JP2016071160A - Laser scanning type microscope - Google Patents

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土屋 敦宏
Atsuhiro Tsuchiya
敦宏 土屋
斎藤 良治
Ryoji Saito
良治 斎藤
佐々木 浩
Hiroshi Sasaki
浩 佐々木
小林 茂
Shigeru Kobayashi
茂 小林
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a laser scanning type microscope designed to prevent an optical detector from becoming hot and reducing the size of the device body.SOLUTION: The laser scanning type microscope comprises: a scanner 33 for scanning a laser beam; an objective lens 23 for irradiating a sample S with the laser beam scanned by the scanner 33 and collecting fluorescent light from the sample S; an excitation dichroic mirror 41 for branching the fluorescent light collected by the objective lens 23 from the optical path of the laser beam between the objective lens 23 and the scanner 33; a liquid light guide 7 for guiding the fluorescent light branched off by the excitation dichroic mirror 41; and PMTs 59A, 59B for detecting the fluorescent light guided by the liquid light guide 7. A culture space 10 accommodating the sample S and whose internal temperature and humidity are maintainable and an optical space 20 for accommodating the objective lens 23 are disposed adjacent to each other, and an optical detection space 50 accommodating the PMTs 59A, 59B is disposed separately from the culture space 10 and the optical space 20.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、レーザ走査型顕微鏡に関するものである。   The present invention relates to a laser scanning microscope.

従来、特定の温度・湿度下で標本を収容する培養空間と、培養空間内の標本を観察するための対物レンズや光検出器等の光学系が配置された光学空間とを備えるレーザ走査型顕微鏡が知られている(例えば、特許文献1参照。)。   Conventionally, a laser scanning microscope provided with a culture space for storing a specimen under a specific temperature and humidity, and an optical space in which an optical system such as an objective lens and a photodetector for observing the specimen in the culture space is arranged Is known (for example, see Patent Document 1).

特開2011−102970号公報JP 2011-102970 A

特許文献1に記載のレーザ走査型顕微鏡は、光学空間内に光検出器が1個設置されているが、多数の光検出器により異なる波長を同時に検出しようとしたり、異なる特性の光検出器を複数採用しようとしたりする場合は、光検出器を含む周辺の構成ユニットが大型化してしまう。また、標本において発生した蛍光を光検出器に損失なく取り込もうとすると、光検出器に蛍光を導光するレンズやバリアフィルタ、分光ダイクロイックミラーなどの光検出光学系も大型化する傾向がある。   The laser scanning microscope described in Patent Document 1 has one photodetector installed in the optical space. However, a large number of photodetectors are used to detect different wavelengths simultaneously, or photodetectors having different characteristics are used. When trying to adopt a plurality, peripheral constituent units including the photodetectors are enlarged. Further, if the fluorescence generated in the specimen is to be taken into the photodetector without loss, the optical detection optical system such as a lens, a barrier filter, or a spectroscopic dichroic mirror that guides the fluorescence to the photodetector tends to increase in size.

また、培養空間は、φ35ディッシュが数個とマイクロプレートが1個配される程度であり、机上面への投影面積をそれほど大きくする必要がないが、光学空間の大型化の影響で培養空間を含む装置全体が大型化することが危惧される。さらに、光学空間には、対物レンズを光軸に沿って移動させるフオーカス機構や、標本を対物レンズの光軸に交差する方向に移動させるステージ駆動機構などが配置されており、これらの機構がかなりの空間を占有する。
したがって、従来のレーザ走査型顕微鏡では、装置本体部の小型化を図るとともに、光検出器を光学空間から熱的に分離することが困難という問題がある。
In addition, the culture space is only a few φ35 dishes and one microplate, and it is not necessary to increase the projection area on the desk surface so much. It is feared that the entire device including the device will be enlarged. Furthermore, in the optical space, a focus mechanism that moves the objective lens along the optical axis and a stage drive mechanism that moves the specimen in a direction crossing the optical axis of the objective lens are arranged. Occupies the space.
Therefore, in the conventional laser scanning microscope, there is a problem that it is difficult to downsize the apparatus main body and to thermally separate the photodetector from the optical space.

本発明は上述した事情に鑑みてなされたものであって、光検出器の高温化を防ぐとともに、装置本体部の小型化を図るレーザ走査型顕微鏡を提供することを目的としている。   The present invention has been made in view of the above-described circumstances, and an object of the present invention is to provide a laser scanning microscope that prevents the temperature of the photodetector from being increased and reduces the size of the apparatus main body.

上記目的を達成するために、本発明は以下の手段を提供する。
本発明は、レーザ光を2次元的に走査させる走査部と、該走査部により走査されたレーザ光を標本に照射する一方、該標本からの光を集光する対物レンズと、該対物レンズにより集光された前記標本からの光を該対物レンズと前記走査部との間において前記レーザ光の光路から分岐する観察光分岐部と、該観察光分岐部により分岐された光を導光する観察光導光ファイバと、該観察光導光ファイバにより導光された光を検出する観察光検出部とを備え、前記標本を収容するとともに内部の温度および湿度を維持可能な培養空間と、前記対物レンズを収容する光学空間とが互いに隣接して配置され、前記観察光検出部を収容する光検出空間が、前記培養空間および前記光学空間から離間して配置されているレーザ走査型顕微鏡を提供する。
In order to achieve the above object, the present invention provides the following means.
The present invention provides a scanning unit that two-dimensionally scans a laser beam, an objective lens that irradiates the sample with the laser beam scanned by the scanning unit, and condenses the light from the sample, and the objective lens. Observation light branching portion for branching the condensed light from the specimen from the optical path of the laser light between the objective lens and the scanning portion, and observation for guiding the light branched by the observation light branching portion A light guide fiber, and an observation light detection unit that detects light guided by the observation light guide fiber; a culture space that accommodates the specimen and maintains an internal temperature and humidity; and the objective lens Provided is a laser scanning microscope in which an optical space to be accommodated is disposed adjacent to each other, and a light detection space for accommodating the observation light detection unit is disposed apart from the culture space and the optical space.

本発明によれば、培養空間内が特定の温度および湿度に維持されることで、標本が長時間にわたり健全な状態に保たれる。この標本に対してレーザ光が走査部により走査されて対物レンズにより照射され、標本からの光が対物レンズにより集光されて観察光分岐部によりレーザ光の光路から分岐された後、観察光導光ファイバにより導光されて走査部を介さずに観察光検出部により検出されることで、健全な状態の標本を2光子励起観察することができる。   According to the present invention, the specimen is maintained in a healthy state for a long time by maintaining the inside of the culture space at a specific temperature and humidity. Laser light is scanned on the specimen by the scanning unit and irradiated by the objective lens, and the light from the specimen is collected by the objective lens and branched from the optical path of the laser light by the observation light branching unit. By being guided by the fiber and detected by the observation light detection unit without passing through the scanning unit, the sample in a healthy state can be observed by two-photon excitation.

この場合において、光学空間および培養空間から光検出空間が離間して配置されることで、観察光検出部を光学空間および培養空間から熱的に分離して高温になるのを防止し、暗電流ノイズを抑制することができる。また、光学空間内に観察光検出部を収容する場合と比較して、光学空間を小型化することができる。
したがって、観察光検出部の高温化を防ぐとともに、装置本体部の小型化を図ることができる。
In this case, the light detection space is disposed away from the optical space and the culture space, thereby preventing the observation light detection unit from being thermally separated from the optical space and the culture space and being heated to a high temperature. Noise can be suppressed. Further, the optical space can be reduced in size compared to the case where the observation light detection unit is accommodated in the optical space.
Therefore, it is possible to prevent the observation light detection unit from becoming high temperature and to reduce the size of the apparatus main body.

上記発明においては、前記対物レンズを挿入可能な貫通孔を有し、前記培養空間と前記光学空間とを隔てる隔壁部と、該隔壁部の前記貫通孔に挿入された前記対物レンズの光軸方向の移動を許容しつつ、該対物レンズと前記隔壁部との隙間を閉塞可能なシール部とを備え、前記対物レンズの一部が前記貫通孔を介して前記培養空間に挿入されていることとしてもよい。
このように構成することで、先端から標本までの距離が短い対物レンズを使用することができる。
In the above-described invention, there is a through hole into which the objective lens can be inserted, a partition wall that separates the culture space and the optical space, and an optical axis direction of the objective lens inserted into the through hole of the partition wall And a seal part capable of closing the gap between the objective lens and the partition wall part, and a part of the objective lens is inserted into the culture space through the through-hole. Also good.
By comprising in this way, the objective lens with a short distance from a front-end | tip to a sample can be used.

上記発明においては、該光検出空間を囲い、該光検出空間の外部から内部への光を遮断する遮光壁を備えることとしてもよい。
このように構成することで、遮光壁により環境光が遮断されるので、観察光検出部において環境光による影響を排除して安定した観察を行うことができる。
In the said invention, it is good also as providing the light-shielding wall which encloses this photon detection space and interrupts | blocks the light from the exterior to the inside of this photon detection space.
With such a configuration, since the environmental light is blocked by the light shielding wall, the observation light detection unit can eliminate the influence of the environmental light and perform stable observation.

上記発明においては、前記光学空間に、該光学空間内を前記培養空間内の温度とほぼ同等に恒温化する恒温化部を有することとしてもよい。
このように構成することで、恒温化部の作動により、光学空間内の光学系および機械系に培養空間の温度に基づく温度勾配が発生するのを防止することができる。これにより、光学系および機械系に歪みが発生するのを防ぎ、得られる画像の低輝度化および不鮮明化を効果的に防止することができる。
In the said invention, it is good also as having the thermostat in the said optical space which thermostats the inside of this optical space substantially equal to the temperature in the said culture space.
By comprising in this way, it can prevent that the temperature gradient based on the temperature of culture | cultivation space generate | occur | produces in the optical system and optical system in optical space by the action | operation of a thermostat. Thereby, it is possible to prevent distortion from occurring in the optical system and the mechanical system, and to effectively prevent the brightness and blurring of the obtained image.

上記発明においては、光源と、該光源から発せられた前記レーザ光を前記走査部に導光するレーザ光導光ファイバとを備えることとしてもよい。
このように構成することで、光学空間内に光源を配置しなくて済む。したがって、光学空間内に光源を配置する場合と比較して、光学空間を小型化することができる。また、レーザ光導光ファイバを繋ぎ替えることで、光源を交換することができる。
In the said invention, it is good also as providing a light source and the laser beam light guide fiber which guides the said laser beam emitted from this light source to the said scanning part.
With this configuration, it is not necessary to arrange a light source in the optical space. Therefore, the optical space can be downsized as compared with the case where the light source is arranged in the optical space. Further, the light source can be exchanged by changing the laser light guide fiber.

上記発明においては、前記観察光分岐部が前記対物レンズに隣接して配置されていることとしてもよい。
このように構成することで、標本からの光を対物レンズから出射された直後に観察光分岐部により分岐することができる。対物レンズから出射された標本からの光は走査部によるレーザ光の走査に応じて光束の位置が変動するが、対物レンズから出射された直後の光は光束の位置の変動が比較的小さい。したがって、標本からの光を対物レンズから出射された直後に観察光分岐部により分岐するとともに、分岐した直後に観察光導光ファイバへ入射させれば、対物レンズの近傍にそれほど大きな空間を占有させる必要がない。これにより、対物レンズからの光の検出効率を維持しつつ、光学空間を狭くして光学空間の温度制御を容易にすることができる。
In the above invention, the observation light branching section may be disposed adjacent to the objective lens.
With this configuration, light from the specimen can be branched by the observation light branching unit immediately after being emitted from the objective lens. The light from the specimen emitted from the objective lens varies in the position of the light beam according to the scanning of the laser light by the scanning unit, but the light immediately after emitted from the objective lens has a relatively small change in the position of the light beam. Therefore, if the light from the sample is branched by the observation light branching portion immediately after being emitted from the objective lens, and if it is incident on the observation light guiding fiber immediately after branching, it is necessary to occupy a very large space near the objective lens. There is no. Thereby, the temperature of the optical space can be easily controlled by narrowing the optical space while maintaining the detection efficiency of light from the objective lens.

なお、対物レンズから出射された標本からの光を走査部に戻した後に検出すれば、対物レンズ近傍の空間を占有することはないが、標本から発せられた光が散乱し、その散乱光をも検出しようとすると、標本のより広い視野(標本面の光軸からより離れた範囲)からの光を検出する必要がある。この場合、レーザ光よりも大きな光線束を確保するために、結像レンズや瞳投影レンズ、走査部のミラーなど、検出光路全体が大型化してしまい、しいては顕微鏡本体が大型化して好ましくない。   If the light from the specimen emitted from the objective lens is detected after returning to the scanning unit, it does not occupy the space near the objective lens, but the light emitted from the specimen is scattered, and the scattered light is However, it is necessary to detect light from a wider field of view of the sample (range farther from the optical axis of the sample surface). In this case, in order to secure a light beam larger than the laser beam, the entire detection optical path such as an imaging lens, a pupil projection lens, and a scanning unit mirror is enlarged, which is not preferable because the microscope main body is enlarged. .

上記発明においては、前記光検出空間に、該光検出空間内の温度を冷却する冷却部を有することとしてもよい。
このように構成することで、冷却部により観察光検出部を冷却して暗電流ノイズを低減することができる。これにより、S/N比を向上して標本を観察することができる。
In the said invention, it is good also as having a cooling part which cools the temperature in this light detection space in the said light detection space.
With this configuration, the observation light detection unit can be cooled by the cooling unit to reduce dark current noise. Thereby, the S / N ratio can be improved and the sample can be observed.

上記発明においては、前記観察光導光ファイバがリキッドライトガイドであることとしてもよい。
このように構成することで、リキッドライトガイドはコア径が比較的大きいので、標本からの光を観察光導光ファイバに効率よく取り込むことができる。また、対物レンズの瞳径が大きい場合も、瞳から観察光導光ファイバに光を入射させるレンズの縮小倍率を大きくする必要がなく、対物レンズから観察光導光ファイバまでの距離も比較的短くすることができる。したがって、光学空間を小型化することができる。さらに、リキッドライトガイドはコア径が大きくても比較的容易に曲げることが可能なため、狭いスペースで観察光導光ファイバを引き回すことができる。
In the above invention, the observation light guiding fiber may be a liquid light guide.
With this configuration, the liquid light guide has a relatively large core diameter, so that light from the specimen can be efficiently taken into the observation light guide fiber. Even when the pupil diameter of the objective lens is large, it is not necessary to increase the reduction magnification of the lens that allows light to enter the observation light guide fiber from the pupil, and the distance from the objective lens to the observation light guide fiber should be relatively short. Can do. Therefore, the optical space can be reduced in size. Furthermore, since the liquid light guide can be bent relatively easily even when the core diameter is large, the observation light guide fiber can be routed in a narrow space.

上記発明においては、前記標本を透過したレーザ光および該レーザ光と同方向に前記標本から発せられる蛍光を導光する透過側光ファイバと、該透過側光ファイバにより導光された前記レーザ光と前記蛍光とを分岐させる透過側分岐部と、該透過側分岐部において分岐されたレーザ光を検出する透過側レーザ光検出部と、前記透過側分岐部において分岐された蛍光を検出する透過側蛍光検出部とを備えることとしてもよい。   In the above invention, a laser beam transmitted through the sample, a transmission side optical fiber that guides fluorescence emitted from the sample in the same direction as the laser beam, and the laser beam guided by the transmission side optical fiber; A transmission side branching part for branching the fluorescence; a transmission side laser light detection part for detecting a laser beam branched at the transmission side branching part; and a transmission side fluorescence for detecting the fluorescence branched at the transmission side branching part. It is good also as providing a detection part.

このように構成することで、標本を透過するレーザ光と標本から透過側に発せられる蛍光とが透過側光ファイバにより導光された後、透過側分岐部によりそれぞれが分岐されて透過側レーザ光検出部または透過側蛍光検出部により検出される。したがって、標本を透過するレーザ光により標本の輪郭などを観察すると同時に、このレーザ光とは異なる波長の蛍光により標本内の微小構造(例えば、細胞内のオルガネラ)などを観察することができる。また、観察光検出部により、透過側蛍光検出部と同一波長の蛍光を検出すれば、より明るい蛍光観察が可能になる。   With this configuration, after the laser beam that passes through the specimen and the fluorescence emitted from the specimen to the transmission side are guided by the transmission side optical fiber, each is branched by the transmission side branching section and transmitted through the transmission side laser light. It is detected by the detection unit or the transmission side fluorescence detection unit. Accordingly, it is possible to observe the outline of the specimen with the laser light transmitted through the specimen, and at the same time to observe the microstructure (for example, the organelle in the cell) in the specimen with fluorescence having a wavelength different from that of the laser light. If the observation light detection unit detects fluorescence having the same wavelength as that of the transmission side fluorescence detection unit, brighter fluorescence observation is possible.

上記発明においては、前記レーザ光が、前記標本に多光子吸収される特性および前記標本から高調波を発生させる特性の少なくとも一方を有することとしてもよい。   In the above invention, the laser light may have at least one of a characteristic of multiphoton absorption by the specimen and a characteristic of generating a harmonic from the specimen.

本発明によれば、光検出器の高温化を防ぐとともに、装置本体部の小型化を図ることができるという効果を奏する。さらに、外部からの振動による画像劣化の影響を受けやすい顕微鏡本体のフットプリントを小さくすることができ、顕微鏡本体を積載する除振台も小型化することが可能になる。光源をファイバで顕微鏡本体に接続した場合は、光源自体が振動してもファイバから出射されるレーザ光の角度やパワーの変動は小さく、走査位置がずれたり、走査位置毎にレーザパワーが変動したりする心配が少ない。また、観察光検出部は、走査部で走査された、ある位置(点)での標本から発せられる光の強度を検出しているだけなので、多少の振動を受けても、光路の途中で光がけられなければよく、光線束の大きさに十分に余裕を持たせておけば、振動により光の強度が変化することは少ない。   According to the present invention, it is possible to prevent an increase in the temperature of the photodetector and to reduce the size of the apparatus main body. Furthermore, the footprint of the microscope main body, which is easily affected by image deterioration due to external vibration, can be reduced, and the vibration isolation table on which the microscope main body is loaded can be downsized. When the light source is connected to the microscope body with a fiber, even if the light source itself vibrates, the angle and power fluctuations of the laser beam emitted from the fiber are small, the scanning position is shifted, and the laser power varies for each scanning position. There is little worry to go. The observation light detection unit only detects the intensity of light emitted from the sample at a certain position (point) scanned by the scanning unit. It is sufficient that the light flux is not lost, and if the beam bundle has a sufficient margin, the intensity of light hardly changes due to vibration.

本発明の第1実施形態に係るレーザ走査型顕微鏡を示す概略構成図である。1 is a schematic configuration diagram illustrating a laser scanning microscope according to a first embodiment of the present invention. 本発明の第2実施形態に係るレーザ走査型顕微鏡の透過側検出ユニットを示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows the permeation | transmission side detection unit of the laser scanning microscope which concerns on 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第1,第2実施形態の変形例に係るレーザ走査型顕微鏡の対物レンズ周辺の構成の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of a structure around the objective lens of the laser scanning microscope which concerns on the modification of 1st, 2nd embodiment of this invention. 本発明の第1,第2実施形態の変形例に係るレーザ走査型顕微鏡の対物レンズ周辺の構成の他の一例を示す図である。It is a figure which shows another example of a structure around the objective lens of the laser scanning microscope which concerns on the modification of 1st, 2nd embodiment of this invention.

〔第1実施形態〕
本発明の第1実施形態に係るレーザ走査型顕微鏡について図面を参照して以下に説明する。
本実施形態に係るレーザ走査型顕微鏡100は、例えば、図1に示すように、レーザ光を発生するレーザ光源(光源)1と、レーザ光源1から発せられたレーザ光を導光する光ファイバ(レーザ光導光ファイバ)3と、光ファイバ3により導光されたレーザ光を標本Sに照射する顕微鏡本体5と、標本Sから発せられる蛍光(光)を導光するリキッドライトガイド(観察光導光ファイバ)7と、リキッドライトガイド7により導光された蛍光を検出する光検出ユニット9とを備えている。
[First Embodiment]
A laser scanning microscope according to a first embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.
A laser scanning microscope 100 according to the present embodiment includes, for example, a laser light source (light source) 1 that generates laser light and an optical fiber that guides the laser light emitted from the laser light source 1, as shown in FIG. A laser light guide fiber) 3, a microscope main body 5 that irradiates the specimen S with laser light guided by the optical fiber 3, and a liquid light guide (observation light guide fiber that guides fluorescence (light) emitted from the specimen S. ) 7 and a light detection unit 9 for detecting the fluorescence guided by the liquid light guide 7.

レーザ光源1は、例えば、フェムト秒パルスレーザ光等の極短パルスレーザ光を射出するようになっている。このレーザ光源1は、図示しない温度制御装置により、15℃程度に温度制御されていることが望ましい。レーザ光源1には光ファイバ3の一端が固定されており、レーザ光源1から発せられたレーザ光は光ファイバ3に入射されるようになっている。   The laser light source 1 emits ultrashort pulse laser light such as femtosecond pulse laser light, for example. The laser light source 1 is desirably temperature-controlled to about 15 ° C. by a temperature control device (not shown). One end of an optical fiber 3 is fixed to the laser light source 1, and the laser light emitted from the laser light source 1 is incident on the optical fiber 3.

顕微鏡本体5は、断熱材からなる外装カバー(遮光壁)11により覆われている。この顕微鏡本体5は、図示しない除振台に載置されている。また、顕微鏡本体5は、透明なガラス(隔壁)13,21により、外装カバー11の内部が上方から順に培養空間10と光学空間20と常温空間30との3つの空間に仕切られている。   The microscope body 5 is covered with an exterior cover (light shielding wall) 11 made of a heat insulating material. The microscope body 5 is placed on a vibration isolation table (not shown). Further, the microscope body 5 is partitioned into three spaces of a culture space 10, an optical space 20, and a room temperature space 30 in order from the top by transparent glass (partition walls) 13 and 21.

培養空間10には、標本Sを収容する培養容器15と、培養容器15が載置されるステージ17と、培養空間10内を加温するヒータ19とが備えられている。   The culture space 10 is provided with a culture container 15 for storing the specimen S, a stage 17 on which the culture container 15 is placed, and a heater 19 for heating the inside of the culture space 10.

培養容器15は、透明なガラス材料により形成されている。
ステージ17は、板厚方向に貫通する貫通孔(図示略)を有しており、貫通孔の開口を閉塞するように培養容器15を載置することができるようになっている。
ヒータ19は、培養空間10の温度を一定に維持することができるようになっている。また、図示しない加湿器によって湿度を一定に維持することができるようになっている。例えば、培養空間10は、温度が37℃、湿度が90%に設定されている。
The culture vessel 15 is made of a transparent glass material.
The stage 17 has a through hole (not shown) penetrating in the plate thickness direction, and the culture vessel 15 can be placed so as to close the opening of the through hole.
The heater 19 can keep the temperature of the culture space 10 constant. Further, the humidity can be kept constant by a humidifier (not shown). For example, the culture space 10 is set to a temperature of 37 ° C. and a humidity of 90%.

光学空間20は、培養空間10に隣接して配置されている。この光学空間20には、対物レンズ23と、対物レンズ23を保持し、光学空間10内で対物レンズ23を光軸に沿う方向に移動可能なフォーカス駆動部25と、ステージ17を支持し、培養空間10内でステージ17を対物レンズ23の光軸に交差する方向に移動可能なステージ駆動部27と、光学空間20を加温するヒータ(恒温化部)29とが備えられている。   The optical space 20 is disposed adjacent to the culture space 10. In this optical space 20, an objective lens 23, a focus driving unit 25 that holds the objective lens 23 and can move the objective lens 23 in a direction along the optical axis in the optical space 10, and a stage 17 are supported and cultured. A stage driving unit 27 capable of moving the stage 17 in a direction intersecting the optical axis of the objective lens 23 in the space 10 and a heater (constant temperature unit) 29 for heating the optical space 20 are provided.

対物レンズ23は、レーザ光源1から発せられたレーザ光を標本Sに照射する一方、標本Sにおいて発生する蛍光を集光してレーザ光の光路に沿って戻すようになっている。
ヒータ29は、光学空間20を培養空間10の温度とほぼ同等の温度に恒温化するようになっている。例えば、光学空間20は、37℃に設定されている。
The objective lens 23 irradiates the sample S with the laser light emitted from the laser light source 1, while condensing the fluorescence generated in the sample S and returning it along the optical path of the laser light.
The heater 29 is configured to keep the optical space 20 at a temperature substantially equal to the temperature of the culture space 10. For example, the optical space 20 is set to 37 ° C.

常温空間30は、光学空間20に隣接して配置されている。この常温空間30は、温度制御されておらず、常温(例えば、20℃)となっている。常温空間30を形成する外装カバー11には、光ファイバ3の他端と、リキッドライトガイド7の一端が接続されている。この外装カバー11には、光ファイバ3により導光されてくるレーザ光を平行光に変換して光学空間20に入射させるコリメートレンズ31が固定されている。   The room temperature space 30 is disposed adjacent to the optical space 20. The room temperature space 30 is not temperature-controlled and is at room temperature (for example, 20 ° C.). The outer cover 11 that forms the room temperature space 30 is connected to the other end of the optical fiber 3 and one end of the liquid light guide 7. A collimator lens 31 that converts laser light guided by the optical fiber 3 into parallel light and enters the optical space 20 is fixed to the exterior cover 11.

また、常温空間30には、コリメートレンズ31を介して入射されたレーザ光を2次元的に走査させるガルバノミラーのようなスキャナ(走査部)33と、スキャナ33により走査されたレーザ光を集光させて中間像を結像させる瞳投影レンズ35と、中間像を結像したレーザ光を反射する反射ミラー37と、反射ミラー37により反射されたレーザ光を略平行光にして対物レンズ23に入射させる結像レンズ39とが備えられている。   In the room temperature space 30, a scanner (scanning unit) 33 such as a galvanometer mirror that two-dimensionally scans the laser light incident through the collimator lens 31 and the laser light scanned by the scanner 33 are collected. The pupil projection lens 35 for forming an intermediate image, a reflection mirror 37 for reflecting the laser light formed on the intermediate image, and the laser light reflected by the reflection mirror 37 as substantially parallel light and entering the objective lens 23. An imaging lens 39 is provided.

また、常温空間30には、対物レンズ23により集光されてレーザ光の光路を戻る標本Sからの蛍光を光路から反射して分岐させる励起ダイクロイックミラー(観察光分岐部)41と、励起ダイクロイックミラー41により反射して分岐された蛍光を集光してリキッドライトガイド7の一端に入射させる集光レンズ43とが備えられている。   Further, in the room temperature space 30, an excitation dichroic mirror (observation light branching portion) 41 that reflects and branches the fluorescence from the sample S collected by the objective lens 23 and returning the optical path of the laser light from the optical path, and an excitation dichroic mirror A condensing lens 43 that condenses the fluorescence reflected and branched by 41 and enters one end of the liquid light guide 7 is provided.

励起ダイクロイックミラー41は、スキャナ33と対物レンズ23との間、より具体的には、結像レンズ39と対物レンズ23との間に配置されている。対物レンズ23と励起ダイクロイックミラー41との間に他のレンズ等が配されておらず、励起ダイクロイックミラー41が対物レンズ23に隣接して配置されていることで、標本Sからの蛍光を対物レンズ23から出射された直後に励起ダイクロイックミラー41により分岐することができる。   The excitation dichroic mirror 41 is disposed between the scanner 33 and the objective lens 23, more specifically, between the imaging lens 39 and the objective lens 23. Since no other lens or the like is arranged between the objective lens 23 and the excitation dichroic mirror 41, and the excitation dichroic mirror 41 is disposed adjacent to the objective lens 23, the fluorescence from the specimen S is converted into the objective lens. The light can be branched by the excitation dichroic mirror 41 immediately after being emitted from the light source 23.

対物レンズ23から出射された標本Sからの蛍光はスキャナ33によるレーザ光の走査に応じて光束の位置が変動するが、対物レンズ23から出射された直後の蛍光は光束の位置の変動が比較的小さい。したがって、標本Sからの蛍光を対物レンズ23から出射された直後に励起ダイクロイックミラー41により分岐するとともに、分岐した直後に集光レンズ43によりリキッドライトガイド7に入射させることで、対物レンズ23の近傍にそれほど大きな空間を占有させる必要がない。これにより、対物レンズ23からの蛍光の検出効率を維持しつつ、光学空間30を狭くして光学空間39の温度制御を容易にすることができる。   The fluorescence from the specimen S emitted from the objective lens 23 varies in the position of the light beam in accordance with the scanning of the laser light by the scanner 33, but the fluorescence immediately after emitted from the objective lens 23 has a relatively change in the position of the light beam. small. Accordingly, the fluorescence from the specimen S is branched by the excitation dichroic mirror 41 immediately after being emitted from the objective lens 23, and is incident on the liquid light guide 7 by the condenser lens 43 immediately after the branching, so that the vicinity of the objective lens 23 is obtained. It is not necessary to occupy so much space. Thereby, the temperature of the optical space 39 can be easily controlled by narrowing the optical space 30 while maintaining the detection efficiency of the fluorescence from the objective lens 23.

光検出ユニット9は、遮光性を有する箱状の遮光壁51により覆われている。遮光壁51は、光検出ユニット9において、培養空間10および光学空間20から離間した光検出空間50を形成するようになっている。また、遮光壁51は、光検出空間50の外部から内部への光(環境光)を遮断するとともに、光検出空間50内を乾燥状態および密閉状態に維持することができるようになっている。遮光壁51には、リキッドライトガイド7の他端が接続されている。   The light detection unit 9 is covered with a box-shaped light shielding wall 51 having light shielding properties. The light shielding wall 51 forms a light detection space 50 separated from the culture space 10 and the optical space 20 in the light detection unit 9. Further, the light shielding wall 51 blocks light (environmental light) from the outside to the inside of the light detection space 50 and can maintain the inside of the light detection space 50 in a dry state and a sealed state. The other end of the liquid light guide 7 is connected to the light shielding wall 51.

光検出空間50には、リキッドライトガイド7により導光されてきた標本Sからの蛍光を平行光に変換するコリメートレンズ53と、平行光に変換された蛍光を波長に応じて反射または透過して2つの光路に分岐するダイクロイックミラー55と、ダイクロイックミラー55により反射された蛍光の光路に含まれるレーザ光を遮断するバリアフィルタ57Aと、バリアフィルタ57Aを通過した蛍光を検出するPMT(Photomultiplier Tube、観察光検出部)59Aと、ダイクロイックミラー55を透過した蛍光の光路に含まれるレーザ光を遮断するバリアフィルタ57Bと、バリアフィルタ57Bを通過した蛍光を検出するPMT(観察光検出部)59Bとが備えられている。   In the light detection space 50, a collimator lens 53 that converts the fluorescence from the specimen S guided by the liquid light guide 7 into parallel light, and the fluorescence converted into parallel light is reflected or transmitted according to the wavelength. A dichroic mirror 55 that branches into two optical paths, a barrier filter 57A that blocks laser light contained in the optical path of fluorescence reflected by the dichroic mirror 55, and a PMT (Photomultiplier Tube) that detects fluorescence that has passed through the barrier filter 57A, observation A light detection unit) 59A, a barrier filter 57B that blocks the laser light included in the optical path of the fluorescence that has passed through the dichroic mirror 55, and a PMT (observation light detection unit) 59B that detects the fluorescence that has passed through the barrier filter 57B. It has been.

PMT59A,59Bにより得られた蛍光の輝度情報は、それぞれスキャナ33によるレーザ光の走査位置に関する走査位置情報と共に図示しないPC(Personal Computer)に送られるようになっている。PCにおいては、これら輝度情報と走査位置情報とに基づいて標本Sの2次元的な画像が生成される。また、PCにより生成された画像は図示しないモニタに表示される。   The fluorescence luminance information obtained by the PMTs 59A and 59B is sent to a PC (Personal Computer) (not shown) together with the scanning position information relating to the scanning position of the laser beam by the scanner 33. In the PC, a two-dimensional image of the specimen S is generated based on the luminance information and the scanning position information. Further, the image generated by the PC is displayed on a monitor (not shown).

また、光検出空間50には、PMT59A,59Bから発せられた熱を外部に排出して光検出空間50内の温度を冷却するペルチェ素子(冷却部)61A,61Bが備えられている。光検出空間50は、例えば、15℃に設定されている。なお、遮光壁51により光検出空間50が乾燥状態および密閉状態に維持されることで、ペルチェ素子61A,61Bによる冷却時にPMT59A,59Bに結露等が発生するのを防ぐことができる。   In addition, the light detection space 50 is provided with Peltier elements (cooling units) 61A and 61B that discharge the heat generated from the PMTs 59A and 59B to the outside to cool the temperature in the light detection space 50. The light detection space 50 is set to 15 ° C., for example. In addition, by maintaining the light detection space 50 in a dry state and a sealed state by the light shielding wall 51, it is possible to prevent dew condensation or the like from occurring in the PMTs 59A and 59B during cooling by the Peltier elements 61A and 61B.

このように構成されたレーザ走査型顕微鏡100の作用について説明する。
本実施形態に係るレーザ走査型顕微鏡100により標本Sを観察するには、まず、ヒータ19,29およびペルチェ素子61A,61Bを作動させるとともに、標本Sを収容した培養容器15を培養空間10内のステージ17上に貫通孔の開口を閉塞するように載置する。
The operation of the laser scanning microscope 100 configured as described above will be described.
In order to observe the specimen S with the laser scanning microscope 100 according to the present embodiment, first, the heaters 19 and 29 and the Peltier elements 61A and 61B are operated, and the culture vessel 15 containing the specimen S is placed in the culture space 10. It mounts on the stage 17 so that the opening of a through-hole may be obstruct | occluded.

ヒータ19の作動により、培養空間10は、温度が37℃、湿度が90%に維持される。これにより、生きている細胞のような標本Sを長時間にわたり健全な状態に保つことができる。また、ヒータ29の作動により、光学空間20は、培養空間10と同じ37℃に維持される。光学空間20の温度を培養空間10と同じ温度で一定に保つことで、光学空間20内の光学系および機械系に培養空間10の温度に基づく温度勾配が発生するのを防止することができる。これにより、温度変化による対物レンズ23、フォーカス駆動部25およびステージ駆動部27のX,Y,Z方向へのドリフトを防止し、鮮明な画像を取得することができる。   The culture space 10 is maintained at a temperature of 37 ° C. and a humidity of 90% by the operation of the heater 19. Thereby, the sample S like a living cell can be maintained in a healthy state for a long time. Further, the optical space 20 is maintained at the same 37 ° C. as the culture space 10 by the operation of the heater 29. By keeping the temperature of the optical space 20 constant at the same temperature as the culture space 10, it is possible to prevent a temperature gradient based on the temperature of the culture space 10 from being generated in the optical system and the mechanical system in the optical space 20. As a result, drift of the objective lens 23, the focus driving unit 25, and the stage driving unit 27 in the X, Y, and Z directions due to temperature changes can be prevented, and a clear image can be acquired.

また、ペルチェ素子61A,61Bの作動により、光検出空間50は15℃に維持される。これにより、PMT59A,59Bを冷却して熱ノイズの発生を防止し、PMT59A,59Bによる蛍光の検出精度を向上することができる。   Further, the light detection space 50 is maintained at 15 ° C. by the operation of the Peltier elements 61A and 61B. As a result, the PMTs 59A and 59B can be cooled to prevent generation of thermal noise, and the fluorescence detection accuracy by the PMTs 59A and 59B can be improved.

次いで、レーザ光源1からレーザ光を発生させて光ファイバ3により顕微鏡本体5に導光させる。光ファイバ3により導光されたレーザ光は、コリメートレンズ31により平行光に変換されてスキャナ33により2次元的に走査される。スキャナ33により走査されたレーザ光は、瞳投影レンズ35、反射ミラー37および結像レンズ39を介して励起ダイクロイックミラー41を透過し、対物レンズ23により標本Sに照射される。   Next, laser light is generated from the laser light source 1 and guided to the microscope body 5 by the optical fiber 3. The laser light guided by the optical fiber 3 is converted into parallel light by the collimating lens 31 and scanned two-dimensionally by the scanner 33. The laser beam scanned by the scanner 33 passes through the excitation dichroic mirror 41 through the pupil projection lens 35, the reflection mirror 37, and the imaging lens 39, and is irradiated onto the sample S by the objective lens 23.

レーザ光が照射されることにより標本Sにおいて発生した蛍光は、対物レンズ23により集光されてレーザ光の光路を戻り、励起ダイクロイックミラー41により反射されて対物レンズ23とスキャナ33との間でレーザ光の光路から分岐される。そして、蛍光は、集光レンズ43により集光されてリキッドライトガイド7に入射する。これにより、標本Sから発せられた蛍光がスキャナ33に戻されずに、励起ダイクロイックミラー41およびリキッドライトガイド7により光検出ユニット9に導光される。   The fluorescence generated in the specimen S by being irradiated with the laser light is collected by the objective lens 23, returns to the optical path of the laser light, is reflected by the excitation dichroic mirror 41, and is lasered between the objective lens 23 and the scanner 33. Branched from the optical path of light. Then, the fluorescence is condensed by the condenser lens 43 and enters the liquid light guide 7. As a result, the fluorescence emitted from the specimen S is guided back to the light detection unit 9 by the excitation dichroic mirror 41 and the liquid light guide 7 without returning to the scanner 33.

なお、1光子励起の場合は、共焦点光学系にするために、スキャナ33(走査部)に蛍光を戻し、その後、コンフォーカルレンズにて、共焦点ピンホール面に蛍光を集光させた後に蛍光を検出しているが、本実施形態では、2光子励起のため、共焦点ピンホールが不要で、前述の光学系となっている。   In the case of one-photon excitation, the fluorescence is returned to the scanner 33 (scanning unit) to make a confocal optical system, and then the fluorescence is condensed on the confocal pinhole surface by a confocal lens. Although fluorescence is detected, in this embodiment, a confocal pinhole is not necessary because of two-photon excitation, and the above-described optical system is used.

リキッドライトガイド7により光検出ユニット9に導光された蛍光は、コリメートレンズ53により平行光に変換されてダイクロイックミラー55により波長に応じて分岐される。ダイクロイックミラー55により反射された蛍光は、バリアフィルタ57Aを介してPMT59Aにより検出され、ダイクロイックミラー55を透過した蛍光は、バリアフィルタ57Bを介してPMT59Bにより検出される。   The fluorescence guided to the light detection unit 9 by the liquid light guide 7 is converted into parallel light by the collimator lens 53 and branched by the dichroic mirror 55 according to the wavelength. The fluorescence reflected by the dichroic mirror 55 is detected by the PMT 59A via the barrier filter 57A, and the fluorescence transmitted through the dichroic mirror 55 is detected by the PMT 59B via the barrier filter 57B.

次いで、図示しないPCにより、PMT59A,59Bにより得られた蛍光の輝度情報とスキャナ33によるレーザ光の走査位置情報とに基づいて標本Sの2次元的な画像が生成され、モニタにより表示される。これにより、ユーザは、健全な状態の標本Sを2光子励起観察することができる。また、遮光壁51により環境光が遮断されるので、PMT59A,59Bにおいて環境光による影響を排除して安定した観察を行うことができる。   Next, a two-dimensional image of the specimen S is generated by a PC (not shown) based on the fluorescence luminance information obtained by the PMTs 59A and 59B and the laser beam scanning position information by the scanner 33, and displayed on a monitor. Thereby, the user can observe the sample S in a healthy state by two-photon excitation. In addition, since the ambient light is blocked by the light shielding wall 51, the PMTs 59A and 59B can eliminate the influence of the ambient light and perform stable observation.

この場合において、温度が37℃に設定される培養空間10および光学空間20から光検出空間50を離間して配置することで、PMT59A,59Bを培養空間10および光学空間20から熱的に分離してPMT59A,59Bが高温になるのを防止することができる。また、ペルチェ素子61A,61Bにより光検出空間50を冷却することで、PMT59A,59Bを冷却して暗電流ノイズを抑制し、S/N比を向上して標本Sを観察することができる。   In this case, the PMTs 59A and 59B are thermally separated from the culture space 10 and the optical space 20 by disposing the light detection space 50 away from the culture space 10 and the optical space 20 whose temperature is set to 37 ° C. Thus, the PMTs 59A and 59B can be prevented from becoming high temperature. Further, by cooling the light detection space 50 with the Peltier elements 61A and 61B, the PMTs 59A and 59B can be cooled to suppress dark current noise, and the S / N ratio can be improved to observe the sample S.

また、光学空間20には、温度変化によるドリフトの影響が大きい対物レンズ23、フォーカス駆動部25およびステージ駆動部27のみを配置し、励起ダイクロイックミラー41やPMT59A,59Bを他の空間に配置することで、温度制御の対象となる光学空間20の熱容量を減らして、より精度よく恒温化することができる。また、光学空間20または常温空間30内にレーザ光源1や光検出ユニット9を収容する場合と比較して、顕微鏡本体5を小型化することができる。さらに、顕微鏡本体5のフットプリントが小さくなり、これを積載する除振台も小型化できる。   Further, in the optical space 20, only the objective lens 23, the focus driving unit 25, and the stage driving unit 27, which are greatly affected by drift due to temperature changes, are arranged, and the excitation dichroic mirror 41 and the PMTs 59A and 59B are arranged in other spaces. Thus, the heat capacity of the optical space 20 to be temperature-controlled can be reduced and the temperature can be kept constant with higher accuracy. Further, the microscope main body 5 can be downsized as compared with the case where the laser light source 1 and the light detection unit 9 are accommodated in the optical space 20 or the room temperature space 30. Furthermore, the footprint of the microscope body 5 is reduced, and the vibration isolation table on which the microscope body 5 is loaded can be downsized.

なお、リキッドライトガイドはコア径が比較的大きいので、標本Sからの蛍光をリキッドライトガイド7に効率よく取り込むことができる。また、対物レンズ23の瞳径が大きい場合も、対物レンズ23の瞳からリキッドライトガイド7に蛍光を入射させる集光レンズ43の縮小倍率を大きくする必要がなく、対物レンズ23からリキッドライトガイド7までの距離も比較的短くすることができる。したがって、光学空間20および常温空間30を小型化することができる。さらに、リキッドライトガイドはコア径が大きくても比較的容易に曲げることが可能なため、狭いスペースでリキッドライトガイド7を引き回すことができる。   Since the liquid light guide has a relatively large core diameter, the fluorescence from the sample S can be efficiently taken into the liquid light guide 7. Further, even when the pupil diameter of the objective lens 23 is large, it is not necessary to increase the reduction magnification of the condenser lens 43 that causes fluorescence to enter the liquid light guide 7 from the pupil of the objective lens 23, and the liquid light guide 7 from the objective lens 23. The distance up to can also be made relatively short. Therefore, the optical space 20 and the room temperature space 30 can be reduced in size. Furthermore, since the liquid light guide can be bent relatively easily even if the core diameter is large, the liquid light guide 7 can be routed in a narrow space.

以上説明したように本実施形態に係るレーザ走査型顕微鏡100によれば、光検出ユニット9を収容する光検出空間50を培養空間10および光学空間20を有する顕微鏡本体5から離間して配置することで、PMT59A,59Bの高温化を防ぐとともに顕微鏡本体5の小型化を図ることができる。   As described above, according to the laser scanning microscope 100 according to the present embodiment, the light detection space 50 that houses the light detection unit 9 is arranged apart from the microscope main body 5 having the culture space 10 and the optical space 20. Thus, it is possible to prevent the temperature of the PMTs 59A and 59B from becoming high and to reduce the size of the microscope body 5.

また、蛍光を光検出ユニット9へ導光するための励起ダイクロイックミラー41(観察光分岐部)を対物レンズ23とスキャナ33(走査部)の間に配置しているので、蛍光の検出効率を維持しつつ小型化を図ることが可能となる。   Further, since the excitation dichroic mirror 41 (observation light branching section) for guiding the fluorescence to the light detection unit 9 is disposed between the objective lens 23 and the scanner 33 (scanning section), the fluorescence detection efficiency is maintained. However, it is possible to reduce the size.

なお、本実施形態では、観察光検出部として、互いに異なる波長を検出するPMT59AおよびPMT59Bを例示して説明したが、これに限られることはない。例えば、観察光検出部として、高感度のPMTと、低感度だが過大光に対して故障し難いPMTなど、異なる特性の複数のPMTを組み合わせて採用することとしてもよい。さらに、観察光検出部はPMTに限定されることはなく、フォトダイオードなどの他の光検出デバイスを採用することとしてもよい。   In the present embodiment, the PMT 59A and the PMT 59B that detect different wavelengths are exemplified as the observation light detection unit, but the observation light detection unit is not limited thereto. For example, a combination of a plurality of PMTs having different characteristics such as a high sensitivity PMT and a low sensitivity PMT that is less likely to fail due to excessive light may be used as the observation light detection unit. Furthermore, the observation light detection unit is not limited to the PMT, and another light detection device such as a photodiode may be employed.

〔第2実施形態〕
次に、本発明の第2実施形態に係るレーザ走査型顕微鏡について説明する。
本実施形態に係るレーザ走査型顕微鏡200は、図2に示すように、標本Sからの光を集光する集光レンズ75と、集光レンズ75により集光された光を導光するリキッドライトガイド(透過側光ファイバ)77と、リキッドライトガイド77により導光された光を検出する光検出ユニット79とをさらに備える点で第1実施形態と異なる。
以下、第1実施形態に係るレーザ走査型顕微鏡100と構成を共通する箇所には、同一符号を付して説明を省略する。
[Second Embodiment]
Next, a laser scanning microscope according to the second embodiment of the present invention will be described.
As shown in FIG. 2, the laser scanning microscope 200 according to this embodiment includes a condenser lens 75 that collects light from the specimen S, and a liquid light that guides the light collected by the condenser lens 75. The second embodiment is different from the first embodiment in that a guide (transmission-side optical fiber) 77 and a light detection unit 79 that detects light guided by the liquid light guide 77 are further provided.
In the following, portions having the same configuration as those of the laser scanning microscope 100 according to the first embodiment are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.

集光レンズ75は、標本Sを透過したレーザ光およびこのレーザ光と同方向に標本Sから発せられる蛍光を集光してリキッドライトガイド77に入射させるようになっている。
リキッドライトガイド77は、一端が集光レンズ75を介して培養空間10の外装カバー11に接続されている。
The condensing lens 75 condenses the laser light that has passed through the sample S and the fluorescence emitted from the sample S in the same direction as the laser light, and causes the light to enter the liquid light guide 77.
One end of the liquid light guide 77 is connected to the exterior cover 11 of the culture space 10 via a condenser lens 75.

光検出ユニット79は、光検出ユニット9と同様に、遮光性を有する箱状の遮光壁81により覆われている。遮光壁81は、光検出ユニット79において、培養空間10および光学空間20から離間された光検出空間80を形成している。また、遮光壁81は、光検出空間80の外部から内部への光(環境光)を遮断するとともに、光検出空間80内を乾燥状態および密閉状態に維持することができるようになっている。遮光壁81には、リキッドライトガイド77の他端が接続されている。   Similar to the light detection unit 9, the light detection unit 79 is covered with a box-shaped light shielding wall 81 having light shielding properties. The light shielding wall 81 forms a light detection space 80 that is separated from the culture space 10 and the optical space 20 in the light detection unit 79. The light shielding wall 81 blocks light (environmental light) from the outside to the inside of the light detection space 80 and can maintain the inside of the light detection space 80 in a dry state and a sealed state. The other end of the liquid light guide 77 is connected to the light shielding wall 81.

光検出空間80には、リキッドライトガイド77により導光されてきたレーザ光および蛍光を平行光に変換するコリメートレンズ83と、平行光に変換されたレーザ光を反射する一方、蛍光を透過してこれらを分岐させるダイクロイックミラー(透過側分岐部)85と、ダイクロイックミラー85により反射されたレーザ光を検出するIR−TD(透過側レーザ光検出部、近赤外レーザ用の透過検出器)87と、ダイクロイックミラー85を透過した蛍光の光路に含まれるレーザ光を遮断するバリアフィルタ89と、バリアフィルタ89を通過した蛍光を検出するFL−PMT(透過側蛍光検出部、蛍光用の検出器)91とが備えられている。ここで、レーザ光はIR(赤外)波長が利用される場合が多いため、標本Sを透過したレーザ光を検出するための光検出部を便宜上、IR−TD(透過側レーザ光検出部)としている。なお、本実施形態では、IR−TD87もFL−PMT91もフォトマルチプライヤーであるが、透過側レーザ光検出部および透過側蛍光検出部は、これらに限定されることなく、例えばフォトダイオードなど、光を検出可能なデバイスであればよい。   In the light detection space 80, the laser light guided by the liquid light guide 77 and the collimator lens 83 that converts the fluorescence into parallel light and the laser light converted into the parallel light are reflected, while the fluorescence is transmitted. A dichroic mirror (transmission-side branching part) 85 for branching them, and an IR-TD (transmission-side laser light detection part, transmission detector for near-infrared laser) 87 for detecting the laser light reflected by the dichroic mirror 85; , A barrier filter 89 that blocks the laser light included in the optical path of the fluorescence that has passed through the dichroic mirror 85, and an FL-PMT (transmission-side fluorescence detector, fluorescence detector) 91 that detects the fluorescence that has passed through the barrier filter 89. And are provided. Here, since an IR (infrared) wavelength is often used for the laser light, an IR-TD (transmission-side laser light detection unit) is used for convenience of a light detection unit for detecting the laser light transmitted through the specimen S. It is said. In this embodiment, both IR-TD87 and FL-PMT91 are photomultipliers. However, the transmission side laser light detection unit and the transmission side fluorescence detection unit are not limited to these, for example, a photodiode or the like Any device can be used as long as it can detect this.

IR−TD87およびFL−PMT91により得られたレーザ光の輝度情報および蛍光の輝度情報は、走査位置情報と共にPCに送られる。そして、PCよりこれら輝度情報と走査位置情報とに基づいて標本Sの2次元的な画像が生成され、モニタに表示される。   The luminance information of the laser beam and the luminance information of the fluorescence obtained by the IR-TD87 and FL-PMT91 are sent to the PC together with the scanning position information. Then, a two-dimensional image of the specimen S is generated from the PC based on the luminance information and the scanning position information, and displayed on the monitor.

また、光検出空間80には、IR−TD87およびFL−PMT91から発せられた熱を外部に排出して光検出空間80内の温度を冷却するペルチェ素子93A,93Bが備えられている。これらペルチェ素子93A,93Bの作動により、光検出空間80は、例えば、15℃に設定されている。   The light detection space 80 is provided with Peltier elements 93A and 93B that cool the temperature in the light detection space 80 by discharging heat generated from the IR-TD 87 and FL-PMT 91 to the outside. By the operation of the Peltier elements 93A and 93B, the light detection space 80 is set to 15 ° C., for example.

このように構成されたレーザ走査型顕微鏡200の作用について説明する。
本実施形態に係るレーザ走査型顕微鏡200により標本Sを観察するには、ヒータ19,29およびペルチェ素子61A,61B,93A,93Bを作動させる。そして、第1実施形態と同様に、培養空間10に収容した標本Sに対してレーザ光源1からレーザ光を発生させて照射する。
The operation of the laser scanning microscope 200 configured as described above will be described.
In order to observe the specimen S with the laser scanning microscope 200 according to the present embodiment, the heaters 19 and 29 and the Peltier elements 61A, 61B, 93A, and 93B are operated. Then, similarly to the first embodiment, a laser beam is generated from the laser light source 1 and applied to the specimen S accommodated in the culture space 10.

これにより、標本Sにおいて発生し対物レンズ23により集光された蛍光が、励起ダイクロイックミラー41によりスキャナ33に戻されずに分岐されてリキッドライトガイド7により導光され、光検出ユニット9のPMT59A,59Bにより検出される。   As a result, the fluorescence generated in the specimen S and collected by the objective lens 23 is branched without being returned to the scanner 33 by the excitation dichroic mirror 41 and guided by the liquid light guide 7, and PMTs 59 </ b> A and 59 </ b> B of the light detection unit 9. Is detected.

また、レーザ光が照射されることにより標本Sを透過したレーザ光と標本Sから対物レンズ23側とは反対側に発せられた蛍光とが集光レンズ75により集光されてリキッドライトガイド77により光検出ユニット79に導光される。   Further, the laser light transmitted through the sample S and the fluorescence emitted from the sample S to the side opposite to the objective lens 23 side are condensed by the condenser lens 75 and irradiated by the liquid light guide 77. The light is guided to the light detection unit 79.

光検出ユニット79に導光されたレーザ光および蛍光は、コリメートレンズ83により平行光に変換された後、ダイクロイックミラー85によりそれぞれの光路に分岐される。ダイクロイックミラー85により反射されたレーザ光はIR−TD87により検出され、ダイクロイックミラー85を透過した蛍光は、バリアフィルタ89を介してFL−PMT91により検出される。   The laser light and fluorescence guided to the light detection unit 79 are converted into parallel light by the collimating lens 83 and then branched to respective optical paths by the dichroic mirror 85. The laser light reflected by the dichroic mirror 85 is detected by the IR-TD 87, and the fluorescence transmitted through the dichroic mirror 85 is detected by the FL-PMT 91 through the barrier filter 89.

本実施形態に係るレーザ走査型顕微鏡200によれば、IR−TD87により検出されるレーザ光の輝度情報に基づいて標本Sの輪郭などを観察すると同時に、FL−PMT91により検出される蛍光の輝度情報に基づいて細胞内のオルガネラのような標本S内の微小構造などを観察することができる。
また、光検出ユニット9のPMT59A,59BとFL−PMT91とで同一波長の蛍光を検出して、得られた輝度情報を加算すれば、より明るい蛍光観察が可能になる。
According to the laser scanning microscope 200 according to the present embodiment, the brightness information of the fluorescence detected by the FL-PMT 91 is simultaneously observed while observing the outline of the sample S based on the brightness information of the laser light detected by the IR-TD 87. Based on the above, it is possible to observe the microstructure in the specimen S such as an organelle in the cell.
Further, if fluorescence of the same wavelength is detected by the PMTs 59A and 59B and the FL-PMT 91 of the light detection unit 9 and the obtained luminance information is added, brighter fluorescence observation becomes possible.

上記各実施形態は以下のように変形することができる。
上記各実施形態においては、対物レンズ23の全体を光学空間20に配置することとしたが、例えば、図3および図4に示すように、対物レンズ23の先端を培養空間10内に挿入することとしてもよい。なお、対物レンズ23の少なくとも一部分(基部)は光学空間20に収容されていることとする。
Each of the above embodiments can be modified as follows.
In each of the above embodiments, the entire objective lens 23 is arranged in the optical space 20, but for example, as shown in FIGS. 3 and 4, the tip of the objective lens 23 is inserted into the culture space 10. It is good. It is assumed that at least a part (base) of the objective lens 23 is accommodated in the optical space 20.

この場合、ガラス13が対物レンズ23を挿入可能な貫通孔13aを有することとすればよい。また、ガラス13の貫通孔13aを介して対物レンズ23の先端を培養空間10内に挿入しつつ、フォーカス駆動部25により、対物レンズ23を光軸方向に移動可能に保持することとすればよい。また、図3に示すように、Oリング95により、対物レンズ23の光軸方向の移動を妨げずにガラス13と対物レンズ23との隙間を閉塞したり、図4に示すように、伸縮自在の部材からなる蛇腹97等により、ガラス31と対物レンズ23との隙間を閉塞したりすることとすればよい。   In this case, the glass 13 may have a through hole 13a into which the objective lens 23 can be inserted. Further, the objective lens 23 may be held movably in the optical axis direction by the focus driving unit 25 while the tip of the objective lens 23 is inserted into the culture space 10 through the through hole 13a of the glass 13. . Also, as shown in FIG. 3, the O-ring 95 closes the gap between the glass 13 and the objective lens 23 without hindering the movement of the objective lens 23 in the optical axis direction, or it can be expanded and contracted as shown in FIG. The gap between the glass 31 and the objective lens 23 may be closed by the bellows 97 made of the above member.

この際、培養空間10内の高湿度の気体が対物レンズ23の内部に入らないように、対物レンズ23の培養空間10内に突出している部分の隙間(例えば、先玉レンズ23aとレンズ枠23bとの間、レンズ枠23bが多重構造になっている場合のレンズ枠23bどうしの隙間など)は密閉されている。
このようにすれば、WD(対物レンズ23の先端から標本Sまでの距離)が短い対物レンズ23でも使用可能となる。NA(開口数)の大きい明るく高解像の対物レンズ23は、一般にWDが短いが、前述の構造にすることで、明るく鮮明な画像を取得することができる。
At this time, a gap (for example, the front lens 23a and the lens frame 23b) of the portion protruding into the culture space 10 of the objective lens 23 is prevented so that the high-humidity gas in the culture space 10 does not enter the objective lens 23. The gap between the lens frames 23b when the lens frame 23b has a multiple structure is sealed.
In this way, even the objective lens 23 having a short WD (distance from the tip of the objective lens 23 to the sample S) can be used. The bright and high-resolution objective lens 23 having a large NA (numerical aperture) generally has a short WD. However, with the above-described structure, a bright and clear image can be obtained.

以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。例えば、本発明を上記各実施形態および変形例に適用したものに限定されることなく、これらの実施形態および変形例を適宜組み合わせた実施形態に適用してもよく、特に限定されるものではない。   As mentioned above, although embodiment of this invention was explained in full detail with reference to drawings, the specific structure is not restricted to this embodiment, The design change etc. of the range which does not deviate from the summary of this invention are included. For example, the present invention is not limited to those applied to the above-described embodiments and modifications, but may be applied to embodiments in which these embodiments and modifications are appropriately combined, and is not particularly limited. .

例えば、上記各実施形態では、蛍光観用途にて説明したが、標本Sから発せられるSHG(Second Harmonic Generation、第二高調波)やTHG(Third Harmonic Generation、第三高調波)を観察してもよい。さらには、上記各実施形態に係るレーザ走査型顕微鏡100,200は、光の強度の2乗もしくはそれ以上の累乗に比例して標本から光を発生させる非線形効果を利用した様々な観察方法に適用できる。また、上記各実施形態に係るレーザ走査型顕微鏡100,200は、2光子励起でなく例えば3光子励起などの多光子励起観察を行うこととしてもよい。   For example, in each of the above-described embodiments, description has been made on the use of fluorescence observation. However, even when SHG (Second Harmonic Generation, second harmonic) or THG (Third Harmonic Generation, third harmonic) emitted from the specimen S is observed. Good. Furthermore, the laser scanning microscopes 100 and 200 according to each of the above embodiments are applied to various observation methods using a nonlinear effect that generates light from a specimen in proportion to the square of the intensity of light or a power of more than that. it can. In addition, the laser scanning microscopes 100 and 200 according to the above embodiments may perform multiphoton excitation observation such as three-photon excitation instead of two-photon excitation.

1 レーザ光源(光源)
3 光ファイバ(レーザ光導光ファイバ)
7 リキッドライトガイド(観察光導光ファイバ)
10 培養空間
20 光学空間
23 対物レンズ
29 ヒータ(恒温化部)
33 スキャナ(走査部)
41 励起ダイクロイックミラー(観察光分岐部)
51 遮光壁
59A,59B PMT(観察光検出部)
61A,61B ペルチェ素子(冷却部)
77 リキッドライトガイド(透過側光ファイバ)
80 光検出空間
85 ダイクロイックミラー(透過側分岐部)
87 IR−TD(透過側レーザ光検出部)
91 FL−PMT(透過側蛍光検出部)
100,200 レーザ走査型顕微鏡
1 Laser light source
3 Optical fiber (Laser light guiding fiber)
7 Liquid light guide (observation light guide fiber)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Culture space 20 Optical space 23 Objective lens 29 Heater (constant temperature part)
33 Scanner (scanning unit)
41 Excited dichroic mirror (observation beam splitter)
51 light shielding wall 59A, 59B PMT (observation light detection part)
61A, 61B Peltier element (cooling part)
77 Liquid Light Guide (Transmission-side optical fiber)
80 Photodetection space 85 Dichroic mirror (transmission side branch)
87 IR-TD (Transmission side laser beam detector)
91 FL-PMT (transmission-side fluorescence detection unit)
100,200 Laser scanning microscope

Claims (10)

レーザ光を2次元的に走査させる走査部と、
該走査部により走査されたレーザ光を標本に照射する一方、該標本からの光を集光する対物レンズと、
該対物レンズにより集光された前記標本からの光を該対物レンズと前記走査部との間において前記レーザ光の光路から分岐する観察光分岐部と、
該観察光分岐部により分岐された光を導光する観察光導光ファイバと、
該観察光導光ファイバにより導光された光を検出する観察光検出部とを備え、
前記標本を収容するとともに内部の温度および湿度を維持可能な培養空間と、前記対物レンズを収容する光学空間とが互いに隣接して配置され、
前記観察光検出部を収容する光検出空間が、前記培養空間および前記光学空間から離間して配置されているレーザ走査型顕微鏡。
A scanning section for two-dimensionally scanning laser light;
An objective lens for condensing the light from the sample while irradiating the sample with laser light scanned by the scanning unit;
An observation light branching unit for branching light from the sample collected by the objective lens from the optical path of the laser light between the objective lens and the scanning unit;
An observation light guiding fiber for guiding the light branched by the observation light branching unit;
An observation light detection unit for detecting light guided by the observation light guide fiber;
A culture space capable of accommodating the specimen and maintaining an internal temperature and humidity and an optical space accommodating the objective lens are disposed adjacent to each other,
A laser scanning microscope in which a light detection space for accommodating the observation light detection unit is disposed apart from the culture space and the optical space.
前記対物レンズを挿入可能な貫通孔を有し、前記培養空間と前記光学空間とを隔てる隔壁部と、
該隔壁部の前記貫通孔に挿入された前記対物レンズの光軸方向の移動を許容しつつ、該対物レンズと前記隔壁部との隙間を閉塞可能なシール部とを備え、
前記対物レンズの一部が前記貫通孔を介して前記培養空間に挿入されている請求項1に記載のレーザ走査型顕微鏡。
A partition having a through-hole into which the objective lens can be inserted, and separating the culture space and the optical space;
A seal portion capable of closing a gap between the objective lens and the partition wall while allowing movement of the objective lens inserted in the through-hole of the partition wall in the optical axis direction;
The laser scanning microscope according to claim 1, wherein a part of the objective lens is inserted into the culture space through the through hole.
該光検出空間を囲い、該光検出空間の外部から内部への光を遮断する遮光壁を備える請求項1または請求項2に記載のレーザ走査型顕微鏡。   The laser scanning microscope according to claim 1, further comprising a light shielding wall that surrounds the light detection space and blocks light from outside to inside of the light detection space. 前記光学空間に、該光学空間内を前記培養空間内の温度とほぼ同等に恒温化する恒温化部を有する請求項1から請求項3のいずれかに記載のレーザ走査型顕微鏡。   The laser scanning microscope according to any one of claims 1 to 3, wherein the optical space has a thermostat that constants the temperature of the optical space substantially equal to the temperature of the culture space. 光源と、
該光源から発せられた前記レーザ光を前記走査部に導光するレーザ光導光ファイバとを備える請求項1から請求項4のいずれかに記載のレーザ走査型顕微鏡。
A light source;
The laser scanning microscope according to any one of claims 1 to 4, further comprising a laser light guide fiber that guides the laser light emitted from the light source to the scanning unit.
前記観察光分岐部が前記対物レンズに隣接して配置されている請求項1から請求項5のいずれかに記載のレーザ走査型顕微鏡。   The laser scanning microscope according to claim 1, wherein the observation light branching unit is disposed adjacent to the objective lens. 前記光検出空間に、該光検出空間内の温度を冷却する冷却部を有する請求項1から請求項6のいずれかに記載のレーザ走査型顕微鏡。   The laser scanning microscope according to any one of claims 1 to 6, wherein the light detection space includes a cooling unit that cools a temperature in the light detection space. 前記観察光導光ファイバがリキッドライトガイドである請求項1から請求項7のいずれかに記載のレーザ走査型顕微鏡。   The laser scanning microscope according to any one of claims 1 to 7, wherein the observation light guiding fiber is a liquid light guide. 前記標本を透過したレーザ光および該レーザ光と同方向に前記標本から発せられる蛍光を導光する透過側光ファイバと、
該透過側光ファイバにより導光された前記レーザ光と前記蛍光とを分岐させる透過側分岐部と、
該透過側分岐部において分岐されたレーザ光を検出する透過側レーザ光検出部と、
前記透過側分岐部において分岐された蛍光を検出する透過側蛍光検出部とを備える請求項1から請求項8のいずれかに記載のレーザ走査型顕微鏡。
A transmission side optical fiber that guides the laser light transmitted through the specimen and the fluorescence emitted from the specimen in the same direction as the laser light;
A transmission side branching section for branching the laser light guided by the transmission side optical fiber and the fluorescence;
A transmission side laser beam detection unit for detecting the laser beam branched in the transmission side branch unit;
The laser scanning microscope according to any one of claims 1 to 8, further comprising a transmission-side fluorescence detection unit that detects fluorescence branched in the transmission-side branching unit.
前記レーザ光が、前記標本に多光子吸収される特性および前記標本から高調波を発生させる特性の少なくとも一方を有する求項1から請求項9のいずれかに記載のレーザ走査型顕微鏡。   The laser scanning microscope according to any one of claims 1 to 9, wherein the laser light has at least one of a characteristic of multiphoton absorption by the specimen and a characteristic of generating harmonics from the specimen.
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