JP2013041142A - Microscopic device - Google Patents

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PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain an image having a high contrast based on a refractive index distribution of a cell and obtain a fluorescent image and a differential interference image by one microscopic device.SOLUTION: A microscopic device 1 according to the present invention includes: a light source that oscillates laser beam L which irradiates on a specimen S; a Wollaston prism 21 that separates the laser beam L into two deflections the directions of which are different from each other; a first object lens 22 that condenses the two deflections into two alienated points of the specimen S; a second object lens 24 that converts the two deflections having transmitted the specimen S into a parallel light; a corner cube 25 that retro-reflects the two deflections having passed the second object lens 24; and a polarizer 20 in which the laser beam L incident on the Wollaston prism 21 is converted into linear polarization and the two deflections retro-reflected by the corner cube 25 and having transmitted the specimen S are interfered with each other.

Description

本発明は、試料に照明光を照射して、試料の画像を観察する顕微鏡装置に関するものである。   The present invention relates to a microscope apparatus that irradiates a sample with illumination light and observes an image of the sample.

顕微鏡装置は、試料に照明光を照射して、その画像を観察するために用いられる。顕微鏡装置としては、位相差顕微鏡や微分干渉顕微鏡、蛍光顕微鏡等がある。観察対象が生物試料の場合、一般に明視野顕微鏡や位相差顕微鏡、微分干渉顕微鏡は、観察対象である試料に光を透過させて観察を行う。明視野顕微鏡は、光の吸収の分布を観察するが、一般に細胞等の試料は光の吸収の程度が小さくコントラストの低い細胞の細胞情報が観察される。位相差顕微鏡や微分干渉顕微鏡は、屈折率の分布を画像化するもので、細胞等の屈折率差を用いて比較的コントラスト良く細胞形状が観察できる。   The microscope apparatus is used for irradiating a sample with illumination light and observing an image thereof. Examples of the microscope apparatus include a phase contrast microscope, a differential interference microscope, and a fluorescence microscope. When the observation target is a biological sample, generally, the bright field microscope, the phase contrast microscope, and the differential interference microscope perform observation by transmitting light to the sample that is the observation target. A bright-field microscope observes the distribution of light absorption. Generally, a sample such as a cell observes cell information of a cell having a low degree of light absorption and a low contrast. A phase contrast microscope and a differential interference microscope image a refractive index distribution, and a cell shape can be observed with relatively high contrast using a refractive index difference of cells or the like.

蛍光顕微鏡は、蛍光色素や蛍光タンパク等を導入した試料に対して照明光を照射して蛍光を発生させ、発生した蛍光に基づいて試料の観察を行う。この種の顕微鏡は、主に細胞の機能情報を観察するために用いられる。蛍光顕微鏡は、落射蛍光を行うことにより観察を行う。特に、蛍光顕微鏡としては、深さ方向に高い分解能を有する共焦点顕微鏡が多用されている。   The fluorescence microscope irradiates illumination light to a sample into which a fluorescent dye or fluorescent protein is introduced to generate fluorescence, and observes the sample based on the generated fluorescence. This type of microscope is mainly used to observe functional information of cells. The fluorescence microscope performs observation by performing epifluorescence. In particular, a confocal microscope having a high resolution in the depth direction is frequently used as a fluorescence microscope.

試料に光を透過させて観察を行う顕微鏡として、共焦点型レーザ走査透過顕微鏡が特許文献1に開示されている。この文献の顕微鏡は、無限遠補正対物レンズとコーナキューブリフレクタとを設けることで、試料にレーザ光を2回透過させている。これにより、コントラストを強調した画像を得るようにしている。   Patent Document 1 discloses a confocal laser scanning transmission microscope as a microscope that transmits light through a sample for observation. The microscope of this document transmits the laser beam twice through the sample by providing an infinity corrected objective lens and a corner cube reflector. Thereby, an image with enhanced contrast is obtained.

特開平6−18785号公報Japanese Patent Laid-Open No. 6-18785

特許文献1の顕微鏡のように、試料にレーザ光を2回透過させることで、試料の光の吸収の2倍にすることにより、光の吸収によるコントラストを協調することができる。ただし、試料が細胞のような場合、一般に細胞は光の吸収する量が極めて小さいいために、単にレーザ光を試料に2回透過させたとしても、十分なコントラストを得ることができない。   Like the microscope of Patent Document 1, the contrast due to the light absorption can be coordinated by transmitting the laser light twice through the sample to double the light absorption of the sample. However, when the sample is a cell, in general, since the amount of light absorbed by the cell is extremely small, sufficient contrast cannot be obtained even if laser light is transmitted through the sample twice.

また、特許文献1の顕微鏡は、試料に光を透過させる明視野顕微鏡であり、光の吸収の分布を観察することはできるが、位相差顕微鏡や微分干渉顕微鏡のように屈折率の分布を観察することができない。また特許文献1の顕微鏡は、蛍光顕微鏡のように試料の機能情報を観察することもできない。同一の観察対象である試料について、細胞の形状と機能情報との両者を観察したい場合に、特許文献1の顕微鏡では細胞の光の吸収に基づいたコントラストの低い形状のみが観察可能になる。   The microscope of Patent Document 1 is a bright field microscope that transmits light to a sample and can observe the distribution of absorption of light, but observe the distribution of refractive index like a phase contrast microscope or differential interference microscope. Can not do it. Moreover, the microscope of patent document 1 cannot observe the functional information of a sample like a fluorescence microscope. When it is desired to observe both the cell shape and the function information for the same sample to be observed, the microscope disclosed in Patent Document 1 can observe only a shape having a low contrast based on absorption of light from the cell.

そこで、本発明は、細胞の屈折率分布に基づいた高いコントラストの画像を得ることを目的とし、また蛍光画像と微分干渉画像とを1つの顕微鏡装置で得ることを目的とする。   Therefore, an object of the present invention is to obtain a high-contrast image based on the refractive index distribution of cells, and to obtain a fluorescence image and a differential interference image with a single microscope apparatus.

以上の課題を解決するため、本発明の顕微鏡装置は、試料に照射する照明光を発振する光源と、前記照明光を偏光方向の異なる2つの偏光に分離する偏光分離素子と、前記2つの偏光を前記試料の離間した2点に集光する第1対物レンズと、前記試料を透過した前記2つの偏光を平行光に変換する第2対物レンズと、この第2対物レンズを通過した前記2つの偏光を再帰反射させる再帰反射光学系と、前記偏光分離素子に入射する前記照明光を直線偏光に変換し、前記再帰反射光学系で再帰反射して前記試料を透過した2つの偏光が干渉する偏光子と、を備えていることを特徴とする。   In order to solve the above problems, a microscope apparatus of the present invention includes a light source that oscillates illumination light that irradiates a sample, a polarization separation element that separates the illumination light into two polarized light beams having different polarization directions, and the two polarized light beams. A first objective lens that collects light at two spaced points of the sample, a second objective lens that converts the two polarized lights that have passed through the sample into parallel light, and the two objective lenses that have passed through the second objective lens A retroreflective optical system that retroreflects polarized light, and polarized light that converts the illumination light incident on the polarization separation element into linearly polarized light, and that is retroreflected by the retroreflective optical system and interferes with two polarized lights that have passed through the sample. And a child.

この顕微鏡装置によれば、偏光分離素子により分離された2つの偏光を再帰反射光学系で再帰反射させている。これにより、試料の異なる2点を2つの偏光が2回透過することになる。このため、2つの偏光の位相差が2倍になり、高いコントラストの画像を得ることができるようになる。   According to this microscope apparatus, two polarized lights separated by the polarization separating element are retroreflected by the retroreflective optical system. Thereby, two polarized light passes through two different points of the sample twice. For this reason, the phase difference between the two polarizations is doubled, and a high-contrast image can be obtained.

また、前記偏光分離素子と前記第2対物レンズと前記再帰反射光学系と前記偏光子とを前記照明光の光路から挿抜可能に移動する移動機構と、第1のモードが設定されたときには前記偏光分離素子と前記第2対物レンズと前記再帰反射光学系と前記偏光子とを前記照明光の光路に挿入し、第2のモードが設定されたときには前記偏光分離素子と前記第2対物レンズと前記再帰反射光学系と前記偏光子とを前記照明光の光路から退避するように前記移動機構を制御する制御部と、を備えたことを特徴とする。   The polarization separation element, the second objective lens, the retroreflective optical system, and the polarizer are movably moved from the optical path of the illumination light, and the polarization when the first mode is set. A separation element, the second objective lens, the retroreflective optical system, and the polarizer are inserted into the optical path of the illumination light, and when the second mode is set, the polarization separation element, the second objective lens, and the And a controller that controls the moving mechanism so as to retract the retroreflective optical system and the polarizer from the optical path of the illumination light.

移動機構と制御部とにより、第1のモードと第2モードとに切り替える。第1のモードでは微分干渉画像を得るような光学システムを構築でき、第2のモードでは蛍光画像を得るような光学システムを構築できるようになる。これにより、1つの顕微鏡装置で微分仮称画像と蛍光画像とを得ることができるようになる。   Switching between the first mode and the second mode is performed by the moving mechanism and the control unit. In the first mode, an optical system capable of obtaining a differential interference image can be constructed, and in the second mode, an optical system capable of obtaining a fluorescence image can be constructed. As a result, the differential tentative image and the fluorescence image can be obtained with one microscope apparatus.

また、前記移動機構は、前記制御部に前記第1のモードが設定されたときには、前記光源からの前記照明光を前記試料に透過または反射し、前記試料からの戻り光を反射または透過するハーフミラーと、前記制御部に前記第2のモードが設定されたときには、前記光源からの前記照明光の波長を透過または反射し、前記試料の蛍光の波長を反射または透過するダイクロイックミラーと、を切り替えることを特徴とする。   The moving mechanism is a half that transmits or reflects the illumination light from the light source to the sample and reflects or transmits return light from the sample when the control unit is set to the first mode. When the second mode is set in the control unit, a mirror and a dichroic mirror that transmits or reflects the wavelength of the illumination light from the light source and reflects or transmits the wavelength of the fluorescence of the sample are switched. It is characterized by that.

ハーフミラーとダイクロイックミラーとを切り替えることで、微分干渉顕微鏡として使用する場合と蛍光顕微鏡として使用する場合とを簡単に切り替えることが可能になる。   By switching between the half mirror and the dichroic mirror, it is possible to easily switch between using as a differential interference microscope and using as a fluorescence microscope.

また、前記試料の焦点の範囲内の光を通過させるピンホールを複数配列したピンホールディスクと、前記ピンホールと同じパターンで配列され、前記ピンホールに前記照明光を集光させる複数のレンズを配列したレンズディスクと、前記ピンホールディスクと前記レンズディスクとを一体的に回転させる回転部と、を備えたことを特徴とする。   A pinhole disk in which a plurality of pinholes that transmit light within the focal range of the sample are arranged; and a plurality of lenses that are arranged in the same pattern as the pinhole and collect the illumination light in the pinhole. It is characterized by comprising an arrayed lens disk, and a rotating part for integrally rotating the pinhole disk and the lens disk.

ピンホールディスクとレンズディスクとを回転部が一体的に回転させることにより、照明光を試料に走査させることができ、高速に画像生成を行うことができるようになる。   When the rotating part integrally rotates the pinhole disk and the lens disk, the illumination light can be scanned over the sample, and an image can be generated at high speed.

また、前記偏光分離素子と前記偏光子との間にλ/4波長板を設けたことを特徴とする。   Further, a λ / 4 wavelength plate is provided between the polarization separation element and the polarizer.

λ/4波長板を設けることで、2つの偏光の位相差がない場合に暗くなるクロスニコルについても、高いコントラストの画像を得ることができるようになる。   By providing the λ / 4 wavelength plate, a high-contrast image can be obtained even for crossed Nicols that become dark when there is no phase difference between the two polarizations.

また、前記第2対物レンズと前記再帰反射光学系との間に前記第2対物レンズの瞳位置をリレーする瞳リレーレンズ系を設けたことを特徴とする。   Further, a pupil relay lens system for relaying a pupil position of the second objective lens is provided between the second objective lens and the retroreflective optical system.

第2対物レンズと再帰反射光学系との間が近接しすぎている場合でも、瞳リレーレンズ系を設けることで、第2対物レンズの瞳位置に再帰反射光学系を設けることができ、且つ第2対物レンズと再帰反射光学系との間に所定の間隔を設けることができる。   Even when the second objective lens and the retroreflective optical system are too close together, the retroreflective optical system can be provided at the pupil position of the second objective lens by providing the pupil relay lens system, and the first A predetermined interval can be provided between the two objective lenses and the retroreflective optical system.

本発明は、偏光分離素子により照明光を2つの偏光に分離して、再帰反射光学系で再帰反射することで2つの偏光を試料に2回透過させている。これにより、試料の離間した2点間を2回透過させることができ、位相差を2倍にすることができることから、高いコントラストの画像を得ることができる。また、移動機構を制御部が制御することにより、1つの顕微鏡装置で微分干渉画像と蛍光画像とを得ることができるようになる。   In the present invention, the illumination light is separated into two polarizations by the polarization separation element, and the two polarizations are transmitted through the sample twice by retroreflection by the retroreflection optical system. Thereby, it is possible to transmit twice between two points separated from each other of the sample, and the phase difference can be doubled, so that a high contrast image can be obtained. Further, the control unit controls the moving mechanism, so that a differential interference image and a fluorescence image can be obtained with one microscope device.

実施形態の微分干渉モードの顕微鏡装置の構成図である。It is a block diagram of the microscope apparatus of the differential interference mode of embodiment. ピンホールディスクおよびマイクロレンズディスクの構成図である。It is a block diagram of a pinhole disk and a micro lens disk. 実施形態の蛍光モードの顕微鏡装置の構成図である。It is a block diagram of the microscope apparatus of the fluorescence mode of embodiment. 変形例1の顕微鏡装置の構成図である。It is a block diagram of the microscope apparatus of the modification 1. 変形例2の微分干渉モードの顕微鏡装置の構成図である。FIG. 10 is a configuration diagram of a differential interference mode microscope apparatus according to a second modification. 変形例2の蛍光モードの顕微鏡装置の構成図である。FIG. 10 is a configuration diagram of a fluorescence mode microscope apparatus according to a second modification. 変形例3の微分干渉モードの顕微鏡装置の構成図である。FIG. 10 is a configuration diagram of a differential interference mode microscope apparatus according to Modification 3. 変形例3の蛍光モードの顕微鏡装置の構成図である。FIG. 10 is a configuration diagram of a fluorescence mode microscope apparatus according to a third modification. 変形例4および5の第1対物レンズおよび第2対物レンズの図である。It is a figure of the 1st objective lens and the 2nd objective lens of modification 4 and 5.

以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。図1は実施形態の顕微鏡装置1を示している。この顕微鏡装置1は走査光学系2と顕微鏡光学系3とを有して構成している。同図に示すように、走査光学系2は光源4とファイバ5とコリメートレンズ6とマイクロレンズディスク7とピンホールディスク8と連結ドラム9とモータ10とハーフミラー11aと第1リレーレンズ12とミラー13と第2リレーレンズ14とカメラ15と制御部16とモニタ17とを有して構成している。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 shows a microscope apparatus 1 according to an embodiment. The microscope apparatus 1 includes a scanning optical system 2 and a microscope optical system 3. As shown in the figure, the scanning optical system 2 includes a light source 4, a fiber 5, a collimating lens 6, a microlens disk 7, a pinhole disk 8, a connecting drum 9, a motor 10, a half mirror 11a, a first relay lens 12, and a mirror. 13, a second relay lens 14, a camera 15, a control unit 16, and a monitor 17.

光源4はレーザ光Lを発振する光源である。レーザ光Lは観察対象である試料Sを観察するための照明光となる。ファイバ5は光ファイバであり、レーザ光Lを導光する。ファイバ5の出射側にはコリメートレンズ6が配置されており、ファイバ5から出射されたレーザ光Lはコリメートレンズ6で平行光になる。   The light source 4 is a light source that oscillates the laser light L. The laser light L becomes illumination light for observing the sample S that is an observation target. The fiber 5 is an optical fiber and guides the laser light L. A collimating lens 6 is disposed on the emission side of the fiber 5, and the laser light L emitted from the fiber 5 becomes parallel light by the collimating lens 6.

コリメートレンズ6の前方にはマイクロレンズディスク7が配置されている。マイクロレンズディスク7とピンホールディスク8とは連結ドラム9により連結されており、連結ドラム9はモータ10に接続されている。マイクロレンズディスク7とピンホールディスク8とは回転ディスクであり、モータ10により回転力が連結ドラム9に付与されることで、マイクロレンズディスク7とピンホールディスク8とが一体的に回転する。   A microlens disk 7 is disposed in front of the collimating lens 6. The micro lens disk 7 and the pinhole disk 8 are connected by a connecting drum 9, and the connecting drum 9 is connected to a motor 10. The microlens disk 7 and the pinhole disk 8 are rotating disks, and when the rotational force is applied to the connecting drum 9 by the motor 10, the microlens disk 7 and the pinhole disk 8 rotate integrally.

図2に示すように、ピンホールディスク8には多条(図中では4条)の螺旋状の多数のピンホール8Pを配列して形成している。ピンホール8Pは試料Sの焦点の範囲内の光のみを通過させる微小開口部である。マイクロレンズディスク7には、ピンホール8Pと同一パターンで多条の螺旋状の多数のマイクロレンズ7Mを配列して形成している。マイクロレンズ7Mは対応するピンホール8Pにレーザ光Lを集光させる機能を有している。   As shown in FIG. 2, the pinhole disk 8 is formed with a large number of spiral pinholes 8 </ b> P arranged in multiple rows (four in the figure). The pinhole 8P is a minute opening that allows only light within the focal range of the sample S to pass through. The microlens disk 7 is formed by arranging a large number of spiral microlenses 7M in the same pattern as the pinhole 8P. The micro lens 7M has a function of condensing the laser light L in the corresponding pinhole 8P.

図1および図2に示すように、マイクロレンズディスク7とピンホールディスク8との間にはハーフミラー11aを設けている。ハーフミラー11aは入射する光を透過と反射とに分ける光学素子である。ハーフミラー11aにより光が反射する位置に第1リレーレンズ12を設けている。   As shown in FIGS. 1 and 2, a half mirror 11 a is provided between the microlens disk 7 and the pinhole disk 8. The half mirror 11a is an optical element that divides incident light into transmission and reflection. The first relay lens 12 is provided at a position where light is reflected by the half mirror 11a.

この第1リレーレンズ12によりリレーされた光はミラー13で反射して第2リレーレンズ14に導かれる。そして、この光は第2リレーレンズ14によりカメラ15に集光される。カメラ15は受光した光を電気信号に変換して、制御部16に出力する。制御部16は顕微鏡装置1の全体を制御するコンピュータであり、カメラ15から入力した電気信号に基づいて試料Sの画像を生成する。生成した画像はモニタ17に表示する。   The light relayed by the first relay lens 12 is reflected by the mirror 13 and guided to the second relay lens 14. This light is condensed on the camera 15 by the second relay lens 14. The camera 15 converts the received light into an electrical signal and outputs it to the control unit 16. The control unit 16 is a computer that controls the entire microscope apparatus 1, and generates an image of the sample S based on an electrical signal input from the camera 15. The generated image is displayed on the monitor 17.

次に、顕微鏡光学系3について説明する。図1に示すように、顕微鏡光学系3は撮影レンズ18とミラー19と偏光子20とウォラストンプリズム21と第1対物レンズ22とディッシュ23と第2対物レンズ24とコーナーキューブ25とを有して構成している。   Next, the microscope optical system 3 will be described. As shown in FIG. 1, the microscope optical system 3 includes a photographing lens 18, a mirror 19, a polarizer 20, a Wollaston prism 21, a first objective lens 22, a dish 23, a second objective lens 24, and a corner cube 25. Is configured.

撮影レンズ18はピンホール8Pを通過したレーザ光Lを平行光にする。この平行光はミラー19で反射して偏光子20に導かれる。偏光子20は所定の偏光方向の直線偏光を生成する。ウォラストンプリズム21は複屈折性を有する偏光分離素子であり、偏光子20を通過した照明光を所定の開き角を持った2つの偏光に分離する。当該2つの偏光は相互に偏光方向が直交する。   The taking lens 18 converts the laser light L that has passed through the pinhole 8P into parallel light. The parallel light is reflected by the mirror 19 and guided to the polarizer 20. The polarizer 20 generates linearly polarized light having a predetermined polarization direction. The Wollaston prism 21 is a polarization separation element having birefringence, and separates the illumination light that has passed through the polarizer 20 into two polarized light beams having a predetermined opening angle. The polarization directions of the two polarized lights are orthogonal to each other.

このとき、偏光子20が生成する偏光面はウォラストンプリズム21の結晶の光学軸と45度の傾きを持たせるようにする。これにより、ウォラストンプリズム21により相互に直交する2つの偏光が所定の開き角で分離される。   At this time, the plane of polarization generated by the polarizer 20 is inclined 45 degrees with respect to the optical axis of the crystal of the Wollaston prism 21. As a result, the two polarized light beams orthogonal to each other are separated by a predetermined opening angle by the Wollaston prism 21.

ディッシュ23は試料Sを搭載する搭載部である。ウォラストンプリズム21で分離された2つの偏光(レーザ光L)は試料Sの微小に離間した2箇所で焦点を結ぶ。そして、試料Sを透過した2つの偏光は第2対物レンズ24に導かれ、コーナーキューブ25に集光する。コーナーキューブ25は3枚のミラーを相互に直角に組み合わせて立方体を形成した再帰反射光学系である。これにより、2つの偏光は元の方向に反射(再帰反射)する。   The dish 23 is a mounting portion on which the sample S is mounted. The two polarized lights (laser light L) separated by the Wollaston prism 21 are focused at two points on the sample S that are slightly separated from each other. Then, the two polarized light beams transmitted through the sample S are guided to the second objective lens 24 and collected on the corner cube 25. The corner cube 25 is a retroreflective optical system in which a cube is formed by combining three mirrors at right angles to each other. As a result, the two polarized lights are reflected (retroreflected) in the original direction.

ここで、ハーフミラー11aには第1移動機構が取り付けられている。また、偏光子20、ウォラストンプリズム21、第2対物レンズ24およびコーナーキューブ25には第2移動機構が取り付けられている。第1移動機構および第2移動機構により移動機構が構成される。第1移動機構はハーフミラー11aを図1の紙面に直交する方向に移動させる。   Here, the first moving mechanism is attached to the half mirror 11a. A second moving mechanism is attached to the polarizer 20, the Wollaston prism 21, the second objective lens 24 and the corner cube 25. A moving mechanism is constituted by the first moving mechanism and the second moving mechanism. The first moving mechanism moves the half mirror 11a in a direction perpendicular to the paper surface of FIG.

第1移動機構がハーフミラー11aをレーザ光Lの光路から移動させたときには、レーザ光Lの光路にはダイクロイックミラー11bを位置させる。つまり、第1移動機構はレーザ光Lの光路(マイクロレンズディスク7とピンホールディスク8との間)にハーフミラー11aとダイクロイックミラー11bとの何れかを選択的に位置させる。ダイクロイックミラー11bはレーザ光Lの波長の光を透過し、試料Sの蛍光の波長(レーザ光Lの波長より長い波長)を反射させる特性を有する光学素子である。   When the first moving mechanism moves the half mirror 11a from the optical path of the laser light L, the dichroic mirror 11b is positioned in the optical path of the laser light L. That is, the first moving mechanism selectively positions either the half mirror 11a or the dichroic mirror 11b in the optical path of the laser light L (between the microlens disk 7 and the pinhole disk 8). The dichroic mirror 11b is an optical element having a characteristic of transmitting the light of the wavelength of the laser light L and reflecting the wavelength of the fluorescence of the sample S (wavelength longer than the wavelength of the laser light L).

第2移動機構は、偏光子20、ウォラストンプリズム21、第2対物レンズ24およびコーナーキューブ25を図1の紙面に直交する方向或いはレーザ光Lの光路と直交する方向に移動させる。これにより、偏光子20、ウォラストンプリズム21、第2対物レンズ24およびコーナーキューブ25をレーザ光Lの光路から退避させる。   The second moving mechanism moves the polarizer 20, the Wollaston prism 21, the second objective lens 24, and the corner cube 25 in a direction orthogonal to the paper surface of FIG. 1 or a direction orthogonal to the optical path of the laser light L. As a result, the polarizer 20, the Wollaston prism 21, the second objective lens 24, and the corner cube 25 are retracted from the optical path of the laser light L.

第1移動機構および第2移動機構としては、各光学部品を移動させることができれば任意の移動手段を用いることができる。例えば、ハーフミラー11a、ダイクロイックミラー11b、偏光子20、ウォラストンプリズム21、第2対物レンズ24、コーナーキューブ25をクランプするクランプ機構にガイドレールを設けて、アクチュエータ等の駆動手段で移動させるようにしてもよい。   As the first moving mechanism and the second moving mechanism, any moving means can be used as long as each optical component can be moved. For example, a guide rail is provided in a clamp mechanism that clamps the half mirror 11a, the dichroic mirror 11b, the polarizer 20, the Wollaston prism 21, the second objective lens 24, and the corner cube 25, and is moved by a driving means such as an actuator. May be.

図3は、図1の状態から、第1移動機構および第2移動機構を動作させて、ダイクロイックミラー11bをレーザ光Lの光路に位置させ、偏光子20、ウォラストンプリズム21、第2対物レンズ24およびコーナーキューブ25を退避させた状態を示している。   3, the first moving mechanism and the second moving mechanism are operated from the state of FIG. 1 to position the dichroic mirror 11 b in the optical path of the laser light L, and the polarizer 20, the Wollaston prism 21, and the second objective lens. The state where 24 and the corner cube 25 were retracted is shown.

次に、動作について説明する。ここでは、微分干渉モード(第1のモード)と蛍光モード(第2のモード)との2つのモードが存在している。微分干渉モードは顕微鏡装置1を微分干渉顕微鏡として使用するモードである。つまり、細胞の形状等を観察するために、試料Sにレーザ光Lを透過させて観察する。蛍光モードは顕微鏡装置1を蛍光顕微鏡として使用するモードである。つまり、細胞の機能情報等を観察するために、試料Sにレーザ光Lを照射して、蛍光を観察する。   Next, the operation will be described. Here, there are two modes, a differential interference mode (first mode) and a fluorescence mode (second mode). The differential interference mode is a mode in which the microscope apparatus 1 is used as a differential interference microscope. That is, in order to observe the shape of the cell or the like, the sample S is observed by transmitting the laser light L. The fluorescence mode is a mode in which the microscope apparatus 1 is used as a fluorescence microscope. That is, in order to observe the function information of the cells and the like, the sample S is irradiated with the laser light L and the fluorescence is observed.

微分干渉モードと蛍光モードとの切り替えは、制御部16が行う。つまり、コンピュータである制御部16に微分干渉モードと蛍光モードとの何れかを設定する。この設定に基づいて、第1移動機構および第2移動機構が動作を行う。微分干渉モードを設定したときには、第1移動機構はハーフミラー11aをレーザ光Lの光路上に位置させる。また、第2移動機構は偏光子20、ウォラストンプリズム21、第2対物レンズ24、コーナーキューブ25をレーザ光Lの光路上に位置させる。つまり、図1の構成となる。   The control unit 16 performs switching between the differential interference mode and the fluorescence mode. That is, either the differential interference mode or the fluorescence mode is set in the control unit 16 that is a computer. Based on this setting, the first moving mechanism and the second moving mechanism operate. When the differential interference mode is set, the first moving mechanism positions the half mirror 11a on the optical path of the laser light L. The second moving mechanism positions the polarizer 20, the Wollaston prism 21, the second objective lens 24, and the corner cube 25 on the optical path of the laser light L. That is, the configuration shown in FIG.

一方、蛍光モードを設定したときは、第1移動機構はダイクロイックミラー11bをレーザ光Lの光路上に位置させる。また、第2移動機構は偏光子20、ウォラストンプリズム21、第2対物レンズ24、コーナーキューブ25をレーザ光Lの光路上から退避させる。つまり、図3の構成となる。   On the other hand, when the fluorescence mode is set, the first moving mechanism positions the dichroic mirror 11b on the optical path of the laser light L. The second moving mechanism retracts the polarizer 20, the Wollaston prism 21, the second objective lens 24, and the corner cube 25 from the optical path of the laser light L. That is, the configuration is as shown in FIG.

最初に、制御部16に微分干渉モードを設定した場合について説明する。この場合には、第1移動機構はハーフミラー11aをレーザ光Lの光路上に位置させ、第2移動機構は偏光子20、ウォラストンプリズム21、第2対物レンズ24、コーナーキューブ25をレーザ光Lの光路上に位置させる。   First, a case where the differential interference mode is set in the control unit 16 will be described. In this case, the first moving mechanism positions the half mirror 11a on the optical path of the laser beam L, and the second moving mechanism moves the polarizer 20, the Wollaston prism 21, the second objective lens 24, and the corner cube 25 to the laser beam. It is located on the L optical path.

そして、光源4からレーザ光Lを発振させる。レーザ光Lはファイバ5に集光されて、ファイバ5の端部から広がりを持って出射される。このレーザ光Lはコリメートレンズ6によって、平行光に変換されて、マイクロレンズディスク7のマイクロレンズ7Mに入射する。   Then, the laser light L is oscillated from the light source 4. The laser light L is condensed on the fiber 5 and emitted from the end of the fiber 5 with a spread. The laser light L is converted into parallel light by the collimating lens 6 and enters the microlens 7M of the microlens disk 7.

マイクロレンズ7Mは集光レンズの作用を有しており、レーザ光Lはハーフミラー11aを透過した後に、マイクロレンズ7Mに対応するピンホール8Pに焦点を結ぶ。ピンホール8Pは通過したレーザ光Lは撮影レンズ18に入射する。撮影レンズ18によりレーザ光Lはピンホール8Pの位置に対応する傾きを有する平行光に変換される。この平行光はミラー19で反射して光路が90度変換されて、偏光子20に入射する。   The microlens 7M functions as a condensing lens, and the laser light L is focused on the pinhole 8P corresponding to the microlens 7M after passing through the half mirror 11a. The laser beam L that has passed through the pinhole 8P is incident on the taking lens 18. The laser light L is converted by the photographing lens 18 into parallel light having an inclination corresponding to the position of the pinhole 8P. The parallel light is reflected by the mirror 19, the optical path is converted by 90 degrees, and enters the polarizer 20.

偏光子20はウォラストンプリズム21の結晶の光学軸に対して45度の傾きを有する偏光面となるような直線偏光にレーザ光Lを変換する。この直線偏光となったレーザ光Lがウォラストンプリズム21に入射する。ウォラストンプリズム21は結晶の複屈折から相互に振動方向が直交する2つの偏光に分離して、張り合わせ面でそれぞれ反対方向に屈折する。これにより、相互に直交する2つの偏光に分離されて、所定の開き角をもって進行する。図1では、2つの偏光の中心光軸を示しているが、実際には極めて小さい光のずれ(シア量)になっている。   The polarizer 20 converts the laser light L into linearly polarized light having a polarization plane having an inclination of 45 degrees with respect to the optical axis of the crystal of the Wollaston prism 21. This linearly polarized laser beam L enters the Wollaston prism 21. The Wollaston prism 21 is separated into two polarized light beams whose vibration directions are orthogonal to each other from the birefringence of the crystal, and refracted in opposite directions on the bonded surfaces. As a result, the light is separated into two polarized lights orthogonal to each other and travels with a predetermined opening angle. In FIG. 1, the central optical axes of the two polarized lights are shown, but in actuality, the light shift (shear amount) is extremely small.

ウォラストンプリズム21により2つの偏光になったレーザ光Lは、第1対物レンズ22によって光軸が相互に平行な状態で集光され、試料Sの焦点面でそれぞれ焦点を結ぶ。そして、試料Sを通過した2つの偏光は第2対物レンズ24によって、それぞれの焦点位置に対応した傾きを有する平行光に変換される。なお、第1対物レンズ22と第2対物レンズ24の焦点面とは同じ位置になっている。   The laser light L that has been polarized by the Wollaston prism 21 is condensed by the first objective lens 22 in a state where the optical axes are parallel to each other, and is focused on the focal plane of the sample S. The two polarized light beams that have passed through the sample S are converted by the second objective lens 24 into parallel light having inclinations corresponding to the respective focal positions. Note that the focal planes of the first objective lens 22 and the second objective lens 24 are at the same position.

つまり、当該2つの偏光は、光軸中心に焦点がある場合は光軸に平行な平行光になり、光軸中心から焦点がずれるほど、光軸に対して傾きを持った平行光になる。平行光になった2つの偏光は、コーナーキューブ25で入射方向と同じ方向に再帰反射する。従って、入射したときと同じ光路を辿って戻ることになり、再び第2対物レンズ24に入射する。   That is, when the focal point is at the center of the optical axis, the two polarized lights become parallel light parallel to the optical axis, and become parallel light having an inclination with respect to the optical axis as the focus is shifted from the optical axis center. The two polarized lights that have become parallel light are retroreflected by the corner cube 25 in the same direction as the incident direction. Therefore, the light travels back along the same optical path as the incident light, and enters the second objective lens 24 again.

そして、2つの偏光は第2対物レンズ24によって再び試料Sの同じ箇所に焦点を結ぶ。その後、2つの偏光は同じ光路を戻り、第1対物レンズ22によってウォラストンプリズム21に導かれる。ウォラストンプリズム21は偏光方向によって光を屈折させると共に、2つの偏光の進行方向が重なるように作用する。   The two polarized lights are again focused on the same part of the sample S by the second objective lens 24. Thereafter, the two polarized lights return on the same optical path and are guided to the Wollaston prism 21 by the first objective lens 22. The Wollaston prism 21 refracts light according to the polarization direction and acts so that the traveling directions of the two polarizations overlap.

また、ウォラストンプリズム21を通過した光が偏光子20に入射し、偏光子20により2つの偏光が干渉を起こす。2つの偏光の光路に位相差を生じていない場合には2つの偏光は干渉によって強め合う。一方、2つの偏光の光路に位相差を生じている場合には2つの偏光は干渉する成分が少なくなり弱め合う。   In addition, the light that has passed through the Wollaston prism 21 enters the polarizer 20, and the polarizer 20 causes interference between the two polarized lights. When there is no phase difference in the optical path of the two polarized lights, the two polarized lights are strengthened by interference. On the other hand, when there is a phase difference between the optical paths of the two polarized light beams, the two polarized light beams are weakened due to less interference components.

2つの偏光は試料Sの微小に離間した2点で焦点を結ぶ。そして、この2点間に位相差を生じているか否かによって、光の強度が強くなるか弱くなるかが決定され、これによりコンストラストを生じるようになる。ここでは、2つの偏光に位相差がない場合に光の強度が明るく示されるオープンニコルの場合を示している。   The two polarized lights are focused at two points on the sample S that are slightly separated from each other. Depending on whether or not a phase difference is generated between the two points, it is determined whether the intensity of the light is increased or decreased, thereby causing a contrast. Here, the case of open Nicol in which the light intensity is shown brightly when there is no phase difference between the two polarized lights is shown.

偏光子20を通過した光(戻り光Rとする)はミラー19で反射して、撮影レンズ18によってピンホール8Pに集光される。ピンホール8Pは試料Sの焦点の範囲内の光のみを通過させるため、カメラ15により生成される画像は共焦点画像になる。ピンホール8Pを通過した戻り光Rはハーフミラー11aで反射する。   The light that has passed through the polarizer 20 (referred to as return light R) is reflected by the mirror 19 and collected by the photographing lens 18 in the pinhole 8P. Since the pinhole 8P passes only light within the focal range of the sample S, the image generated by the camera 15 is a confocal image. The return light R that has passed through the pinhole 8P is reflected by the half mirror 11a.

そして、ハーフミラー11aで反射した戻り光Rは第1リレーレンズ12でリレーされて、ミラー13で反射する。そして、第2リレーレンズ14でカメラ15に結像される。カメラ15は結像された戻り光Rを電気信号に変換して、制御部16に出力する。制御部16では入力した電気信号に基づいて所定の画像処理を行う。   Then, the return light R reflected by the half mirror 11 a is relayed by the first relay lens 12 and reflected by the mirror 13. Then, the image is formed on the camera 15 by the second relay lens 14. The camera 15 converts the formed return light R into an electric signal and outputs it to the control unit 16. The control unit 16 performs predetermined image processing based on the input electrical signal.

ここで、制御部16はモータ10を制御して回転力を付与する。これにより、連結ドラム9が回転して、マイクロレンズディスク7とピンホールディスク8とが一体的に回転する。マイクロレンズディスク7には多数のマイクロレンズ7Mが配列されており、ピンホールディスク8には同じパターンの多数のピンホール8Pが配列されている。   Here, the control unit 16 controls the motor 10 to apply a rotational force. Thereby, the connecting drum 9 rotates and the microlens disk 7 and the pinhole disk 8 rotate integrally. A number of microlenses 7M are arranged on the microlens disk 7, and a number of pinholes 8P having the same pattern are arranged on the pinhole disk 8.

よって、マイクロレンズディスク7とピンホールディスク8とを一体的に回転させることで、図2に示すように、レーザ光Lが通過するピンホール8Pは回転に伴って順次変化する。これにより、レーザ光Lは試料Sの焦点面を水平面上に走査される。且つ、戻り光Rは再びピンホール8Pを通過した後にハーフミラー11aで反射して、カメラ15の結像面上を走査される。   Therefore, by rotating the microlens disk 7 and the pinhole disk 8 integrally, as shown in FIG. 2, the pinhole 8P through which the laser light L passes changes sequentially with rotation. Thereby, the laser beam L scans the focal plane of the sample S on a horizontal plane. The return light R passes through the pinhole 8P again, is reflected by the half mirror 11a, and is scanned on the imaging surface of the camera 15.

従って、マイクロレンズディスク7とピンホールディスク8とを一体的に回転させることで、試料Sの水平面方向にレーザ光Lを高速に走査することができる。これにより、カメラ15は順次走査された戻り光Rの電気信号を出力するため、制御部16は高速に試料Sの画像生成を行うことができる。そして、生成された試料Sの画像はモニタ17に表示される。   Therefore, the laser light L can be scanned at high speed in the horizontal plane direction of the sample S by integrally rotating the microlens disk 7 and the pinhole disk 8. Thereby, since the camera 15 outputs the electrical signal of the return light R sequentially scanned, the control unit 16 can generate an image of the sample S at high speed. Then, the generated image of the sample S is displayed on the monitor 17.

このとき、試料Sに照射されるレーザ光Lおよびカメラ15に結像される戻り光Rはピンホール8Pを通過している。ピンホール8Pは試料Sの焦点内の光のみを通過させ、それ以外の光を通過させないため、カメラ15に結像される戻り光Rは試料Sの焦点の範囲内の光のみになる。これにより、深さ方向に高い分解能の共焦点画像が生成される。   At this time, the laser light L applied to the sample S and the return light R imaged on the camera 15 pass through the pinhole 8P. Since the pinhole 8P passes only light within the focal point of the sample S and does not allow light other than that to pass through, the return light R imaged on the camera 15 is only light within the focal range of the sample S. Thereby, a high-resolution confocal image is generated in the depth direction.

従って、微分干渉モードでは、レーザ光Lをウォラストンプリズム21により2つの偏光に分離して、試料Sに焦点を結ばせ、試料Sを通過した2つの偏光を第2対物レンズ24、コーナーキューブ25により再帰反射させている。これにより、2つの偏光は再び試料Sで焦点を結ぶ。つまり、2つの偏光は試料Sを2回透過する。   Accordingly, in the differential interference mode, the laser light L is separated into two polarized lights by the Wollaston prism 21 to focus on the sample S, and the two polarized lights that have passed through the sample S are converted into the second objective lens 24 and the corner cube 25. Is retroreflected. Thereby, the two polarized lights are again focused on the sample S. That is, the two polarized light beams pass through the sample S twice.

これにより、試料Sの離間した2点間に生じる位相差が2倍になる。位相差が2倍になった2つの偏光は偏光子20で干渉して、戻り光Rとなってカメラ15で結像する。従って、カメラ15が検出する戻り光Rの位相差も2倍になっており、得られるコントラストが強調されている。   As a result, the phase difference generated between two spaced points of the sample S is doubled. The two polarized lights whose phase difference is doubled interfere with each other by the polarizer 20 and are converted into return light R and imaged by the camera 15. Accordingly, the phase difference of the return light R detected by the camera 15 is also doubled, and the obtained contrast is emphasized.

つまり、単に試料Sにレーザ光Lを2回透過させてその光の吸収の分布を観察するのではなく、位相差を検出する2つの偏光を試料Sに2回透過させているため、位相差を2倍にすることができる。従って、この2つの光路の位相差による光が強め合う部分と弱め合う部分とが明確に識別されるため、コントラストの良い画像を取得することができる。これにより、試料Sが細胞のように屈折率差が小さいような場合でも、高いコントラストの画像を得ることができるようになる。   That is, instead of simply transmitting the laser beam L twice through the sample S and observing the distribution of the absorption of the light, the two polarizations for detecting the phase difference are transmitted through the sample S twice. Can be doubled. Therefore, a portion where light is strengthened and a portion where light is weakened due to the phase difference between the two optical paths are clearly identified, and an image with good contrast can be acquired. Thereby, even when the sample S has a small refractive index difference like a cell, an image with high contrast can be obtained.

以上が微分干渉モードである。細胞の機能情報を観察したい場合には、制御部16を用いて蛍光モードに設定する。これにより、第1の移動機構はレーザ光Lの光路にダイクロイックミラー11bを配置する。また、第2の移動機構は偏光子20、ウォラストンプリズム21、第2対物レンズ24、コーナーキューブ25を光路上から退避する。つまり、図3の構成になる。   The above is the differential interference mode. When it is desired to observe the cell function information, the control unit 16 is used to set the fluorescence mode. Thereby, the first moving mechanism arranges the dichroic mirror 11b in the optical path of the laser beam L. The second moving mechanism retracts the polarizer 20, the Wollaston prism 21, the second objective lens 24, and the corner cube 25 from the optical path. That is, the configuration of FIG. 3 is obtained.

この状態で、制御部16は光源4からレーザ光Lを発振させる。このレーザ光Lはファイバ5、コリメートレンズ6を介してマイクロレンズディスク7のマイクロレンズ7Mにより集光される。ダイクロイックミラー11bはレーザ光Lを透過させる特性を有しているため、レーザ光Lはダイクロイックミラー11bを透過して、ピンホール8Pに焦点を結ぶ   In this state, the control unit 16 oscillates the laser light L from the light source 4. This laser light L is condensed by the microlens 7M of the microlens disk 7 through the fiber 5 and the collimating lens 6. Since the dichroic mirror 11b has a characteristic of transmitting the laser beam L, the laser beam L transmits the dichroic mirror 11b and focuses on the pinhole 8P.

そして、撮影レンズ18により平行光にされて、ミラー19で反射して、第1対物レンズ22に入射する。第1対物レンズ22に入射したレーザ光Lはディッシュ23に搭載された試料Sに焦点を結ぶ。試料Sには蛍光色素や蛍光タンパク等が導入されており、レーザ光Lは蛍光色素や蛍光タンパク等が反応する波長を有している。   Then, the light is collimated by the photographing lens 18, reflected by the mirror 19, and incident on the first objective lens 22. The laser light L incident on the first objective lens 22 is focused on the sample S mounted on the dish 23. A fluorescent dye, fluorescent protein, or the like is introduced into the sample S, and the laser light L has a wavelength at which the fluorescent dye, fluorescent protein, or the like reacts.

よって、試料Sにレーザ光Lが焦点を結ぶことにより、試料Sが蛍光を発生する。この蛍光が戻り光Rとなる。戻り光Rは第1対物レンズ22、ミラー19、撮影レンズ18を介して、ピンホールディスク8のピンホール8Pに焦点を結ぶ。そして、ピンホール8Pにより試料Sの焦点の範囲内の光のみが通過して、ダイクロイックミラー11bに入射する。これにより、生成される画像は共焦点画像になる。   Therefore, when the laser beam L is focused on the sample S, the sample S generates fluorescence. This fluorescence becomes return light R. The return light R is focused on the pinhole 8P of the pinhole disk 8 via the first objective lens 22, the mirror 19, and the photographing lens 18. Then, only light within the focal range of the sample S passes through the pinhole 8P and enters the dichroic mirror 11b. Thereby, the generated image becomes a confocal image.

ダイクロイックミラー11bは蛍光(戻り光R)の波長を反射する。よって、反射した戻り光Rは第1リレーレンズ12、ミラー13、第2リレーレンズ14を介して、カメラ15に結像する。そして、カメラ15に結像した戻り光Rが電気信号に変換されて制御部16に出力される。   The dichroic mirror 11b reflects the wavelength of fluorescence (return light R). Therefore, the reflected return light R forms an image on the camera 15 via the first relay lens 12, the mirror 13, and the second relay lens 14. Then, the return light R imaged on the camera 15 is converted into an electric signal and output to the control unit 16.

前述した場合と同様に、モータ10を回転させることで、マイクロレンズディスク7とピンホールディスク8とを一体的に回転させる。これにより、試料Sにレーザ光Lを走査させることができ、高速に画像生成を行うことができる。   Similarly to the case described above, the microlens disk 7 and the pinhole disk 8 are integrally rotated by rotating the motor 10. As a result, the sample S can be scanned with the laser light L, and an image can be generated at high speed.

従って、制御部16に蛍光モードを設定することで、蛍光画像を得ることができる。制御部16に微分干渉モードと蛍光モードとの何れかを設定するだけで、第1移動機構と第2移動機構とが各光学部品を光路上から挿抜するように移動させるため、微分干渉顕微鏡と蛍光顕微鏡とを容易に切り替えることができるようになる。つまり、1つ(1台)の顕微鏡装置1を用いて、簡単な構成で且つ単純な動作で微分干渉画像と蛍光画像との両者の画像を得ることができるようになる。   Therefore, a fluorescence image can be obtained by setting the fluorescence mode in the control unit 16. Since only the differential interference mode or the fluorescence mode is set in the control unit 16, the first moving mechanism and the second moving mechanism move the optical components so as to be inserted and removed from the optical path. It becomes possible to easily switch between the fluorescence microscope. That is, it is possible to obtain both differential interference images and fluorescent images with a simple configuration and simple operation using one (one) microscope apparatus 1.

以上において、第1移動機構は、ハーフミラー11a(微分干渉モード)とダイクロイックミラー11b(蛍光モード)とを切り替えるように制御しているが、第1移動機構は切り替えを行わなくてもよい。つまり、ダイクロイックミラー11bを固定的に配置し、微分干渉モードにおいてもダイクロイックミラー11bを用いる。   In the above, the first moving mechanism is controlled to switch between the half mirror 11a (differential interference mode) and the dichroic mirror 11b (fluorescence mode), but the first moving mechanism may not be switched. That is, the dichroic mirror 11b is fixedly arranged, and the dichroic mirror 11b is used even in the differential interference mode.

ただし、この場合には、ダイクロイックミラー11bはハーフミラーと同等の機能を有するものを用いる。つまり、ダイクロイックミラー11bにおいて、所定の反射率と所定の透過率とを有するような波長帯域のレーザ光Lを発振するように光源4を選択するようにする。   However, in this case, a dichroic mirror 11b having a function equivalent to that of a half mirror is used. That is, in the dichroic mirror 11b, the light source 4 is selected so as to oscillate the laser light L in a wavelength band having a predetermined reflectance and a predetermined transmittance.

また、コーナーキューブ25は3枚のミラーを相互に直角に組み合わせて立方体を形成した光学系である。ミラーとしては、ガラスを研磨して全反射させるようにしたものを用いてもよく、反射膜を施したものを用いてもよい。要は、入射した光を入射方向に戻す再帰反射をするものであれば任意の光学素子を用いることができる。   The corner cube 25 is an optical system in which a cube is formed by combining three mirrors at right angles to each other. As the mirror, a mirror that is made by polishing glass to be totally reflected may be used, or a mirror that is provided with a reflective film may be used. In short, any optical element can be used as long as it performs retroreflection to return incident light in the incident direction.

また、ウォラストンプリズム21はノマルスキープリズムでもよく、他の複屈折性を有する素子を用いてもよい。   Further, the Wollaston prism 21 may be a Nomarski prism, or another element having birefringence may be used.

また、ハーフミラー11aの代わりに偏光ビームスプリッタを用いて、ファラデーローテータ等を偏光子20の手前に挿入することによって、レーザ光Lと戻り光Rとの偏光面を90度変えて、効率良く光を回収するようにしてもよい。   In addition, by using a polarization beam splitter instead of the half mirror 11a and inserting a Faraday rotator or the like in front of the polarizer 20, the polarization planes of the laser light L and the return light R are changed by 90 degrees, and light is efficiently emitted. You may make it collect | recover.

また、カメラ15の前段に試料Sの蛍光の波長成分のみを選択的に透過させる蛍光フィルタを挿入することが望ましい。   In addition, it is desirable to insert a fluorescence filter that selectively transmits only the fluorescence wavelength component of the sample S in the front stage of the camera 15.

なお、図1においては、ウォラストンプリズム21に入射する光が光軸に平行な光を示しているが、走査光学系2によって光軸に対して傾きを有する光が入射された場合にも、同様に光は2つの光路に分けられて焦点面の別の微小に離間した2点に集光されると共に、第2対物レンズ24とコーナーキューブ25との作用によって同じ光路を戻る。   In FIG. 1, the light incident on the Wollaston prism 21 indicates light parallel to the optical axis. However, when light having an inclination with respect to the optical axis is incident by the scanning optical system 2, Similarly, the light is divided into two optical paths, and is condensed at two slightly separated points on the focal plane, and returns to the same optical path by the action of the second objective lens 24 and the corner cube 25.

次に、変形例1について説明する。図4は変形例1の顕微鏡装置1を示しており、前述した実施形態の顕微鏡装置1に対してλ/4波長板26を追加している。λ/4波長板26は偏光子20とウォラストンプリズム21との間に挿入している。その他の構成は実施形態と同じである。   Next, Modification 1 will be described. FIG. 4 shows a microscope apparatus 1 according to the first modification, in which a λ / 4 wavelength plate 26 is added to the microscope apparatus 1 of the above-described embodiment. The λ / 4 wavelength plate 26 is inserted between the polarizer 20 and the Wollaston prism 21. Other configurations are the same as those of the embodiment.

実施形態は2つの偏光が試料Sを透過するときの位相差がないときに明るくなるオープンニコルであるが、本変形例1は2つの偏光が試料Sを透過するときの位相差がないときに暗くなるクロスニコルとなる。   The embodiment is open Nicol that becomes bright when there is no phase difference when the two polarized light beams pass through the sample S, but in the first modification, there is no phase difference when the two polarized light beams pass through the sample S. It becomes crossed Nicol which becomes dark.

本変形例1では、偏光子20を透過したレーザ光Lはλ/4波長板26に入射する。偏光子20を透過したときにはレーザ光Lは直線偏光になっており、λ/4波長板26の作用により、円偏光に変換される。このとき、ウォラストンプリズム21の結晶の光学軸とレーザ光Lの偏光面とは45度傾くように配置されている。   In the first modification, the laser light L transmitted through the polarizer 20 enters the λ / 4 wavelength plate 26. When transmitted through the polarizer 20, the laser light L is linearly polarized light and is converted into circularly polarized light by the action of the λ / 4 wavelength plate 26. At this time, the optical axis of the crystal of the Wollaston prism 21 and the polarization plane of the laser light L are arranged to be inclined by 45 degrees.

円偏光となったレーザ光Lはウォラストンプリズム21により、結晶の複屈折性から相互に振動方向が直交する2つの直線偏光に分離して進み、貼り合わせ面でそれぞれ反対方向に屈折する。   The laser light L that has become circularly polarized light is separated by the Wollaston prism 21 into two linearly polarized light beams whose vibration directions are orthogonal to each other from the birefringence of the crystal, and refracted in opposite directions on the bonding surface.

これにより、ウォラストンプリズム21を出射するときには、相互に振動方向が直交する2つの直線偏光に分離し、所定の開き角をもって分離して進行する。そして、第1対物レンズ22、試料S、第2対物レンズ24、コーナーキューブ25と進み、再帰反射して、再びウォラストンプリズム21に入射する。このときには、試料Sを2つの偏光が2回透過している。   As a result, when the light is emitted from the Wollaston prism 21, it is separated into two linearly polarized light beams whose vibration directions are orthogonal to each other, and proceed with being separated with a predetermined opening angle. Then, the light advances to the first objective lens 22, the sample S, the second objective lens 24, and the corner cube 25, retroreflects, and enters the Wollaston prism 21 again. At this time, the two polarized light beams pass through the sample S twice.

そして、2つの偏光がウォラストンプリズム21で重ね合わされたときに、2つの光路に位相差がない場合には、試料Sに入射するときとは逆方向に回転する円偏光となっている。この円偏光はλ/4波長板26によって直線偏光へと変換されて、偏光子20に入射する。   When the two polarized light beams are superposed by the Wollaston prism 21, if there is no phase difference between the two optical paths, the circularly polarized light rotates in the opposite direction to that when entering the sample S. This circularly polarized light is converted into linearly polarized light by the λ / 4 wavelength plate 26 and enters the polarizer 20.

偏光子20で2つの偏光が干渉したときは、相互に打ち消し合って通過する光はなくなる。従って、試料Sの微小に離間した2点の光路に位相差がない場合は光の強度が暗くなる。一方、2つの光路に位相差がある場合には、その位相差に応じて偏光状態が変化して、一部の光は偏光子20を通過する。これにより、2つの偏光の光路に位相差を生じている場合には、光の強度が明るくなる。   When the two polarized light beams interfere with each other in the polarizer 20, there is no light that cancels each other and passes through. Therefore, when there is no phase difference between the two light paths of the sample S that are slightly separated from each other, the light intensity becomes dark. On the other hand, when there is a phase difference between the two optical paths, the polarization state changes according to the phase difference, and a part of the light passes through the polarizer 20. Thereby, when the phase difference is produced in the optical path of two polarized light, the intensity | strength of light becomes bright.

なお、2つの偏光の位相差がない場合に、偏光子20において光が打ち消しあって通過する光がなくなる理由は、戻り光Rの偏光面が偏光子20の偏光面と90度ずれており、偏光子20を通過できないことからも説明することができる。   In the case where there is no phase difference between the two polarizations, the reason why the light cancels out in the polarizer 20 and there is no light passing through is that the polarization plane of the return light R is shifted by 90 degrees from the polarization plane of the polarizer 20. This can also be explained from the fact that it cannot pass through the polarizer 20.

従って、本変形例1では、クロスニコルの場合についても、2つの偏光が試料Sを2回透過することで、位相差を2倍にすることができる。これにより、高いコントラストの画像を得ることができる。   Therefore, in the first modification, even in the case of crossed Nicols, the phase difference can be doubled by transmitting the two polarized light beams through the sample S twice. Thereby, an image with high contrast can be obtained.

この変形例1において、λ/4波長板26の代わりに、ファラデーローテータ等を用いて偏光面を45度回転させるようにしてもよい。この場合には、偏光子20とウォラストンプリズム21の光学軸とを同じ方向に配置し、ファラデーローテータによって偏光面を45度回転させるようにする。   In the first modification, the polarization plane may be rotated 45 degrees using a Faraday rotator or the like instead of the λ / 4 wavelength plate 26. In this case, the polarizer 20 and the optical axis of the Wollaston prism 21 are arranged in the same direction, and the polarization plane is rotated 45 degrees by the Faraday rotator.

次に、第2変形例について説明する。本変形例2では、走査光学系2および顕微鏡光学系3の構成が実施形態と異なる。まず、走査光学系2について説明する。走査光学系2は光源31とハーフミラー32aと走査光学ユニット33と走査系瞳リレーレンズ34と集束レンズ35とピンホール36と検出器37と制御部16とモニタ17とを備えて構成している。制御部16およびモニタ17は実施形態と同じである。   Next, a second modification will be described. In the second modification, the configurations of the scanning optical system 2 and the microscope optical system 3 are different from those in the embodiment. First, the scanning optical system 2 will be described. The scanning optical system 2 includes a light source 31, a half mirror 32a, a scanning optical unit 33, a scanning system pupil relay lens 34, a focusing lens 35, a pinhole 36, a detector 37, a control unit 16, and a monitor 17. . The control unit 16 and the monitor 17 are the same as those in the embodiment.

また、顕微鏡光学系3は実施形態の構成に追加して、第1瞳リレーレンズ41と第2瞳リレーレンズ42とを追加している。第1瞳リレーレンズ41と第2瞳リレーレンズ42とにより瞳リレーレンズ系が構成され、当該瞳リレーレンズ系は第2対物レンズ24とコーナーキューブ25との間に設けられる。   Moreover, the microscope optical system 3 adds a first pupil relay lens 41 and a second pupil relay lens 42 in addition to the configuration of the embodiment. The first pupil relay lens 41 and the second pupil relay lens 42 constitute a pupil relay lens system, and the pupil relay lens system is provided between the second objective lens 24 and the corner cube 25.

実施形態と同様に、ハーフミラー32aには第1移動機構が取り付けられており、レーザ光Lの光路に対して、ハーフミラー32aとダイクロイックミラー32bとを切り替えることが可能になっている。ダイクロイックミラー32bを配置した場合を図6に示す。また、同図に示すように、第2移動機構により、偏光子20、ウォラストンプリズム21、第2対物レンズ24、第1瞳リレーレンズ41、第2瞳リレーレンズ42、コーナーキューブ25はレーザ光Lの光路から退避可能になっている。   As in the embodiment, the first mirror is attached to the half mirror 32a, and the half mirror 32a and the dichroic mirror 32b can be switched with respect to the optical path of the laser light L. FIG. 6 shows the case where the dichroic mirror 32b is arranged. Further, as shown in the figure, the second moving mechanism causes the polarizer 20, the Wollaston prism 21, the second objective lens 24, the first pupil relay lens 41, the second pupil relay lens 42, and the corner cube 25 to be laser light. It is possible to retreat from the L optical path.

以上の構成において、まず微分干渉モードについて説明する。制御部16は微分干渉モードに設定する。これにより、第1移動機構はレーザ光Lの光路にハーフミラー32aを配置する。また、第2移動機構は、偏光子20、ウォラストンプリズム21、第2対物レンズ24、第1瞳リレーレンズ41、第2瞳リレーレンズ42、コーナーキューブ25をレーザ光Lの光路に配置する。つまり、図5の構成になる。   In the above configuration, first, the differential interference mode will be described. The control unit 16 sets the differential interference mode. Accordingly, the first moving mechanism arranges the half mirror 32a in the optical path of the laser light L. Further, the second moving mechanism arranges the polarizer 20, the Wollaston prism 21, the second objective lens 24, the first pupil relay lens 41, the second pupil relay lens 42, and the corner cube 25 in the optical path of the laser light L. That is, the configuration shown in FIG.

光源31からは平行光のレーザ光Lが発振される。このレーザ光Lはハーフミラー32aで反射して走査光学ユニット33に導かれる。走査光学ユニット33は1本の軸周りに回転可能な第1可変ミラー33aとこの第1可変ミラー33aの軸にほぼ直交する軸回りに回転可能な第2可変ミラー33bとを備えている。   A parallel laser beam L is oscillated from the light source 31. The laser beam L is reflected by the half mirror 32 a and guided to the scanning optical unit 33. The scanning optical unit 33 includes a first variable mirror 33a that can rotate around one axis, and a second variable mirror 33b that can rotate around an axis substantially orthogonal to the axis of the first variable mirror 33a.

第1可変ミラー33aと第2可変ミラー33bとにより試料Sの水平面方向にレーザ光Lが走査される。この走査光学ユニット33を経た光が走査系瞳リレーレンズ34から走査光学系2を出射し、顕微鏡光学系3の撮影レンズ18に入射する。そして、偏光子20、ウォラストンプリズム21を経ることにより、2つの偏光に分離される。   The laser light L is scanned in the horizontal plane direction of the sample S by the first variable mirror 33a and the second variable mirror 33b. The light that has passed through the scanning optical unit 33 exits the scanning optical system 2 from the scanning system pupil relay lens 34 and enters the photographing lens 18 of the microscope optical system 3. Then, it passes through the polarizer 20 and the Wollaston prism 21 and is separated into two polarized lights.

分離された2つの偏光は、第1対物レンズ22によりディッシュ23の試料Sに焦点を結ぶ。そして、2つの偏光は試料Sを透過して、第2対物レンズ24から第1瞳リレーレンズ41、第2瞳リレーレンズ42の瞳リレーレンズ系によりコーナーキューブ25まで導かれる。   The two separated polarized lights are focused on the sample S of the dish 23 by the first objective lens 22. The two polarized light beams pass through the sample S and are guided from the second objective lens 24 to the corner cube 25 by the pupil relay lens system of the first pupil relay lens 41 and the second pupil relay lens 42.

そして、コーナーキューブ25で再帰反射をして、第1瞳リレーレンズ41、第2瞳リレーレンズ42、第2対物レンズ24を経て、再び試料Sを透過する。これにより、2つの偏光は試料Sを2回透過する。そして、第1対物レンズ22からウォラストンプリズム21、偏光子20に入射されて、2つの偏光は干渉する。   Then, the sample is retroreflected by the corner cube 25 and passes through the sample S again through the first pupil relay lens 41, the second pupil relay lens 42, and the second objective lens 24. As a result, the two polarized light beams pass through the sample S twice. Then, the light enters the Wollaston prism 21 and the polarizer 20 from the first objective lens 22, and the two polarized lights interfere with each other.

この干渉した戻り光Rはミラー19で反射をして、撮影レンズ18から走査系瞳リレーレンズ34、走査光学ユニット33を介して、ハーフミラー32aに入射する。そして、ハーフミラー32aを透過して、集束レンズ35により検出器37に収束する。このとき、ピンホール36を光路上に設けており、このピンホール36は第1対物レンズ22の焦点と共役な位置関係に配置している。よって、戻り光Rのうち試料Sの焦点の範囲内のみの光が通過する。これにより、生成される画像は共焦点画像になる。   The interfering return light R is reflected by the mirror 19 and enters the half mirror 32 a from the photographing lens 18 through the scanning pupil relay lens 34 and the scanning optical unit 33. Then, the light passes through the half mirror 32 a and is converged on the detector 37 by the focusing lens 35. At this time, the pinhole 36 is provided on the optical path, and the pinhole 36 is disposed in a positional relationship conjugate with the focal point of the first objective lens 22. Therefore, only the light within the focal range of the sample S of the return light R passes. Thereby, the generated image becomes a confocal image.

検出器37は戻り光Rを電気信号に変換して、制御部16に出力する。制御部16は入力した電気信号に基づいて所定の画像処理を行い、試料Sの画像を生成する。このときの画像は、試料Sの微小に離間した2点の位相差に基づく微分干渉画像になり、位相差が2倍になっていることから、高いコントラストの画像になる。   The detector 37 converts the return light R into an electric signal and outputs it to the control unit 16. The control unit 16 performs predetermined image processing based on the input electrical signal and generates an image of the sample S. The image at this time is a differential interference image based on the phase difference between two points of the sample S that are slightly separated from each other. Since the phase difference is doubled, the image is a high contrast image.

ここで、第2対物レンズ24の瞳位置は第2対物レンズ24から非常に近い位置になる。第2対物レンズ24を含むレンズの光学系は一般的に鏡胴内部に装着されることから、第2対物レンズ24の瞳位置は鏡胴内部に位置することがある。コーナーキューブ25は第2対物レンズ24の瞳位置(後ろ側焦点位置)に配置することで最も高い光利用効率を得ることができるが、第2対物レンズ24の瞳位置が鏡胴内部に位置するため、コーナーキューブを第2対物レンズ24の瞳位置に配置することができない。   Here, the pupil position of the second objective lens 24 is very close to the second objective lens 24. Since the optical system of the lens including the second objective lens 24 is generally mounted inside the lens barrel, the pupil position of the second objective lens 24 may be located inside the lens barrel. The corner cube 25 can be arranged at the pupil position (back focal position) of the second objective lens 24 to obtain the highest light utilization efficiency. However, the pupil position of the second objective lens 24 is located inside the lens barrel. Therefore, the corner cube cannot be arranged at the pupil position of the second objective lens 24.

そこで、第2対物レンズ24の瞳位置をリレーする第1瞳リレーレンズ41、第2瞳リレーレンズ42を設ける。これにより、第2対物レンズ24の瞳位置がリレーされて、第2対物レンズ24から離れた位置にあるコーナーキューブ25付近にまで瞳位置をリレーすることができる。これにより、第2対物レンズ24の瞳から出るほぼ全ての光が再帰反射によって再び第2対物レンズ24に入射するため、高い光利用効率を得ることができる。   Therefore, a first pupil relay lens 41 and a second pupil relay lens 42 that relay the pupil position of the second objective lens 24 are provided. Thereby, the pupil position of the second objective lens 24 is relayed, and the pupil position can be relayed to the vicinity of the corner cube 25 at a position away from the second objective lens 24. Thereby, almost all of the light emitted from the pupil of the second objective lens 24 is incident on the second objective lens 24 again by retroreflection, so that high light utilization efficiency can be obtained.

以上が微分干渉モードである。次に、蛍光モードについて説明する。制御部16は蛍光モードを設定する。これにより、第1移動機構はハーフミラー32aからダイクロイックミラー32bに切り替える。また、第2移動機構は、偏光子20、ウォラストンプリズム21、第2対物レンズ24、第1瞳リレーレンズ41、第2瞳リレーレンズ42、コーナーキューブ25をレーザ光Lの光路から退避する。つまり、図6の構成になる。   The above is the differential interference mode. Next, the fluorescence mode will be described. The control unit 16 sets the fluorescence mode. As a result, the first moving mechanism switches from the half mirror 32a to the dichroic mirror 32b. The second moving mechanism retracts the polarizer 20, the Wollaston prism 21, the second objective lens 24, the first pupil relay lens 41, the second pupil relay lens 42, and the corner cube 25 from the optical path of the laser light L. That is, the configuration shown in FIG.

ダイクロイックミラー32bは光源31が発振するレーザ光Lの波長を反射し、試料Sの蛍光(レーザ光Lの波長より長い波長)を透過する光学特性を有している。よって、光源31が発振したレーザ光Lはダイクロイックミラー32bで反射する。そして、レーザ光Lは、走査光学ユニット33で走査されて、走査系瞳リレーレンズ34、撮影レンズ18、ミラー19、第1対物レンズ22を経て、試料Sに焦点を結ぶ。   The dichroic mirror 32b has an optical characteristic of reflecting the wavelength of the laser light L oscillated by the light source 31 and transmitting the fluorescence of the sample S (wavelength longer than the wavelength of the laser light L). Therefore, the laser beam L oscillated by the light source 31 is reflected by the dichroic mirror 32b. The laser light L is scanned by the scanning optical unit 33 and focused on the sample S through the scanning pupil relay lens 34, the photographing lens 18, the mirror 19, and the first objective lens 22.

試料Sはレーザ光Lにより蛍光して戻り光Rとなって、ダイクロイックミラー32bにまで戻る。ダイクロイックミラー32bは蛍光を透過するため、戻り光Rは透過して、集束レンズ35、ピンホール36を介して、検出器37で検出される。この戻り光Rを検出することで、制御部16は試料Sの蛍光画像を生成する。なお、検出器37の前段には蛍光波長を選択する蛍光フィルタを配置することが望ましい。   The sample S is fluorescent by the laser light L to become return light R and returns to the dichroic mirror 32b. Since the dichroic mirror 32 b transmits fluorescence, the return light R is transmitted and detected by the detector 37 via the focusing lens 35 and the pinhole 36. By detecting the return light R, the control unit 16 generates a fluorescence image of the sample S. In addition, it is desirable to arrange a fluorescence filter for selecting a fluorescence wavelength in the previous stage of the detector 37.

従って、微分干渉モードと蛍光モードとを制御部16で切り替えることで、簡単且つ単純に微分干渉画像と蛍光画像とを1つの顕微鏡装置で得ることができる。且つ、高いコントラストの画像を得ることができると共に、第1瞳リレーレンズ41、第2瞳リレーレンズ42を配置することで、瞳位置をリレーすることができ、高い光利用効率を得ることができるようになる。   Therefore, by switching the differential interference mode and the fluorescence mode by the control unit 16, the differential interference image and the fluorescence image can be easily and simply obtained with one microscope apparatus. In addition, an image with high contrast can be obtained, and by arranging the first pupil relay lens 41 and the second pupil relay lens 42, the pupil position can be relayed, and high light utilization efficiency can be obtained. It becomes like this.

次に、第3変形例について説明する。変形例3の顕微鏡装置は顕微鏡光学系50により構成されており、走査光学系を有していない。図7は変形例3の顕微鏡光学系50を示している。   Next, a third modification will be described. The microscope apparatus of Modification 3 is configured by a microscope optical system 50 and does not have a scanning optical system. FIG. 7 shows a microscope optical system 50 of the third modification.

この顕微鏡光学系50は光源51と照明レンズ52と波長選択フィルタ53とハーフミラー54aと偏光子20とウォラストンプリズム21と第1対物レンズ22とディッシュ23と第2対物レンズ24とテレセントリック結像レンズ55と反射ミラー56と撮影レンズ18とカメラ57とを有して構成している。このうち、偏光子20、ウォラストンプリズム21、第1対物レンズ22、ディッシュ23、第2対物レンズ24、撮影レンズ18は実施系態と同じである。   The microscope optical system 50 includes a light source 51, an illumination lens 52, a wavelength selection filter 53, a half mirror 54a, a polarizer 20, a Wollaston prism 21, a first objective lens 22, a dish 23, a second objective lens 24, and a telecentric imaging lens. 55, a reflection mirror 56, a photographic lens 18, and a camera 57. Among these, the polarizer 20, the Wollaston prism 21, the first objective lens 22, the dish 23, the second objective lens 24, and the photographing lens 18 are the same as those in the implementation system.

ハーフミラー54aには第1移動機構が取り付けられており、ハーフミラー54aとダイクロイックミラー54bとの何れか一方を選択することが可能になっている。また、偏光子20、ウォラストンプリズム21、第2対物レンズ24、テレセントリック結像レンズ55、反射ミラー56は第2移動機構により光路上から退避可能になっている。   A first moving mechanism is attached to the half mirror 54a, and either one of the half mirror 54a and the dichroic mirror 54b can be selected. The polarizer 20, the Wollaston prism 21, the second objective lens 24, the telecentric imaging lens 55, and the reflection mirror 56 can be retracted from the optical path by the second moving mechanism.

図示しない制御部(実施形態の制御部16に相当)は微分干渉モードと蛍光モードとを設定することが可能になっている。微分干渉モードを設定したときは、図7に示すように、ハーフミラー54aを選択し、偏光子20、ウォラストンプリズム21、第2対物レンズ24、テレセントリック結像レンズ55、反射ミラー56を光路上に配置する。   A control unit (not shown) (corresponding to the control unit 16 in the embodiment) can set the differential interference mode and the fluorescence mode. When the differential interference mode is set, as shown in FIG. 7, the half mirror 54a is selected, and the polarizer 20, the Wollaston prism 21, the second objective lens 24, the telecentric imaging lens 55, and the reflection mirror 56 are placed on the optical path. To place.

一方、制御部16が蛍光モードを設定したときは、図8に示すように、ダイクロイックミラー54bを選択し、偏光子20、ウォラストンプリズム21、第2対物レンズ24、テレセントリック結像レンズ55、反射ミラー56を光路上から退避させる。   On the other hand, when the control unit 16 sets the fluorescence mode, as shown in FIG. 8, the dichroic mirror 54b is selected, the polarizer 20, the Wollaston prism 21, the second objective lens 24, the telecentric imaging lens 55, the reflection The mirror 56 is retracted from the optical path.

最初に、微分干渉モードについて説明する。微分干渉モードに設定すると、図7に示した構成となるように、第1移動機構および第2移動機構が動作する。光源51は照明光Lを発光する。そして、この照明光Lは照明レンズ52により試料Sを均一に照明するように調節される。照明レンズ52を通過した照明光Lは波長選択フィルタ53を通過する。   First, the differential interference mode will be described. When the differential interference mode is set, the first moving mechanism and the second moving mechanism operate so as to have the configuration shown in FIG. The light source 51 emits illumination light L. The illumination light L is adjusted by the illumination lens 52 so that the sample S is illuminated uniformly. The illumination light L that has passed through the illumination lens 52 passes through the wavelength selection filter 53.

波長選択フィルタ53は試料Sに照射する波長成分のみを通過させる。波長選択フィルタ53を通過した照明光Lはハーフミラー54aを透過する。そして、偏光子20、ウォラストンプリズム21により2つの偏光に分離される。分離された2つの偏光は第1対物レンズ22によりディッシュ23に搭載された試料Sの微小に離間した2点に焦点を結ぶ。   The wavelength selection filter 53 passes only the wavelength component irradiated to the sample S. The illumination light L that has passed through the wavelength selection filter 53 passes through the half mirror 54a. Then, it is separated into two polarized light by the polarizer 20 and the Wollaston prism 21. The two separated polarized lights are focused on two points that are slightly separated from each other on the sample S mounted on the dish 23 by the first objective lens 22.

そして、試料Sを透過した2つの偏光は第2対物レンズ24により集光した後に、テレセントリック結像レンズ55により平行光となる。この平行光となった照明光Lは反射ミラー56で反射して、再びテレセントリック結像レンズ55、第2対物レンズ24から試料Sを透過する。   The two polarized light beams transmitted through the sample S are condensed by the second objective lens 24 and then converted into parallel light by the telecentric imaging lens 55. The illumination light L that has become the parallel light is reflected by the reflection mirror 56 and passes through the sample S from the telecentric imaging lens 55 and the second objective lens 24 again.

これにより、2つの偏光は試料Sの微小に離間した2点を2回透過することになる。そして、第1対物レンズ22からウォラストンプリズム21、偏光子20に入射して、干渉する。そして、干渉した2つの偏光が戻り光Rとなって、ハーフミラー54aで反射して、撮影レンズ18によりカメラ57に結像する。カメラ57は結像した戻り光Rを電気信号に変換する。カメラ57は図示しない制御部と接続されており、カメラ57から入力する電気信号に基づいて画像処理を行う。これにより、微分干渉画像を生成することができる。   As a result, the two polarized light beams are transmitted twice through two points that are slightly separated from the sample S. Then, the light enters the Wollaston prism 21 and the polarizer 20 from the first objective lens 22 and interferes therewith. Then, the two interfered polarized lights become return light R, reflected by the half mirror 54a, and imaged on the camera 57 by the photographing lens 18. The camera 57 converts the formed return light R into an electrical signal. The camera 57 is connected to a control unit (not shown), and performs image processing based on an electrical signal input from the camera 57. Thereby, a differential interference image can be generated.

一方、蛍光モードを選択したときには、図8に示した構成となるように、第1移動機構および第2移動機構が動作する。光源51から発光した照明光Lは照明レンズ52で試料Sを均一に照明するように調節される。また、波長選択フィルタ53により試料Sの蛍光を励起させる波長のみが選択される。そして、照明光Lはダイクロイックミラー54bに入射する。   On the other hand, when the fluorescence mode is selected, the first moving mechanism and the second moving mechanism operate so as to have the configuration shown in FIG. The illumination light L emitted from the light source 51 is adjusted so that the sample S is uniformly illuminated by the illumination lens 52. Further, only the wavelength that excites the fluorescence of the sample S is selected by the wavelength selection filter 53. The illumination light L enters the dichroic mirror 54b.

ダイクロイックミラー54bは照明光Lの波長の光を透過し、試料Sの蛍光を反射させる光学特性を有している。よって、照明光Lは試料Sを透過する。そして、第1対物レンズ22によりディッシュ23に搭載された試料Sに焦点を結ぶ。これにより、試料Sは蛍光し、戻り光Rが発生する。   The dichroic mirror 54b has an optical characteristic of transmitting the light having the wavelength of the illumination light L and reflecting the fluorescence of the sample S. Therefore, the illumination light L passes through the sample S. Then, the first objective lens 22 focuses on the sample S mounted on the dish 23. Thereby, the sample S fluoresces and the return light R is generated.

この戻り光Rは第1対物レンズ22からダイクロイックミラー54bに入射する。ダイクロイックミラー54bに入射した戻り光Rは反射して、撮影レンズ18によりカメラ57に結像する。そして、カメラ57に結像された戻り光Rを検出することで、蛍光画像が生成される。   The return light R enters the dichroic mirror 54b from the first objective lens 22. The return light R incident on the dichroic mirror 54 b is reflected and imaged on the camera 57 by the photographing lens 18. Then, by detecting the return light R imaged on the camera 57, a fluorescent image is generated.

本変形例3では、再帰反射光学系として、コーナーキューブを用いずに、テレセントリック結像レンズ55と反射ミラー56とを用いている。これにより、再帰反射光学系を実現することができる。   In the third modification, a telecentric imaging lens 55 and a reflection mirror 56 are used as a retroreflective optical system without using a corner cube. Thereby, a retroreflective optical system can be realized.

また、実施形態のときと比較して、共焦点画像を得ることができない。ただし、構成としては実施形態と比較して非常に単純になる。つまり、本変形例4のような構成でも、2つの偏光を試料Sに2回透過させることで、高いコントラストの画像を得ることができる。   Also, a confocal image cannot be obtained as compared with the embodiment. However, the configuration is very simple compared to the embodiment. That is, even in the configuration as in the fourth modification, an image with high contrast can be obtained by transmitting two polarized lights through the sample S twice.

また、制御部により第1移動機構および第2移動機構を制御して、1つの顕微鏡装置を用いて、簡単且つ単純に微分干渉画像と蛍光画像との2種類の画像を取得することができるようになる。なお、前述した実施形態と同様に、カメラ57の前段に蛍光波長を選択する蛍光フィルタを配置することが望ましい。   Further, the first moving mechanism and the second moving mechanism are controlled by the control unit so that two types of images, that is, a differential interference image and a fluorescence image can be easily and simply acquired using one microscope apparatus. become. As in the above-described embodiment, it is desirable to arrange a fluorescence filter for selecting the fluorescence wavelength in the front stage of the camera 57.

次に、変形例4について説明する。図9a)は変形例4を示しており、この変形例4では、第1対物レンズ22、ディッシュ23、第2対物レンズ24を示している。第1対物レンズ22はドライ対物レンズを用いる。ここでは、20倍のドライ対物レンズ、開口数0.75、ワーキングディスタンス0.6mm程度のものを用いるものとするが、勿論これら以外の数値のものを用いてもよい。   Next, Modification 4 will be described. FIG. 9 a) shows a fourth modification, in which the first objective lens 22, the dish 23, and the second objective lens 24 are shown. The first objective lens 22 is a dry objective lens. Here, a 20 × dry objective lens, a numerical aperture of 0.75, and a working distance of about 0.6 mm are used. Of course, numerical values other than these may be used.

第1対物レンズ22のワーキングディスタンスは非常に短いため、第2対物レンズ24に同様のドライ対物レンズを用いると、第1対物レンズ22と第2対物レンズ22との間に試料Sを搭載したディッシュ23を配置することが困難になる。   Since the working distance of the first objective lens 22 is very short, when a similar dry objective lens is used as the second objective lens 24, a dish in which the sample S is mounted between the first objective lens 22 and the second objective lens 22 is used. It becomes difficult to arrange 23.

そこで、第2対物レンズ24には水浸対物レンズを用いる。水浸対物レンズとしては、例えば電気生理用の対物レンズでカバーガラスを必要としない水浸レンズを用いることが望ましい。例えば、40倍水浸レンズ、開口数0.8、ワーキングディスタンスが3.3mm程度のものを用いることが望ましい。   Therefore, a water immersion objective lens is used as the second objective lens 24. As the water immersion objective lens, it is desirable to use, for example, an electrophysiological objective lens that does not require a cover glass. For example, it is desirable to use a 40 × water immersion lens, a numerical aperture of 0.8, and a working distance of about 3.3 mm.

このような水浸対物レンズを第2対物レンズ24として用いることで、十分なワーキングディスタンスを確保することができ、試料Sを搭載したディッシュ23を配置することが容易になる。また、試料Sが細胞の生物試料のような場合には、一般に培養液Wの中にあることが多いため、水浸対物レンズを用いると好適である。   By using such a water immersion objective lens as the second objective lens 24, a sufficient working distance can be secured, and the dish 23 on which the sample S is mounted can be easily disposed. Further, when the sample S is a biological sample of a cell, since it is often in the culture medium W, it is preferable to use a water immersion objective lens.

次に、変形例5について説明する。図9b)は変形例5を示しており、この変形例5では、第1対物レンズ22、ディッシュ23、第2対物レンズ24を示している。変形例4と同様に、第1対物レンズ22としては、倍率が20倍、開口数が0.75、ワーキングディスタンスが0.6mm程度のドライ対物レンズを用いるようにする。勿論、これら以外の数値のものを用いてもよい。   Next, Modification 5 will be described. FIG. 9B) shows a fifth modification, in which the first objective lens 22, the dish 23, and the second objective lens 24 are shown. Similar to the modified example 4, as the first objective lens 22, a dry objective lens having a magnification of 20 times, a numerical aperture of 0.75, and a working distance of about 0.6 mm is used. Of course, numerical values other than these may be used.

第2対物レンズ24は微分干渉モードで使用するレーザ光Lの波長に最適に作用する対物レンズを用いる。つまり、微分干渉モードで使用される光源4が発振するレーザ光Lの波長の光についてのみ対物レンズとしての機能を果たすようなレンズを用いる。   As the second objective lens 24, an objective lens that works optimally on the wavelength of the laser light L used in the differential interference mode is used. That is, a lens that functions as an objective lens is used only for light having the wavelength of the laser light L oscillated by the light source 4 used in the differential interference mode.

一般的に、可視光の幅広い波長帯域に対応した対物レンズを使用する場合には、多数枚のレンズで構成されるために構造が複雑になる上、ワーキングディスタンスが短くなる。従って、ワーキングディスタンスが短い対物レンズを用いると、試料Sを搭載したディッシュ23を配置することが困難になる。   In general, when an objective lens corresponding to a wide wavelength band of visible light is used, the structure is complicated because the lens is composed of a large number of lenses, and the working distance is shortened. Therefore, when an objective lens having a short working distance is used, it becomes difficult to arrange the dish 23 on which the sample S is mounted.

そこで、第2対物レンズ24は微分干渉モードで使用するレーザ光Lの波長に特化した対物レンズを用いる。これにより、特定の波長で対物レンズとしての機能を果たせばよいため、少ない枚数のレンズ、例えば1枚の非球面レンズ或いは2〜3枚の球面レンズで第2対物レンズ24を実現することができる。   Therefore, the second objective lens 24 uses an objective lens specialized for the wavelength of the laser light L used in the differential interference mode. As a result, it is only necessary to fulfill the function as an objective lens at a specific wavelength. Therefore, the second objective lens 24 can be realized with a small number of lenses, for example, one aspherical lens or two to three spherical lenses. .

これにより、ワーキングディスタンスを十分に確保することができる。例えば、開口数が0.7、ワーキングディスタンスが20mm程度の第2対物レンズ24を使用することができる。従って、十分なワーキングディスタンスを確保できることから、試料Sを搭載したディッシュ23を容易に配置することが可能になる。   Thereby, a sufficient working distance can be secured. For example, the second objective lens 24 having a numerical aperture of 0.7 and a working distance of about 20 mm can be used. Therefore, since a sufficient working distance can be secured, the dish 23 on which the sample S is mounted can be easily arranged.

1 顕微鏡装置
2 走査光学系
3 顕微鏡光学系
4 光源
6 コリメートレンズ
7 マイクロレンズディスク
8 ピンホールディスク
9 連結ドラム
10 モータ
11a ハーフミラー
11b ダイクロイックミラー
15 カメラ
16 制御部
20 偏光子
21 ウォラストンプリズム
22 第1対物レンズ
23 ディッシュ
24 第2対物レンズ
25 コーナーキューブ
26 λ/4波長板
31 光源
32a ハーフミラー
32b ダイクロイックミラー
33 走査光学ユニット
41 第1瞳リレーレンズ
42 第2瞳リレーレンズ
L レーザ光
R 戻り光
S 試料
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Microscope apparatus 2 Scan optical system 3 Microscope optical system 4 Light source 6 Collimating lens 7 Micro lens disk 8 Pinhole disk 9 Connection drum 10 Motor 11a Half mirror 11b Dichroic mirror 15 Camera 16 Control part 20 Polarizer 21 Wollaston prism 22 1st Objective lens 23 Dish 24 Second objective lens 25 Corner cube 26 λ / 4 wavelength plate 31 Light source 32a Half mirror 32b Dichroic mirror 33 Scanning optical unit 41 First pupil relay lens 42 Second pupil relay lens L Laser beam R Return beam S Sample

Claims (6)

試料に照射する照明光を発振する光源と、
前記照明光を偏光方向の異なる2つの偏光に分離する偏光分離素子と、
前記2つの偏光を前記試料の離間した2点に集光する第1対物レンズと、
前記試料を透過した前記2つの偏光を平行光に変換する第2対物レンズと、
この第2対物レンズを通過した前記2つの偏光を再帰反射させる再帰反射光学系と、
前記偏光分離素子に入射する前記照明光を直線偏光に変換し、前記再帰反射光学系で再帰反射して前記試料を透過した2つの偏光が干渉する偏光子と、
を備えていることを特徴とする顕微鏡装置。
A light source that oscillates the illumination light applied to the sample;
A polarization separation element that separates the illumination light into two polarizations having different polarization directions;
A first objective lens for condensing the two polarized lights at two spaced points of the sample;
A second objective lens that converts the two polarized lights transmitted through the sample into parallel light;
A retroreflective optical system that retroreflects the two polarized light beams that have passed through the second objective lens;
A polarizer that converts the illumination light incident on the polarization separation element into linearly polarized light, and retroreflected by the retroreflective optical system and interferes with two polarized light beams transmitted through the sample;
A microscope apparatus comprising:
前記偏光分離素子と前記第2対物レンズと前記再帰反射光学系と前記偏光子とを前記照明光の光路から挿抜可能に移動する移動機構と、
第1のモードが設定されたときには前記偏光分離素子と前記第2対物レンズと前記再帰反射光学系と前記偏光子とを前記照明光の光路に挿入し、第2のモードが設定されたときには前記偏光分離素子と前記第2対物レンズと前記再帰反射光学系と前記偏光子とを前記照明光の光路から退避するように前記移動機構を制御する制御部と、
を備えたことを特徴とする請求項1記載の顕微鏡装置。
A moving mechanism for removably moving the polarization separation element, the second objective lens, the retroreflective optical system, and the polarizer from the optical path of the illumination light;
When the first mode is set, the polarization separation element, the second objective lens, the retroreflective optical system, and the polarizer are inserted into the optical path of the illumination light, and when the second mode is set, the A control unit for controlling the moving mechanism so as to retract the polarization separation element, the second objective lens, the retroreflective optical system, and the polarizer from the optical path of the illumination light;
The microscope apparatus according to claim 1, further comprising:
前記移動機構は、前記制御部に前記第1のモードが設定されたときには、前記光源からの前記照明光を前記試料に透過または反射し、前記試料からの戻り光を反射または透過するハーフミラーと、前記制御部に前記第2のモードが設定されたときには、前記光源からの前記照明光の波長を透過または反射し、前記試料の蛍光の波長を反射または透過するダイクロイックミラーと、を切り替えること
を特徴とする請求項2記載の顕微鏡装置。
The moving mechanism includes a half mirror that transmits or reflects the illumination light from the light source to the sample and reflects or transmits return light from the sample when the control unit is set to the first mode. When the second mode is set in the control unit, the dichroic mirror that transmits or reflects the wavelength of the illumination light from the light source and reflects or transmits the wavelength of the fluorescence of the sample is switched. The microscope apparatus according to claim 2, characterized in that:
前記試料の焦点の範囲内の光を通過させるピンホールを複数配列したピンホールディスクと、
前記ピンホールと同じパターンで配列され、前記ピンホールに前記照明光を集光させる複数のレンズを配列したレンズディスクと、
前記ピンホールディスクと前記レンズディスクとを一体的に回転させる回転部と、
を備えたことを特徴とする請求項3記載の顕微鏡装置。
A pinhole disk in which a plurality of pinholes that transmit light within the focal range of the sample are arranged;
A lens disk arranged in the same pattern as the pinhole, and a plurality of lenses arranged to collect the illumination light in the pinhole; and
A rotating unit that integrally rotates the pinhole disk and the lens disk;
The microscope apparatus according to claim 3, further comprising:
前記偏光分離素子と前記偏光子との間にλ/4波長板を設けたこと
を特徴とする請求項4記載の顕微鏡装置。
The microscope apparatus according to claim 4, wherein a λ / 4 wavelength plate is provided between the polarization separation element and the polarizer.
前記第2対物レンズと前記再帰反射光学系との間に前記第2対物レンズの瞳位置をリレーする瞳リレーレンズ系を設けたこと
を特徴とする請求項4記載の顕微鏡装置。
The microscope apparatus according to claim 4, wherein a pupil relay lens system that relays a pupil position of the second objective lens is provided between the second objective lens and the retroreflective optical system.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103852458A (en) * 2014-02-28 2014-06-11 浙江大学 Microscopic method based on wide field stimulated emission difference and microscopic device based on wide field stimulated emission difference
CN105511066A (en) * 2016-01-29 2016-04-20 福州大学 Microscopic polarization imaging device based on microwave sheet array and implement method thereof
KR101938110B1 (en) * 2018-06-05 2019-04-11 한국기초과학지원연구원 Apparatus for measuring thermal image in multi modes and method thereof
WO2023130636A1 (en) * 2022-01-10 2023-07-13 暨南大学 Uniaxial crystal-based phase contrast microscopy module, device and method

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS58145911A (en) * 1982-02-11 1983-08-31 カ−ル・ツアイス−スチフツング Optical system for testing with light transmission microscope by reflected light irradiation
JPH09152555A (en) * 1995-11-29 1997-06-10 Olympus Optical Co Ltd Microscope optical system
JP2001108910A (en) * 1999-09-09 2001-04-20 Carl Zeiss Jena Gmbh Microscope of projected light and transmitted light observing type
JP2002267932A (en) * 2001-03-12 2002-09-18 Olympus Optical Co Ltd Differential interference microscope
JP2005010516A (en) * 2003-06-19 2005-01-13 Olympus Corp Microscope
JP2010066575A (en) * 2008-09-11 2010-03-25 Yokogawa Electric Corp Confocal optical scanner
JP2011022327A (en) * 2009-07-15 2011-02-03 Yokogawa Electric Corp Confocal microscope apparatus

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS58145911A (en) * 1982-02-11 1983-08-31 カ−ル・ツアイス−スチフツング Optical system for testing with light transmission microscope by reflected light irradiation
JPH09152555A (en) * 1995-11-29 1997-06-10 Olympus Optical Co Ltd Microscope optical system
JP2001108910A (en) * 1999-09-09 2001-04-20 Carl Zeiss Jena Gmbh Microscope of projected light and transmitted light observing type
JP2002267932A (en) * 2001-03-12 2002-09-18 Olympus Optical Co Ltd Differential interference microscope
JP2005010516A (en) * 2003-06-19 2005-01-13 Olympus Corp Microscope
JP2010066575A (en) * 2008-09-11 2010-03-25 Yokogawa Electric Corp Confocal optical scanner
JP2011022327A (en) * 2009-07-15 2011-02-03 Yokogawa Electric Corp Confocal microscope apparatus

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103852458A (en) * 2014-02-28 2014-06-11 浙江大学 Microscopic method based on wide field stimulated emission difference and microscopic device based on wide field stimulated emission difference
CN103852458B (en) * 2014-02-28 2016-02-03 浙江大学 A kind of microscopic method based on wide field stimulated emission difference and device
CN105511066A (en) * 2016-01-29 2016-04-20 福州大学 Microscopic polarization imaging device based on microwave sheet array and implement method thereof
KR101938110B1 (en) * 2018-06-05 2019-04-11 한국기초과학지원연구원 Apparatus for measuring thermal image in multi modes and method thereof
WO2019235908A1 (en) * 2018-06-05 2019-12-12 한국기초과학지원연구원 Multi-mode thermal imaging device and operation method thereof
US11300454B2 (en) 2018-06-05 2022-04-12 Korea Basic Science Institute Multi-mode thermal imaging device and operation method thereof
WO2023130636A1 (en) * 2022-01-10 2023-07-13 暨南大学 Uniaxial crystal-based phase contrast microscopy module, device and method

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