JP2012208442A - Scanning type microscope and scanning type microscope system - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To acquire a low noise image in high speed in a scanning type microscope.SOLUTION: A scanning type microscope comprises a light source unit 120, an objective lens 115, a scanner unit 114, a pin hole array 113, an optical separator 112, a light quantity detector 116 and a position detecting system 117. The light source unit 120 emits beam pulses from plural radiation points in turn repeatedly. The objective lens 15 images the beam pulses on a sample. The scanner unit 114 scans the sample with the beam pulses imaged by the objective lens. The pin hole array 113 is pin holes shaped on at least one image formation position of a reflected light reflected by the sample and fluorescence. The optical separator 112 isolates at least one of the reflected light and the fluorescence from a light path of a transmitted light by deflecting. The light quantity detector 116 detects light quantity of the reflected light or the fluorescence. The position detecting system 117 detects an irradiation position of an irradiation beam.

Description

本発明は、共焦点走査を行う走査型顕微鏡および走査型顕微鏡システムに関する。   The present invention relates to a scanning microscope and a scanning microscope system that perform confocal scanning.

従来、数多くの種類の共焦点走査型顕微鏡が提案され(非特許文献1参照)、製品化されている。これらの共焦点走査型顕微鏡は、大きく分けて、シングルビーム走査装置を用いた顕微鏡と、マルチビーム走査装置を用いた顕微鏡(特許文献1〜特許文献3参照)の2種類に分類される。以下に、2種類の顕微鏡の基本構成を簡単に説明する。   Conventionally, many types of confocal scanning microscopes have been proposed (see Non-Patent Document 1) and commercialized. These confocal scanning microscopes are roughly classified into two types: a microscope using a single beam scanning device and a microscope using a multi-beam scanning device (see Patent Documents 1 to 3). The basic configuration of the two types of microscopes will be briefly described below.

まず、シングルビーム走査装置を用いた走査型顕微鏡(以下、シングルビーム走査型顕微鏡と呼ぶ)の基本構成を説明する。シングルビーム走査型顕微鏡において、光源より発した光束は、集光レンズによって一点に集光される。集光位置に配置された第1の微小開口の透過像が、第1のリレーレンズと対物レンズを介して標本上に結像される。標本によって反射された光束は、対物レンズと第1のリレーレンズとの間に配置されたビームスプリッタによって、第1の微小開口の方向とは異なる方向に偏向される。偏向された光束は、第2のリレーレンズによって、第1の微小開口の共役位置にある第2の微小開口に集光される。第2の微小開口を通過した光の強度が、例えばフォトマルチプライアなどの検出器によって検出される。   First, a basic configuration of a scanning microscope (hereinafter referred to as a single beam scanning microscope) using a single beam scanning device will be described. In a single beam scanning microscope, a light beam emitted from a light source is condensed at one point by a condenser lens. A transmission image of the first minute aperture arranged at the condensing position is formed on the sample via the first relay lens and the objective lens. The light beam reflected by the sample is deflected in a direction different from the direction of the first minute aperture by a beam splitter disposed between the objective lens and the first relay lens. The deflected light beam is condensed by the second relay lens on the second minute aperture at the conjugate position of the first minute aperture. The intensity of light passing through the second minute aperture is detected by a detector such as a photomultiplier.

また、対物レンズとビームスプリッタの間には走査装置が配置されている。この走査装置は、例えばガルバノミラーやポリゴンミラーを有していて、第1の微小開口の像を標本面上で走査する。この走査装置と検出器に接続されているコントローラは、走査装置による光束の偏向量から、標本上での第1の微小開口の結像位置を検出する。検出位置と検出器により検出された光の強度とに基づいて、広い領域における標本像が再構成され、テレビモニタなどの画像表示装置に表示される。なお、光源としてシングルモード発振レーザを用いた場合には、上述の第1の微小開口が省略されることもある。   A scanning device is disposed between the objective lens and the beam splitter. This scanning device has, for example, a galvanometer mirror or a polygon mirror, and scans the image of the first minute aperture on the sample surface. The controller connected to the scanning device and the detector detects the imaging position of the first minute aperture on the sample from the deflection amount of the light beam by the scanning device. Based on the detection position and the intensity of light detected by the detector, a specimen image in a wide area is reconstructed and displayed on an image display device such as a television monitor. When a single mode oscillation laser is used as the light source, the first minute aperture described above may be omitted.

次に、マルチビーム走査装置を用いた走査型顕微鏡(以下、マルチビーム走査型顕微鏡と呼ぶ)の一例としてニポーディスクを用いた走査型顕微鏡の基本構成を説明する。マルチビーム走査型顕微鏡において、光源より発した光束は、コンデンサレンズによってニポーディスク上に照射される。ニポーディスクに設けられた複数の小開口を透過することによって分割された複数の光束は、夫々、リレーレンズと対物レンズを介して標本上の一点に集光される。標本から反射した光束は、対物レンズとリレーレンズとを介して再びニポーディスクの小開口上に集光される。   Next, a basic configuration of a scanning microscope using a Nipo disk as an example of a scanning microscope using a multi-beam scanning device (hereinafter referred to as a multi-beam scanning microscope) will be described. In a multi-beam scanning microscope, a light beam emitted from a light source is irradiated onto a Nipo disk by a condenser lens. A plurality of light beams divided by transmitting through a plurality of small apertures provided in the Nipo disk are condensed on one point on the sample via a relay lens and an objective lens, respectively. The light beam reflected from the sample is condensed again on the small opening of the Nipo disk through the objective lens and the relay lens.

ニポーディスクとコンデンサレンズとの間に配置されたビームスプリッタは、ニポーディスクからの透過光を、光源とは異なる方向へ偏向させる。偏向された透過光が撮影レンズによってイメージセンサ上に集光される。このような構成により、イメージセンサ上には、標本の反射率に比例した像が形成される。形成された像がイメージセンサにより検出され、画像表示装置に表示される。ニポーディスクに設けられた複数の小開口は所定の間隔を空けて設けられるので、標本上に一度に当たる照明は多重スポット照明となる。しかし、ニポーディスクをモータによって高速に回転させているので、短時間ですべての標本面上を走査でき、肉眼による共焦点の観察が可能になる。   The beam splitter disposed between the Nipo disk and the condenser lens deflects the transmitted light from the Nipo disk in a direction different from that of the light source. The deflected transmitted light is collected on the image sensor by the photographing lens. With such a configuration, an image proportional to the reflectance of the sample is formed on the image sensor. The formed image is detected by the image sensor and displayed on the image display device. Since the plurality of small openings provided in the Nipo disk are provided at predetermined intervals, the illumination that hits the sample at a time is multi-spot illumination. However, since the Nipo disk is rotated at high speed by the motor, all specimen surfaces can be scanned in a short time, and confocal observation with the naked eye becomes possible.

このように、両者の基本構成の差異から理解されるように、シングルビーム走査型顕微鏡においては、光源の照明効率などが良いが、顕微鏡の視野全体の走査時間はマルチビーム走査型顕微鏡より長い。近年、試料の外観などの高速な時間変化を観察することが求められている。例えば、ビデオレート以上の100fpsで画像を取得するためには、走査装置に数十KHz相当の高速性能が必要である。しかし、走査装置に備えられる反射部のサイズを大きく保ったまま高速性能を満たすことは困難である。一方、上述のようにニポーディスクを用いているものを含めたマルチビーム走査型顕微鏡においては、走査時間が非常に短いので、1000fpsで高速に画像を取得可能であり、試料外観の高速な時間変化を観察するのに適している。   Thus, as can be understood from the difference between the basic configurations of the two, the single beam scanning microscope has good illumination efficiency of the light source, but the scanning time of the entire field of view of the microscope is longer than that of the multi-beam scanning microscope. In recent years, it has been required to observe high-speed time changes such as the appearance of a sample. For example, in order to acquire an image at 100 fps that is equal to or higher than the video rate, the scanning device needs high-speed performance equivalent to several tens of KHz. However, it is difficult to satisfy high-speed performance while keeping the size of the reflection portion provided in the scanning device large. On the other hand, in the multi-beam scanning microscope including the one using the Nipo disk as described above, since the scanning time is very short, an image can be acquired at a high speed at 1000 fps, and the time required for the appearance of the sample is high. Suitable for observing changes.

特表平1−503493号公報JP-T-1-503493 特開平5−60980号公報Japanese Patent Laid-Open No. 5-60980 特開平8−211296号公報Japanese Patent Laid-Open No. 8-21296

T.R.Corle and G.S.Kino, “Confocal Scanning Optical Microscopy and Related Imaging Systems”, Academic Press (1966)T.R.Corle and G.S.Kino, “Confocal Scanning Optical Microscopy and Related Imaging Systems”, Academic Press (1966)

ところで、このような高速観察に好適なマルチビーム走査型顕微鏡においても、散乱を伴う試料の観察において問題点がある。走査型顕微鏡は、資料中に集光したレーザのスポットと共役な位置にピンホールを配置することにより、レーザのスポット近傍のみの信号光(例えば、蛍光)を選択して取得することを可能足らしめることを特徴としている。それゆえ、試料による光の散乱が大きくないとみなせる場合には、その効力が発揮される。しかし、特に生体組織を試料とする場合には、生体組織の強散乱性によってレーザスポット近傍の信号光はたちまち散乱される。従って、ニポーディスクによって生成された多数のマルチビームが標本上に集光されても、マルチビームで発生した信号光は強く散乱し、対応する小開口とは別の小開口に信号光が染出すクロストークが発生する。小開口は光学的に共役な微小領域以外の微小領域における信号光も透過するため、ノイズ成分が増加する。クロストークを減少させるためにはマルチビームの空間的な間隔を広げることが考えられる。しかし、散乱の影響が非常に大きい場合には、マルチビームの本数が2本であったとしても、クロストークが発生し得る。   Incidentally, even in such a multi-beam scanning microscope suitable for high-speed observation, there is a problem in observation of a sample accompanied by scattering. A scanning microscope can select and acquire signal light (for example, fluorescence) only in the vicinity of the laser spot by placing a pinhole at a position conjugate with the laser spot condensed in the material. It is characterized by tightening. Therefore, when it can be considered that light scattering by the sample is not large, the effect is exhibited. However, particularly when a biological tissue is used as a sample, the signal light in the vicinity of the laser spot is quickly scattered due to the strong scattering property of the biological tissue. Therefore, even if a large number of multi-beams generated by the Nipo disk are collected on the specimen, the signal light generated by the multi-beams is strongly scattered, and the signal light is dyed into a small aperture different from the corresponding small aperture. Crosstalk occurs. Since the small aperture also transmits signal light in a minute region other than the optically conjugate minute region, the noise component increases. In order to reduce the crosstalk, it is conceivable to increase the spatial interval of the multi-beams. However, when the influence of scattering is very large, crosstalk can occur even if the number of multi-beams is two.

従って、上記のような問題点に鑑みてなされた本発明では、マルチビームによって発生する信号光に空間的なクロストークが生じても、ノイズの少ない画像を取得可能な走査型顕微鏡および操作型顕微鏡システムの提供を目的とする。   Therefore, in the present invention made in view of the above problems, a scanning microscope and an operation microscope that can acquire an image with little noise even when spatial crosstalk occurs in signal light generated by a multi-beam. The purpose is to provide a system.

上述した諸課題を解決すべく、第1の発明による走査型顕微鏡は、
光パルスを、複数の出射点から順番に繰返し出射する光源ユニットと、
複数の出射点から出射される前記光パルスを試料上に別々に集光させる対物レンズと、
対物レンズにより集光された複数の光パルスの走査点を試料に対して相対的に移動させるスキャナユニットと、
対物レンズにより集光された光パルスの集光点と共役な位置にピンホールが形成されたピンホールアレイと、
光源ユニットから対物レンズまでの間の光パルスの光路上に設けられ、光パルスの照射により試料から発する信号光を光パルスから分離する光学的分離器と、
光学的分離器により分離された信号光の光量を検出する光量検出器と、
光量検出器による光量の検出時点における走査点を検出する位置検出システムと、
光量と走査点に基づいて試料の画像を再構成する画像再構成装置に、光量と照射位置とを出力する出力器とを備える
ことを特徴とするものである。
In order to solve the above-described problems, the scanning microscope according to the first invention is
A light source unit that repeatedly emits light pulses sequentially from a plurality of emission points;
An objective lens that separately collects the light pulses emitted from a plurality of emission points on a sample;
A scanner unit for moving the scanning points of a plurality of light pulses collected by the objective lens relative to the sample; and
A pinhole array in which a pinhole is formed at a position conjugate with the focal point of the light pulse collected by the objective lens;
An optical separator provided on the optical path of the light pulse between the light source unit and the objective lens, and separating the signal light emitted from the sample by irradiation of the light pulse from the light pulse;
A light amount detector for detecting the light amount of the signal light separated by the optical separator;
A position detection system that detects a scanning point at the time of detection of the amount of light by the light amount detector;
An image reconstruction device that reconstructs an image of a sample based on a light amount and a scanning point includes an output device that outputs the light amount and an irradiation position.

本発明の第1の発明による操作型顕微鏡システムは、
光パルスを、複数の出射点から順番に繰返し出射する光源ユニットと、
複数の出射点から出射される光パルスを試料上に別々に集光させる対物レンズと、
対物レンズにより集光された複数の光パルスの走査点を試料に対して相対的に移動させるスキャナユニットと、
対物レンズにより集光された光パルスの集光点と共役な位置にピンホールが形成されたピンホールアレイと、
光源ユニットから対物レンズまでの間の光パルスの光路上に設けられ、光パルスの照射により試料から発する信号光を光パルスから分離する光学的分離器と、
光学的分離器により分離された信号光の光量を検出する光量検出器と、
光量検出器による光量の検出時点における走査点を検出する位置検出システムと、
光量と走査点とに基づいて試料の画像を再構成する画像再構成装置と、
画像再構成装置が再構成した試料の画像を表示するモニタとを備える
ことを特徴とするものである。
The operation type microscope system according to the first aspect of the present invention comprises:
A light source unit that repeatedly emits light pulses sequentially from a plurality of emission points;
An objective lens that separately collects light pulses emitted from a plurality of emission points on a sample;
A scanner unit for moving the scanning points of a plurality of light pulses collected by the objective lens relative to the sample; and
A pinhole array in which a pinhole is formed at a position conjugate with the focal point of the light pulse collected by the objective lens;
An optical separator provided on the optical path of the light pulse between the light source unit and the objective lens, and separating the signal light emitted from the sample by irradiation of the light pulse from the light pulse;
A light amount detector for detecting the light amount of the signal light separated by the optical separator;
A position detection system that detects a scanning point at the time of detection of the amount of light by the light amount detector;
An image reconstruction device for reconstructing an image of the sample based on the amount of light and the scanning point;
The image reconstruction apparatus includes a monitor that displays an image of the reconstructed sample.

上記のように構成された本発明に係る走査型顕微鏡によれば、マルチビームを用いながら、ノイズの少ない画像を取得可能である。   According to the scanning microscope according to the present invention configured as described above, an image with less noise can be acquired using a multi-beam.

本発明の第1の実施形態に係る走査型顕微鏡を含む走査型顕微鏡システムの光学的な概略構成および電気的な概略構成を示す構成図である。1 is a configuration diagram illustrating an optical schematic configuration and an electrical schematic configuration of a scanning microscope system including a scanning microscope according to a first embodiment of the present invention. 図1の光源ユニットの構成を概略的に図示するブロック図である。FIG. 2 is a block diagram schematically illustrating a configuration of a light source unit in FIG. 1. 第1〜第4の光導波路に入射した励起光パルスの出射時期を示すタイミングチャートである。It is a timing chart which shows the outgoing time of the excitation light pulse which injected into the 1st-4th optical waveguide. 走査型顕微鏡により観察される試料の走査範囲を示す図である。It is a figure which shows the scanning range of the sample observed with a scanning microscope. 励起光パルスの照射位置の時間変化を示すタイミングチャートである。It is a timing chart which shows the time change of the irradiation position of an excitation light pulse. 第1〜第4の出射端を直線上に並べない場合の試料の走査範囲を示す図である。It is a figure which shows the scanning range of the sample when the 1st-4th output end is not arranged on a straight line. 本発明の第2の実施形態に係る走査型顕微鏡を含む走査型顕微鏡システムの光学的な概略構成および電気的な概略構成を示す構成図である。It is a block diagram which shows the optical schematic structure and electrical schematic structure of the scanning microscope system containing the scanning microscope which concerns on the 2nd Embodiment of this invention.

以下、本発明の適用した走査型顕微鏡の実施形態について、図面を参照して説明する。   Hereinafter, embodiments of a scanning microscope to which the present invention is applied will be described with reference to the drawings.

図1は、本発明の第1の実施形態に係る走査型顕微鏡を含む走査型顕微鏡システムの光学的な構成および電気的な概略構成を示す構成図である。   FIG. 1 is a configuration diagram showing an optical configuration and an electrical schematic configuration of a scanning microscope system including a scanning microscope according to the first embodiment of the present invention.

走査型顕微鏡システム100は、走査型顕微鏡110、画像処理装置101、モニタ102によって構成される。後に詳述するように、走査型顕微鏡110は、スポット状の励起光で試料Sを走査する。また、試料Sに照射された励起光による蛍光の光量が、走査型顕微鏡110により検出される。また、走査型顕微鏡110によりスポット状の励起光の照射位置が検出される。蛍光の光量および照射位置が、走査型顕微鏡110から画像処理装置101に伝達される。画像処理装置101では、蛍光の光量と照射位置に基づいて、試料Sの画像を再構成する。再構成された画像はモニタ102に送信され、表示される。   The scanning microscope system 100 includes a scanning microscope 110, an image processing apparatus 101, and a monitor 102. As will be described in detail later, the scanning microscope 110 scans the sample S with spot-like excitation light. In addition, the amount of fluorescent light generated by the excitation light applied to the sample S is detected by the scanning microscope 110. Further, the irradiation position of the spot-like excitation light is detected by the scanning microscope 110. The amount of fluorescence and the irradiation position are transmitted from the scanning microscope 110 to the image processing apparatus 101. The image processing apparatus 101 reconstructs an image of the sample S based on the amount of fluorescent light and the irradiation position. The reconstructed image is transmitted to the monitor 102 and displayed.

次に、走査型顕微鏡110の構成について、説明する。走査型顕微鏡110は、光源ユニット120、第1〜第5のレンズ111a〜111e、ダイクロイックミラー112、ピンホールアレイ113、スキャナユニット114、対物レンズ115、PMT116(光量検出器、出力器)、位置検出部117(出力器)、および制御部118などによって構成される。   Next, the configuration of the scanning microscope 110 will be described. The scanning microscope 110 includes a light source unit 120, first to fifth lenses 111a to 111e, a dichroic mirror 112, a pinhole array 113, a scanner unit 114, an objective lens 115, a PMT 116 (light quantity detector, output device), and position detection. The unit 117 (output device) and the control unit 118 are configured.

光源ユニット120は、図2に示すように、LD121、変調器122、分岐器123、遅延器124、および位置規制体125によって構成される。   As shown in FIG. 2, the light source unit 120 includes an LD 121, a modulator 122, a branching device 123, a delay device 124, and a position restricting body 125.

生体に照射すると蛍光を発光させる励起光がLD121から出射される。励起光は、変調器122により(1)式を満たす繰返し周波数R、パルス幅Tの励起光パルスに変換される。   When the living body is irradiated, excitation light that emits fluorescence is emitted from the LD 121. The excitation light is converted by the modulator 122 into excitation light pulses having a repetition frequency R and a pulse width T satisfying the expression (1).

N×(T+τ)<1/R (1)
なお(1)式において、τは励起光が照射された生体から発光され発光が停止するまでの蛍光寿命である。また、Nは分岐器123により分岐される光の列数であり、本実施形態では4である。
N × (T + τ) <1 / R (1)
In the equation (1), τ is the fluorescence lifetime until light emission from the living body irradiated with excitation light is stopped. N is the number of columns of light branched by the branching device 123, and is 4 in this embodiment.

励起光パルスは、分岐器123により強度および位相が実質的に等しくなるように4列に分岐され、遅延器124に入射される。なお、分岐器123は、例えばハーフミラー(図示せず)およびミラー(図示せず)の組合せ、ファイバカプラ(図示せず)の組合せ、および回折格子などにより形成可能である。   The pumping light pulses are branched into four rows by the branching device 123 so that the intensity and the phase are substantially equal, and are incident on the delay device 124. The branching device 123 can be formed by, for example, a combination of a half mirror (not shown) and a mirror (not shown), a combination of a fiber coupler (not shown), a diffraction grating, or the like.

遅延器124には、第1〜第4の遅延路124a〜124dが設けられる。分岐器123により分岐された4列の励起光パルスは、別々の遅延路124a〜124に入射される。繰返し周波数Rの励起光パルスが各遅延路124a〜124dから出射される時期がずれるように、各遅延路124a〜124dの長さが調整される。例えば、第2、第3、および第4の遅延路124b、124c、124dは、それぞれ第1の遅延路124aよりもΔ(=c/(4nR)、cは光速、nは第1〜第4の光導波路124a〜124dの屈折率とする)、2Δ、3Δだけ長くなるように形成される。   The delay device 124 is provided with first to fourth delay paths 124a to 124d. The four rows of pumping light pulses branched by the branching device 123 are incident on separate delay paths 124 a to 124. The lengths of the delay paths 124a to 124d are adjusted so that the timings at which the excitation light pulses having the repetition frequency R are emitted from the delay paths 124a to 124d are shifted. For example, the second, third, and fourth delay paths 124b, 124c, and 124d are more than Δ (= c / (4nR), c is the speed of light, and n is the first to fourth speeds than the first delay path 124a. The optical waveguides 124a to 124d have a refractive index of 2Δ and 3Δ).

このような構成により、図3に示すように、同時に第1〜第4の遅延路124a〜124dの入射端に繰返し周波数Rで入射する励起光パルスは、互いに隣合う遅延路とは繰返し周波数が4Rとなるように、第1〜第4の遅延路124a〜124dの第1〜第4の出射端t1〜t4から順番に繰返し、出射される。第1〜第4の出射端t1〜t4は、一定の間隔で直線上に並び且つ出射する励起光パルスの主光線が互いに平行となるように、位置規制体125により固定される。   With such a configuration, as shown in FIG. 3, the excitation light pulses that are simultaneously incident on the incident ends of the first to fourth delay paths 124a to 124d at the repetition frequency R have a repetition frequency different from that of the adjacent delay paths. 4R is repeatedly emitted in order from the first to fourth emission ends t1 to t4 of the first to fourth delay paths 124a to 124d. The first to fourth emission ends t1 to t4 are fixed by the position restricting body 125 so that the chief rays of the excitation light pulses that are arranged in a straight line at a constant interval and are emitted in parallel to each other.

図1において、第1〜第4の出射端t1〜t4から出射される励起光パルスは、第1、第2のレンズ111a、111bによってテレセントリックな状態でピンホールアレイ113に形成される4つのピンホールに別々に集光される。ピンホールに集光された励起光パルスは、ピンホールを通過し、第3のレンズ111c、スキャナユニット114、第4、第5のレンズ111d、111e、および対物レンズ115を介して試料表面乃至試料内部に集光される。   In FIG. 1, the excitation light pulses emitted from the first to fourth emission ends t1 to t4 are four pins formed in the pinhole array 113 in a telecentric state by the first and second lenses 111a and 111b. It is condensed separately in the hall. The excitation light pulse collected in the pinhole passes through the pinhole and passes through the third lens 111c, the scanner unit 114, the fourth and fifth lenses 111d and 111e, and the objective lens 115, and the sample surface to the sample. It is condensed inside.

なお、第3、第4のレンズ111c、111dはリレー光学系を形成する。また、第4のレンズ111dによりスキャナユニット114と対物レンズ115の瞳位置とが共役位置に配置される。第4のレンズ111dを用いることにより、ピンホールを通過した励起光パルスを正しい位置および角度で対物レンズ115に入射させることが可能である。なお、後述するように、スキャナユニット114は互いに直交する軸に回動する第1、第2のガルバノミラー114a、114bを有しており、第1、第2のガルバノミラー114a、114bを瞳位置の共役位置近傍に配置することにより、スキャナユニット114と瞳位置とを共役位置に配置することが可能である。また、第1、第2のガルバノミラー114a、114bと瞳位置とが共役となるように、第1、第2のガルバノミラー114a、114b間にリレーレンズを設けることにより、スキャナユニット114と瞳位置とを共役位置に配置する構成であってもよい。   The third and fourth lenses 111c and 111d form a relay optical system. The fourth lens 111d places the scanner unit 114 and the pupil position of the objective lens 115 at the conjugate position. By using the fourth lens 111d, the excitation light pulse that has passed through the pinhole can be incident on the objective lens 115 at the correct position and angle. As will be described later, the scanner unit 114 includes first and second galvanometer mirrors 114a and 114b that rotate about axes orthogonal to each other, and the first and second galvanometer mirrors 114a and 114b are positioned at the pupil position. By arranging in the vicinity of the conjugate position, the scanner unit 114 and the pupil position can be arranged at the conjugate position. Further, by providing a relay lens between the first and second galvanometer mirrors 114a and 114b so that the first and second galvanometer mirrors 114a and 114b and the pupil position are conjugate, the scanner unit 114 and the pupil position are arranged. May be arranged in a conjugate position.

スキャナユニット114は、光軸と直交する2次元面内において試料表面乃至試料内部を励起光パルスによって走査する。なお、前述のように、励起光パルスは第1〜第4の出射端t1〜t4から出射され、試料上にスポット状に照射される。したがって、スキャナユニット114は、試料表面乃至試料内部を4列の励起光パルスによって順次走査する。図4に示すように、走査により、走査型顕微鏡100の視野範囲全域ea(以後、全照射領域と呼ぶ)が4列の励起光パルスによって照射される。   The scanner unit 114 scans the sample surface or the inside of the sample with an excitation light pulse in a two-dimensional plane orthogonal to the optical axis. As described above, the excitation light pulse is emitted from the first to fourth emission ends t1 to t4 and irradiated onto the sample in a spot shape. Therefore, the scanner unit 114 sequentially scans the surface of the sample or the inside of the sample with four rows of excitation light pulses. As shown in FIG. 4, the entire field of view ea of the scanning microscope 100 (hereinafter, referred to as an entire irradiation region) is irradiated with four rows of excitation light pulses by scanning.

第1のガルバノミラー114aにより、第1の走査方向に沿って試料表面乃至試料内部が走査される。また、第2のガルバノミラー114bにより、第1の走査方向に垂直な第2の走査方向に沿って試料表面乃至試料内部が走査される。第1の出射端t1に対応する第1列の励起光パルスep1によって、全照射領域eaを第2の走査方向に沿って4分割した第1の部分領域ua1がラスタ走査される。同様に、第2〜第4の出射端t2〜t4に対応する第2〜第4列の励起光パルスep2〜ep4によって、第1の部分領域ua1と別の第2〜第4の部分領域ua2〜ua4がラスタ走査される。例えば、全照射領域eaを512本の走査線によって走査する場合には、第1〜第128の走査線を第1列の励起光パルスep1によって走査させ、第129〜第256の走査線を第2列の励起光パルスによって走査させ、第257〜第384の走査線を第3列の励起光パルスによって走査させ、第385〜第512の走査線を第4列の励起光パルスによって走査させる。   The first galvanometer mirror 114a scans the sample surface or the inside of the sample along the first scanning direction. Further, the sample surface or the inside of the sample is scanned along the second scanning direction perpendicular to the first scanning direction by the second galvanometer mirror 114b. The first partial region ua1 obtained by dividing the entire irradiation region ea into four along the second scanning direction is raster-scanned by the first row of excitation light pulses ep1 corresponding to the first emission end t1. Similarly, the second to fourth partial regions ua2 different from the first partial region ua1 by the excitation light pulses ep2 to ep4 in the second to fourth columns corresponding to the second to fourth emission ends t2 to t4. ... Ua4 is raster scanned. For example, when the entire irradiation area ea is scanned by 512 scanning lines, the first to 128th scanning lines are scanned by the excitation light pulse ep1 of the first column, and the 129th to 256th scanning lines are scanned. Scanning is performed with two rows of excitation light pulses, the 257th to 384th scanning lines are scanned with the third row of excitation light pulses, and the 385th to 512th scanning lines are scanned with the fourth row of excitation light pulses.

前述のように、隣り合う列の励起光パルスは1/(4×R)のずれを有するので、図5に示すように、各部分領域ua1〜ua4には、同時にではなく時間をずらしながら励起光パルス(符号ep参照)が順番に繰返し照射される。   As described above, since the excitation light pulses in adjacent columns have a shift of 1 / (4 × R), as shown in FIG. 5, the partial regions ua1 to ua4 are excited while shifting the time instead of simultaneously. Light pulses (see symbol ep) are repeatedly irradiated in order.

なお、上述のように、第1〜第4列の励起光パルスにより、それぞれ第1〜第4の部分領域ua1〜ua4が走査されるように、第1〜第4の出射端t1〜t4の間隔が定められる。すなわち、第1〜第4の出射端t1〜t4における励起光パルスの光軸に垂直な仮想平面において、第1の走査方向に対応する第1の対応方向に垂直な直線上に等間隔になるように第1〜第4の出射端t1〜t4の位置が決められる。   As described above, the first to fourth emission ends t1 to t4 are scanned so that the first to fourth partial regions ua1 to ua4 are scanned by the excitation light pulses of the first to fourth columns, respectively. An interval is defined. In other words, the virtual planes perpendicular to the optical axis of the excitation light pulse at the first to fourth emission ends t1 to t4 are equally spaced on a straight line perpendicular to the first corresponding direction corresponding to the first scanning direction. In this way, the positions of the first to fourth emission ends t1 to t4 are determined.

励起光パルスが照射されると、照射された励起光パルスの集光点近傍において試料が励起されて蛍光(信号光)が発生する。対物レンズ115による集光点とピンホールとが共役位置となるように、対物レンズ115およびピンホールアレイ113が配置されており、集光点において発生する蛍光成分のみがピンホールアレイ113の各ピンホールに結像する。集光点近傍において発生する蛍光成分はピンホールの周りにはみ出して結像するため、通過が制限される。したがって、集光点における蛍光成分のみがピンホールを通過する。   When the excitation light pulse is irradiated, the sample is excited in the vicinity of the condensing point of the irradiated excitation light pulse, and fluorescence (signal light) is generated. The objective lens 115 and the pinhole array 113 are arranged so that the condensing point by the objective lens 115 and the pinhole are in a conjugate position, and only the fluorescent component generated at the condensing point is each pin of the pinhole array 113. Form an image in the hole. Since the fluorescent component generated in the vicinity of the condensing point protrudes around the pinhole and forms an image, passage is restricted. Therefore, only the fluorescent component at the condensing point passes through the pinhole.

ピンホールアレイ113を通過した蛍光は、第2のレンズ111bを透過してダイクロイックミラー112に到達する。蛍光はダイクロイックミラー112により反射され、ダイクロイックミラー112を透過する励起光の試料Sによる反射光から分離される。反射された蛍光はPMT116によって受光される。PMT116により受光量に応じた画素信号が生成され、画像処理装置101に伝達される。   The fluorescence that has passed through the pinhole array 113 passes through the second lens 111 b and reaches the dichroic mirror 112. The fluorescence is reflected by the dichroic mirror 112 and separated from the reflected light from the sample S of the excitation light that passes through the dichroic mirror 112. The reflected fluorescence is received by the PMT 116. A pixel signal corresponding to the amount of received light is generated by the PMT 116 and transmitted to the image processing apparatus 101.

なお、各列の励起光パルスに対応する蛍光は第2のレンズ111b、ダイクロイックミラー112を介して、PMT116の受光部上に広く分布する。蛍光の入射範囲より広い受光部を有するPMT116が選択され、用いられる。   Note that the fluorescence corresponding to the excitation light pulse in each column is widely distributed on the light receiving portion of the PMT 116 via the second lens 111b and the dichroic mirror 112. A PMT 116 having a light receiving portion wider than the fluorescence incident range is selected and used.

なお、画像処理装置101には画素信号だけでなく、以下に説明するように位置検出部117において検知される励起光パルスの走査点の位置が位置情報として伝達される。位置検出部117は、第1、第2のガルバノミラー114a、114bに設けられる回転速度メータ(図示せず)により検出される第1、第2のガルバノミラー114a、114bの回転速度に基づいて第1、第2のガルバノミラー114a、114bによる各列の励起光パルスの偏向方向を算出する。また、位置検出部117には、制御部118によって検知される励起光パルスを出射中の出射端が伝達される。なお、出射中の出射端は、いかなる方法で検知してもよい。例えば、制御部118により励起光パルスを出射開始時期と出射開始後の経過時間とに基づいて、いずれの出射端から励起光パルスが出射されているかを検知可能である。位置検出部117は、偏向方向および出射中の出射端に基づいて、励起光パルスが照射されている走査点の位置を検出する。   Note that not only the pixel signal but also the position of the scanning point of the excitation light pulse detected by the position detection unit 117 is transmitted to the image processing apparatus 101 as position information as described below. The position detection unit 117 is based on the rotation speeds of the first and second galvanometer mirrors 114a and 114b detected by a rotation speed meter (not shown) provided in the first and second galvanometer mirrors 114a and 114b. 1. The deflection direction of the excitation light pulse of each column by the first and second galvanometer mirrors 114a and 114b is calculated. Further, the position detection unit 117 is transmitted with the emission end from which the excitation light pulse detected by the control unit 118 is emitted. Note that the emission end during emission may be detected by any method. For example, the control unit 118 can detect from which exit end the excitation light pulse is emitted based on the emission start time of the excitation light pulse and the elapsed time after the emission start. The position detection unit 117 detects the position of the scanning point irradiated with the excitation light pulse based on the deflection direction and the emission end during emission.

光源ユニット120、スキャナユニット114、および位置検出部117は、制御部118の制御に基づいて、それぞれ励起光パルスを出射し、第1、第2のガルバノミラー114a、114bによる走査を実行し、励起光パルスの照射位置を検出する。   The light source unit 120, the scanner unit 114, and the position detection unit 117 emit excitation light pulses based on the control of the control unit 118, perform scanning by the first and second galvanometer mirrors 114a and 114b, and perform excitation. The irradiation position of the light pulse is detected.

画像処理装置101は、画素信号と位置信号とに基づいて2次元状の試料の画像を再構成する。再構成された、2次元画像はモニタ102に送信され、表示される。   The image processing apparatus 101 reconstructs a two-dimensional sample image based on the pixel signal and the position signal. The reconstructed two-dimensional image is transmitted to the monitor 102 and displayed.

以上のような構成の第1の実施形態の走査型顕微鏡によれば、低ノイズの画像を高速に取得可能である。前述のように、本実施形態においても、試料Sにおける蛍光は散乱により対応するピンホール以外のピンホールにも入射し得る、すなわち空間的なクロストークが発生し得る。しかし、本実施形態の走査型顕微鏡によれば、複数の出射端から出射されるマルチビームの試料Sへの照射時期および試料Sからの蛍光の発生時期を分離させることが可能である。蛍光の発生時期を分離することにより、空間的なクロストークが発生しても別の照射位置における蛍光の検出が防止されるので、低ノイズの試料画像を再構成可能である。また、4本のマルチビームにより試料を走査するので、既存のガルバノミラーを用いながら走査速度を向上させることが可能である。したがって、高速で試料画像を採取可能である。   According to the scanning microscope of the first embodiment configured as described above, a low-noise image can be acquired at high speed. As described above, also in this embodiment, the fluorescence in the sample S can be incident on a pinhole other than the corresponding pinhole by scattering, that is, spatial crosstalk can occur. However, according to the scanning microscope of this embodiment, it is possible to separate the irradiation time of the multi-beams emitted from a plurality of emission ends onto the sample S and the generation time of fluorescence from the sample S. By separating the generation time of fluorescence, detection of fluorescence at another irradiation position is prevented even if spatial crosstalk occurs, so that a low-noise sample image can be reconstructed. In addition, since the sample is scanned by four multi-beams, the scanning speed can be improved while using an existing galvanometer mirror. Therefore, a sample image can be collected at high speed.

また、第1の実施形態の走査型顕微鏡によれば、上述のように第1〜第4の出射端t1〜t4を配置することにより、照射時期を分離させた構成においてスキャナユニット114の制御の簡素化を図りながら、フレームレートの最速化を図ることが可能である。例えば本実施形態と異なる構成として、第1、第2、第3、第4の出射端t1、t2、t3、t4から出射される励起光パルスが、第(4n−3)、第(4n−2)、第(4n−1)、第4nの走査線(1≦n≦128)に沿って走査される構成が考えられる。このような構成においてフレームレートを最速化するためには、第1の走査方向に沿った端部に走査点が達したときに、高速で第2の走査方向に4本の走査線に相当する距離だけ走査点を移動させる必要がある。したがって、第1のガルバノミラー114aによる偏向方向に応じて第2のガルバノミラー114bによる走査速度を変える必要がある。一方、本実施形態の構成によれば、第1のガルバノミラー114aの偏向方向に拠らず、第2のガルバノミラー114の走査速度を一定に保つことが可能なので、スキャナユニット114の制御が簡素化される。   Further, according to the scanning microscope of the first embodiment, the first to fourth emission ends t1 to t4 are arranged as described above to control the scanner unit 114 in a configuration in which the irradiation timing is separated. It is possible to maximize the frame rate while simplifying. For example, as a configuration different from the present embodiment, the excitation light pulses emitted from the first, second, third, and fourth emission ends t1, t2, t3, and t4 are (4n-3) th (4n- 2) A configuration in which scanning is performed along the (4n−1) th and 4nth scanning lines (1 ≦ n ≦ 128) is conceivable. In order to maximize the frame rate in such a configuration, when the scanning point reaches the end along the first scanning direction, it corresponds to four scanning lines in the second scanning direction at high speed. It is necessary to move the scanning point by the distance. Therefore, it is necessary to change the scanning speed by the second galvanometer mirror 114b in accordance with the deflection direction by the first galvanometer mirror 114a. On the other hand, according to the configuration of the present embodiment, the scanning speed of the second galvanometer mirror 114 can be kept constant regardless of the deflection direction of the first galvanometer mirror 114a, and thus the control of the scanner unit 114 is simple. It becomes.

また、第1の実施形態の走査型顕微鏡によれば、上述のように第1〜第4の出射端t1〜t4を配置することにより、PMT116により受光した蛍光を有効に活用することが可能である。第1〜第4の出射端t1〜t4が第1の対応方向に垂直な直線上に配置されない場合には、図6に示すように、第1の走査方向に沿った各列の励起光パルスの走査範囲が変わる。それゆえ、矩形の画像として再現する場合には、画像の再現に用いられない領域(斜線部参照)も走査され、用いられない蛍光を受光することがある。一方、本実施形態の構成によれば、画像の再現に用いられる領域のみが走査されるので、受光する蛍光を有効に活用することが可能である。   Further, according to the scanning microscope of the first embodiment, it is possible to effectively use the fluorescence received by the PMT 116 by arranging the first to fourth emission ends t1 to t4 as described above. is there. When the first to fourth emission ends t1 to t4 are not arranged on a straight line perpendicular to the first corresponding direction, as shown in FIG. 6, the excitation light pulses of each column along the first scanning direction The scanning range changes. Therefore, when reproducing as a rectangular image, a region that is not used for image reproduction (see the shaded area) is also scanned, and fluorescent light that is not used may be received. On the other hand, according to the configuration of the present embodiment, only the region used for image reproduction is scanned, so that it is possible to effectively utilize the received fluorescence.

また、第1の実施形態の走査型顕微鏡によれば、上述のように第2のレンズ111bとスキャナユニット114との間にピンホールアレイ113を設けることにより、試料Sに照射する励起光パルスを制限するためのピンホールと共焦点効果を得るためのピンホールを共用することが可能である。ピンホールを共用することにより構成の簡素化が可能である。   Further, according to the scanning microscope of the first embodiment, the excitation light pulse irradiated on the sample S is provided by providing the pinhole array 113 between the second lens 111b and the scanner unit 114 as described above. It is possible to share a pinhole for limiting and a pinhole for obtaining a confocal effect. The configuration can be simplified by sharing the pinhole.

次に本発明の第2の実施形態に係る走査型顕微鏡について説明する。第2の実施形態は、光源ユニット120とピンホールアレイ113間およびダイクロイックミラー112とPMT116間の構成において第1の実施形態と異なっている。以下に、第1の実施形態と異なる点を中心に第2の実施形態について説明する。なお、第1の実施形態と同じ機能および構成を有する部位には同じ符号を付す。   Next, a scanning microscope according to the second embodiment of the present invention will be described. The second embodiment differs from the first embodiment in the configuration between the light source unit 120 and the pinhole array 113 and between the dichroic mirror 112 and the PMT 116. The second embodiment will be described below with a focus on differences from the first embodiment. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the site | part which has the same function and structure as 1st Embodiment.

図7に示すように、第2の実施形態を適用した走査型顕微鏡200における光源ユニット120、第3〜第5のレンズ111c〜111e、ダイクロイックミラー112、ピンホールアレイ113、スキャナユニット114、対物レンズ115、位置検出部117、および制御部118の機能および構成は第1の実施形態と同じである。また、画像処理装置101およびモニタ102の機能および構成も第1の実施形態と同じである。   As shown in FIG. 7, the light source unit 120, the third to fifth lenses 111c to 111e, the dichroic mirror 112, the pinhole array 113, the scanner unit 114, and the objective lens in the scanning microscope 200 to which the second embodiment is applied. 115, the position detection unit 117, and the control unit 118 have the same functions and configurations as in the first embodiment. The functions and configurations of the image processing apparatus 101 and the monitor 102 are the same as those in the first embodiment.

第2の実施形態では、第1、第2のレンズ111a、111bの代わりに、第1、第2のレンズアレイ211a、211bが設けられる。第1、第2のレンズアレイ211a、211bには4つのレンズが設けられる。各列の励起光パルスが第1のレンズアレイ211aにおける4つのレンズを透過することにより平行光に変換される。平行光はダイクロイックミラー112を透過して、第2のレンズアレイ211bにおける4つのレンズを透過することによって、ピンホールアレイ113に形成されるピンホールに集光される。   In the second embodiment, first and second lens arrays 211a and 211b are provided instead of the first and second lenses 111a and 111b. Four lenses are provided in the first and second lens arrays 211a and 211b. The excitation light pulses in each column are converted into parallel light by passing through the four lenses in the first lens array 211a. The parallel light passes through the dichroic mirror 112 and passes through the four lenses in the second lens array 211b, thereby being condensed in the pinhole formed in the pinhole array 113.

第1の実施形態と同じく、ピンホールを通過した各列の励起光パルスにより試料Sにおいて発生する蛍光がピンホールアレイ113に到達する。第1の実施形態と異なり、ピンホールを通過した蛍光は第2のレンズアレイ211bによって平行光に変換される。変換された平行光はダイクロイックミラー112により分離され、PMT116に向かって反射される。ダイクロイックミラー112とPMT116との間には、集光レンズ119が設けられる。集光レンズ119により、各列に対応する蛍光はPMT116の一点に集光される。   As in the first embodiment, the fluorescence generated in the sample S reaches the pinhole array 113 by the excitation light pulse of each column that has passed through the pinhole. Unlike the first embodiment, the fluorescence that has passed through the pinhole is converted into parallel light by the second lens array 211b. The converted parallel light is separated by the dichroic mirror 112 and reflected toward the PMT 116. A condensing lens 119 is provided between the dichroic mirror 112 and the PMT 116. The condensing lens 119 condenses the fluorescence corresponding to each column at one point of the PMT 116.

第1の実施形態と同じく、PMT116おいて受光量に応じた画素信号が生成され、画像処理装置101に伝達される。また、第1の実施形態と同じく、画像処理装置101は、画素信号と位置検出部117から伝達された位置信号に基づいて、2次元状の試料の画像を再構成する。   Similar to the first embodiment, a pixel signal corresponding to the amount of received light is generated in the PMT 116 and transmitted to the image processing apparatus 101. Further, as in the first embodiment, the image processing apparatus 101 reconstructs a two-dimensional sample image based on the pixel signal and the position signal transmitted from the position detection unit 117.

以上のような構成の第2の実施形態の走査型顕微鏡によっても、低ノイズの画像を高速に取得可能である。また、第1の実施形態と同じく、第2の実施形態の走査型顕微鏡によってもフレームレートの最速化、蛍光の有効活用、構成の簡素化を図ることが可能である。   Even with the scanning microscope of the second embodiment configured as described above, a low-noise image can be acquired at high speed. Similarly to the first embodiment, the scanning microscope of the second embodiment can also achieve the highest frame rate, effective use of fluorescence, and simplification of the configuration.

さらに、第1の実施形態と異なり、ピンホールアレイ113から出射され第2のレンズアレイ211bを透過した蛍光は、励起光パルスを出射した出射端によらず平行な方向に出射される。平行な方向に出射されるので集光レンズ119を用いることによりPMT116の1点に集光させることが可能である。したがって、第1の実施形態と異なり、検出部の小さなPMT116を用いることが可能となる。   Furthermore, unlike the first embodiment, the fluorescence emitted from the pinhole array 113 and transmitted through the second lens array 211b is emitted in a parallel direction regardless of the emission end from which the excitation light pulse is emitted. Since the light is emitted in a parallel direction, it is possible to collect light at one point of the PMT 116 by using the condensing lens 119. Therefore, unlike the first embodiment, it is possible to use the PMT 116 having a small detection unit.

本発明を諸図面や実施例に基づき説明してきたが、当業者であれば本開示に基づき種々の変形や修正を行うことが容易であることに注意されたい。従って、これらの変形や修正は本発明の範囲に含まれることに留意されたい。   Although the present invention has been described based on the drawings and examples, it should be noted that those skilled in the art can easily make various modifications and corrections based on the present disclosure. Therefore, it should be noted that these variations and modifications are included in the scope of the present invention.

例えば、上記の第1、第2の実施形態において、蛍光を分離するためにダイクロイックミラー112を用いたが、偏光ビームスプリッタとλ/4板とを組合わせた構成を用いて、試料の反射光を分離してPMT116で受光してもよい。光源から出射された光を透過し、反射光および蛍光の少なくとも一方を光源から出射された光から分離するいかなる光学的分離器を用いてもよい。   For example, in the first and second embodiments described above, the dichroic mirror 112 is used to separate fluorescence, but the reflected light of the sample is obtained using a configuration in which a polarizing beam splitter and a λ / 4 plate are combined. May be separated and received by the PMT 116. Any optical separator that transmits light emitted from the light source and separates at least one of reflected light and fluorescence from the light emitted from the light source may be used.

また、第1、第2の実施形態において、スキャナユニット114が励起光パルスを偏向させることによって試料が走査される構成であるが、試料を変位させるステージスキャナを用いて複数の励起光パルスを試料に対して相対的に移動させることにより走査される構成であってもよい。   In the first and second embodiments, the scanner unit 114 is configured to scan the sample by deflecting the excitation light pulse. However, a plurality of excitation light pulses are sampled using a stage scanner that displaces the sample. It may be configured to be scanned by moving it relative to.

また、第1、第2の実施形態において、光源ユニット120において光導波路の長さを変えることにより遅延器124が形成されるが、従来公知のいかなる遅延器を用いてもよい。例えば、ミラーとハーフミラーとを組合わせることによっても、本実施形態と同様の機能を有する遅延器を形成可能である。   In the first and second embodiments, the delay unit 124 is formed by changing the length of the optical waveguide in the light source unit 120, but any conventionally known delay unit may be used. For example, a delay device having a function similar to that of the present embodiment can be formed by combining a mirror and a half mirror.

また、第1、第2の実施形態において、LD121から出射した励起光を変調させることにより励起光パルスを生成する構成であるが、励起光パルスを発光するように励起光源を駆動する構成であってもよい。また、第1、第2の実施形態において、分岐器123を用いて励起光パルスを4列に分岐する構成であるが、分岐器123を用いずに直接4つの光源を設けて、励起光パルスを発する構成であってもよい。光源を別々に設けるのであれば、遅延器123を省いて、励起光パルスの発光時期をずらす構成であっても第1、第2の実施形態と同様の効果を得ることが可能である。   In the first and second embodiments, the excitation light pulse is generated by modulating the excitation light emitted from the LD 121. However, the excitation light source is driven to emit the excitation light pulse. May be. In the first and second embodiments, the pumping light pulse is branched into four rows using the branching device 123, but four light sources are provided directly without using the branching device 123, and the pumping light pulse is provided. The structure which emits may be sufficient. If the light sources are provided separately, the same effects as those of the first and second embodiments can be obtained even when the delay device 123 is omitted and the emission timing of the excitation light pulse is shifted.

また、第1、第2の実施形態において、第1、第2のガルバノミラー114a、114bの回転速度に基づいて励起光パルスの走査点を検出する構成であるが、他の方法により走査点を検出する構成であってもよい。例えば、エンコーダを用いて回転位置を検出して、回転位置に基づいて走査点を検出する構成であってもよい。   In the first and second embodiments, the scanning point of the excitation light pulse is detected based on the rotational speeds of the first and second galvanometer mirrors 114a and 114b. The structure to detect may be sufficient. For example, a configuration in which a rotational position is detected using an encoder and a scanning point is detected based on the rotational position may be used.

また、第1、第2の実施形態において、LD121は励起光を出射する構成であるが、通常の可視光を出射する光源を用いて反射光に基づいて試料の2次元画像を再構成する構成であってもよい。   In the first and second embodiments, the LD 121 is configured to emit excitation light, but is configured to reconstruct a two-dimensional image of a sample based on reflected light using a light source that emits normal visible light. It may be.

また、第1の実施形態において、ダイクロイックミラー112は第1、第2のレンズ111a、111bの間に設けられる構成であるが、第1のレンズ111aから対物レンズ115の間のいかなる位置に設けられてもよい。ただし、PMT116に検出される蛍光がピンホールにより制限されることが必要であり、ダイクロイックミラー112によりPMT116に受光される蛍光をピンホールに通過させる必要がある。したがって、ピンホールアレイ113よりも対物レンズ115側にダイクロイックミラー112を設ける場合には、ダイクロイックミラー112の反射方向において対物レンズ115の焦点と共役な位置にピンホールアレイ113を設けることが必要である。   In the first embodiment, the dichroic mirror 112 is provided between the first and second lenses 111a and 111b. However, the dichroic mirror 112 is provided at any position between the first lens 111a and the objective lens 115. May be. However, the fluorescence detected by the PMT 116 needs to be limited by the pinhole, and the fluorescence received by the PMT 116 by the dichroic mirror 112 needs to pass through the pinhole. Therefore, when the dichroic mirror 112 is provided closer to the objective lens 115 than the pinhole array 113, it is necessary to provide the pinhole array 113 at a position conjugate with the focal point of the objective lens 115 in the reflection direction of the dichroic mirror 112. .

100、200 走査型顕微鏡システム
101 画像処理装置
102 モニタ
110 走査型顕微鏡
111a〜111d 第1〜第4のレンズ
112 ダイクロイックミラー
113 ピンホールアレイ
114 スキャナユニット
114a、114b 第1、第2のガルバノミラー
115 対物レンズ
116 PMT
117 位置検出部
119 集光レンズ
120 光源ユニット
121 LD
122 変調器
123 分岐器
124 遅延器
124a〜124d 第1〜第4の光導波路
125 位置規制体
211a、211b 第1、第2のレンズアレイ
s 試料
t1〜t4 第1〜第4の出射端
DESCRIPTION OF SYMBOLS 100, 200 Scanning microscope system 101 Image processing apparatus 102 Monitor 110 Scanning microscope 111a-111d 1st-4th lens 112 Dichroic mirror 113 Pinhole array 114 Scanner unit 114a, 114b 1st, 2nd galvanometer mirror 115 Objective Lens 116 PMT
117 Position detector 119 Condenser lens 120 Light source unit 121 LD
122 modulator 123 branching device 124 delay device 124a to 124d first to fourth optical waveguides 125 position restrictors 211a and 211b first and second lens arrays s samples t1 to t4 first to fourth emission ends

Claims (11)

光パルスを、複数の出射点から順番に繰返し出射する光源ユニットと、
前記複数の出射点から出射される前記光パルスを試料上に別々に集光させる対物レンズと、
前記対物レンズにより集光された複数の前記光パルスの走査点を前記試料に対して相対的に移動させるスキャナユニットと、
前記対物レンズにより集光された前記光パルスの集光点と共役な位置にピンホールが形成されたピンホールアレイと、
前記光源ユニットから前記対物レンズまでの間の前記光パルスの光路上に設けられ、前記光パルスの照射により前記試料から発する信号光を前記光パルスから分離する光学的分離器と、
前記光学的分離器により分離された前記信号光の光量を検出する光量検出器と、
前記光量検出器による光量の検出時点における前記走査点を検出する位置検出システムと、
前記光量と前記走査点に基づいて前記試料の画像を再構成する画像再構成装置に、前記光量と前記照射位置とを出力する出力器とを備える
ことを特徴とする走査型顕微鏡。
A light source unit that repeatedly emits light pulses sequentially from a plurality of emission points;
An objective lens that separately focuses the light pulses emitted from the plurality of emission points on a sample;
A scanner unit for moving the scanning points of the plurality of light pulses collected by the objective lens relative to the sample;
A pinhole array in which a pinhole is formed at a position conjugate with a condensing point of the optical pulse collected by the objective lens;
An optical separator provided on an optical path of the light pulse between the light source unit and the objective lens, and separating signal light emitted from the sample by irradiation of the light pulse from the light pulse;
A light amount detector for detecting the light amount of the signal light separated by the optical separator;
A position detection system for detecting the scanning point at the time of detection of light quantity by the light quantity detector;
An image reconstruction device that reconstructs an image of the sample based on the light amount and the scanning point includes an output device that outputs the light amount and the irradiation position.
請求項1に記載の走査型顕微鏡において、前記スキャナユニットは前記光源ユニットと前記対物レンズとの間に設けられ、前記光パルスの偏向方向を変える偏向器を備えることを特徴とする走査型顕微鏡。   2. The scanning microscope according to claim 1, wherein the scanner unit includes a deflector that is provided between the light source unit and the objective lens and changes a deflection direction of the light pulse. 請求項1または請求項2に記載の走査型顕微鏡において、前記光源ユニットは、主光線が相互に平行となるように、前記複数の出射点から前記光パルスを出射することを特徴とする走査型顕微鏡。   3. The scanning microscope according to claim 1, wherein the light source unit emits the light pulse from the plurality of emission points so that chief rays are parallel to each other. microscope. 請求項3に記載の走査型顕微鏡において、前記複数の出射点から出射される前記光パルスの主光線を平行に保つように出射する第1の光学系を備えることを特徴とする走査型顕微鏡。   4. The scanning microscope according to claim 3, further comprising a first optical system that emits the principal rays of the optical pulses emitted from the plurality of emission points so as to be kept parallel. 請求項4に記載の走査型顕微鏡において、前記ピンホールアレイは前記第1の光学系から出射される前記複数の出射点に対応する前記光パルスの入射位置それぞれと前記ピンホールの位置とが一致するように、配置されることを特徴とする走査型顕微鏡。   5. The scanning microscope according to claim 4, wherein each of the incident positions of the light pulses corresponding to the plurality of emission points emitted from the first optical system matches the position of the pinhole in the pinhole array. A scanning microscope characterized by being arranged. 請求項4または請求項5に記載の走査型顕微鏡において、
前記光学的分離器により分離された前記信号光を前記光量検出器の一点に集光させる集光レンズを備え、
前記第1の光学系は、前記複数の出射点から出射される前記光パルスそれぞれの入射位置に設けられ前記光パルスをコリメートする第1のレンズ群と、前記第1のレンズ群によってコリメートされたそれぞれの光パルスを前記ピンホールに集光させる第2のレンズ群とを有し、
前記光学的分離器は、前記第1、第2のレンズ群の間に設けられる
ことを特徴とする走査型顕微鏡。
In the scanning microscope according to claim 4 or 5,
A condensing lens for condensing the signal light separated by the optical separator at one point of the light amount detector;
The first optical system is collimated by a first lens group that is provided at an incident position of each of the light pulses emitted from the plurality of emission points and that collimates the light pulse, and the first lens group. A second lens group for condensing each light pulse in the pinhole,
The scanning microscope, wherein the optical separator is provided between the first and second lens groups.
請求項1〜請求項6のいずれか1項に記載の走査型顕微鏡において、
前記スキャナユニットは前記光パルスにより前記試料上を少なくとも第1の走査方向に沿って走査可能であり、
前記複数の出射点の任意の2つの前記出射点を結ぶ線分が、前記第1の走査方向に前記出射点上において対応する第1の対応方向から傾斜するように前記出射点が配置される
ことを特徴とする走査型顕微鏡。
In the scanning microscope of any one of Claims 1-6,
The scanner unit is capable of scanning the sample with the light pulse along at least a first scanning direction,
The exit points are arranged such that a line segment connecting any two of the exit points of the plurality of exit points is inclined from the corresponding first corresponding direction on the exit point in the first scanning direction. A scanning microscope characterized by that.
請求項7に記載の走査型顕微鏡において、前記複数の出射点は前記第1の対応方向に垂直に並べられることを特徴とする走査型顕微鏡。   The scanning microscope according to claim 7, wherein the plurality of emission points are arranged perpendicular to the first corresponding direction. 請求項8に記載の走査型顕微鏡において、
前記スキャナユニットは、前記第1の走査方向と非平行である第2の走査方向に沿って前記光パルスを走査可能であり、
前記複数の出射点は、すべての前記出射点から出射される前記光パルスの前記第2の走査方向に沿った走査範囲が、各々の前記出射点から出射される前記光パルスの前記第2の走査方向に沿った走査範囲により等分割されるように、等間隔に並べられる
ことを特徴とする走査型顕微鏡。
The scanning microscope according to claim 8, wherein
The scanner unit is capable of scanning the light pulse along a second scanning direction that is non-parallel to the first scanning direction;
The plurality of emission points have a scanning range along the second scanning direction of the light pulses emitted from all the emission points, and the second of the light pulses emitted from each of the emission points. A scanning microscope characterized by being arranged at equal intervals so as to be equally divided by a scanning range along a scanning direction.
請求項1〜請求項9のいずれか1項に記載の走査型顕微鏡において、
前記光源ユニットは、
前記光パルスを出射する単一の光源と、
前記光源から出射する光パルスを複数の光パルスに分岐する分岐器と、
前記分岐器により分岐された前記光パルスを前記複数の出射点に別々に伝達する複数の光導波路を有し、前記複数の光導波路毎に伝播時間が異なるように光路長差が設けられる遅延器と、
前記複数の出射点からの出射される前記光パルスの主光線が相互に平行となり、且つ前記複数の出射点が前記出射方向に垂直な平面上に配置されるように前記出射点の位置を規定する位置規定体とを有する
ことを特徴とする走査型顕微鏡。
In the scanning microscope according to any one of claims 1 to 9,
The light source unit is
A single light source emitting the light pulse;
A branching device for branching a light pulse emitted from the light source into a plurality of light pulses;
A delay device having a plurality of optical waveguides for separately transmitting the optical pulses branched by the branching device to the plurality of emission points, and having an optical path length difference so that a propagation time is different for each of the plurality of optical waveguides When,
The positions of the emission points are defined so that the principal rays of the light pulses emitted from the plurality of emission points are parallel to each other and the plurality of emission points are arranged on a plane perpendicular to the emission direction. A scanning microscope characterized by comprising: a position defining body.
光パルスを、複数の出射点から順番に繰返し出射する光源ユニットと、
前記複数の出射点から出射される前記光パルスを試料上に別々に集光させる対物レンズと、
前記対物レンズにより集光された複数の前記光パルスの走査点を前記試料に対して相対的に移動させるスキャナユニットと、
前記対物レンズにより集光された前記光パルスの集光点と共役な位置にピンホールが形成されたピンホールアレイと、
前記光源ユニットから前記対物レンズまでの間の前記光パルスの光路上に設けられ、前記光パルスの照射により前記試料から発する信号光を前記光パルスから分離する光学的分離器と、
前記光学的分離器により分離された前記信号光の光量を検出する光量検出器と、
前記光量検出器による光量の検出時点における前記走査点を検出する位置検出システムと、
前記光量と前記走査点とに基づいて前記試料の画像を再構成する画像再構成装置と、
前記画像再構成装置が再構成した前記試料の画像を表示するモニタとを備える
ことを特徴とする走査型顕微鏡システム。
A light source unit that repeatedly emits light pulses sequentially from a plurality of emission points;
An objective lens that separately focuses the light pulses emitted from the plurality of emission points on a sample;
A scanner unit for moving the scanning points of the plurality of light pulses collected by the objective lens relative to the sample;
A pinhole array in which a pinhole is formed at a position conjugate with a condensing point of the optical pulse collected by the objective lens;
An optical separator provided on an optical path of the light pulse between the light source unit and the objective lens, and separating signal light emitted from the sample by irradiation of the light pulse from the light pulse;
A light amount detector for detecting the light amount of the signal light separated by the optical separator;
A position detection system for detecting the scanning point at the time of detection of light quantity by the light quantity detector;
An image reconstruction device for reconstructing an image of the sample based on the light quantity and the scanning point;
A scanning microscope system comprising: a monitor that displays an image of the sample reconstructed by the image reconstruction device.
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