンホールディスク２１のピンホール面に像を結ぶ。

ピンホールディスク２１のピンホール２１ｂを通過した蛍光信号１０２は、ダイクロイックミラー６Ｃで折り曲げられ、結像光学系８を経由してカメラ９の撮像面で結像し、共焦点画像を形成する。なお、画像のＳ／Ｎ比向上のため、結像光学系８のリレーレンズの間に、蛍光信号に対応する波長帯域のみを通すバンドパスフィルタ８１が挿入されている。バンドパスフィルタ８１の特性を蛍光信号に応じて選択可能とすることもでき、例えば、フィルタホイールを用いてフィルタを選択してもよい。試料から発する蛍光波長は様々であるが、それに対応したバンドパスフィルタを複数用意することですべての蛍光波長に対応可能となる。

一方、対物レンズ５Ｂを使用する場合には、大径のピンホール２１ａが光路に挿入される所定位置まで摺動部４ａをスライドさせる。この場合には、ピンホールユニット２の機能が対物レンズ５Ｂに最適化される。

このように、本実施例の共焦点光スキャナでは、対物レンズの倍率に応じてピンホールの径を切り替えるため、対物レンズの倍率に依らず常に同じ共焦点性を得ることが可能となる。

以下、図３を参照して、実施例２の共焦点光スキャナについて説明する。

図３は明視野画像を得る場合における共焦点顕微鏡の状態を示す正面図である。なお、図３において、実施例１の共焦点光スキャナと同一要素については同一符号を付し、その説明は省略する。

図３に示すように、本実施例の共焦点光スキャナでは、摺動部４ａを所定位置までスライドさせることにより、ピンホールユニット２を光路から退避させることができる。すなわち、摺動部４ａの停止位置として、大径のピンホール２１ａ（図２）が光路に位置付けられる位置と、小径のピンホール２１ｂ（図２）が光路に位置付けられる位置と、図３において摺動部４ａをさらに右方向に移動させた、ピンホールユニット２を光路から退避させる位置とを有する。

図３に示すように、ピンホールユニット２を光路から退避させた状態で、光源１Ａから照明光１０３を照射すると、試料１０を透過した光は対物レンズ５、ダイクロイックミラー６Ｃ、結像光学系８を順次、経由してカメラ９に入射する。カメラ９では位相差画像や微小干渉画像などの明視野画像を得ることができる。

このように、本実施例の共焦点光スキャナユニットによれば、ピンホールユニットを光路から退避させることができるため、共焦点画像に加えて、位相差画像や微小干渉画像などの明視野画像を得ることができる。

上記各実施例では、ピンホールのサイズを２段階で選択可能としているが、ピンホールディスクの領域を、その中心からの距離に応じて３つ以上に区画し、領域ごとに異なる径のピンホールを形成してもよい。

図４は、３つの領域に区画したピンホールディスクの例を示す平面図である。この例では、ピンホールディスクの中心から円周部に向けて、領域２１Ａ、領域２１Ｂおよび領域２１Ｃが設けられ、各領域に異なる径のピンホールが形成される。この場合も実施例１および実施例２と同様、マイクロレンズディスクのマイクロレンズはピンホールと同数設けられ、個々のマイクロレンズはそれぞれのピンホールに対向する位置に配置される。また、各マイクロレンズのＮＡは、それぞれのマイクロレンズが対向するピンホールとの組み合わせにおいて最適値となるように設計される。

このように、ピンホールのサイズを３段階以上とし、ピンホールユニットをスライドさせることで使用するピンホールの径を切り替えることにより、倍率が異なる３つ以上の対物レンズに対応することが可能となる。

以上説明したように、本発明の共焦点光スキャナによれば、対物レンズの倍率に応じて使用されるピンホールディスクの領域が切り替えられるので、対物レンズの倍率に依ることなく同様の共焦点性を得ることができる。

本発明の適用範囲は上記実施形態に限定されることはない。本発明は、ピンホールディスクを回転させることにより照明光を走査するとともに、前記ピンホールを通過する、前記照明光に基づく戻り光を結像させることで共焦点画像を得る共焦点光スキャナに対し、広く適用することができる。

４直動スライダ（機構）
５Ａ，５Ｂ対物レンズ
２１ピンホールディスク
２１ａピンホール
２１ｂピンホール
２２マイクロレンズディスク
２４モータ（回転手段）
６Ａ，６Ｂ，６Ｃダイクロイックミラー（戻り光の光路を折り曲げる手段）

Claims

ピンホールが形成されたピンホールディスクと、前記ピンホールディスクを回転させる回転手段と、対物レンズと、を備え、前記ピンホールディスクを前記回転手段により回転させることにより照明光を走査するとともに、前記ピンホールを通過する、前記照明光に基づく戻り光を結像させることで共焦点画像を得る共焦点光スキャナにおいて、
前記ピンホールディスクは、その回転軸からの距離に応じた複数の領域に区画され、各領域には前記対物レンズの倍率に応じた径のピンホールが形成され、
前記対物レンズの倍率に応じて、使用される前記ピンホールディスクの領域が切り替えられることを特徴とする共焦点光スキャナ。
前記ピンホールディスクを移動させることにより、使用される前記ピンホールディスクの領域を切り替える機構を備えることを特徴とする請求項１に記載の共焦点光スキャナ。
前記ピンホールディスクを、前記光路から退避させる位置に移動させる機構を備えることを特徴とする請求項１または２に記載の共焦点光スキャナ。
前記ピンホールディスクが前記光路から退避させる位置に位置付けられているときに、前記光路を介して透過照明による観察像を取得する光学系を備えることを特徴とする請求項３に記載の共焦点光スキャナ。
前記ピンホールディスクのピンホールに対向するマイクロレンズが設けられたマイクロレンズディスクを備え、前記回転手段により前記ピンホールディスクと前記マイクロレンズディスクとを同時に回転させることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の共焦点光スキャナ。
前記ピンホールディスクと前記マイクロレンズディスクとの間に、前記戻り光の光路を折り曲げる手段を備えることを特徴とする請求項５に記載の共焦点スキャナ。