JP2022133325A - 顕微観察装置、検出器及び顕微観察方法 - Google Patents
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Abstract
Description
光の進行角度を制御し、前記第1の光学系は、観察対象のうち対象とする焦点深度範囲の蛍光の入射角が入射角度の許容範囲に収まり、且つ観察対象のうち対象とする焦点深度範囲以外の蛍光の入射角が入射角度の許容範囲に収まらないように光学特性が設定されている。
2の光学系6は、光の進行角度の制御(集光を含む)あるいは導光を組み合わせて実現してもよい。本実施形態では導光の例について説明する。
光電変換素子9は第2の光学系6によって光制御された複数の光を電気に変換するものであり、例えばフォトダイオードである。
の透過率が規定の上限α1%以下になり、且つ蛍光の透過率が規定の下限β2%以上になるように、入射角度の範囲-θ1~θ1と入射角度の範囲-θ2~θ2とが重なる範囲である-θ1~θ1が、入射角度の許容範囲として定められている。
など所定の信号処理を施し、信号処理された電圧信号を画像信号として制御装置85へ出力する。制御装置85は、この画像信号を表示装置300へ出力する。これにより、操作者は、信号処理後の画像を観察することができる。なお、ロジック回路200の一部または全部の機能が、制御装置85で実行されてもよい。
続いて、第2の実施形態について説明する。第2の実施形態に係る顕微観察装置は、第1の実施形態に係る顕微観察装置とは、蛍光検出器の構成が異なっている。
図7は、第2の実施形態に係る顕微観察装置の蛍光検出器10bの概略断面図である。図7に示すように、第1の実施形態に係る顕微観察装置の蛍光検出器10に比べて、第2の実施形態に係る顕微観察装置の蛍光検出器10bは、第1の光学系4が第1の光学系4bに変更され、第2の光学系6が第2の光学系6bに変更されたものになっている。
うち対象とする焦点深度範囲の蛍光の入射角が入射角度の許容範囲に収まるようにし、観察対象のうち対象とする焦点深度範囲以外の蛍光の入射角が入射角度の許容範囲に収まらないようにすることができる。これにより、フィルタ5は、観察対象のうち対象とする焦点深度範囲の蛍光のみを通すので、観察対象のうち対象とする焦点深度範囲の蛍光を観察することができる。
上記第2の実施形態では、各レンズによって光の進行角度を狭める方向に制御する例について説明したが、これに限らず、図8に示すように、各レンズによって導光される構成にしてもよい。図8は、第2の実施形態の変形例に係る顕微観察装置の蛍光検出器10b2の概略断面図である。蛍光検出器10b2は、図7の第2の実施形態の蛍光検出器10bと比べて、第1の光学系4bが第1の光学系4b2に変更され、第2の光学系6bが第2の光学系6b2に変更されたものになっている。
続いて、第3の実施形態について説明する。第3の実施形態に係る顕微観察装置は、第1の実施形態に係る顕微観察装置とは、第1の光学系の構成が異なっている。
図9は、第3の実施形態に係る顕微観察装置の第1の光学系4cの概略断面図である。図9に示すように、第1の光学系4cは、平坦層45と、平坦層45の上に設けられた複数のレンズ44と、平坦層47と、平坦層47の上に設けられた複数の導波管46と、平坦層47の下面に設けられた複数のレンズ48とを有する。ここで導波管46は層内レンズともいう。
導波管46は、レンズ44及び平坦層45を通った光を導波する。
レンズ48は、導波管46及び平坦層47を通った光の進行角度を狭める方向に制御する。これにより、レンズ48を通った光は、フィルタ5に入射する。フィルタ5への蛍光の入射角が入射角度の許容範囲に収まるように、レンズ48の光学特性が設定されている。これにより、フィルタ5が、レンズ48によって進行角度を狭める方向に制御された光のうち、励起光を低減させて、蛍光を透過させることができる。
続いて、第4の実施形態について説明する。第3の実施形態に係る顕微観察装置は、第1の実施形態に係る顕微観察装置とは、第1の光学系の構成が異なっている。
図10は、第4の実施形態に係る顕微観察装置の第1の光学系4dの概略断面図である。図10に示すように、第1の光学系4dは、平坦層50と、平坦層50の上に設けられた複数のレンズ49と、平坦層52と、平坦層52の上に設けられた複数の導波管51と、平坦層54と、平坦層54の上に設けられた複数のレンズ53とを有する。ここで導波管51は層内レンズともいう。
上記第4の実施形態では、各レンズによって光の進行角度を狭める方向に制御される例について説明したが、これに限らず、図11に示すように、各レンズによって導光される構成にしてもよい。図11は、第4の実施形態の変形例に係る顕微観察装置の第1の光学系4d2の概略断面図である。第1の光学系4d2は、図10の第4の実施形態の第1の光学系4dと比べて、レンズ49がレンズ49bに、レンズ53がレンズ53bに変更されたものになっている。
続いて、第5の実施形態について説明する。第5の実施形態に係る顕微観察装置は、第
1の実施形態に係る顕微観察装置とは、第1の光学系の構成が異なっている。
図12は、第5の実施形態に係る顕微観察装置の第1の光学系4eの概略断面図である。図12に示すように、第1の光学系4eは、平坦層56と、平坦層56の上に設けられた複数のレンズ55と、平坦層58と、平坦層58の上に設けられた複数のレンズ57と、平坦層70と、平坦層70の上に設けられた複数のレンズ59と、平坦層72と、平坦層72の上に設けられた複数のレンズ71とを有する。
上記第5の実施形態では、各レンズによって光の進行角度を狭める方向に制御される例について説明したが、これに限らず、図13に示すように、各レンズによって導光される構成にしてもよい。図13は、第5の実施形態の変形例に係る顕微観察装置の第1の光学系4e2の概略断面図である。第1の光学系4e2は、図12の第5の実施形態の第1の光学系4eと比べて、レンズ55がレンズ55bに、レンズ57がレンズ57bに、レンズ59がレンズ59bに、レンズ71がレンズ71bに変更されたものになっている。
レンズ57bは、レンズ55bによって導光され、平坦層56を通った光を導光する。
レンズ59bは、レンズ57bによって導光され、平坦層58を通った光を導光する。
レンズ71bは、レンズ59bによって導光され、平坦層70を通った光を導光する。
レンズ71bによって導光された光は、平坦層72を通ってフィルタ5に入射する。フィルタ5への蛍光の入射角が入射角度の許容範囲に収まるように、レンズ71bの光学特性が設定されている。これにより、フィルタ5が、レンズ71bによって導光された光のうち、励起光を低減させて、蛍光を透過させることができる。
なお、各実施形態ではフィルタ5は一例として光学特性に入射角度依存性があるとして説明したが、これに限ったものではなく、光学特性に入射角度依存性がないものであってもよく、例えばフィルタガラスであってもよい。フィルタガラスは、光学特性に入射角依存性がないが、その反面、パス/カットの立ち上がり(あるいは立ち下がり)が緩やかな特長がある。
含む光のうち、励起光の波長帯域の光の強度を低減するフィルタと、フィルタを通過した後の複数の光を光制御する第2の光学系と、第2の光学系によって光制御された複数の光を電気に変換する複数の光電変換素子と、を少なくとも備え、光電変換素子に入射する光の角度が設定範囲内に収まるように、第2の光学系の光学特性が設定されていてもよい。
2 載置部材
3 透明部材
4、4b、4c、4d、4e 第1の光学系
41 セルフォックレンズ
42、42b、421、43、44 レンズ
45 平坦層
46 導波管
47 平坦層
48 レンズ
49、49b レンズ
5 フィルタ
50 平坦層
51 導波管
52 平坦層
53、53b レンズ
54 平坦層
55、55b レンズ
56 平坦層
57、57b レンズ
58 平坦層
59、59b レンズ
6、6b 第2の光学系
61 光制御部材
62 視野角制御層
63、63b、631、64、64b レンズ
7 中間層
71、71b レンズ
72 平坦層
8 半導体基板
9 光電変換素子
10、10b 蛍光検出器
20 駆動部
46 導波管
100 顕微観察装置
200 ロジック回路
300 表示装置
S 顕微観察システム
本発明の一態様はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、本発明の一態様の課題は、励起光が照射された観察対象からの蛍光を利用して観察対象の全体を簡易に観察できる顕微観察装置、検出器および顕微観察方法を提供することである。
この構成によれば、第1の光学系と第2の光学系とで光制御することによって、観察対象と光電変換素子との間の距離を離すことができる。これにより、観察対象が垂直方向に厚みがあったとしても、手動または機械的に第1の光学系、フィルタ、第2の光学系、光電変換素子を一体的に光電変換素子9の入射面に対して略垂直方向に移動させるだけの空間があるので、移動させて観察することにより、観察対象の厚み方向の蛍光の強度分布を観察することができる。またフィルタが、第1の光学系によって光制御された光のうち、励起光を低減させて、蛍光を透過させることができる。また、光電変換素子で第2の光学系によって光制御された光を電気に変換するため、従来の光学顕微鏡のように視野と倍率のトレードオフという関係が存在せず、複数の光電変換素子を密に配置すれば広い視野を高倍率で観察することができる。このため、励起光が照射された観察対象からの蛍光を利用して、観察対象の全体を簡易に観察できる。
Claims (13)
- 観察対象に励起光を照射して前記観察対象から生じる蛍光を観察する顕微観察装置であって、
前記観察対象に励起光を照射する光源と、
前記励起光を照射することによって前記観察対象から生じる蛍光と一部の前記励起光を含む光を複数、光制御する第1の光学系と、
前記第1の光学系によって光制御された複数の光のうち、前記励起光の波長帯域の光の強度を低減するフィルタと、
前記フィルタを通過した複数の光を電気に変換する複数の光電変換素子と、
を備える顕微観察装置。 - 前記フィルタは、光学特性に入射角度依存性を有し、
前記フィルタへの入射光の入射角が少なくとも励起光の透過率が規定の上限以下になる入射角度の許容範囲に収まるように、前記第1の光学系の光学特性が設定されている
請求項1に記載の顕微観察装置。 - 前記第1の光学系は、前記第1の光学系の前記観察対象側の端部と前記観察対象との間の距離が設定距離以上離れるように、前記第1の光学系の前記観察対象側の焦点距離が設定されている
請求項1または2に記載の顕微観察装置。 - 前記第1の光学系、前記フィルタ、及び前記光電変換素子を、それぞれの相対位置関係を保ったまま、前記光電変換素子の入射面に対して略垂直方向に移動させる駆動部を更に備える
請求項1から3のいずれか一項に記載の顕微観察装置。 - 前記フィルタを通過した後の複数の光を光制御する第2の光学系を更に備え、
前記複数の光電変換素子は、前記第2の光学系によって光制御された複数の光を電気に変換し、
前記光電変換素子に入射する光の角度が当該光電変換素子の感度が規定の下限以上になる設定範囲内に収まるように、前記第2の光学系の光学特性が設定されている
請求項1から4のいずれか一項に記載の顕微観察装置。 - 前記第2の光学系は、前記フィルタを通過した光を光制御する複数の光制御部材と、前記複数の光制御部材によって光制御された光が入射し且つ当該入射した光を光制御する複数の視野角制御層と、を含み、
前記光電変換素子は、前記視野角制御層によって光制御された光を光電変換し、
前記光電変換素子に入射する光の角度が前記設定範囲内に収まるように、前記視野角制御層の光学特性が設定されている
請求項5に記載の顕微観察装置。 - 前記フィルタは、電気的または機械的に透過、吸収、反射のうち少なくとも一つの波長特性が制御可能である
請求項1から6のいずれか一項に記載の顕微観察装置。 - 前記第1の光学系は、前記フィルタへ向かって光が狭まっていくように光の進行角度を制御し、
前記第1の光学系は、観察対象のうち対象とする焦点深度範囲の蛍光の入射角が入射角度の許容範囲に収まり、且つ観察対象のうち対象とする焦点深度範囲以外の蛍光の入射角
が入射角度の許容範囲に収まらないように光学特性が設定されている
請求項1から7のいずれか一項に記載の顕微観察装置。 - 観察対象に励起光を照射して前記観察対象から生じる蛍光を観察する顕微観察装置に用いられる蛍光検出器であって、
前記励起光を照射して前記観察対象から生じる蛍光と一部の前記励起光を含む複数の光を光制御する第1の光学系と、
前記第1の光学系によって光制御された複数の光のうち、前記励起光の波長帯域の光の強度を低減するフィルタと、
前記フィルタを通過した複数の光を電気に変換する複数の光電変換素子と、
を備える蛍光検出器。 - 観察対象に励起光を照射して前記観察対象から生じる蛍光を観察する顕微観察方法であって、
光源から励起光を前記観察対象に照射することと、
第1の光学系が、前記励起光を照射して前記観察対象から生じる蛍光と一部の前記励起光を含む複数の光を光制御することと、
フィルタが、前記第1の光学系によって光制御された複数の光のうち、前記励起光の波長帯域の光の強度を低減することと、
複数の光電変換素子が、前記フィルタを通過した複数の光を電気に変換することと、
を有する顕微観察方法。 - 観察対象に励起光を照射して前記観察対象から生じる蛍光を観察する顕微観察装置であって、
前記観察対象に励起光を照射する光源と、
前記励起光を照射することによって前記観察対象から生じる蛍光と一部の前記励起光を含む光のうち、前記励起光の波長帯域の光の強度を低減するフィルタと、
前記フィルタを通過した後の複数の光を光制御する第2の光学系と、
前記第2の光学系によって光制御された複数の光を電気に変換する複数の光電変換素子と、
前記光電変換素子に入射する光の角度が当該光電変換素子の感度が規定の下限以上になる設定範囲内に収まるように、前記第2の光学系の光学特性が設定されている
顕微観察装置。 - 観察対象に励起光を照射して前記観察対象から生じる蛍光を観察する顕微観察装置に用いられる蛍光検出器であって、
光源から励起光を照射することによって前記観察対象から生じる蛍光と一部の前記励起光を含む光のうち、前記励起光の波長帯域の光の強度を低減するフィルタと、
前記フィルタを通過した後の複数の光を光制御する第2の光学系と、
前記第2の光学系によって光制御された複数の光を電気に変換する複数の光電変換素子と、
前記光電変換素子に入射する光の角度が当該光電変換素子の感度が規定の下限以上になる設定範囲内に収まるように、前記第2の光学系の光学特性が設定されている
蛍光検出器。 - 観察対象に励起光を照射して前記観察対象から生じる蛍光を観察する顕微観察方法であって、
光源から励起光を前記観察対象に照射することと、
フィルタが、光源から励起光を照射することによって前記観察対象から生じる蛍光と一部の前記励起光を含む光のうち、前記励起光の波長帯域の光の強度を低減することと、
第2の光学系が、前記フィルタを通過した後の複数の光を光制御することと、
複数の光電変換素子が、前記第2の光学系によって光制御された複数の光を電気に変換することと、
を有し、
前記光電変換素子に入射する光の角度が当該光電変換素子の感度が規定の下限以上になる設定範囲内に収まるように、前記第2の光学系の光学特性が設定されている
顕微観察方法。
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