JP2023078490A - Optical microscope and sample substrate holder - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、光学顕微鏡及び試料基板ホルダに関する。 The present invention relates to optical microscopes and sample substrate holders.
試料をナノスケール単位で撮像可能な光学顕微鏡へのニーズが高まっている。例えば、ナノスケールで観察可能な光学顕微鏡を使用することで、試料に含まれる細胞核等の対象物が観察される。試料に含まれる対象物を観察するとき、対象物を含む試料を平面的に観察するだけでなく、試料の厚み方向に対して観察する、いわゆる深度観察が必要である。 There is a growing need for optical microscopes that can image samples on the nanoscale. For example, an object such as a cell nucleus contained in a sample can be observed by using an optical microscope capable of nanoscale observation. When observing an object contained in a sample, it is necessary not only to observe the sample containing the object two-dimensionally, but also to observe the sample in the thickness direction, that is, so-called depth observation.
特許文献1には、二つの凹面鏡、平面鏡及び凸面鏡から構成される対物レンズを用いた反射型顕微鏡が記載されている。特許文献1に記載される反射型顕微鏡が有する対物レンズは、反射鏡の曲率半径と反射鏡間距離とを特定の関係にさせることで、MTFの低下が防止されると共に、解像度が高い画像を取得することができる。
非特許文献1には、NAが0.93と高く且つ36μmという広い視野を有する低温対物ミラーを採用したクライオ光学顕微鏡が記載されている。非特許文献1に記載されるクライオ光学顕微鏡は、高NA且つ広視野の低温対物ミラーを採用することで、ほ乳類の細胞等の微細な対象物を鮮明に撮像することができる。
Non-Patent
しかしながら、特許文献1に記載の発明は、二つの凹面鏡、平面鏡及び凸面鏡を含む複数の光学素子の焦点距離に応じた複数の光学素子の位置の調整が十分でない場合、鮮明な画像が得られないので、複数の光学素子の位置を高精度で調整することが望ましい。一般に、複数の光学素子の位置の高精度な調整は容易ではなく、特許文献1に記載の発明を使用して鮮明な画像を得ることは容易ではない。
However, in the invention described in
また、非特許文献1は、低温対物ミラーから離隔して配置される試料の表面に平面状の界面が存在するため、試料に入射される照射光の屈折による球面収差が生じ、試料に含まれる対象物が歪んで撮像されるおそれがある。
In addition, in Non-Patent
本発明は、上述の問題を解決するためになされたものであり、試料の歪みの少ない画像を取得可能な光学顕微鏡を提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide an optical microscope capable of obtaining an image of a specimen with less distortion.
上記目的を達成するため、本発明に係る光学顕微鏡は、試料に入射する照射光を出射する光源と、試料が載置される載置面を有する試料基板と、載置面に載置された試料に照射光を照射すると共に、照射光が照射された試料から検出光が入射する第1光学素子と、試料を覆う凹部が形成され、第1光学素子から入射する照射光を試料に出射すると共に、試料から入射する検出光を第1光学素子に出射する第2光学素子と、第1光学素子から出射する検出光により形成される試料の画像を撮像する撮像装置と、を有し、第2光学素子は、球面状の形状を有し、第1光学素子から照射光が入射すると共に、検出光を第1光学素子に出射する第1入出射面と、凹部の壁部の少なくとも一部を含み、第1入出射面に入射する照射光を試料に出射すると共に、試料から入射する検出光を第1入出射面に出射する第2入出射面とを有し、凹部と載置面により形成される空間は、液体が充填可能である。 To achieve the above object, an optical microscope according to the present invention includes a light source for emitting irradiation light incident on a sample, a sample substrate having a mounting surface on which the sample is mounted, and a A sample is irradiated with irradiation light, and a first optical element into which detection light enters from the sample irradiated with irradiation light, and a concave portion covering the sample are formed, and the irradiation light incident from the first optical element is emitted to the sample. a second optical element that emits detection light incident from the sample to the first optical element; and an imaging device that captures an image of the sample formed by the detection light emitted from the first optical element; The two optical elements have a spherical shape, and include a first entrance/exit surface through which the irradiation light is incident from the first optical element and the detection light is emitted to the first optical element, and at least a portion of the wall of the recess. including a second incident/exit surface for emitting irradiation light incident on the first incident/exit surface to the sample, and emitting detection light incident from the sample to the first incident/exit surface; The space formed by can be filled with a liquid.
本発明に係る光学顕微鏡は、第2光学素子が、第1入出射面に外縁が接続され、且つ、第2入出射面に内縁が接続され、載置面に密着して配置可能な底面を更に有することが好ましい。 In the optical microscope according to the present invention, the second optical element has an outer edge connected to the first entrance/exit surface and an inner edge connected to the second entrance/exit surface, and has a bottom surface that can be arranged in close contact with the mounting surface. Further, it is preferable to have.
本発明に係る光学顕微鏡は、第2光学素子が、第1入出射面を形成する球面の中心が、第1光学素子の焦点に一致するように配置されることが好ましい。 In the optical microscope according to the present invention, the second optical element is preferably arranged such that the center of the spherical surface forming the first entrance/exit surface coincides with the focal point of the first optical element.
本発明に係る光学顕微鏡は、第2入出射面が、第1入出射面を形成する球面の中心と、中心が一致する球面状の形状を有することが好ましい。 In the optical microscope according to the present invention, it is preferable that the second incident/exit surface has a spherical shape whose center coincides with the center of the spherical surface forming the first incident/exit surface.
本発明に係る光学顕微鏡は、第1光学素子、第2光学素子、及び試料基板が、それぞれ独立に動かすことが可能であることが好ましい。 In the optical microscope according to the present invention, it is preferable that the first optical element, the second optical element, and the sample substrate can be moved independently.
本発明に係る光学顕微鏡は、第2光学素子と試料基板は一体に保持されることが好ましい。 In the optical microscope according to the present invention, it is preferable that the second optical element and the sample substrate are integrally held.
前記第1光学素子は、1つ又は複数の光学レンズから構成されることが好ましい。 Preferably, the first optical element comprises one or more optical lenses.
本発明に係る光学顕微鏡は、第1光学素子が、平面状の形状を有し、光源から照射光が入射すると共に、検出光を撮像装置に出射する第1透過面と、球面状の形状を有し、第1透過面に対向して配置され、第1透過面から入射する照射光を反射すると共に、検出光を第1透過面に反射する第1反射面と、球面状の形状を有し且つ第1透過面の外縁に内縁が接するように配置され、第1反射面から入射する照射光を反射すると共に、検出光を第1反射面に反射する第2反射面と、球面状の形状を有し、第1反射面の外縁に内縁が接し且つ第2反射面に対向して配置され、第2反射面から入射する照射光を第1入出射面に出射すると共に、第1入出射面から出射する検出光を第2反射面に出射する第2透過面と、を有することが好ましい。 In the optical microscope according to the present invention, the first optical element has a planar shape, the first transmission surface receives irradiation light from a light source and emits detection light to an imaging device, and the spherical shape is provided. a first reflecting surface arranged opposite to the first transmitting surface for reflecting irradiation light incident from the first transmitting surface and reflecting detection light to the first transmitting surface; and a spherical shape. a second reflecting surface arranged so that the inner edge is in contact with the outer edge of the first transmitting surface, reflecting the irradiation light incident from the first reflecting surface and reflecting the detection light to the first reflecting surface; and has an inner edge in contact with the outer edge of the first reflecting surface and is arranged to face the second reflecting surface. It is preferable to have a second transmission surface for emitting the detection light emitted from the emission surface to the second reflection surface.
本発明に係る光学顕微鏡は、第1光学素子が、第2透過面の中心が、第1光学素子の焦点に一致するように配置されることが好ましい。 In the optical microscope according to the present invention, it is preferable that the first optical element is arranged such that the center of the second transmitting surface coincides with the focal point of the first optical element.
本発明に係る試料基板ホルダは、試料が載置される載置面を有する試料基板と、試料を覆う凹部が形成され、照射光を試料に出射すると共に、試料から入射する検出光を出射する第2光学素子と、試料基板を保持する保持部材と、を有し、第2光学素子は、球面状の形状を有し、照射光が入射すると共に、検出光を出射する第1入出射面と、凹部の壁部の少なくとも一部を含み、第1入出射面に入射する照射光を試料に出射すると共に、試料から入射する検出光を第1入出射面に出射する第2入出射面とを有し、凹部と載置面により形成される空間は、液体が充填可能である。 A sample substrate holder according to the present invention includes a sample substrate having a mounting surface on which a sample is placed, and a concave portion that covers the sample. It has a second optical element and a holding member that holds the sample substrate, the second optical element has a spherical shape, and a first incident/exit surface through which the irradiation light is incident and the detection light is emitted. and a second incidence/emission surface including at least a portion of the wall of the recess, for emitting irradiation light incident on the first incidence/emission surface to the sample, and for emitting detection light incident from the sample to the first incidence/emission surface. and the space formed by the recess and the mounting surface can be filled with a liquid.
本開示に係る光学顕微鏡は、試料を歪みの少ない画像を取得することができる。 An optical microscope according to the present disclosure can acquire an image of a sample with little distortion.
以下、本開示の一側面に係る光学顕微鏡について、図を参照しつつ説明する。但し、本開示の技術的範囲はそれらの実施の形態に限定されず、特許請求の範囲に記載された発明とその均等物に及ぶ点に留意されたい。尚、以下の説明及び図において、同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。 An optical microscope according to one aspect of the present disclosure will be described below with reference to the drawings. However, it should be noted that the technical scope of the present disclosure is not limited to those embodiments, but extends to the invention described in the claims and equivalents thereof. In the following description and drawings, components having the same functional configuration are denoted by the same reference numerals, thereby omitting redundant description.
図1は、第1実施形態に係る光学顕微鏡を示す図であり、(a)は光学顕微鏡の構成を示す図であり、(b)は光源11を出射し且つ試料3に入射する照射光の光路を示す図であり、(c)は試料を出射し且つ撮像装置に入射する検出光の光路を示す図である。 1A and 1B are diagrams showing an optical microscope according to the first embodiment, FIG. 1A being a diagram showing the configuration of the optical microscope, and FIG. It is a figure which shows an optical path, (c) is a figure which shows the optical path of the detection light which exits a sample and injects into an imaging device.
光学顕微鏡1は、光源11と、ビームスプリッタ12と、第1光学素子13と、第2光学素子14と、集光レンズ15と、撮像装置16とを有し、試料基板2の載置面21に載置される試料3を撮像する。光学顕微鏡1は、試料基板2と第2光学素子14とを一体的に保持する保持部材17を更に有してもよい。
The
光源11は、例えばレーザ光源であり、例えば赤外線、可視光及び紫外線であるビーム状の照射光を生成し、生成した照射光をビームスプリッタ12に出射する。ビームスプリッタ12は、例えばハーフミラーであり、光源11から入射する照射光を第1光学素子13に反射する。第1光学素子13は、1又は複数のレンズにより構成される対物レンズである。第1光学素子13を通過した照射光は、第2光学素子14を介して、載置面21に載置された試料3に入射される。
The
照射光が入射された試料3から出射される検出光は、第2光学素子14及び第1光学素子13である対物レンズを介して、ビームスプリッタ12に入射する。ビームスプリッタ12から入射する検出光は、ビームスプリッタ12を透過して、集光レンズ15に入射する。
The detection light emitted from the
集光レンズ15は、入射する検出光を集光して撮像装置16に出射する。集光レンズ15に代えて、ビームスプリッタ12から入射する検出光は、例えば、凹面鏡と平面鏡を組み合わせて集光されてもよい。ビームスプリッタ12から入射する検出光は、光学レンズ、凹面鏡及び平面鏡を組み合わせて集光されてもよい。
The
撮像装置16は、CCD(Charge Coupled Device)及びCMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)等の撮像素子をアレイ状に配置した撮像面、及び撮像面に形成された画像を示す画像データを記憶する記憶装置を有する。撮像装置16は、集光レンズ15から出射する検出光により形成される試料の画像を撮像し、撮像した画像を示す画像データを記憶する。
The
保持部材17は、移送装置4上に配置されてもよい。移送装置4は、例えばパーソナルコンピュータの電子制御により、保持部材を、図中に示すx軸、y軸及びz軸方向に移動する。x軸及びy軸に延伸する平面は、載置面21の延伸方向に平行な方向に延伸する平面である。z軸方向は、載置面21の法線方向に平行な方向であり、試料3の深さ方向である。移送装置4は、光学顕微鏡1と一体化されてもよい。
The holding
図2(a)は第2光学素子14の断面図であり、図5(b)は第2光学素子14の変形例の断面図である。
2A is a cross-sectional view of the second
第2光学素子14は、例えばガラスで形成され、凹部141と、第1入出射面142と、第2入出射面143と、底部144と、側部145とを有する。凹部141は、試料3を覆うと共に、試料3を沈潜する液体が充填される。凹部141に充填される液体は、試料3と、屈折率の差が小さいことが好ましい。例えば、試料3が屈折率が1.4~1.7程度である場合、液体は、屈折率が1.33である水よりも屈折率が1.36のエタノールである方が好ましい。液体の屈折率と試料の屈折率との差は、0.10以下であることが好ましく、0.05以下であることが更に好ましい。液体には、様々なものを用いることが可能であり、試料との屈折率の差が小さくなるように適宜選択可能である。
The second
液体が充填された状態で載置面21が底部144に密着すると、例えば、充填された液体の表面張力により載置面21が底部144に固定され、凹部141に液体が密封可能となる。ここで、密着とは、例えば、液体の表面揚力によって充填された液体が流失しない状態であり、例えば載置面21と底部144との距離が1mm以下の状態である。第2光学素子14と試料基板2とが密着可能な底部144と載置面21との間の距離は、第2光学素子14及び試料基板2の大きさ及び充填される液体の種類によって適宜決定される。
When the mounting
第1入出射面142は、球面形状を有し、第1光学素子から入射する照射光を試料3に出射すると共に、試料3から入射する検出光を第1光学素子13に出射する。第2入出射面143は、凹部141の壁部の少なくとも一部を含む球面形状を有し、第1入出射面142に入射する照射光を試料3に出射すると共に、試料3から入射する検出光を第1入出射面142に出射する。第2光学素子14は、レンズ曲面の一方である第1入出射面142は凸、他方である第2入出射面143は凹であるメニスカスレンズである。底部144は、内縁は凹部141の周縁に接続し、外縁は第1入出射面142に接続し、載置面21に密着可能である。側部145は、第1入出射面142の周縁から載置面21方向に垂直に延伸し、底部144に接続する。
The first incidence/
なお、実施形態に係る光学顕微鏡は、図2(b)に示すように、側部145を有さず、第1入出射面142の代わりに半球状の第1入出射面142´を有する第2光学素子14´を第2光学素子14の代わりに使用してもよい。
Note that the optical microscope according to the embodiment does not have the
第1光学素子13である対物レンズ、第2光学素子14、及び試料基板2は、それぞれ独立に動かすことが可能である。第2光学素子14と試料基板2は一体として保持部材17により保持されてもよい。調整が容易となる。
The objective lens as the first
レンズ曲面の一方である第1入出射面142は凸、他方である第2入出射面143は凹であるメニスカスレンズである第2光学素子14の凹部に試料3を収め、透明溶液である液体を充填することにより、以下の効果が発生する。
(1)入射方向に対し、レンズは球面なので、垂直入射となり屈折率の影響を受けない。
(2)試料と屈折率がほぼ等しい液体を使用するため、試料界面で屈折率の影響を受けない。従って、像の歪みを生じない。
(3)対物レンズを液体に浸けることなく使用でき、液体交換も対物レンズは影響を受けずメニスカスレンズ側のみででき、対物レンズの変更も容易である。
The first entrance/
(1) Since the lens has a spherical surface with respect to the direction of incidence, the incidence is normal and is not affected by the refractive index.
(2) Since a liquid with almost the same refractive index as the sample is used, the sample interface is not affected by the refractive index. Therefore, no image distortion occurs.
(3) The objective lens can be used without being immersed in liquid, and the liquid can be replaced only on the meniscus lens side without affecting the objective lens, and the objective lens can be easily changed.
図3は、第2実施形態に係る光学顕微鏡を示す図である。 FIG. 3 is a diagram showing an optical microscope according to the second embodiment.
光学顕微鏡1´は、光源11と、ビームスプリッタ12と、第1光学素子13´と、第2光学素子14と、集光レンズ15と、撮像装置16とを有し、試料基板2の載置面21に載置される試料3を撮像する。光学顕微鏡1´は、試料基板2と第2光学素子14とを一体的に保持する保持部材17を更に有する。
The optical microscope 1' has a
図4は、光源11を出射し且つ試料3に入射する照射光の光路を示す図である。
FIG. 4 is a diagram showing optical paths of irradiation light emitted from the
光源11は、例えばレーザ光源であり、例えば赤外線、可視光及び紫外線であるビーム状の照射光を生成し、生成した照射光をビームスプリッタ12に出射する。ビームスプリッタ12は、光源11から入射する照射光を第1光学素子13´に反射する。第1光学素子13´は、ガラスによって形成され、2つの反射鏡を備えた対物鏡である。第1光学素子13´を通過した照射光は、第2光学素子14を介して、載置面21に載置された試料3に入射される。
The
図5は、試料3を出射し且つ撮像装置16に入射する検出光の光路を示す図である。
FIG. 5 is a diagram showing optical paths of detection light that exits the
照射光が入射された試料3から出射される検出光は、第2光学素子14及び第1光学素子13´を介して、ビームスプリッタ12に入射する。ビームスプリッタ12から入射する検出光は、ビームスプリッタ12を透過して、集光レンズ15に入射する。
The detection light emitted from the
集光レンズ15は、入射する検出光を集光して撮像装置16に出射する。撮像装置16は、集光レンズ15から出射する検出光により形成される試料の画像を撮像し、撮像した画像を示す画像データを記憶する。
The
光学顕微鏡1´は保持部材17を有してもよい。保持部材17は、移送装置4上に配置されてもよい。
The
図6は、図3に示す第1光学素子13´及び第2光学素子14の断面図である。
FIG. 6 is a cross-sectional view of the first optical element 13' and the second
第1光学素子13´は、母材が例えばガラスであり、収容部131と、第1透過面132と、第1反射面133と、第2反射面134と、第2透過面135とを有する。収容部131は、第2光学素子14の少なくとも一部分を収容可能な略半球状の凹部である。第1透過面132は、円形の平面形状を有し、光源11から照射光が入射すると共に、検出光を撮像装置16に出射する。
The first
第1反射面133は、球面状の形状を有し、第1透過面132に対向して配置され、第1透過面132から入射する照射光を反射すると共に、第2反射面134から入射する検出光を第1透過面132に反射する。第1反射面133は、アルミニウム、金及び銀等の高反射材で形成される金属膜を母材であるガラスにコーティングして形成される。第1反射面133は、第2透過面135の内縁よりも第1透過面132側に凸であれば、非球面の形状であってもよい。
The first reflecting
第2反射面134は、球面状の形状を有し且つ第1透過面132の外縁に内縁が接するように配置され、第1反射面133から入射する照射光を反射すると共に、第2透過面135から入射する検出光を前記第1反射面133に反射する。第2反射面134は、アルミニウム、金及び銀等の高反射材で形成される金属膜を母材であるガラスにコーティングして形成される。
The second reflecting
第2透過面135は、収容部131の一部を形成する球面状の形状を有し、第1反射面133の外縁に内縁が接し且つ第2反射面134に対向して配置される。第2透過面135は、第2反射面134から入射する照射光を球面波として第2光学素子14の第1入出射面142に出射すると共に、第1入出射面142から球面波として出射された検出光を第2反射面134に出射する。
The
第2透過面135の中心は、第1光学素子13´の焦点に一致するように配置されることが好ましい。また、第1光学素子13´の焦点と、第2光学素子14の第1入出射面142を形成する球面の中心とが一致することが好ましい。第1光学素子13´の焦点と第1入出射面142の球面の中心とを一致させることで、第2透過面135から第1入出射面142に球面波として入射される照射光が、第1入出射面142に垂直に入射させることができる。照射光は、第1入出射面142に垂直に入射するので、第1入出射面142に入射するときに照射光が屈折することで球面収差が生じ、試料の厚み方向の画像が歪むこと防止できる。
It is preferable that the center of the
第1実施形態と同様に、第2光学素子14の凹部141は、試料3を覆うと共に、試料3を沈潜する液体が充填される。
As in the first embodiment, the
試料3が第2光学素子14の凹部141に収められ、凹部141が透明な液体で満たされ、該1光学素子13´と第2光学素子14が組み合わされることにより、以下の効果が生じる。
(1)照射光の入射方向に対し第2光学素子14の第1入出射面142は球面であり、且つ、第1光学素子13´の焦点と中心が一致するように配置されるので、垂直入射となり屈折率の影響を受けない。
(2)凹部141において、試料3と屈折率の差が小さい液体によって試料3を沈潜するため、試料3に照射光が入射するときに屈折率の影響を最小限に抑制できるので、試料3に含まれる対象物の画像の歪みが抑制される。
(3)第1光学素子13´は、液浸用の液体に浸すことなく使用され、乾式の光学素子を採用できるので、試料3の種類に応じて所望の光学特性を有する光学素子を第1光学素子13´として使用できる。
The
(1) The first entrance/
(2) In the
(3) The first optical element 13' is used without being immersed in the immersion liquid, and a dry optical element can be employed. It can be used as an optical element 13'.
第1光学素子13´、第2光学素子14、及び試料基板2は、それぞれ独立に動かすことが可能である。第2光学素子14と試料基板2は一体として保持部材17により保持されてもよい。調整が容易となる。
The first optical element 13', the second
図7は保持部材17を説明するための図(その1)であり、図8は保持部材を説明するための図(その2)であり、図9は保持部材を説明するための図(その3)である。図7(a)は第2光学素子14及び第2光学素子14を保持するリング部材の斜視図であり、図7(b)は第2光学素子14及び第2光学素子14を保持するリング部材の断面図である。図8は、図7に示すリング部材に中間部材を結合した状態を示す断面図である。図9(a)は保持部材17が有する設置部材の断面図であり、図9(b)は第2光学素子14、試料基板2及び保持部材17の断面図である。
7 is a diagram (part 1) for explaining the holding
保持部材17は、リング部材171と、中間部材172と、設置部材173とを有する。リング部材171は、円環状の上面1711と下面1712、円柱状の側面1713を有する円筒形状の素子設置部1714と、素子設置部の下面1712の外周と内周の間から下面1712に垂直に延伸する円筒形の接合部1715を有する。保持部材17は、第2光学素子14及び試料基板2を一体的に保持する。また、第2光学素子14、試料基板2及び保持部材17は、試料基板ホルダ18を構成する。
The holding
リング部材171の上面1711の中央部には、第2光学素子14が配置される切り欠き部1716が形成される。切り欠き部1716の側面と、第2光学素子14の側部145との間には、隙間1717が形成される。第2光学素子14は、隙間1717に接着樹脂等の接着部材を充填することで固定される。接合部1715は、中間部材172と螺合する内ネジ部1718が内側面に形成され、設置部材173と螺合する外ネジ部1719が外側面に形成される。
A
中間部材172は、円環状の上面1721、円環状の下面1722、外側面1723、及び内側面1724を有する円筒形状の支持本体部1725と、下面1722内周から垂直に延伸する円筒形状の支持下部1726とを有する。支持下部1726の外周半径は、支持本体部1725の外周半径より小さい。支持本体部の外側面1723は、内ネジ部1718と螺合される本体ネジ部1727が形成される。中間部材172は、本体ネジ部1727が内ネジ部1718と螺合されることで、第1緩衝リング1728を介して試料基板2を支持すると共に、リング部材171から着脱可能に形成される。
The
設置部材173は、第1開口1731及び第2開口1732が形成された円筒形状の収納部1733を有する。収納部1733は、円筒内側面の第1開口1731側にリング部材171の外ネジ部1719と螺合する収納ネジ部1734が形成される。収納部1733の第1開口1731側の内径は、第2開口1732側の内径より大きい。第1開口1731側及び第2開口1732側の内径が異なることから、収納部1733の内側面には段差部1735が形成される。設置部材173は、収納部1733の第2開口1732側の円筒底面に接続し、収納部1733の外周半径より大きい外周半径を有する円筒形状の裾部1736を有する。裾部1736は、収納部1733と中心軸が一致するように配置される。
The
リング部材171及び中間部材172は、螺合された状態で設置部材173の第1開口1731に挿入され、リング部材171の外ネジ部1719と設置部材173の収納ネジ部1734が螺合される。第2緩衝リング1737は、段差部1735に配置される。第2緩衝リング1737が段差部1735に配置されることで、外部から力が印加された場合でも、試料基板2及び第2光学素子14に力が伝導することを防止し、試料基板2と第2光学素子14の密着状態が維持される。
The
図10は、第2光学素子14が配置されない比較例に係る光学顕微鏡の光学シミュレーション結果を示す図である。(a)は第1光学素子13´と試料3との間の照射光及び検出光の光路を示す図であり、(b)は深さZ=0に対する深さZにおける光強度比EE1st(z)/EE1st(z=0)を示す図であり、(c)はシミュレーション画像を示す図であり、(d)は強度分布を示す図である。
FIG. 10 is a diagram showing optical simulation results of an optical microscope according to a comparative example in which the second
円内エネルギー(EE:Encircled Energy)は、光のスポットの中心をゼロとして、半径rの円の中にある光強度を表す。EE1stとしているのはr=第一暗環半径のことであり、第一暗環半径はエアリー関数(Airy function)の始めに強度がゼロにある半径のことである。 The Encircled Energy (EE) represents the light intensity within a circle of radius r, with zero at the center of the light spot. EE 1st is r=first dark ring radius, which is the radius where the intensity is zero at the beginning of the Airy function.
図10に示す光学シミュレーションでは、光学シミュレーションソフトウェアはZemaxを使用した。載置面から12μmの深さになると光強度比EE1st(z)/EE1st(z=0)は0.8に低下する。(c)に示すように載置面から12μmの深さの画像は大きく歪んでいる。(d)に示す強度分布は、試料位置から緩やかに低くなっている。試料への入射照射光が界面で屈折されることにより、球面収差が生じ試料の内部での対象物の画像が歪むためである。 In the optical simulation shown in FIG. 10, Zemax was used as the optical simulation software. At a depth of 12 μm from the mounting surface, the light intensity ratio EE 1st (z)/EE 1st (z=0) decreases to 0.8. As shown in (c), the image at a depth of 12 μm from the placement surface is greatly distorted. The intensity distribution shown in (d) gradually decreases from the sample position. This is because the incident irradiation light to the sample is refracted at the interface, which causes spherical aberration and distorts the image of the object inside the sample.
図11は、第2実施形態に係る光学顕微鏡1´のシミュレーション結果の例を示す図である。なお、第2光学素子14の凹部141には液体が充填されている。(a)は第1光学素子13´、第2光学素子14、及び試料3の間の照射光及び検出光の光路を示し、(b)は深さZ=0に対する深さZにおける光強度比を示す図であり、(c)はシミュレーション画像を示す図であり、(d)は強度分布を示す図である。
FIG. 11 is a diagram showing an example of simulation results of the optical microscope 1' according to the second embodiment. The
図11に示す光学シミュレーションでは、試料基板2の載置面21から300μmの深さになると光強度比EE1st(z)/EE1st(z=0)は0.8に低下する。(c)に示すようにから300μmの深さの画像はあまり歪んでいない。(d)に示す強度分布は、試料位置から急激に低くなっている。載置面21から300μm程度の深度観察が可能となる。凹部141に充填された液体によって、試料界面で屈折がなくなるためである。
In the optical simulation shown in FIG. 11, the light intensity ratio EE 1st (z)/EE 1st (z=0) decreases to 0.8 at a depth of 300 μm from the mounting
図12は、試料中に直径6μmのビーズを置き、蛍光を照射したときの撮影画像であり、(a)は共焦点顕微鏡による画像であり、(b)は第2実施形態に係る光学顕微鏡による画像である。 FIG. 12 shows images taken when beads with a diameter of 6 μm are placed in a sample and irradiated with fluorescence, (a) is an image by a confocal microscope, and (b) is an image by an optical microscope according to the second embodiment. It is an image.
載置面と平行な焦平面xy方向の画像は、共焦点顕微鏡と第2実施形態の顕微鏡による画像はほぼ同じであるが、光軸(z)方向の画像は、共焦点顕微鏡による画像は歪んでいるのに対し、第2実施形態の顕微鏡による画像が明らかに良いことがわかる。 The image in the xy direction of the focal plane parallel to the mounting surface is almost the same as the image by the confocal microscope and the microscope of the second embodiment, but the image in the optical axis (z) direction is distorted by the confocal microscope. On the other hand, it can be seen that the image obtained by the microscope of the second embodiment is clearly good.
図13は、第3実施形態に係る光学顕微鏡が有する試料基板ホルダの断面図である。 FIG. 13 is a cross-sectional view of a sample substrate holder included in the optical microscope according to the third embodiment.
第3実施形態に係る光学顕微鏡は、試料基板ホルダ18´を試料基板ホルダ18の代わりに有することが第2実施形態に係る光学顕微鏡1´と相違する。試料基板ホルダ18´以外の第3実施形態に係る光学顕微鏡の構成要素の構成及び機能は、同一符号が付された光学顕微鏡1´の構成要素の構成及び機能と同一なので、ここでは詳細な説明は省略する。
The optical microscope according to the third embodiment differs from the optical microscope 1' according to the second embodiment in that it has a sample substrate holder 18' instead of the
試料基板ホルダ18´は、固定部材100及び支持部材110を保持部材17の代わりに有することが試料基板ホルダ18と相違する。また、試料基板ホルダ18´は、第1光学素子13´及び第2光学素子14を一体的に保持すると共に、試料3を載置する試料基板2を第1光学素子13´及び第2光学素子14に対して相対的に移動可能であることが試料基板ホルダ18と相違する。
The
固定部材100は、第1光学素子13´の焦点と第2光学素子14の第1入出射面142を形成する球面の中心が一致するように、第1光学素子13´及び第2光学素子14を固定する。
The fixing
固定部材100は、円盤形状であって第1光学素子13´と第2光学素子14が配置される上面101と、上面101の反対側に下面102とを有する。上面101は、第1光学素子13´を設置するための第1切り欠き部103と第1切り欠き部103の内側に第2光学素子14を設置するための第2切り欠き部104を有する。固定部材100の円盤内径は、試料基板2を支持する支持部材110が、挿入可能且つx軸、y軸及びz軸方向に移動可能な余裕を有する径である。
The fixing
支持部材110は、円柱状であって試料基板2が配置される上面111と、移送装置に対向する下面112とを有し、試料基板2を移送装置4によって移動可能に支持する。支持部材110の上面111は、試料基板2が篏合される切り欠き部113を有する。孔114は、不図示のピンを切り欠き部113に下面112から挿入し且つ篏合する試料基板2を取り外すように、上面111から下面112に支持部材110の中心軸に沿って貫通するように形成される。なお、支持部材110は、孔114に代えてスリットが形成されてもよい。また、支持部材110は、下面側に移送装置4への設置を安定させるための裾部材115を更に有する。
The supporting
第3実施形態に係る光学顕微鏡では、試料基板2を第1光学素子13´及び第2光学素子14に対して相対的に移動できるので、第2実施形態に係る光学顕微鏡1´よりも広い範囲でx軸及びy軸方向に試料3を移動することができる。第2実施形態に係る光学顕微鏡1´では、試料基板2をx軸及びy方向に0.5mm程度移動すると第1光学素子13´と第2光学素子14との間の位置がずれて試料3の鮮明な画像が撮像さられなくなる。一方、第3実施形態に係る光学顕微鏡では、試料基板2をx軸及びy方向に移動して8mm□程度の視野に亘って試料3の鮮明な画像を撮像できる。
In the optical microscope according to the third embodiment, since the
また、説明された光学顕微鏡では、光源は、ビーム状の照射光を出射するが、実施形態に係る光学顕微鏡は、光源がシート状の照射光を出射する光シート顕微鏡であってもよい。更に光源は電球、蛍光ランプ、LEDによる光を生成して、照射光としてもよい。 Also, in the optical microscope described, the light source emits a beam of illumination light, but the optical microscope according to the embodiment may be a light sheet microscope in which the light source emits a sheet of illumination light. Further, the light source may be an electric bulb, a fluorescent lamp, or an LED that generates light to serve as the illumination light.
照射光は、試料基板の載置面の反対側の面から試料に照射してもよい。 The irradiation light may be applied to the sample from the surface opposite to the mounting surface of the sample substrate.
当業者は、本発明の精神及び範囲から外れることなく、様々な変更、置換、及び修正をこれに加えることが可能であることを理解されたい。 It should be understood by those skilled in the art that various changes, substitutions and modifications can be made thereto without departing from the spirit and scope of the present invention.
1 光学顕微鏡
11 光源
13 第1光学素子
14 第2光学素子
15 集光レンズ
16 撮像装置
17 保持部材
18、18´ 試料基板ホルダ
Claims (10)
前記試料が載置される載置面を有する試料基板と、
前記載置面に載置された前記試料に前記照射光を照射すると共に、前記照射光が照射された前記試料から検出光が入射する第1光学素子と、
前記試料を覆う凹部が形成され、前記第1光学素子から入射する前記照射光を前記試料に出射すると共に、前記試料から入射する前記検出光を前記第1光学素子に出射する第2光学素子と、
前記第1光学素子から出射する前記検出光により形成される前記試料の画像を撮像する撮像装置と、を有し、
前記第2光学素子は、
球面状の形状を有し、前記第1光学素子から前記照射光が入射すると共に、前記検出光を前記第1光学素子に出射する第1入出射面と、
前記凹部の壁部の少なくとも一部を含み、前記第1入出射面に入射する前記照射光を前記試料に出射すると共に、前記試料から入射する前記検出光を前記第1入出射面に出射する第2入出射面と、を有し、
前記凹部と前記載置面により形成される空間は、液体が充填可能である、ことを特徴とする光学顕微鏡。 a light source that emits irradiation light incident on the sample;
a sample substrate having a mounting surface on which the sample is mounted;
a first optical element that irradiates the sample placed on the mounting surface with the irradiation light and receives detection light from the sample irradiated with the irradiation light;
a second optical element having a recess covering the sample and emitting the irradiation light incident from the first optical element to the sample and emitting the detection light incident from the sample to the first optical element; ,
an imaging device that captures an image of the sample formed by the detection light emitted from the first optical element;
The second optical element is
a first incident/exiting surface having a spherical shape, on which the irradiation light is incident from the first optical element and the detection light is emitted to the first optical element;
including at least part of the wall of the recess, emitting the irradiation light incident on the first incident/exiting surface to the sample, and emitting the detection light incident from the sample onto the first incident/exiting surface and a second input/output surface,
An optical microscope, wherein a space formed by the concave portion and the mounting surface can be filled with a liquid.
平面状の形状を有し、前記光源から前記照射光が入射すると共に、前記検出光を前記撮像装置に出射する第1透過面と、
球面状の形状を有し、前記第1透過面に対向して配置され、前記第1透過面から入射する前記照射光を反射すると共に、前記検出光を前記第1透過面に反射する第1反射面と、
球面状の形状を有し且つ前記第1透過面の外縁に内縁が接するように配置され、前記第1反射面から入射する前記照射光を反射すると共に、前記検出光を前記第1反射面に反射する第2反射面と、
球面状の形状を有し、前記第1反射面の外縁に内縁が接し且つ前記第2反射面に対向して配置され、前記第2反射面から入射する前記照射光を前記第1入出射面に出射すると共に、前記第1入出射面から出射する前記検出光を前記第2反射面に出射する第2透過面と、
を有する、請求項1~6の何れか一項に記載の光学顕微鏡。 The first optical element is
a first transmission surface having a planar shape, on which the irradiation light from the light source is incident and the detection light is emitted to the imaging device;
A first light having a spherical shape, disposed opposite to the first transmission surface, reflecting the irradiation light incident from the first transmission surface and reflecting the detection light to the first transmission surface a reflective surface;
It has a spherical shape and is arranged so that the inner edge is in contact with the outer edge of the first transmission surface, reflects the irradiation light incident from the first reflection surface, and directs the detection light to the first reflection surface. a reflecting second reflecting surface;
having a spherical shape, an inner edge being in contact with an outer edge of the first reflecting surface, and arranged to face the second reflecting surface, the irradiation light incident from the second reflecting surface being directed to the first incident/emitting surface; and a second transmission surface that emits the detection light emitted from the first incident/exit surface to the second reflecting surface;
The optical microscope according to any one of claims 1 to 6, having
前記試料を覆う凹部が形成され、照射光を前記試料に出射すると共に、前記試料から入射する検出光を出射する第2光学素子と、
前記試料基板を保持する保持部材と、を有し、
前記第2光学素子は、
球面状の形状を有し、前記照射光が入射すると共に、前記検出光を出射する第1入出射面と、
前記凹部の壁部の少なくとも一部を含み、前記第1入出射面に入射する前記照射光を試料に出射すると共に、試料から入射する前記検出光を前記第1入出射面に出射する第2入出射面と、を有し、
前記凹部と前記載置面により形成される空間は、液体が充填可能である、ことを特徴とする試料基板ホルダ。 a sample substrate having a mounting surface on which the sample is mounted;
a second optical element having a concave portion covering the sample, emitting irradiation light to the sample and emitting detection light incident from the sample;
a holding member that holds the sample substrate,
The second optical element is
a first incident/exit surface having a spherical shape, on which the irradiation light is incident and the detection light is emitted;
a second surface including at least a part of the wall of the recess, which emits the irradiation light incident on the first entrance/exit surface to the sample, and emits the detection light incident from the sample to the first entrance/exit surface; and an input/output surface,
A sample substrate holder, wherein a space formed by said concave portion and said mounting surface can be filled with a liquid.
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