JP3384072B2 - Confocal microscope - Google Patents

Confocal microscope

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JP3384072B2
JP3384072B2 JP34884093A JP34884093A JP3384072B2 JP 3384072 B2 JP3384072 B2 JP 3384072B2 JP 34884093 A JP34884093 A JP 34884093A JP 34884093 A JP34884093 A JP 34884093A JP 3384072 B2 JP3384072 B2 JP 3384072B2
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Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、コンフォーカル顕微鏡
に関するものであり、特に生態観察等に適した走査型の
コンフォーカル蛍光顕微鏡に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a confocal microscope, and more particularly to a scanning confocal fluorescence microscope suitable for biological observation.

【0002】[0002]

【従来の技術】一般に、コンフォーカル顕微鏡は、光源
から発せられた光束を標本上に集光させ、この集光スポ
ットで照射された標本からの戻り光を、標本と互いに共
役な位置に配置されたピンホール付き遮光部材を介して
選択的に検出することにより画像情報を得る構成となっ
ている。
2. Description of the Related Art In general, a confocal microscope focuses a light beam emitted from a light source on a sample and arranges return light from the sample illuminated by the focused spot at a position conjugate with the sample. The image information is obtained by selectively detecting the light through the pinhole-equipped light shielding member.

【0003】ここで、従来のこの種のコンフォーカル顕
微鏡の概略構成を図4に示す。この図に示すコンフォー
カル顕微鏡は、大別して光源ユニット10、ビームスプ
リッタ20、光偏向光学系30、対物光学系40及び検
出系60とから構成されている。
FIG. 4 shows a schematic structure of a conventional confocal microscope of this type. The confocal microscope shown in this figure is roughly composed of a light source unit 10, a beam splitter 20, a light deflection optical system 30, an objective optical system 40, and a detection system 60.

【0004】光源ユニット10は、レーザー光源11及
びビームエキスパンダ12を備えており、光源ユニット
10内のレーザー光源11から発せられたレーザー光束
は、ビームエキスパンダ12を介して所定の光束断面を
有する平行光となってビームスプリッタ20に入射す
る。
The light source unit 10 includes a laser light source 11 and a beam expander 12, and the laser light flux emitted from the laser light source 11 in the light source unit 10 has a predetermined light flux cross section through the beam expander 12. It becomes parallel light and enters the beam splitter 20.

【0005】ビームスプリッタ20は、光源ユニット1
0から発せられたレーザー光束を反射することにより光
路を折り曲げて光偏向光学系30に導くと共に、標本か
らの戻り光束を透過させて検出系に導く光路分割手段の
役割を果たしており、この従来例は蛍光を検出する蛍光
顕微鏡の構成例であるため、励起光(レーザ光)と検出
戻り光(蛍光)とを分離するダイクロックミラーが用い
られている。
The beam splitter 20 is a light source unit 1
By reflecting the laser beam emitted from the laser beam 0, the optical path is bent and guided to the optical deflection optical system 30, and at the same time, it serves as an optical path dividing means for transmitting the return beam from the sample and guiding it to the detection system. Since is a configuration example of a fluorescence microscope that detects fluorescence, a dichroic mirror that separates excitation light (laser light) and detection return light (fluorescence) is used.

【0006】ビームスプリッタ20により光偏向光学系
30に導かれたレーザ光束は、光偏向光学系30に設け
られた光路偏向部材により水平方向及び垂直方向(図に
おける紙面に対して)に任意量だけ偏向された後、対物
光学系40により集光されて標本50上にスポット状に
照射される。
The laser beam guided to the light deflection optical system 30 by the beam splitter 20 is an arbitrary amount in the horizontal direction and the vertical direction (with respect to the paper surface in the figure) by the optical path deflecting member provided in the light deflection optical system 30. After being deflected, it is condensed by the objective optical system 40 and irradiated on the sample 50 in a spot shape.

【0007】前記集光スポットは、光偏向光学系30の
水平方向及び垂直方向の偏向量(可変)に応じて標本5
0上を2次元走査するが、このとき集光スポットの照射
による標本50からの戻り光として、反射光、蛍光発
光、ラマン散乱光等が生じるので、標本50から発せら
れた検出光は標本の2次元(画像)情報となる。
The focused spot is a sample 5 depending on the amount of deflection (variable) of the light deflection optical system 30 in the horizontal and vertical directions.
Two-dimensional scanning is performed on 0. At this time, reflected light, fluorescence emission, Raman scattered light, and the like are generated as return light from the sample 50 due to irradiation of the focused spot, so that the detection light emitted from the sample 50 is It becomes two-dimensional (image) information.

【0008】これらの戻り光は、光源ユニット10から
発せられたレーザー光束が入射した時と逆の経路で再度
前記対物光学系40に入射する。さらに、この戻り光束
は偏向光学系30に入射して光軸に沿う(偏向していな
い)光路に導かれる。
These return lights are incident on the objective optical system 40 again through a route opposite to that when the laser light flux emitted from the light source unit 10 is incident. Further, this return light flux enters the deflection optical system 30 and is guided to the optical path along the optical axis (not deflected).

【0009】そして、戻り光のうち蛍光等は、ビームス
プリッタ20を透過してその他の戻り光と分離された
後、検出光となって検出系60に入射する。ここでは、
集光レンズ61により標本上と共役な位置に集光され、
ピンホール付の遮光板62を透過した光束のみが光検出
器63に入射する。
Fluorescent light or the like of the return light is transmitted through the beam splitter 20 and separated from the other return light, and then becomes detection light and enters the detection system 60. here,
The light is condensed at a position conjugate with the sample by the condenser lens 61,
Only the light flux that has passed through the light-shielding plate 62 with a pinhole enters the photodetector 63.

【0010】検出系60に入射した戻り光束は、集光レ
ンズ61によって標本50と共役な位置にある遮光板6
2上のピンホール位置に光スポットを結ぶが、このとき
不必要な戻り光成分は、ピンホール位置に集光しないの
で遮光板により除かれ、走査点の像の必要な戻り光成分
のみが選択的にピンホールを通過する。
The return light flux that has entered the detection system 60 is converged by the condenser lens 61 to the light shield plate 6 at a position conjugate with the sample 50.
Although a light spot is connected to the pinhole position on 2, the unnecessary return light component at this time is removed by the light shielding plate because it is not condensed at the pinhole position, and only the return light component necessary for the image at the scanning point is selected. Pass through the pinhole.

【0011】そして、ピンホールを通過した光(戻り光
のうち必要な蛍光成分)は、光検出器63により電気信
号に変換され、さらに画像処理を施されて標本50の明
瞭な画像として表示される(図示せず)。
The light that has passed through the pinhole (the necessary fluorescent component of the returned light) is converted into an electric signal by the photodetector 63, and is further image-processed and displayed as a clear image of the specimen 50. (Not shown).

【0012】このようにコンフォーカル顕微鏡の特徴
は、光源から発せられた光束を標本上に照射してここか
らの戻り光を検出する際に、標本上の集光スポットの周
囲からの戻り光束や、ピントのズレた所からの戻り光束
等の不要光束がピンホール付き遮光部材により遮蔽され
るので、走査集光点の像の周囲にぼけた像が重なるのを
防ぐ点にある。
As described above, the characteristic of the confocal microscope is that when the light beam emitted from the light source is irradiated onto the sample and the return light from this is detected, the return light beam from the surroundings of the condensed spot on the sample and Since unnecessary light beams such as light beams returning from out of focus are blocked by the light-shielding member with the pinhole, it is to prevent the blurred image from overlapping around the image at the scanning condensing point.

【0013】このような従来のコンフォーカル顕微鏡に
おいて、光偏向光学系内に設ける光路偏向部材の配置方
法の一つとして焦点リレー配置が挙げられる。図5に、
この従来の焦点リレー配置の概略構成を示す。
In such a conventional confocal microscope, there is a focus relay arrangement as one of the arrangement methods of the optical path deflecting member provided in the optical deflecting optical system. In Figure 5,
The schematic configuration of this conventional focus relay arrangement is shown.

【0014】この図に示すように、光偏向光学系30に
は、標本上の2次元走査を行うために、水平走査用と垂
直走査用の二つの光路偏向部材31、33が設けられて
おり、これらの二つの光路偏向部材31、33の間にリ
レー光学系32が配置されている。
As shown in this figure, the optical deflecting optical system 30 is provided with two optical path deflecting members 31 and 33 for horizontal scanning and vertical scanning in order to perform two-dimensional scanning on a sample. A relay optical system 32 is arranged between these two optical path deflecting members 31 and 33.

【0015】そして、第1光路偏向部材33は対物光学
系40の光偏向光学系側の焦点位置40Aに配置されて
おり、第2光路偏向部材31は位置40Bに配置されて
いるが、この位置40Bはリレー光学系32を介して対
物光学系40の光偏向光学系側の焦点位置40Aと互い
に共役な位置である。
The first optical path deflecting member 33 is located at the focal position 40A on the optical deflecting optical system side of the objective optical system 40, and the second optical path deflecting member 31 is located at the position 40B. Reference numeral 40B is a position conjugate with the focal position 40A on the light deflection optical system side of the objective optical system 40 via the relay optical system 32.

【0016】これらの第1及び第2の光路偏向部材3
1、33は、ビームスプリッタ20を介して光偏向光学
系30に入射した光束の光路を、水平方向及び垂直方向
に偏向させて集光スポットを移動させ、この移動軌跡に
より標本上を走査させると共に、対物光学系40を介し
て光偏向光学系30に入射した検出光(戻り光)の光路
を水平方向及び垂直方向に偏向させて、光軸に対して偏
向していない光束(光軸に沿う光束)に変換している。
These first and second optical path deflecting members 3
Reference numerals 1 and 33 deflect the optical path of the light beam incident on the optical deflection optical system 30 via the beam splitter 20 in the horizontal direction and the vertical direction to move the converging spot, and scan the sample with this movement locus. , The optical path of the detection light (return light) incident on the optical deflection optical system 30 via the objective optical system 40 is deflected in the horizontal direction and the vertical direction, and the light flux not deflected with respect to the optical axis (along the optical axis Light flux).

【0017】一般に、コンフォーカル顕微鏡を、標本か
ら発生する蛍光を検出することにより標本の画像情報を
得る蛍光顕微鏡に応用した場合には、光軸方向に良好な
分解能を有している。これは、通常の蛍光顕微鏡にはな
い大きな特徴であり細胞や生態組織等を立体的に観察す
る必要のある医学、生物学の分野では非常に有用であ
る。
In general, when the confocal microscope is applied to a fluorescence microscope that obtains image information of a specimen by detecting fluorescence generated from the specimen, it has a good resolution in the optical axis direction. This is a great feature that ordinary fluorescence microscopes do not have, and is very useful in the fields of medicine and biology that require three-dimensional observation of cells, ecological tissues and the like.

【0018】[0018]

【発明が解決しようとする課題】蛍光波長を利用するコ
ンフォーカル蛍光顕微鏡は、照射光である励起光の波長
と戻り光束の内の検出すべき蛍光の波長とは異なってい
る。これは、蛍光顕微鏡に限らず、直接反射光以外の異
なる波長の戻り光を検出するコンフォーカル顕微鏡に
いても同様である。
In a confocal fluorescence microscope that utilizes the fluorescence wavelength, the wavelength of the excitation light that is the irradiation light and the wavelength of the fluorescence that should be detected in the return light flux are different. This is not limited to fluorescence microscopy, the same can have your <br/> return light of a different wavelength other than direct reflected light confocal microscope for detection.

【0019】このため、対物光学系に倍率色収差の大き
いレンズを使用した場合、前記標本からの戻り光を、対
物光学系と偏向光学系とを介して標本上の集光点と共役
な位置に集光させると、戻り光束の集光点位置が遮光部
材上のピンホール位置からずれてしまう場合がある。
For this reason, when a lens having large lateral chromatic aberration is used for the objective optical system, the return light from the sample is passed through the objective optical system and the deflection optical system to a position conjugate with the focal point on the sample. When the light is condensed, the position of the condensing point of the return light beam may be displaced from the pinhole position on the light shielding member.

【0020】従って、標本上の集光スポット部分から発
せられた蛍光のうち、ピンホールからずれた位置に集光
された成分は遮光部材に遮られて検出系に到達しない場
合がある。この様な場合には、検出される蛍光の光量が
減少し、画像の周辺部が円形に暗くなるシェーディング
が発生する。
Therefore, in the fluorescence emitted from the condensed spot portion on the sample, the component condensed at the position deviated from the pinhole may be blocked by the light shielding member and may not reach the detection system. In such a case, the amount of fluorescent light detected decreases, and shading occurs in which the peripheral portion of the image becomes circularly dark.

【0021】このようなシェーディングは、画像の表示
状態を悪化させるだけでなく、発せられた(検出され
た)蛍光波長によりカルシウムイオン量等の測定を行う
場合においても、その測定精度を極めて悪化させる問題
がある。ここで、シェーディングが生じた場合の画像状
態の模式図を図6に示すが、表示部分のうち斜線部分が
暗くなっている状態である。
Such shading not only deteriorates the display state of the image, but also greatly deteriorates the measurement accuracy when the amount of calcium ions and the like is measured by the emitted (detected) fluorescence wavelength. There's a problem. Here, a schematic diagram of an image state when shading occurs is shown in FIG. 6, in which the shaded portion of the display portion is dark.

【0022】このような倍率色収差によるシェーディン
グは、対物光学系内で倍率色収差を十分に補正するか、
遮光部材のピンホール径を極めて大きくしない限り解決
できない。
Shading due to such chromatic aberration of magnification is sufficient to correct the chromatic aberration of magnification within the objective optical system.
It cannot be solved unless the pinhole diameter of the light shielding member is extremely large.

【0023】しかし、前者は、光学設計上非常に困難で
あり、仮に倍率色収差のないレンズを選択しても、その
ために製造コストが高騰してしまう問題がある。また、
後者は、コンフォーカル顕微鏡の大きな特徴である光軸
方向に良好な分解能が損なわれてしまう問題を生ずる。
However, the former is very difficult in terms of optical design, and even if a lens having no lateral chromatic aberration is selected, there is a problem that the manufacturing cost will rise accordingly. Also,
The latter causes a problem that good resolution is impaired in the optical axis direction, which is a major feature of the confocal microscope.

【0024】また、対物光学系に軸上色収差が存在する
と、遮光部材上の集光スポットのデフォーカスが生じ
る。このデフォーカスは、補正レンズを用いれば、容易
に修正可能であるが、軸上色収差による影響は、デフォ
ーカスのみに留まらず、遮光部材上に形成させる蛍光ス
ポットを横方向(光軸と垂直な方向)にも移動させる原
因となっていることが本発明の研究段階で明らかになっ
た。
Further, if there is axial chromatic aberration in the objective optical system, defocusing of the focused spot on the light blocking member occurs. This defocus can be easily corrected by using a correction lens, but the effect of the axial chromatic aberration is not limited to the defocus, and the fluorescent spot formed on the light blocking member is laterally (vertical to the optical axis). It was revealed in the research stage of the present invention that it is also a cause of movement.

【0025】この蛍光スポットの移動が起きると、先に
述べた倍率色収差による蛍光スポットの移動が起きたと
きと同様に、標本から発せられた蛍光のうち、一部の蛍
光しか遮光部材のピンホールを通って検出系に到達しな
いので、結果として検出される光量が減少し、画像の周
辺部が長方形に暗くなるシェーディング発生する。
When the movement of the fluorescent spot occurs , the movement of the fluorescent spot due to the chromatic aberration of magnification described above occurs.
Similar to the above, only a part of the fluorescence emitted from the sample reaches the detection system through the pinhole of the light blocking member, resulting in a decrease in the amount of light detected and a rectangular peripheral portion of the image. darkening shading occurs.

【0026】本発明は、このような問題点を鑑みてなさ
れたものであり、像検出特性に優れたコンフォーカル顕
微鏡を提供することを主目的とするものである。特に、
光路を偏向させて標本上の異なる部位を観察すると共
に、照射光とは異なる波長の戻り光を検出するコンフォ
ーカル顕微鏡において、対物光学系内に倍率色収差もし
くは軸上色収差の大きいレンズ等を用いても簡単な構成
でシェーディングのない良好な画像を得ることができる
と共に、光軸方向にも良好な分解能を有するコンフォー
カル顕微鏡を得ることを目的とする。
The present invention has been made in view of the above problems, and its main purpose is to provide a confocal microscope having excellent image detection characteristics. In particular,
In a confocal microscope that deflects the optical path to observe different parts of the specimen and detects return light of a wavelength different from the irradiation light, use a lens with large lateral chromatic aberration or axial chromatic aberration in the objective optical system. The object is to obtain a confocal microscope that can obtain a good image without shading with a simple configuration and also has a good resolution in the optical axis direction.

【0027】[0027]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本願請求項1に記載した発明は、光源と、前記光源
からの光の光路を偏向させる偏向光学系と、前記偏向光
学系により偏向された光を標本上に集光させる対物光学
系と、前記標本からの戻り光を前記対物光学系と前記偏
向光学系とを介して標本上の集光点と共役な位置に集光
させると共に、この集光光をピンホール付き遮光部材を
介して検出する検出系とを備えたコンフォーカル顕微鏡
において、前記偏向光学系が、光路を折り曲げる光路偏
向部材を備え、戻り光による前記対物光学系の焦点距離
をG、光源からの光の波長による前記対物光学系の焦点
距離をF、前記対物光学系の偏向光学系側の戻り光によ
る物点と戻り光による焦点との距離をL、前記対物光学
系の光路偏向部材側での光源からの光(以後、照明光と
記す)の物点と照明光焦点との距離をKとし、焦点に対
して物点が偏向光学系と反対側にある時を正、焦点に対
して物点が偏向光学系と同じ側にある時を負とすると共
に、前記対物光学系の光路偏向部材側での照明光焦点位
置又は該焦点位置と共役な位置と、戻り光焦点位置又は
該焦点位置と共役な位置との光軸上の距離をΔとし、該
距離Δは、前記対物光学系の照明光焦点位置又は該焦点
位置と共役な位置が、戻り光焦点位置又は該焦点位置と
共役な位置に対して対物光学系と同じ側にあるときを
負、反対側にあるときを正とした場合に、この光路偏向
部材の配置位置が、前記対物光学系の偏向光学系側の焦
点位置、又は該焦点位置と共役な位置から次式 N={G−F(1+Δ/K)}/(G/L−F/K) を満たすような距離Nだけ変位した位置に配置されてい
ることを特徴とするコンフォーカル顕微鏡を提供する。
In order to achieve the above object, the invention described in claim 1 of the present application comprises a light source, a deflection optical system for deflecting an optical path of light from the light source, and the deflection optical system. An objective optical system for converging the deflected light on the sample, and condensing return light from the sample at a position conjugate with a condensing point on the sample via the objective optical system and the deflection optical system. In addition, in the confocal microscope provided with a detection system for detecting the condensed light through a light shielding member with a pinhole, the deflection optical system includes an optical path deflecting member for bending an optical path, and the objective optical system for returning light. Focal length
G, the focus of the objective optical system according to the wavelength of the light from the light source
The distance is F, and the return light on the deflection optical system side of the objective optical system is
The distance between the object point and the focal point of the returned light is L, the objective optical
Light from the light source on the optical path deflecting member side of the system (hereinafter referred to as illumination light
The distance between the object point of
When the object point is on the opposite side of the deflection optical system,
If the object point is on the same side as the deflection optical system, then
Is the illumination light focal position on the optical path deflecting member side of the objective optical system.
Position or a position conjugate with the focus position and the return light focus position or
Let Δ be the distance on the optical axis between the focal position and the conjugate position, and
The distance Δ is the focus position of the illumination light of the objective optical system or the focus thereof.
The position conjugate with the position is the return light focus position or the focus position.
When it is on the same side as the objective optical system with respect to the conjugate position
This optical path deflection is negative when the opposite side is positive.
The position of the member should be such that the focal point on the deflection optical system side of the objective optical system is
It is arranged at a position displaced from the point position or a position conjugate with the focal position by a distance N satisfying the following expression N = {G-F (1 + Δ / K)} / (G / L-F / K).
A confocal microscope characterized by the above.

【0028】請求項2に記載した発明では、請求項1に
記載のコンフォーカル顕微鏡であって、前記偏向光学系
が、前記光路偏向部材を複数備えており、各々の前記光
路偏向部材が前記対物光学系の前記偏向光学系側に焦点
位置及び該焦点位置と共役な位置から次式 N={G−F(1+Δ/K)}/(G/L−F/K) を満たすような距離Nだけ変位した位置に配置されてい
ることを特徴とするものである。
According to the invention described in claim 2, in claim 1,
A confocal microscope according to claim 1, wherein the deflection optical system is
Is provided with a plurality of the optical path deflecting members, and
The path deflection member is focused on the deflection optical system side of the objective optical system.
It is arranged at a position displaced from the position and the position conjugate with the focal position by a distance N satisfying the following expression N = {G-F (1 + Δ / K)} / (G / L-F / K).
It is characterized by that.

【0029】請求項3に記載した発明では、請求項2に
記載のコンフォーカル顕微鏡であって、前記複数の光路
偏向部材は、前記標本面に水平な所定の軸に対して平行
方向の偏向を行うための光路偏向部材と、前記所定の軸
に対して垂直方向の偏向を行うための光路偏向部材との
2つの光路偏向部材であることを特徴とするものであ
る。
In the invention described in claim 3, in claim 2,
The confocal microscope according to claim 1, wherein the plurality of optical paths are provided.
The deflecting member is parallel to a predetermined axis horizontal to the sample surface.
An optical path deflecting member for deflecting a direction, and the predetermined axis
With an optical path deflecting member for performing a vertical deflection with respect to
It is characterized in that there are two optical path deflecting members.
It

【0030】本発明のコンフォーカル顕微鏡は、前記光
路偏向部材の偏向方向がいずれの方向にも偏向可能であ
ることが好ましく、又、前記光路偏向部材の配置位置を
移動させる変位手段を備えていることが好ましい。(請
求項4,5に対応))
The confocal microscope of the present invention uses the light
The deflection direction of the road deflecting member can be deflected in either direction.
It is preferable that the position of the optical path deflecting member is set.
It is preferable to provide displacement means for moving. (Contract
Corresponding to requirements 4 and 5))

【0031】[0031]

【作用】本発明は上記のように構成されているため以下
の作用を奏する。先ず、コンフォーカル顕微鏡で照射光
と波長の異なる戻り光を検出する際に、倍率色収差によ
るシェーディングのおきる原理をコンフォーカル蛍光顕
微鏡を例に挙げて説明する。
Since the present invention is constructed as described above, it has the following effects. First, the principle of shading due to lateral chromatic aberration when detecting return light having a wavelength different from that of irradiation light with a confocal microscope will be described by taking a confocal fluorescence microscope as an example.

【0032】図7は、コンフォーカル蛍光顕微鏡で倍率
色収差の大きい対物光学系を用いた時の概略説明図であ
り、ここでは、対物光学系には軸上色収差は存在せず、
倍率色収差のみが存在する場合を想定している。この図
において、実線は光源ユニット10から発せられた励起
光(レーザ光)を示しており、破線は標本から発せられ
た戻り光のうち蛍光を示すものとする。
FIG. 7 is a schematic explanatory diagram when an objective optical system having a large magnification chromatic aberration is used in a confocal fluorescence microscope. Here, the objective optical system has no axial chromatic aberration,
It is assumed that there is only chromatic aberration of magnification. In this figure, the solid line indicates the excitation light (laser light) emitted from the light source unit 10, and the broken line indicates the fluorescence of the return light emitted from the sample.

【0033】また、光路偏向部材31、33は、対物光
学系40の偏向光学系側の焦点位置及び前記焦点位置と
共役な位置に配置されると共に、それぞれ光軸に対して
任意の角度を保って配設されている。尚、図中では説明
を簡単にするために一つの光路偏向部材のみを示してい
る。
The optical path deflecting members 31 and 33 are arranged at a focal position on the deflecting optical system side of the objective optical system 40 and at a position conjugate with the focal position, and each keeps an arbitrary angle with respect to the optical axis. Are arranged. In the figure, only one optical path deflecting member is shown for the sake of simplicity.

【0034】ここで、本発明にかかる偏向光学系は、光
路偏向部材による光路の偏向量を可変に構成することが
好ましい。これにより、標本上の任意の位置の観察が行
えるものとなる。更に、これらの偏向量を連続して変化
させることにより、標本上の集光スポット移動範囲内を
全面で走査する走査型の顕微鏡を構築することも可能で
ある。
Here, in the deflection optical system according to the present invention, it is preferable that the deflection amount of the optical path by the optical path deflecting member is variable. This allows observation of any position on the sample. Further, it is possible to construct a scanning microscope that scans the entire area within the movement range of the focused spot on the sample by continuously changing these deflection amounts.

【0035】図7において、光源10から発せられた励
起光は、ダイクロイックミラー20により反射されて光
偏向光学系に導かれる。このダイクロイックミラー20
は、光源ユニット10からの励起光(レーザ光)を反射
して光偏向光学系内の光路偏向部材31、33に導くと
共に、標本50から発せられた戻り光(蛍光)を透過さ
せて検出系内の集光レンズ61に導いている。
In FIG. 7, the excitation light emitted from the light source 10 is reflected by the dichroic mirror 20 and guided to the light deflection optical system. This dichroic mirror 20
Is a detection system that reflects the excitation light (laser light) from the light source unit 10 and guides it to the optical path deflecting members 31 and 33 in the light deflection optical system, and also transmits the return light (fluorescence) emitted from the sample 50. It is guided to the condenser lens 61 inside.

【0036】また、ダイクロイックミラー20により光
偏向光学系に導かれた励起光は、光偏向光学系内のそれ
ぞれ配設角度を自在に変えるように設けられた光路偏向
部材31、33により、光路を水平方向及び垂直方向に
偏向された後、対物光学系に導かれて集光され標本50
上を集光スポットにより照射する。この集光スポット
は、光路偏向部材31、33の偏向量に応じて移動し、
標本50上を2次元走査することになる。
The excitation light guided to the optical deflection optical system by the dichroic mirror 20 has its optical path changed by the optical path deflecting members 31 and 33 provided so as to freely change the arrangement angles in the optical deflection optical system. After being deflected in the horizontal direction and the vertical direction, it is guided to the objective optical system to be condensed and the sample 50
The top is illuminated with a focused spot. This focused spot moves according to the deflection amount of the optical path deflecting members 31 and 33,
The sample 50 will be two-dimensionally scanned.

【0037】そして、この集光スポットの照射により標
本50から蛍光が生じる。この標本50からの戻り光
(蛍光)は、対物光学系40を通り、光路偏向部材3
1、33により照射光とは逆向きに偏向され、倍率色収
差がなければ光軸に沿う光束に変化される。
Fluorescence is generated from the specimen 50 by the irradiation of this focused spot. The return light (fluorescence) from the sample 50 passes through the objective optical system 40 and passes through the optical path deflecting member 3
The light beams are deflected in the direction opposite to the irradiation light by 1, 33, and if there is no chromatic aberration of magnification, it is changed into a light beam along the optical axis.

【0038】しかし、実際には対物光学系に倍率色収差
が存在するので、対物光学系40の励起光波長に対する
焦点距離と蛍光波長に対する焦点距離とが異なるため、
光路偏向部材31、33への蛍光の入射角(点線光路)
は、光路偏向部材31、33から射出される励起光光束
の射出角(実線光路)とは異なるものとなる。
However, since chromatic aberration of magnification exists in the objective optical system in practice, the focal length of the objective optical system 40 with respect to the excitation light wavelength and the focal length with respect to the fluorescence wavelength are different.
Incident angle of fluorescence on the optical path deflecting members 31, 33 (dotted optical path)
Is different from the emission angle (solid line optical path) of the excitation light beam emitted from the optical path deflecting members 31 and 33.

【0039】従って、光路偏向部材31、33により偏
向されて集光レンズに向かう戻り光(蛍光)は、光軸に
対してある0でない角をなす光束としてダイクロイック
ミラー20を透過して、検出系内の集光レンズ61に入
射する。
Therefore, the return light (fluorescence) deflected by the optical path deflecting members 31 and 33 and directed to the condenser lens passes through the dichroic mirror 20 as a light flux forming a non-zero angle with respect to the optical axis, and the detection system. The light enters the condenser lens 61 inside.

【0040】集光レンズ61は、光軸に沿って入射した
光束を遮光部材に設けられたピンホール位置に集光させ
るが、上記のように光軸に対して所定の傾きをもって入
射するため、このような蛍光の集光点はピンホール中心
からずれることになる。
The condensing lens 61 condenses the light beam incident along the optical axis to the pinhole position provided on the light shielding member, but as described above, it is incident with a predetermined inclination with respect to the optical axis. The condensing point of such fluorescence is displaced from the center of the pinhole.

【0041】ここで、対物光学系40の励起光波長にお
ける焦点距離をF、対物光学系40の戻り光(ここでは
蛍光)波長における焦点距離をG、戻り光波長における
集光レンズ61の焦点距離をH、光路偏向部材31のビ
ーム偏向角をα、励起光と光軸との成す角をβ、戻り光
と光軸の成す角をγとし、tan θをθで近似した時、遮
光部材62上の戻り光スポット中心と光軸上に位置する
ピンホール中心との距離Uは、次に示す(1)式により
表される。 U=H(β−γ)=(1−F/G)Hα …(1)式 この(1)式よりも明らかなように、倍率色収差による
遮光部材上の戻り光(蛍光)スポットの動き量Uは、光
路偏向部材の偏向角αが大きいとき、すなわち走査する
部分が標本の周辺部になればなるほど大きくなる。
Here, the focal length at the excitation light wavelength of the objective optical system 40 is F, the focal length at the return light (here fluorescence) wavelength of the objective optical system 40 is G, and the focal length of the condenser lens 61 at the return light wavelength. Is H, the beam deflection angle of the optical path deflecting member 31 is α, the angle between the excitation light and the optical axis is β, the angle between the returning light and the optical axis is γ, and tan θ is approximated by θ, the light shielding member 62 A distance U between the center of the upper returning light spot and the center of the pinhole located on the optical axis is expressed by the following equation (1). U = H ([beta]-[gamma]) = (1-F / G) H [alpha] Equation (1) As is clear from this equation (1), the amount of movement of the return light (fluorescent) spot on the light blocking member due to the chromatic aberration of magnification. U becomes large when the deflection angle α of the optical path deflecting member is large, that is, the scanning portion becomes the peripheral portion of the sample.

【0042】従って、集光スポットの走査点が標本の周
辺部分になるにつれて、検出光である戻り光(蛍光)
は、遮光部材により遮光される割合が多くなり、一部の
光しか検出系に届かないこととなる。このため、この様
な検出信号から得られる画像は図5に示したような、標
本の中心部が円形に明るく周辺部は暗くなるシェーディ
ングを起こすことになる。
Therefore, as the scanning point of the focused spot becomes the peripheral portion of the sample, the return light (fluorescence) as the detection light is detected.
Is more likely to be blocked by the light blocking member, and only a part of the light reaches the detection system. Therefore, an image obtained from such a detection signal causes shading as shown in FIG. 5 in which the central part of the sample is circular and the peripheral part is dark.

【0043】以上では、対物光学系に倍率色収差のみが
存在する場合を想定した場合について述べたが、実際の
対物光学系には軸上色収差も存在する。この軸上色収差
は、光路偏向部材を対物光学系の焦点位置(又は該焦点
と共役な位置)に配設した場合には、戻り光(蛍光等)
スポットの集光点位置には何の影響も与えないものであ
る。
In the above, the case where only the chromatic aberration of magnification exists in the objective optical system has been described, but the actual objective optical system also has axial chromatic aberration. This axial chromatic aberration is caused by returning light (fluorescence, etc.) when the optical path deflecting member is arranged at the focal position (or a position conjugate with the focal point) of the objective optical system.
It does not have any influence on the position of the focal point of the spot.

【0044】しかし、本発明のように光路偏向部材の
位置を検出する光(蛍光等)の波長に応じて対物光学
系の焦点位置(又は該焦点と共役な位置)から変位させ
る場合においては、倍率色収差によるのと同様に、標本
上の走査位置の移動(光軸位置からの変位)に伴って遮
光部材上の蛍光スポット移動を引き起こす。
However, as in the present invention, the arrangement of the optical path deflecting members is
When displacing from the focal position (or a position conjugate with the focal point) of the objective optical system according to the wavelength of the light (fluorescence etc.) for detecting the stationary position, the scanning position on the sample is the same as that due to the chromatic aberration of magnification. Of the fluorescent spot on the light blocking member in accordance with the movement (displacement from the position of the optical axis).

【0045】この軸上色収差によるシェーディングのお
きる原理を、図8及び図9を例に挙げて説明する。図8
及び図9は、軸上色収差の大きい対物光学系を用いた時
の励起光及び蛍光の集光の原理図であり、説明を簡略化
するために、対物光学系には倍率色収差は存在せず、軸
上色収差のみが存在する場合を想定している。
The principle of shading due to the axial chromatic aberration will be described with reference to FIGS. 8 and 9. Figure 8
9A and 9B are principle diagrams of focusing excitation light and fluorescence when an objective optical system having a large axial chromatic aberration is used, and in order to simplify the description, the objective optical system has no chromatic aberration of magnification. , It is assumed that only axial chromatic aberration exists.

【0046】また、前記同様に偏向光学系は、実際には
二つの光路偏向部材を備えているものであるが、図中に
は一つの部材として表している。更に、実線は励起光
(レーザ光)、破線は戻り光(蛍光)を表わしており、
光源ユニットより発せられた励起光は、点光源110か
ら発せられたものとして表わす。
Further, similarly to the above, the deflecting optical system actually comprises two optical path deflecting members, but they are shown as one member in the drawing. Furthermore, the solid line represents the excitation light (laser light), the broken line represents the return light (fluorescence),
The excitation light emitted from the light source unit is represented as being emitted from the point light source 110.

【0047】一般に、標本50のある平面上における励
起光の集光点位置Pと光軸位置Oとの距離POは、対物
光学系40の励起光波長による焦点距離fと、点光源1
10より発して点40B(対物光学系40の光偏向器3
1、33側の焦点40Aと共役な位置)を通る光線と光
軸とがなす角δにより、y=f・tanδの式を用いて
容易に計算される。
In general, the distance PO between the focus point position P of the excitation light and the optical axis position O on a plane of the sample 50 is the focal length f of the excitation light wavelength of the objective optical system 40 and the point light source 1.
Point 40B (light deflector 3 of the objective optical system 40)
The angle δ formed by the optical axis and the ray passing through the focal point 40A on the 1, 33 side (the position conjugate with the focal point 40A) is easily calculated using the formula of y = f · tan δ .

【0048】図8は、光路偏向部材31、33の偏向角
が0の時の励起光及び戻り光(蛍光)の集光の様子を示
している。光軸上の点光源110より発した励起光は、
光路偏向部材31、33により反射されて対物光学系4
0に入射し、標本50上に集光されて光スポットを作
る。
FIG. 8 shows how the excitation light and the return light (fluorescence) are condensed when the deflection angles of the optical path deflecting members 31 and 33 are zero. The excitation light emitted from the point light source 110 on the optical axis is
The objective optical system 4 is reflected by the optical path deflecting members 31 and 33.
It is incident on 0 and is focused on the sample 50 to form a light spot.

【0049】この場合、光路偏向部材31、33の偏向
角が0であるので、対物光学系40の光路偏向部材3
1、33側の焦点40Aと共役な点40Bは光軸上にあ
り、点光源110より発して点40Bを通る光線と光軸
がなす角もまた0(光軸に沿って進行する)である。従
って、標本50上の集光点位置Pと光軸位置Oとの距離
は、対物光学系40の焦点距離にかかわらず0である。
In this case, since the deflection angles of the optical path deflecting members 31 and 33 are 0, the optical path deflecting member 3 of the objective optical system 40.
The point 40B conjugate with the focal point 40A on the 1st and 33rd sides is on the optical axis, and the angle between the ray emitted from the point light source 110 and passing through the point 40B and the optical axis is also 0 (progress along the optical axis). . Therefore, the distance between the focal point position P on the sample 50 and the optical axis position O is 0 regardless of the focal length of the objective optical system 40.

【0050】さらに、標本50の光軸上の励起光の集光
点位置(P)から発せられた戻り光(蛍光)は、対物光
学系40を通り、光路偏向部材31、33により反射さ
れたあとに点40Bを通る光線上に位置する点170A
に集光する。
Further, the return light (fluorescence) emitted from the focal point position (P) of the excitation light on the optical axis of the sample 50 passes through the objective optical system 40 and is reflected by the optical path deflecting members 31, 33. Point 170A located on a ray that later passes through point 40B
Focus on.

【0051】即ち、光路偏向部材による偏向角が0のと
き、点40Bは光軸上に位置し、励起光の集光点位置
(P)から発せられて点40Bを通る蛍光の光線と光軸
がなす角度は0である。
That is, when the deflection angle by the optical path deflecting member is 0, the point 40B is located on the optical axis, and the fluorescent ray emitted from the condensing point position (P) of the excitation light and passing through the point 40B and the optical axis. The angle formed by is 0.

【0052】このため、戻り光(蛍光)の集光点170
も光軸上に位置するが、対物光学系40の軸上色収差の
ため、励起光とは異なる波長の戻り光(蛍光)の集光点
170Aと点光源110とは一致せず、光軸方向に所定
の距離だけ離れている。
Therefore, the return light (fluorescent) condensing point 170
Is also located on the optical axis, but due to the axial chromatic aberration of the objective optical system 40, the condensing point 170A of the return light (fluorescence) having a wavelength different from that of the excitation light does not coincide with the point light source 110, and the optical axis direction At a certain distance.

【0053】一方、図9には、光路偏向部材31、33
の偏向角(点光源から発せられて光路偏向部材31、3
3の反射面と光軸との交点を通り対物光学系40に入射
する光線が光軸となす角)がδ(但しδ≠0)の時の励
起光及び戻り光の集光の様子を示している。上記同様に
光軸上の点光源110より出射された励起光は、光路偏
向部材31、33により偏向(反射)されて対物光学系
40に入射し、標本50上の光軸以外の位置に集光され
て光スポットを結ぶ。
On the other hand, FIG. 9 shows the optical path deflecting members 31, 33.
Deflection angle (optical path deflection members 31, 3 emitted from a point light source)
3 shows how the excitation light and the return light are condensed when the angle of the ray incident on the objective optical system 40 through the intersection of the reflection surface of 3 and the optical axis with the optical axis is δ (where δ ≠ 0). ing. Similarly to the above, the excitation light emitted from the point light source 110 on the optical axis is deflected (reflected) by the optical path deflecting members 31 and 33, enters the objective optical system 40, and is collected at a position other than the optical axis on the sample 50. It is illuminated and connects light spots.

【0054】標本50上に作られた励起光の集光点位置
から発せられた戻り光(蛍光)は、対物光学系40を通
り、光路偏向部材31、33により励起光とは逆向きに
偏向(反射)された後に集光する。
The return light (fluorescence) emitted from the position of the excitation light converging point formed on the sample 50 passes through the objective optical system 40 and is deflected by the optical path deflecting members 31 and 33 in the direction opposite to the excitation light. It is condensed after being reflected.

【0055】ここで、倍率色収差がないと想定したこと
により、対物光学系の励起光波長での焦点距離と戻り光
(蛍光)波長での焦点距離とが等しいため、光偏向部材
側での励起光の主光線と戻り光(蛍光)の主光線とは、
共に点光源110と点40Bとを通る同一直線上にあ
る。
Here, since it is assumed that there is no chromatic aberration of magnification, the focal length at the excitation light wavelength of the objective optical system and the focal length at the return light (fluorescence) wavelength are equal, so that the excitation on the light deflection member side is performed. The chief ray of light and the chief ray of return light (fluorescence) are
Both are on the same straight line passing through the point light source 110 and the point 40B.

【0056】そして、光路偏向部材31、33が、対物
光学系の焦点位置40Aとは異なる位置30Aに配設さ
れ、かつ光偏向部材による偏向角が0でないため、点4
0Bは光軸外に位置する。
The optical path deflecting members 31 and 33 are arranged at a position 30A different from the focal position 40A of the objective optical system, and the deflection angle by the optical deflecting member is not 0.
OB is located outside the optical axis.

【0057】このため、光偏向部材側での励起光の主光
線と戻り光(蛍光)の主光線は、光軸に対して傾くこと
となり、点光源110と点40Bとはこの光軸に対して
傾いた主光線上にあるので、戻り光(蛍光)の集光点1
70Bは、光軸外に位置することとなる。
Therefore, the principal ray of the excitation light and the principal ray of the return light (fluorescence) on the light deflection member side are inclined with respect to the optical axis, and the point light source 110 and the point 40B are with respect to this optical axis. Since it is on the principal ray that is tilted, the condensing point 1 of the return light (fluorescence)
70B is located outside the optical axis.

【0058】従って、点170Bに集光する戻り光を検
出光学系内部の集光レンズで集光させても、その集光点
はやはり光軸外に中心を持つものとなり、遮光板にピン
ホール以外の部分で遮光されて検出できない部分が生じ
てしまう。
Therefore, even if the return light condensed at the point 170B is condensed by the condensing lens inside the detection optical system, the condensing point still has a center outside the optical axis and a pinhole is formed in the light shielding plate. Other portions will be shielded from light and some portions cannot be detected.

【0059】ここで、励起光の標本上での集光点位置と
光軸位置との距離を式y=f・tanφから計算する際
に用いられる変数は、対物光学系40の励起光波長によ
る焦点距離と、主光線との角度、即ち、偏向角ε(点光
源110から発せられて光路偏向部材31、33の反射
面と光軸との交点30Aを通り対物光学系40に入射す
る光線と光軸とがなす角)ではなく、点光源110から
発せられて点40Bを通り対物光学系40に入射する光
線と光軸とがなす角δである。
Here, the variable used when calculating the distance between the focal point position of the excitation light on the sample and the optical axis position from the equation y = f · tanφ depends on the excitation light wavelength of the objective optical system 40. The angle between the focal length and the principal ray, that is, the deflection angle ε (a ray emitted from the point light source 110 and entering the objective optical system 40 through the intersection 30A between the reflecting surfaces of the optical path deflecting members 31 and 33 and the optical axis. It is not the angle formed by the optical axis, but the angle δ formed by the light axis emitted from the point light source 110 and passing through the point 40B and entering the objective optical system 40.

【0060】従って、光路偏向部材31、33の偏向角
δである図9の場合、点40Bと戻り光の集光点17
0Bを通る光線は光軸に対して角εだけ傾いており、戻
り光の集光点170Bは、光軸に対して横方向(光軸に
垂直な方向)にずれている。また、対物光学系40の軸
上色収差のため、戻り光の集光点170Bと点光源11
0との光軸方向の距離は0にならない。
Therefore, in the case of FIG. 9 in which the deflection angle of the optical path deflecting members 31 and 33 is δ , the point 40B and the return light condensing point 17 are shown.
The light ray passing through 0B is inclined by an angle ε with respect to the optical axis, and the condensing point 170B of the return light is displaced laterally (direction perpendicular to the optical axis) with respect to the optical axis. Further, due to the axial chromatic aberration of the objective optical system 40, the condensing point 170B of the return light and the point light source 11
The distance from 0 in the optical axis direction does not become 0.

【0061】さらに、遮光部材上に設けられたピンホー
ルの中心は光軸上に合わせて設定されているので、偏向
角がδ(≠0)の時は、遮光部材上に集光される戻り光
の集光点もまた、遮光部材のピンホール中心に対して横
にずれている。勿論、偏向角δが変わるとこの横ずれ量
Vも変化する。
Further, since the center of the pinhole provided on the light shielding member is set in accordance with the optical axis, when the deflection angle is δ (≠ 0), the light is condensed on the light shielding member. The light converging point is also laterally displaced from the pinhole center of the light shielding member. Of course, when the deflection angle δ changes, the lateral deviation amount V also changes.

【0062】又、水平方向の光路偏向部材と対物光学系
の焦点との距離と、垂直方向の光路偏向部材と対物光学
系の焦点との距離が異なれば、水平方向の横ずれ量と垂
直方向の横ずれ量も異なるため、画像のシェーディング
は長方形になる。
If the distance between the optical path deflecting member in the horizontal direction and the focal point of the objective optical system and the distance between the optical path deflecting member in the vertical direction and the focal point of the objective optical system are different, the lateral shift amount in the horizontal direction and the vertical direction are different. Since the lateral shift amount is also different, the image shading becomes rectangular.

【0063】ここで、対物光学系の光路偏向部材側での
戻り光(蛍光)物点と戻り光焦点との距離をL、対物光
学系の光路偏向部材側での励起光物点と励起光焦点との
距離をK、対物光学系の光路偏向部材側での戻り光焦点
と光路偏向部材の反射面と光軸との交点との距離をN、
対物光学系の光路偏向部材側での励起光焦点と光路偏向
部材の反射面と光軸との交点との距離をM、集光レンズ
の光路偏向部材側焦点と光路偏向部材の反射面と光軸と
の交点との距離をS、戻り光波長における集光レンズの
焦点距離をH、光路偏向部材のビーム偏向角をαとし、
焦点に対して物点が対物光学系と反対側にあるときに
L、Kを正、焦点に対して物点が対物光学系と同じ側に
あるときにL、Kを負とし、また、焦点に対して交点が
対物光学系と反対側にあるときにM、Nを正、焦点に対
して交点が対物光学系と同じ側にあるときにM、Nを負
とした場合、標本の走査のために移動する遮光板上の戻
り光スポット中心の光軸からの動き量Vは、次に示す
(2)式で表すことができる。
Here, the distance between the return light (fluorescent) object point on the optical path deflecting member side of the objective optical system and the return light focal point is L, and the excitation light object point and excitation light on the optical path deflecting member side of the objective optical system are The distance from the focal point is K, the distance between the return light focal point on the optical path deflecting member side of the objective optical system and the intersection of the reflecting surface of the optical path deflecting member and the optical axis is N,
The distance between the excitation light focal point on the optical path deflecting member side of the objective optical system and the intersection of the reflecting surface of the optical path deflecting member and the optical axis is M, the focal point of the condenser lens on the optical path deflecting member side, the reflecting surface of the optical path deflecting member, and the optical axis. Let S be the distance from the intersection with the axis, H be the focal length of the condenser lens at the return light wavelength, and α be the beam deflection angle of the optical path deflecting member.
When the object point is on the side opposite to the objective optical system with respect to the focus, L and K are positive, and when the object point is on the same side as the objective optical system with respect to the focus, L and K are negative, and the focus is When M and N are positive when the intersection is on the opposite side of the objective optical system and M and N are negative when the intersection is on the same side as the objective optical system with respect to the focus, The movement amount V from the optical axis of the center of the returning light spot on the light shielding plate that moves for this reason can be expressed by the following equation (2).

【0064】[0064]

【数1】 [Equation 1]

【0065】一般に、実際に用いられている対物光学系
40には倍率色収差と軸上色収差が存在するので、
(1)式及び(2)式より戻り光スポットの移動量W
は、次に示す(3)式で表すことができる。
Generally, since the objective optical system 40 actually used has magnification chromatic aberration and axial chromatic aberration,
From the equations (1) and (2), the movement amount W of the returning light spot
Can be expressed by the following equation (3).

【0066】[0066]

【数2】 [Equation 2]

【0067】そして、光路偏向部材の偏向作用により発
生するシェーディングは、この移動量WをW=0とした
時になくすことができる。また、光路偏向部材がのよ
うな偏向角度であってもシェーディングが発生しないよ
うにするには、偏向角αの大きさに関係なく移動量Wが
W=0となるような配置にする必要がある。
The shading generated by the deflecting action of the optical path deflecting member can be eliminated when the moving amount W is W = 0. Further, the shading also optical path deflecting member is a deflection angle, such as a throat is prevented from occurring, need movement amount W regardless of the size of the deflection angle α is the arrangement such that W = 0 There is.

【0068】従って、(3)式より、次に示す(4)式
を満たす位置に光路偏向部材を配設すれば偏向角αの大
きさに関係なくシェーディングのない画像を得ることが
できる。 (1−N/L)−(F/G)(1−M/K)=0 ・・・・(4)式
Therefore, from the formula (3), if the optical path deflecting member is arranged at a position satisfying the following formula (4), an image without shading can be obtained regardless of the magnitude of the deflection angle α. (1-N / L)-(F / G) (1-M / K) = 0 ... Equation (4)

【0069】ここで、変数G、変数F、変数L、変数
K、及び変数N−変数M(以後Δと示す)は、対物光学
系に用いられるレンズにより決定されるが、変数Nと、
変数Mの値そのものは、光路偏向部材の光軸方向の位置
変位させることにより変えることができる。
Here, the variable G, the variable F, the variable L, the variable K, and the variable N-variable M (hereinafter referred to as Δ) are determined by the lens used in the objective optical system.
The value of the variable M itself can be changed by displacing the position of the optical path deflecting member in the optical axis direction.

【0070】従って、請求項1記載の発明では、対物光
学系の偏向光学系側の焦点位置または該焦点位置と共役
な位置と光軸上の光路偏向部材の位置との距離をN、戻
り光波長による対物光学系の焦点距離をG、光源からの
光の波長による対物光学系の焦点距離をF、対物光学系
の偏向手段側の戻り光物点と戻り光焦点との距離をLと
し、焦点に対して物点が対物光学系と反対側にある時に
L、Kを正、焦点に対して物点が対物光学系と同じ側に
ある時にL、Kを負とした場合に、対物光学系の偏向光
学系側の焦点位置または該焦点位置と共役な位置と光軸
上の偏向部材の位置との距離Nが、次に示す(5)式を
満たすようにしている。 N=[ G−F(1+Δ/K)]/(G/L−F/K) ・・・・(5)式
Therefore, in the invention described in claim 1 , the distance between the focal position on the deflection optical system side of the objective optical system or the position conjugate with the focal position and the position of the optical path deflecting member on the optical axis is N, and the return light is Let G be the focal length of the objective optical system depending on the wavelength, F be the focal length of the objective optical system depending on the wavelength of the light from the light source, and L be the distance between the return light object point on the deflecting means side of the objective optical system and the return light focus. When L and K are positive when the object point is on the side opposite to the objective optical system with respect to the focus, and when L and K are negative when the object point is on the same side as the objective optical system with respect to the focus The distance N between the focal position on the deflection optical system side of the system or the position conjugate with the focal position and the position of the deflecting member on the optical axis satisfies the following equation (5). N = [G−F (1 + Δ / K)] / (G / L−F / K) ... (5) Formula

【0071】すなわち、(5)式の値を満たすように光
路偏向部材を配置すれば、(3)式より次に示す(6)
式が導かれる。
That is, if the optical path deflecting member is arranged so as to satisfy the value of the equation (5), the following (6) is obtained from the equation (3).
The formula is derived.

【0072】[0072]

【数3】 [Equation 3]

【0073】この(6)式より明らかなように、上記
(5) 式を満足すれば、偏向角αの大きさに関係なく戻り
光(蛍光)スポットの移動量Wは、常にW=0であるこ
とが示される。
As is clear from the equation (6),
If the formula (5) is satisfied, it is shown that the movement amount W of the return light (fluorescence) spot is always W = 0 regardless of the magnitude of the deflection angle α.

【0074】従って、光路偏向部材の作用により標本上
の集光スポットが移動しても、検出系における戻り光の
集光スポットは、常に遮光板上のピンホール位置に合致
するので、標本上の(走査)位置によらず常に戻り光が
適正に検出される。
Therefore, even if the converging spot on the sample moves due to the action of the optical path deflecting member, the converging spot of the returning light in the detection system always coincides with the pinhole position on the light shielding plate. The return light is always detected properly regardless of the (scanning) position.

【0075】このため、観察画像にシェーディング等が
生じない優れた検査特性を持つコンフォーカル顕微鏡が
構築されることとなる。
For this reason, a confocal microscope having excellent inspection characteristics that does not cause shading or the like in the observed image is constructed.

【0076】また、図8及び図9では、原理的な説明の
ため、励起光、戻り光の両方を光路偏向部材31、33
側で収束する光線として表わしているが、励起光または
戻り光が平行光または発散光の場合にも同様に成り立つ
ものである。
Further, in FIGS. 8 and 9, both the excitation light and the return light are directed to the optical path deflecting members 31, 33 for the purpose of explaining the principle.
Although it is shown as a light beam that converges on the side, the same holds true when the excitation light or the return light is parallel light or divergent light.

【0077】さらに、請求項2又は3に記載した発明で
は、複数の光路偏向部材を配設する際に、それぞれが上
記の条件を満足するように配設されている。即ち、前述
したように光路偏向部材が、水平方向の偏向と垂直方向
の偏向とをそれぞれ別の部材で行う構成としている場合
には、それぞれを対物光学系40の偏向光学系30側の
焦点位置40Aと、この焦点位置と共役な位置40Bと
に配設させる。
Further, in the invention described in claim 2 or 3 , when a plurality of optical path deflecting members are arranged, they are arranged so as to satisfy the above conditions. That is, as described above, when the optical path deflecting member is configured to perform the horizontal deflection and the vertical deflection by different members, the focal position on the deflection optical system 30 side of the objective optical system 40 is used. 40A and a position 40B conjugate with the focal position.

【0078】この様に光路偏向部材が配設されているた
め、請求項4に記載の発明では、偏向角αの何れの方向
への偏向であっても、検出系での戻り光スポットはその
形成位置に全く影響を全く受けずに遮光部材上(ピンホ
ール位置)に形成されることになる。
Since the optical path deflecting member is arranged in this way, in the invention according to claim 4 , the return light spot in the detection system is the same regardless of the deflection angle α in any direction. It is formed on the light shielding member (pinhole position) without any influence on the formation position.

【0079】従って、標本上の光軸対応位置から離れた
何れに位置においてもより正確にピンホール中心と集光
スポット中心とを一致させることができるので、例え
ば、戻り光(蛍光)を基にしたイオン定量等の測定を行
う場合にも、画像面内全般で十分に高い精度を発揮する
ことができる。
Therefore, the pinhole center and the focused spot center can be more accurately aligned at any position apart from the position corresponding to the optical axis on the sample. For example, based on the return light (fluorescence). Even when the measurement such as the ion determination is performed, sufficiently high accuracy can be exhibited in the entire image plane.

【0080】更に、本発明の請求項では、光路偏向部
材の配置位置を移動させる変位手段を更に備えているの
で、検出する波長に合わせた変位量(前記距離N)を任
意に調整することができるものとなっている。即ち、本
発明にかかるコンフォーカル顕微鏡では、検出系での戻
り光スポット位置調整のために、光路偏向部材の変位手
段を備えたものである。
Further, according to claim 5 of the present invention, since the displacement means for moving the arrangement position of the optical path deflecting member is further provided, it is possible to arbitrarily adjust the displacement amount (the distance N) according to the wavelength to be detected. It has become possible. That is, the confocal microscope according to the present invention includes a displacement means for the optical path deflecting member for adjusting the position of the returning light spot in the detection system.

【0081】前述したように、光路偏向部材の配置位置
は、検出波長に合わせて適時設定されたものであるた
め、検出する第一の波長に合わせた適切な第一の配置
置が存在する。この同じ顕微鏡において、第一とは異な
る第二の波長を検出する際には、第二の波長に合わせた
適切な第二の配置位置に光路偏向部材を配設する必要が
ある。
As described above, since the arrangement position of the optical path deflecting member is set at a proper time according to the detection wavelength, an appropriate first arrangement position according to the first wavelength to be detected. There is a table. In the same microscope, when detecting a second wavelength different from the first wavelength, it is necessary to dispose the optical path deflecting member at an appropriate second disposition position matching the second wavelength.

【0082】このような場合に、本発明の変位手段によ
り第二の配置位置になるように光路偏向部材の配置位置
を移動させれば良い。この移動に際しては、予め定めた
検出波長に対応した配置位置に移動させるものとするこ
とが好ましいが、連続的に変位できるように構成するこ
とで、観察状態に合わせて調整を行いながら変位させて
も良い。
[0082] In this case, the position of the optical path deflecting member so that the second position by the displacement means of the present invention may be moved. At the time of this movement, it is preferable to move it to an arrangement position corresponding to a predetermined detection wavelength, but by arranging it so that it can be continuously displaced, the displacement can be performed while adjusting according to the observation state. Is also good.

【0083】この変位手段は、特に、標本に含まれる蛍
光物質の種類によって異なる波長の蛍光反応等を観察し
たい場合等に有効であり、更に使用者が自在に光路偏向
部材の配置位置を移動させることで装置の微調整等が行
えるのでより、適正な検出が像が得られる利点がある。
This displacing means is particularly effective when it is desired to observe a fluorescent reaction or the like having a different wavelength depending on the type of fluorescent substance contained in the sample, and the user can freely move the arrangement position of the optical path deflecting member. As a result, fine adjustment of the device can be performed, so that there is an advantage that an image can be obtained by proper detection.

【0084】尚、以上の軸上色収差と倍率色収差による
シェーディングは、戻り光のうちの蛍光に限らず、例え
ばラマン散乱光等の光源からの光と標本から発する光の
波長が異なる時等にも起こる可能性があり、このように
照射波長とは異なる波長の戻り光を検出する場合には、
本発明により充分な効果を上げることができる。
The above shading caused by the axial chromatic aberration and the chromatic aberration of magnification is not limited to the fluorescence of the return light, and can be obtained, for example, when the wavelengths of the light emitted from the light source such as Raman scattered light and the light emitted from the sample are different. When detecting return light of a wavelength different from the irradiation wavelength as described above,
The present invention can sufficiently enhance the effect.

【0085】[0085]

【実施例】以下、実施例を通じ本発明を更に詳しく説明
する。図1に本発明の一実施例に係るコンフォーカル走
査型蛍光顕微鏡の概略構成を示すが、対物光学系の軸上
色収差並びに倍率色収差は、従来使用していたものと同
程度であり、特に格段の補正はなされていないものを使
用する。
The present invention will be described in more detail with reference to the following examples. FIG. 1 shows a schematic configuration of a confocal scanning fluorescence microscope according to an embodiment of the present invention. The axial chromatic aberration and the chromatic aberration of magnification of the objective optical system are about the same as those conventionally used, and particularly, they are significantly different. Use the one that has not been corrected.

【0086】本実施例では、標本としてラットの心臓伸
縮性細胞を用意し、この細胞内のカルシウムイオンの観
察を行うことを目的としている。細胞内のカルシウムイ
オンを観察するために、蛍光試薬INDO−1を用いて
いる。
The purpose of this example is to prepare rat cardiac elastic cells as a sample and observe calcium ions in the cells. The fluorescent reagent INDO-1 is used to observe intracellular calcium ions.

【0087】このINDO−1は、紫外光により励起さ
せると光量比がカルシウムイオンの量により変化する二
つの波長の蛍光が得られる。この二つの蛍光の波長は4
05nm及び485nmであり、これらの二種類の波長
の蛍光の光量比からカルシウムイオン量を求めることが
できる。
When this INDO-1 is excited by ultraviolet light, fluorescence of two wavelengths whose light amount ratio changes depending on the amount of calcium ions can be obtained. The wavelength of these two fluorescences is 4
It is 05 nm and 485 nm, and the amount of calcium ions can be calculated from the ratio of the amounts of fluorescence of these two wavelengths.

【0088】図1において、対物光学系40の光偏向光
学系側焦点位置を点40A、該点40Aと共役な位置を
40B(以下、リレー焦点位置と言う。)とし、更に、
本実施例では、二つの光路偏向器31、33が前述した
式(4)を満たすように配置されている。
In FIG. 1, the focal position of the objective optical system 40 on the optical deflection optical system side is a point 40A, the position conjugate with the point 40A is 40B (hereinafter referred to as a relay focal position), and further,
In this embodiment, the two optical path deflectors 31 and 33 are arranged so as to satisfy the above-mentioned formula (4).

【0089】本実施例では、光源からの光の波長による
対物光学系の焦点距離(F)を−5.001mm、戻り
光による対物光学系の焦点距離(G)を−5.000m
m、対物光学系の光路偏向部材側での照明光の物点と照
明光焦点との距離(K)を1000mm、対物光学系の
偏向光学系側の戻り光による物点と戻り光による焦点と
の距離(L)を∞mm、変数N−変数M(Δ)を−0.
050mmとなるように設定されている。
In this embodiment, the focal length (F) of the objective optical system depending on the wavelength of the light from the light source is -5.001 mm, and the focal length (G) of the objective optical system due to the returning light is -5.000 m.
m, the distance (K) between the object point of the illumination light on the optical path deflecting member side of the objective optical system and the illumination light focus is 1000 mm, and the object point due to the returning light on the deflecting optical system side of the objective optical system and the focal point due to the returning light Of distance (L) is ∞ mm, and variable N-variable M (Δ) is −0.
It is set to be 050 mm.

【0090】したがって、前述した式N={G−F(1
+Δ/K)}/(G/LーF/K)より、偏向部材の位
置と対物光学系の焦点位置又は該焦点と共役な位置との
光軸上の距離(N)は0.150mmである。
Therefore, the above equation N = {G-F (1
+ Δ / K)} / (G / LF / K), the distance (N) on the optical axis between the position of the deflecting member and the focal position of the objective optical system or the position conjugate with the focal point is 0.150 mm. Is.

【0091】又、この実施例では、光源として水冷の紫
外Arレーザーを使用し、この光源から発せられる波長
351nmのレーザー光を励起光として用いている。レ
ーザー光源11から発せられたレーザー光は、ビームエ
キスパンダ12及び対物光学系の軸上色収差補正レンズ
13を通過した後、ダイクロックミラー20により反射
される。
In this embodiment, a water-cooled ultraviolet Ar laser is used as a light source, and laser light having a wavelength of 351 nm emitted from this light source is used as excitation light. The laser light emitted from the laser light source 11 passes through the beam expander 12 and the axial chromatic aberration correction lens 13 of the objective optical system, and then is reflected by the dichroic mirror 20.

【0092】ここで反射されたレーザー光は、ガルバノ
ミラーを用いた垂直方向偏向器31に入射して垂直方向
に偏向された後、リレー光学系32を介して同じくガル
バノミラーを用いた水平方向偏向器33に入射し、ここ
で水平方向に偏向される。
The laser light reflected here is incident on a vertical deflector 31 using a galvano mirror and is deflected in the vertical direction, and then is horizontally deflected using a galvano mirror via a relay optical system 32. The light enters the container 33 and is deflected in the horizontal direction here.

【0093】これらの偏向光学系より光路が偏向された
レーザー光は、対物光学系40の走査ーレンズ41と焦
点投影レンズ42とを透過した後、光路折り曲げミラー
44により反射されて対物レンズ43に入射し、標本5
0上にスポット状に集光される。
The laser light whose optical path is deflected by these deflection optical systems passes through the scanning lens 41 and the focus projection lens 42 of the objective optical system 40, is then reflected by the optical path bending mirror 44, and enters the objective lens 43. And then sample 5
It is focused in the form of a spot on 0.

【0094】標本50上にスポット状に集光されたレー
ザー光は、垂直方向偏向器31及び水平方向偏向器33
の偏向角変化に応じて標本50上を2次元走査する。こ
のとき、標本50のレーザー光スポットにより照明され
た部分からは、前述した二種類の蛍光が発せられる。
The laser light focused in a spot on the specimen 50 is deflected vertically 31 and deflected horizontally 33.
The sample 50 is two-dimensionally scanned in accordance with the change in the deflection angle of. At this time, the above-mentioned two types of fluorescence are emitted from the portion of the sample 50 illuminated by the laser beam spot.

【0095】標本50から発せられた蛍光は、戻り光と
なって対物レンズ43、光路折り曲げミラー44、焦点
投影レンズ42、リレーレンズ41を、励起光(レーザ
光)とは逆の順番に通過した後、水平方向偏向器33、
リレー光学系32及び垂直方向偏向器31に入射して光
軸とほぼ平行な光束に変換される。
Fluorescence emitted from the sample 50 becomes return light and passes through the objective lens 43, the optical path bending mirror 44, the focus projection lens 42, and the relay lens 41 in the reverse order of the excitation light (laser light). After that, the horizontal deflector 33,
The light is incident on the relay optical system 32 and the vertical deflector 31 and is converted into a light beam substantially parallel to the optical axis.

【0096】この状態で、標本50から戻ってきた蛍光
は、ダイクロックミラー20を通過して他の戻り光成分
(反射レーザ光等)と分離された後、集光レンズ61に
入射して遮光板62上に集光される。
In this state, the fluorescent light returned from the sample 50 passes through the dichroic mirror 20 and is separated from other return light components (reflected laser light or the like), and then enters the condenser lens 61 to be shielded. It is focused on the plate 62.

【0097】前述したように、本実施例では、二つの光
路偏向器31、33が、式(4)を満たすように配置さ
れているため、遮光板62上に集光される集光スポット
の集光点は、遮光板62のピンホール中心と一致してい
る。
As described above, in the present embodiment, the two optical path deflectors 31 and 33 are arranged so as to satisfy the expression (4), so that the light-converging spot of the light-converging spot to be condensed on the light-shielding plate 62 is not changed. The condensing point coincides with the pinhole center of the light shielding plate 62.

【0098】遮光板62のピンホールを通過した蛍光
は、蛍光分光用の第2のダイクロックミラー64に入射
して波長域別に分けられる。この場合、蛍光分光用ダイ
クロックミラー64により反射された蛍光と、ダイクロ
ックミラー64を通過した後に、光路折り曲げミラー6
5により反射された蛍光とは、それぞれバリアフィルタ
66、67に入射する。
The fluorescence having passed through the pinhole of the light shielding plate 62 is incident on the second dichroic mirror 64 for fluorescence spectroscopy, and is separated into wavelength regions. In this case, the fluorescence reflected by the dichroic mirror 64 for fluorescence spectroscopy and the optical path bending mirror 6 after passing through the dichroic mirror 64
The fluorescence reflected by 5 enters the barrier filters 66 and 67, respectively.

【0099】このバリアフィルタ66、67で、僅かに
残った励起光や異なる波長成分の蛍光を除去した後、そ
れぞれ光検出器63a、63bに入射して、波長域別の
蛍光成分として検出されている。
The barrier filters 66 and 67 remove slightly remaining excitation light and fluorescence having different wavelength components, and then enter the photodetectors 63a and 63b, respectively, and detected as fluorescence components for each wavelength range. There is.

【0100】そして、これらの光検出器63a、63b
からの検出信号は、CPU(図示せず)に送られ、ここ
で二種類の波長の蛍光の光量比が算出されると共に、画
像処理がなされる。この処理により、標本50のカルシ
ウムイオン量が算出され、更に検査面の画像が表示され
る。
Then, these photodetectors 63a, 63b
The detection signal from is sent to a CPU (not shown), where the light amount ratio of fluorescence of two types of wavelengths is calculated, and image processing is performed. By this processing, the calcium ion amount of the sample 50 is calculated, and the image of the inspection surface is displayed.

【0101】ここで、本実施例では二つの波長の蛍光を
検出するものとしているが、これらの蛍光は共に可視光
であり、可視光同士の軸上色収差及び倍率色収差は非常
に小さい(励起光(紫外光)の波長と蛍光(可視光)の
波長の軸上色収差及び倍率色収差に比べて)ため、遮光
板62上のほぼ同じ位置に集光する。
Here, in this embodiment, fluorescence of two wavelengths is detected, but both of these fluorescence are visible light, and axial chromatic aberration and lateral chromatic aberration between visible lights are very small (excitation light). Since the wavelength of (ultraviolet light) and the wavelength of fluorescence (visible light are different from the axial chromatic aberration and the chromatic aberration of magnification), the light is condensed at substantially the same position on the light shielding plate 62.

【0102】このため、二つの光路偏向器31、33の
配置位置を決定する際には、前述した式(4)を満足さ
せるために、何れかの蛍光波長に合わせるか、或いは相
互の蛍光波長の中間波長に合わせる等して、配置位置を
算出すれば良い。
Therefore, the two optical path deflectors 31, 33 are
When determining the arrangement position, in order to satisfy the above-mentioned formula (4), it is necessary to calculate the arrangement position by adjusting to any fluorescence wavelength or by adjusting to an intermediate wavelength of mutual fluorescence wavelengths. good.

【0103】また、図1及び図2に示すように、本実施
例の垂直方向偏向器31及び、水平方向偏向器33に
は、夫々偏向器の配置位置を移動させて、所謂リレー焦
点位置からの変位量を調整する変位手段34A、34B
が設けられている。
[0103] Further, as shown in FIGS. 1 and 2, the vertical deflector 31 and in this embodiment, the horizontal deflector 33, by moving the position of each deflector, from the so-called relay focal position Means 34A, 34B for adjusting the amount of displacement of
Is provided.

【0104】この変位手段34A、34Bは、夫々偏向
器の配置位置の微調整を個別に行うことができるので、
蛍光の種類(波長別)に合わせた適正な位置に偏向器を
配設させることができる。
Since the displacement means 34A and 34B can individually finely adjust the arrangement position of the deflectors,
The deflector can be arranged at an appropriate position according to the type of fluorescence (each wavelength).

【0105】このため、本実施例のように検出する蛍光
が二種類存在する場合には、夫々の波長に合わせた光偏
向器の配設状態で、別個に異なる波長の蛍光を検出する
ことも可能である。また、別の蛍光試薬を使用したり、
別の物質の測定を行う際に、これらとは異なる波長の蛍
光を検出する場合であっても、検出波長に会わせた光偏
向器の配置位置を選択することで、適正な蛍光検出が行
えるものとなっている。
Therefore, when there are two types of fluorescence to be detected as in the present embodiment, it is possible to detect fluorescence of different wavelengths separately with the optical deflector arranged corresponding to each wavelength. It is possible. You can also use another fluorescent reagent,
Proper fluorescence detection can be performed by selecting the arrangement position of the optical deflector that matches the detection wavelength even when detecting fluorescence of a different wavelength when measuring another substance. It has become a thing.

【0106】このように、本実施例では光偏向器31、
33の配置位置を、検出する蛍光波長に従い、所謂リレ
ー焦点位置から変位させて配設させているため、標本5
0からの戻り光のうち、蛍光が検出系の遮光版62のピ
ンホール上に正確に集光する。さらに、この集光位置は
標本50上のレーザスポットの走査位置(偏向器31、
33による偏向量)によらず、常にピンホール位置と重
なるように集光するものとなっている。
Thus, in this embodiment, the optical deflector 31,
Since the arrangement position of 33 is displaced from the so-called relay focal position according to the fluorescence wavelength to be detected, the sample 5 is arranged.
Of the return light from 0, fluorescence is accurately focused on the pinhole of the light-shielding plate 62 of the detection system. Further, this focusing position is the scanning position of the laser spot on the sample 50 (deflector 31,
The light is focused so that it always overlaps with the pinhole position regardless of the deflection amount by 33).

【0107】従って、レーザースポットにより照明され
た標本50から発せられる蛍光は、標本50上の何れに
位置からのものであっても、遮光部材62により遮られ
ることなく検出されるので、この検出信号に基づいて系
により画像処理を施した時にシェーディングのない明る
い画像面が得られると共に、二つの波長の蛍光量の比か
ら生体中のカルシウムイオンの分布が極めて高精度に定
量的に測定することができる。この時に得られる画像の
模式図を図3に示す。
Therefore, the fluorescence emitted from the sample 50 illuminated by the laser spot is detected without being blocked by the light shielding member 62 regardless of the position on the sample 50. It is possible to obtain a bright image surface without shading when image processing is performed by the system based on the above, and it is possible to quantitatively measure the distribution of calcium ions in the living body with extremely high accuracy from the ratio of the fluorescence amount of two wavelengths. it can. A schematic diagram of the image obtained at this time is shown in FIG.

【0108】又、戻り光の蛍光成分の集光位置を調整で
きることから、遮光板上での集光位置ズレを考慮しない
で集光スポット系に合わせたぎりぎりの大きさ(光量を
無視すればそれより小さなものでも良い)のピンホール
による検出が可能である。このため、従来より小さな口
径のピンホールを用いても蛍光検出が行えるため、従来
より焦点深度が浅く、且つ分解能の向上した画像が得ら
れる利点もある。
Further, since the condensing position of the fluorescent component of the return light can be adjusted, the marginal size (if the amount of light is ignored if the light quantity is ignored, it is adjusted to the converging spot system without considering the deviation of the condensing position on the light shielding plate. It is possible to detect by a pinhole). For this reason, fluorescence can be detected even by using a pinhole having a smaller diameter than that of the related art , and there is an advantage that an image with a shallower depth of focus and improved resolution can be obtained as compared with the related art.

【0109】[0109]

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、簡
単な構成で戻り光束の集光点位置と遮光部材上のピンホ
ール位置とを一致させてシェーディングのない画像を得
ることができるコンフォーカル顕微鏡を構築することが
できる。
As described above, according to the present invention, it is possible to obtain an image without shading by making the condensing point position of the returning light beam coincide with the pinhole position on the light shielding member with a simple structure. A focal microscope can be constructed.

【0110】さらに、コンフォーカル顕微鏡の大きな特
徴である光軸方向に良好な分解能が損なわれることな
く、検出光量を増大させるとともに、標本上のレーザー
スポットの走査位置によらず定量的な検出光が得られる
ので、これらの検出光に基づいて検査領域の全域に亘り
良好な画像情報が得られると共に、これらの検出信号に
基づいて高精度のイオン定量測定等の光分析が可能であ
る。
Further, the amount of detected light is increased without impairing good resolution in the direction of the optical axis, which is a major feature of the confocal microscope, and the amount of detected light is quantitative regardless of the scanning position of the laser spot on the sample. As a result, good image information can be obtained over the entire inspection region based on these detection lights, and high-precision optical analysis such as quantitative ion measurement can be performed based on these detection signals.

【0111】また、照射光の波長と異なる波長の戻り光
を検出する場合に、対物光学系に倍率色収差及び軸上色
収差の大きいレンズを使用しても、適正な検出情報が得
られるので、コンフォーカル顕微鏡の光学設計上の自由
度が広がると共に、製造コストを安価に抑えることがで
きる利点がある。
When detecting return light having a wavelength different from that of the irradiation light, even if a lens having large lateral chromatic aberration and longitudinal chromatic aberration is used in the objective optical system, proper detection information can be obtained. There are advantages that the degree of freedom in optical design of the focal microscope is widened and the manufacturing cost can be suppressed at a low cost.

【0112】さらに、標本の種類や標本に含まれる蛍光
物質の種類、もしくは試薬の相違等により、戻り光のう
ち検出対象となる波長が異なる場合であっても、使用者
が検出波長に合わせて自在に光路偏向部材の配置位置を
移動させることが可能であり、一つの装置で異なる波長
の検出光を適正に検出することができる。
Further, even if the wavelength of the return light to be detected is different due to the type of sample, the type of fluorescent substance contained in the sample, the difference in reagents, etc., the user can adjust the wavelength according to the detection wavelength. It is possible to freely move the arrangement position of the optical path deflecting member, and it is possible to properly detect detection lights of different wavelengths with one device.

【0113】尚、実施例では本発明を蛍光顕微鏡に応用
し、標本からの戻り光のうち蛍光を検出する場合につい
て説明したが、本発明は蛍光に限らず、例えばラマン散
乱光等の検出にも応用できるものであり、光源からの照
射光とは異なる波長の戻り光を検出する装置であれば、
本発明のコンフォーカル顕微鏡を応用することが可能で
ある。
Although the present invention is applied to a fluorescence microscope to detect fluorescence in the return light from the specimen in the embodiments, the present invention is not limited to fluorescence, but may be applied to detection of Raman scattered light, for example. Can also be applied, if the device that detects the return light of a wavelength different from the light emitted from the light source,
It is possible to apply the confocal microscope of the present invention.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の一実施例に係るコンフォーカル蛍光顕
微鏡の概略構成を示す説明図である。
FIG. 1 is an explanatory diagram showing a schematic configuration of a confocal fluorescence microscope according to an embodiment of the present invention.

【図2】上記実施例における偏向光学系の焦点リレー配
置からの変位した光偏向ユニットの概略構成図である。
FIG. 2 is a schematic configuration diagram of an optical deflecting unit displaced from a focus relay arrangement of a deflecting optical system in the above embodiment.

【図3】上記実施例に係るコンフォーカル蛍光顕微鏡に
おいて得られた画像を示す模式図である。
FIG. 3 is a schematic diagram showing an image obtained by the confocal fluorescence microscope according to the above example.

【図4】従来のコンフォーカル蛍光顕微鏡の一例の構成
を示す説明図である。
FIG. 4 is an explanatory diagram showing a configuration of an example of a conventional confocal fluorescence microscope.

【図5】従来の偏向光学系の焦点リレー配置の光偏向ユ
ニットの概略構成図である。
FIG. 5 is a schematic configuration diagram of an optical deflection unit having a focus relay arrangement of a conventional deflection optical system.

【図6】従来のコンフォーカル蛍光顕微鏡において得ら
れた画像であって、シェーディングが生じた状態を示す
模式図である。
FIG. 6 is an image obtained by a conventional confocal fluorescence microscope, and is a schematic diagram showing a state in which shading has occurred.

【図7】従来のコンフォーカル蛍光顕微鏡において、対
物光学系が倍率色収差を持っている時の励起光及び蛍光
の集光の原理図である。
FIG. 7 is a principle diagram of focusing excitation light and fluorescence when an objective optical system has a chromatic aberration of magnification in a conventional confocal fluorescence microscope.

【図8】従来のコンフォーカル蛍光顕微鏡において、対
物光学系が軸上色収差を持っている時の励起光及び蛍光
の集光の原理図で、光路偏向部材による偏向角が0の時
のものである。
FIG. 8 is a diagram showing the principle of focusing excitation light and fluorescence when an objective optical system has axial chromatic aberration in a conventional confocal fluorescence microscope, when the deflection angle by an optical path deflecting member is zero. is there.

【図9】従来のコンフォーカル蛍光顕微鏡において、対
物光学系が軸上色収差を持っている時の励起光及び蛍光
の集光の原理図で、光路偏向部材による偏向角がθ(但
し、θ≠0)の時のものである。
FIG. 9 is a principle diagram of condensing excitation light and fluorescence when an objective optical system has an axial chromatic aberration in a conventional confocal fluorescence microscope. The deflection angle by the optical path deflecting member is θ (where θ ≠ 0).

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 光源ユニット 110 光源ユニットと等価な点光源 11 レーザー光源 12 ビームエキスパンダ 13 軸上色収差補正レンズ 170A 光路偏向部材の偏向角が0の時の光路偏
向部材側の蛍光の集光点 170B 光路偏向部材の偏向角がδ(但し、δ≠
0)の時の光路偏向部材側の蛍光の集光点 20 ダイクロイックミラー 30 光偏向ユニット 30A 光路偏向部材の反射面と光軸との交点 31 垂直方向光路偏向部材 32 リレー光学系 33 水平方向光路偏向部材 34A 変移手段 34B 変移手段 40 対物光学系 40A 対物光学系の光偏向光学系側焦点位置 40B 光偏向光学系側焦点位置と共役な位置 41 リレーレンズ 42 焦点投影レンズ 43 対物レンズ 44 光路折り曲げミラー 50 標本 60 光検出器ユニット 61 集光レンズ 62 ピンホール付き遮光板 63 光検出器 63a 光検出器 63b 光検出器 64 ダイクロックミラー 65 光路折り曲げミラー 66、67 バリアフィルタ β 励起光と光軸の成す角 γ 蛍光と光軸の成す角 U 蛍光スポット中心とピンホール中心との
距離
10 Light Source Unit 110 Point Light Source Equivalent to Light Source Unit 11 Laser Light Source 12 Beam Expander 13 Axial Chromatic Aberration Correction Lens 170A Convergence Point 170B of Fluorescence on Optical Path Deflection Member Side when Optical Deflection Angle of Deflection Member is 0 Has a deflection angle of δ (where δ ≠
Convergence point of fluorescence on the optical path deflecting member side in the case of 0) 20 Dichroic mirror 30 Optical deflecting unit 30A Intersection point of reflecting surface of optical path deflecting member and optical axis 31 Vertical direction optical path deflecting member 32 Relay optical system 33 Horizontal optical path deflecting Member 34A Transforming means 34B Transforming means 40 Objective optical system 40A Focus position 40B on the optical deflection side of the objective optical system Position conjugate with focal position on the optical deflection optical system side 41 Relay lens 42 Focus projection lens 43 Objective lens 44 Optical path bending mirror 50 Specimen 60 Photodetector unit 61 Condenser lens 62 Light-shielding plate with pinhole 63 Photodetector 63a Photodetector 63b Photodetector 64 Dice lock mirror 65 Optical path bending mirrors 66, 67 Barrier filter β Angle formed by excitation light and optical axis γ Angle between fluorescence and optical axis U Distance between fluorescent spot center and pinhole center

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 光源と、前記光源からの光の光路を偏向
させる偏向光学系と、前記偏向光学系により偏向された
光を標本上に集光させる対物光学系と、前記標本からの
戻り光を前記対物光学系と前記偏向光学系とを介して標
本上の集光点と共役な位置に集光させると共に、この集
光光をピンホール付き遮光部材を介して検出する検出系
とを備えたコンフォーカル顕微鏡において、 前記偏向光学系が、光路を折り曲げる光路偏向部材を備
え、戻り光による前記対物光学系の焦点距離をG、光源から
の光の波長による前記対物光学系の焦点距離をF、前記
対物光学系の偏向光学系側の戻り光による物点と戻り光
による焦点との距離をL、前記対物光学系の光路偏向部
材側での光源からの光(以後、照明光と記す)の物点と
照明光焦点との距離をKとし、焦点に対して物点が偏向
光学系と反対側にある時を正、焦点に対して物点が偏向
光学系と同じ側にある時を負とすると共に、前記対物光
学系の光路偏向部材側での照明光焦点位置又は該焦点位
置と共役な位置と、戻り光焦点位置又は該焦点位置と共
役な位置との光軸上の距離をΔとし、該距離Δは、前記
対物光学系の照明光焦点位置又は該焦点位置と共役な位
置が、戻り光焦点位置又は該焦点位置と共役な位置に対
して対物光学系と同じ側にあるときを負、反対側にある
ときを正とした場合に、 この光路偏向部材の配置位置が、前記対物光学系の偏向
光学系側の焦点位置、又は該焦点位置と共役な位置から
次式 N={G−F(1+Δ/K)}/(G/L−F/K) を満たすような距離Nだけ変位した位置に配置されてい
ることを特徴とするコンフォーカル顕微鏡。
1. A light source, a deflection optical system for deflecting an optical path of light from the light source, an objective optical system for condensing light deflected by the deflection optical system onto a sample, and return light from the sample. And a detection system for collecting the condensed light at a position conjugate with a condensing point on the sample through the objective optical system and the deflection optical system, and detecting the condensed light through a light shielding member with a pinhole. In the confocal microscope, the deflecting optical system includes an optical path deflecting member that bends an optical path , and the focal length of the objective optical system due to returning light is G, from the light source.
The focal length of the objective optical system according to the wavelength of the light of F,
Object point and return light due to return light on the deflection optical system side of the objective optical system
The distance from the focal point by L is the optical path deflector of the objective optical system.
The object point of the light from the light source on the material side (hereinafter referred to as illumination light)
The distance from the focus of the illumination light is K, and the object point is deflected with respect to the focus.
Positive when it is on the opposite side of the optical system, the object point is deflected with respect to the focus
When it is on the same side as the optical system is negative, the objective light is
Illumination light focal position on the optical path deflecting member side of the academic system or its focal position
Position and the position of the return light focus position or the focus position
The distance on the optical axis from the useful position is Δ, and the distance Δ is
Illumination light focus position of the objective optical system or a position conjugate with the focus position
Position on the return light focus position or a position conjugate to the focus position.
When it is on the same side as the objective optical system, it is negative, and it is on the opposite side
When the time is positive, the arrangement position of the optical path deflecting member is the deflection of the objective optical system.
From the focus position on the optical system side or a position conjugate with the focus position
It is arranged at a position displaced by a distance N that satisfies the following equation N = {G-F (1 + Δ / K)} / (G / L-F / K).
A confocal microscope characterized in that
【請求項2】前記偏向光学系が、前記光路偏向部材を複
数備えており、各々の前記光路偏向部材が前記対物光学
系の前記偏向光学系側に焦点位置及び該焦点位置と共役
な位置から次式 N={G−F(1+Δ/K)}/(G/L−F/K) を満たすような距離Nだけ変位した位置に配置されてい
ることを特徴とする請求項1に記載のコンフォーカル顕
微鏡。
2. The deflecting optical system includes a plurality of optical path deflecting members.
A plurality of optical path deflecting members,
Focus position on the deflection optical system side of the system and conjugate with the focus position
Is arranged at a position displaced by a distance N satisfying the following equation N = {G−F (1 + Δ / K)} / (G / L−F / K).
The confocal microscope according to claim 1, wherein
Microscope.
【請求項3】 前記複数の光路偏向部材は、前記標本面
に水平な所定の軸に対して平行方向の偏向を行うための
光路偏向部材と、前記所定の軸に対して垂直方向の偏向
を行うための光路偏向部材との2つの光路偏向部材であ
ることを特徴とする請求項2に記載のコンフォーカル顕
微鏡。
3. The plurality of optical path deflecting members are provided on the sample surface.
To perform a deflection in a direction parallel to a predetermined horizontal axis
Optical path deflection member and deflection in a direction perpendicular to the predetermined axis
And two optical path deflecting members for performing
The confocal microscope according to claim 2, wherein
Microscope.
【請求項4】 前記光路偏向部材はいずれの偏向方向へ
も偏向可能であることを特徴とする請求項1又は2に記
載のコンフォーカル顕微鏡。
4. The optical path deflecting member may be in any of the deflecting directions.
The device according to claim 1 or 2, characterized in that
Mounted confocal microscope.
【請求項5】 前記偏向光学系が、前記光路偏向部材の5. The deflection optical system of the optical path deflecting member
配置位置を移動させる変位手段を更に備えていることをIt further comprises a displacement means for moving the arrangement position.
特徴とする請求項1、2又は3に記載のコンフォーカル4. The confocal according to claim 1, 2 or 3.
顕微鏡。microscope.
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