JP3413967B2 - Fluorescence microscope - Google Patents

Fluorescence microscope

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JP3413967B2
JP3413967B2 JP14872294A JP14872294A JP3413967B2 JP 3413967 B2 JP3413967 B2 JP 3413967B2 JP 14872294 A JP14872294 A JP 14872294A JP 14872294 A JP14872294 A JP 14872294A JP 3413967 B2 JP3413967 B2 JP 3413967B2
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light
wavelength
dichroic mirror
laser
fluorescence
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久 奥川
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Nikon Corp
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  • Investigating, Analyzing Materials By Fluorescence Or Luminescence (AREA)
  • Microscoopes, Condenser (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 【0001】 【産業上の利用分野】本発明は、蛍光顕微鏡に関するも
のである。更に詳しくは、複数の蛍光色素で標識された
標本を複数の波長のレーザ光を照射して観察するレーザ
走査型蛍光顕微鏡の光学配置に関する。 【0002】 【従来の技術】従来のレーザ走査顕微鏡の光学配置は図
6に示すようなものようなであった。レーザヘッド1、
2、3とダイクロイックミラー4、5とは励起光用の光
学系を形成しており、それぞれのレーザヘッド1、2、
3から出射するレーザ光L1、L2、L3はダイクロイ
ックミラー6で反射され、走査ユニット7、リレーレン
ズ8、9、対物レンズ10を介して標本11を照射する
光路に導入される。レーザ光L1、L2、L3の照射に
より励起されて標本11からは蛍光F1、F2、F3が
発光する。光検出器12、13、14とダイクロイック
ミラー15、16とは蛍光用の光学系を形成しており、
標本11から発光した蛍光F1、F2、F3は逆進して
ダイクロイックミラー6を透過し、それぞれ光検出器1
2、13、14に入射する。 【0003】上記のように光が進行するために、ダイク
ロイックミラー4はレーザ光L1を反射し、レーザ光L
2、L3を透過し、ダイクロイックミラー5はレーザ光
L2を反射し、レーザ光L3を透過する。ダイクロイッ
クミラー15は蛍光F1を反射し、蛍光F2、F3を透
過し、ダイクロイックミラー16は蛍光F2を反射し、
蛍光F3を透過する。ダイクロイックミラー6はレーザ
光L1、L2、L3をいずれも反射し、蛍光F1、F
2、F3をいずれも透過する。 【0004】レーザ用のダイクロイックミラー4、5及
び蛍光用のダイクロイックミラー15、16の分光特性
は、所定波長を境として、励起光側を反射し、蛍光側を
透過する分光特性であれば良い。しかしダイクロイック
ミラー6の分光特性はもっと複雑なものである。 【0005】ダイクロイックミラー6の分光透過特性の
一例を図7に示して説明する。図7は横軸に波長、縦軸
に透過率を示し、透過しない光は全て反射する。ダイク
ロイックミラー6は不連続な複数の帯域の光を反射し、
それらの帯域の間の帯域の波長の光を透過する分光特性
を有している。A、B、Cは透過率極小即ち反射率極大
の波長を示し、λA 、λB 、λC はそれぞれレーザ光L
1、L2、L3の波長であり、λa 、λb 、λc はそれ
ぞれ蛍光F1、F2、F3の波長である。λA 、λB 、
λC はそれぞれ反射率極大のA、B、Cとほぼ一致し、
λa 、λb 、λc はそれぞれA、B、Cより長波長側の
透過率の高い部分に対応している。 一般に蛍光の波長
は励起光の波長と大きく異なる波長ではない。したがっ
て、λa はλA より長波長であるが、λB より短波長で
あり、同様にλb はλB より長波長であるが、λC より
短波長である。 【0006】 【発明が解決しようとする課題】このように、従来の蛍
光顕微鏡では不連続な複数の帯域の光を反射し、それら
の帯域の間の帯域の波長の光を透過する分光特性を有す
るダイクロイックミラーで、励起光用の光学系と蛍光用
の光学系とが結合され、この1個のダイクロイックミラ
ーが励起光を反射し、蛍光を透過して両者を分離する構
成となっていた。 【0007】ところで、蛍光顕微鏡で観察する標本の蛍
光像は非常に暗いことが多いく、従って蛍光をいかに効
率良く結像するかが大きな課題であった。明るい蛍光像
を得るためには励起光以外の光を多く結像面に集光しな
くてはならない。対物レンズやリレーレンズの透過率を
向上させるのには限度があり、ダイクロイックミラーの
分光透過率特性の向上に努力がされている。良い分光透
過率特性とは、励起光の反射率が高く、蛍光の透過率が
高いことであるが、使用可能なレーザ光の波長は少数の
特定の波長に限定され、又レーザ光の波長帯域は数nm
と極めて狭い特徴がある。蛍光は励起波長に近接し、そ
れより10〜30nm程度長波長側にやや広いブロード
な波長帯域の分光特性を有している。 【0008】単一のレーザ光が励起光である場合に使用
するダイクロイックミラーは、そのレーザ光の波長より
短い波長をほぼ全て反射しレーザ光の波長より長い波長
の光をほぼ全て透過するような単純な特性を有するもの
で良く、製造が容易で廉価であった。 【0009】複数のレーザ光が励起光である場合には、
複数の特定の不連続な波長に限定されたレーザ光の波長
帯域に合致した複数の反射極大を有し、それ以外の波長
帯域の透過率が高いダイクロイックミラーが必要であ
る。このためには、コーティング層の数が大きい多層コ
ーディング膜によらなくてはならない。それでも反射極
大波長とレーザ光の波長との一致は充分にとることがで
きず、図4に示すように、AとλA とを一致させるとB
とλB との一致が悪くなると言うようなことが起こり、
又反射帯域の幅が不必要に広くなったりしていた。 【0010】コーティング層の数を大きくして設計の努
力をしても、このような多層コーディング膜の設計や製
造は容易ではなく、特性のばらつきも大きく歩留りも悪
くて非常に高価なものとなり、廉価に供給することは困
難であるという問題があった。 【0011】本発明は上記の課題に鑑み、複数の光源か
ら出射された波長の異なる複数の励起光と、その励起光
の照射により励起されて標本より発光した波長の異なる
複数の蛍光とが所定波長を境に、入射した光を反射光と
透過光とに分離するような単純な分光特性の波長分離器
のみで分離可能で、明るい蛍光画像が容易に取得可能な
蛍光顕微鏡を提供することを目的とする。 【0012】 【課題を解決するための手段】本発明は、第1の波長の
励起光を発生し、標本を照射することにより前記第1の
波長よりも長い第2の波長の蛍光を発生させる第1の光
源と、前記第2の波長よりも長い第3の波長の励起光を
発生し、前記標本を照射することにより前記第3の波長
よりも長い第4の波長の蛍光を発生させる第2の光源
と、前記第1の波長と前記第2の波長との間に設定した
波長を境に光を分離する分光特性を有した第1の光分離
手段と、前記第3の波長と前記第4の波長との間に設定
した波長を境に光を分離する分光特性を有した第2の光
分離手段と、前記第2の波長と前記第3の波長との間に
設定した波長を境に光を分離する分光特性を有し、前記
第1の光源からの励起光と前記第2の光源からの励起光
とを前記標本への同一光路に導くと共に、その分光特性
に従って前記標本からの光を分離する第3の光分離手段
と、前記第3の光分離手段で分離した、前記標本からの
光の一方を前記第1の光分離手段を介して検出する第1
の光検出手段と、前記第3の光分離手段で分離した、前
記標本からの光の他方を前記第2の光分離手段を介して
検出する第2の光検出手段とを具備するものである。 【0013】 【作用】第1の光源からの第1の波長の励起光は、第1
の光分離手段により分離され、第2の光源からの第2の
波長の励起光は、第2の光分離手段により分離されてか
ら、第3の光分離手段で同一光路に導かれて標本を照射
する。標本からの第2の波長の蛍光と第4の波長の蛍光
とは、第3の光分離手段で分離される。第2の波長の蛍
光は、第1の光分離手段により分離されて、第1の光検
出手段により検出され、第4の波長の蛍光は、第2の光
分離手段により分離されて、第2の光検出手段により検
出される。 【0014】 【実施例】本発明の一実施例を図1により説明する。図
1はレーザ走査顕微鏡の光学配置を示している。レーザ
ヘッド21及びレーザヘッド22はそれぞれ波長488
nmのレーザ光L4及び波長568nmのレーザ光L5
を放射する光源である。光検出器23はレーザ光L4の
照射により標本11から発光した蛍光F4を検出する光
電素子、及び光検出器24はレーザ光L5の照射により
標本11から発光した蛍光F5を検出する光電素子であ
る。ダイクロイックミラー25はレーザ光L4を反射
し、蛍光F4を透過し、ダイクロイックミラー26はレ
ーザ光L5を反射し、蛍光F5を透過する波長分離器で
ある。レーザヘッド21、光検出器23及びダイクロイ
ックミラー25と、レーザヘッド22、光検出器24及
びダイクロイックミラー26とはそれぞれ組となってい
る。 【0015】走査ユニット7、リレーレンズ8、9、対
物レンズ10は、レーザ光L4及びレーザ光L5を標本
11に集光して照射するための対物レンズ光学系を形成
し、レーザヘッド21、レーザヘッド22、光検出器2
3及び光検出器24は対物レンズ光学系による標本11
の結像面に配置されている。 【0016】ダイクロイックミラー27はレーザ光L4
及び蛍光F4を反射し、レーザ光L5及び蛍光F5を透
過する波長分離器であり、又ダイクロイックミラー27
を介してダイクロイックミラー25及びダイクロイック
ミラー26からの光路と対物レンズ光学系の光路が結合
されている。 【0017】次に蛍光物質により標識された標本11を
照射するレーザ光L4と励起されて発光する蛍光F4、
レーザ光L5と励起されて発光する蛍光F5の分光分布
について、蛍光物質フルオレッセイン及び蛍光物質ロー
ダミンで標識された標本11を例として、図2により説
明する。図2は横軸に波長、縦軸に強度率を示してい
る。 【0018】蛍光物質フルオレッセインは波長488n
mのレーザ光L4により励起され、波長520nm付近
に極大値を有する蛍光F4を発光し、蛍光物質ローダミ
ンは波長568nmのレーザ光L5により励起され、波
長580nm付近に極大値を有する蛍光F5を発光す
る。レーザ光L4及びレーザ光L5の半値幅は小さい
が、蛍光F4及び蛍光F5はブロードであって、半値幅
は大きい。 【0019】次にダイクロイックミラー25、ダイクロ
イックミラー26及びダイクロイックミラー27の分光
特性について説明する。図3は横軸に波長、縦軸に透過
率を示し、透過しない光は全部反射する。ダイクロイッ
クミラー25及びダイクロイックミラー26はそれぞれ
波長488nm及び568nm以下の光を透過し、それ
を超える光を反射する分光特性を有している。ダイクロ
イックミラー25の分光透過率曲線の立ち上がりは48
8nmの直近の長波長側に設定される。これはレーザ光
L4を反射し、蛍光F4を透過するためには、その分光
透過率曲線の立ち上がりは488nmと520nmの間
に設定する必要があり、更に、レーザ光L4の半値幅は
小さいが、蛍光F4はブロードであって半値幅は大きい
からである。ダイクロイックミラー26の分光透過率曲
線の立ち上がりは同様の理由により、568nmの直近
の長波長側に設定されている。 【0020】ダイクロイックミラー27の分光透過率曲
線の立ち上がりは560nm付近に設定されている。こ
れはレーザ光L4及び蛍光F4を反射し、レーザ光L5
及び蛍光F5を透過するためには、その分光透過率曲線
の立ち上がりは520nmと568nmの間に設定する
必要があり、更に、レーザ光L5の半値幅は小さいが、
蛍光F4はブロードであって半値幅は大きいからであ
る。ダイクロイックミラー27はこのように、単に立ち
上がりが560nm付近に設定されればよい。従って立
ち上がり以下の帯域の光は全て反射し、それ以上の帯域
の光は全て透過する極めて単純な分光特性を有するもの
で良いから、ダイクロイックミラー27は容易に、廉価
に製造することができる。 【0021】次に動作について説明する。レーザヘッド
21から出射するレーザ光L4は、ダイクロイックミラ
ー25で反射した後ダイクロイックミラー27で反射
し、対物レンズ光学系に導入され、他方レーザヘッド2
2から出射するレーザ光L5は、ダイクロイックミラー
26で反射した後ダイクロイックミラー27を透過して
対物レンズ光学系に導入される。レーザ光L4及びレー
ザ光L5は走査ユニット7、リレーレンズ8、9を介し
て、対物レンズ10により集光され、標本11を照射す
る。 【0022】標本11からは蛍光F4及び蛍光F5が出
射し、対物レンズ10により集光された後、リレーレン
ズ8、9、走査ユニット7を介して逆進する。蛍光F4
はダイクロイックミラー27で反射されて、ダイクロイ
ックミラー25を透過し、光検出器23に入射し、蛍光
F5はダイクロイックミラー27及びダイクロイックミ
ラー26を透過し、光検出器24に入射し、それぞれ蛍
光画像が得られる。 【0023】本発明の第2の実施例を図4により説明す
る。上述した一実施例と同一又は類似の点の説明の詳述
は省略する。レーザヘッド21、レーザヘッド22及び
レーザヘッド29はそれぞれ波長488nmのレーザ光
L4、波長568nmのレーザ光L5及び波長647n
mのレーザ光L6を放射する光源である。光検出器23
はレーザ光L4の照射により標本11から発光した蛍光
F4を検出する光電素子、光検出器24はレーザ光L5
の照射により標本11から発光した蛍光F5を検出する
光電素子、及び光検出器30はレーザ光L6の照射によ
り標本11から発光した蛍光F6を検出する光電素子で
ある。ダイクロイックミラー25はレーザ光L4を反射
し、蛍光F4を透過し、ダイクロイックミラー26はレ
ーザ光L5を反射し、蛍光F5を透過し、ダイクロイッ
クミラー31はレーザ光L6を反射し、蛍光F6を透過
する波長分離器である。 【0024】走査ユニット7、リレーレンズ8、9、対
物レンズ10は、レーザ光L4、L5及びレーザ光L6
を標本11に集光して照射するための対物レンズ光学系
を形成し、レーザヘッド21、レーザヘッド22、、レ
ーザヘッド29、光検出器23、光検出器24及び光検
出器30は対物レンズ光学系による標本11の結像面に
配置されている。 【0025】ダイクロイックミラー27はレーザ光L4
及び蛍光F4を反射し、レーザ光L5、L6及び蛍光F
5、F6を透過する波長分離器であり、ダイクロイック
ミラー32はレーザ光L5及び蛍光F5を反射し、レー
ザ光L6及び蛍光F6を透過する波長分離器である。又
ダイクロイックミラー27及びダイクロイックミラー3
2を介してダイクロイックミラー25、ダイクロイック
ミラー26及びダイクロイックミラー31からの光源の
光路と対物レンズ光学系の光路が結合されている。 【0026】次にダイクロイックミラー25、ダイクロ
イックミラー26、ダイクロイックミラー31、ダイク
ロイックミラー27及びダイクロイックミラー32の分
光特性について、図5により説明する。ダイクロイック
ミラー25、ダイクロイックミラー26及びダイクロイ
ックミラー31はそれぞれ波長488nm、568nm
及び647nmの直近の長波長側に分光透過率曲線の立
ち上がりが設定されている。ダイクロイックミラー27
及びダイクロイックミラー32の分光透過率曲線の立ち
上がりはそれぞれ560nm付近及び640nm付近に
設定されている。ダイクロイックミラー27及びダイク
ロイックミラー32はこのように極めて単純な分光特性
を有し廉価に製造することができる。 【0027】次に動作について説明する。レーザヘッド
21から出射するレーザ光L4は、ダイクロイックミラ
ー25で反射した後ダイクロイックミラー27で反射
し、対物レンズ光学系に導入され、レーザヘッド22か
ら出射するレーザ光L5は、ダイクロイックミラー26
で反射した後ダイクロイックミラー27を透過して対物
レンズ光学系に導入され、レーザヘッド29から出射す
るレーザ光L6は、ダイクロイックミラー31で反射し
た後ダイクロイックミラー32を透過して対物レンズ光
学系に導入される。レーザ光L4、レーザ光L5及びレ
ーザ光L6は走査ユニット7、リレーレンズ8、9を介
して、対物レンズ10により集光され、標本11を照射
する。 【0028】標本11からは蛍光F4、蛍光F5及び蛍
光F6が出射し、対物レンズ10により集光された後、
リレーレンズ8、9、走査ユニット7を介して逆進す
る。蛍光F4はダイクロイックミラー27で反射され
て、ダイクロイックミラー25を透過し、光検出器23
に入射する。蛍光F5はダイクロイックミラー27を透
過し、ダイクロイックミラー32で反射され、ダイクロ
イックミラー26を透過し、光検出器24に入射する。
蛍光F6はダイクロイックミラー27、ダイクロイック
ミラー32及びダイクロイックミラー31を透過し、光
検出器30に入射する。そしてそれぞれ蛍光画像が得ら
れる。 【0029】両実施例において、複数の光源からの複数
のレーザ光で標本を励起する場合であっても、複数の反
射帯域を有するダイクロイックミラーを使用する必要が
ない。従ってダイクロイックミラーによる励起光と蛍光
の損失が少なくなり、特に蛍光の取得率が著しく改善さ
れるから、明るい蛍光画像が容易に取得可能となる。尚
光源はレーザに限定されるものではなく、連続光源でも
よく、任意の波長による励起が効率良く行うことができ
る。 【0030】両実施例において、各光源と対応して光検
出器及び波長分離器が設けられているから、光源の交換
が光検出器及び波長分離器と一体に行うことが容易であ
り、蛍光物質の選択の幅が拡がる。 【0031】 【発明の効果】第1の光源からの第1の波長の励起光
は、第1の光分離手段により分離され、第2の光源から
の第2の波長の励起光は、第2の光分離手段により分離
されてから、第3の光分離手段で同一光路に導かれて標
本を照射する。標本からの第2の波長の蛍光と第4の波
長の蛍光とは、第3の光分離手段で分離される。第2の
波長の蛍光は、第1の光分離手段により分離されて、第
1の光検出手段により検出され、第4の波長の蛍光は、
第2の光分離手段により分離されて、第2の光検出手段
により検出されるから、各励起光又は蛍光の分離が廉価
な波長分離器で光の損失を少なく抑えて分離可能であ
り、明るい蛍光画像が容易に取得できる。
Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a fluorescence microscope. More specifically, the present invention relates to an optical arrangement of a laser scanning fluorescence microscope for irradiating a sample labeled with a plurality of fluorescent dyes with laser light of a plurality of wavelengths to observe the sample. 2. Description of the Related Art The optical arrangement of a conventional laser scanning microscope is as shown in FIG. Laser head 1,
The optical heads 2 and 3 and the dichroic mirrors 4 and 5 form an optical system for excitation light.
The laser beams L1, L2, L3 emitted from 3 are reflected by the dichroic mirror 6 and introduced into the optical path for irradiating the sample 11 via the scanning unit 7, the relay lenses 8, 9 and the objective lens 10. Fluorescence F1, F2, F3 is emitted from the sample 11 by being excited by the irradiation of the laser beams L1, L2, L3. The photodetectors 12, 13, 14 and the dichroic mirrors 15, 16 form an optical system for fluorescence,
The fluorescent light F1, F2, F3 emitted from the specimen 11 travels backward and passes through the dichroic mirror 6, and each of the light detectors 1
Light is incident on 2, 13, and 14. Since the light travels as described above, the dichroic mirror 4 reflects the laser light L1 and
2, the dichroic mirror 5 reflects the laser light L2 and transmits the laser light L3. The dichroic mirror 15 reflects the fluorescent light F1, transmits the fluorescent light F2 and F3, the dichroic mirror 16 reflects the fluorescent light F2,
Transmits the fluorescent light F3. The dichroic mirror 6 reflects all of the laser beams L1, L2, and L3, and
Both 2 and F3 are transmitted. [0004] The spectral characteristics of the laser dichroic mirrors 4 and 5 and the fluorescent dichroic mirrors 15 and 16 may be any spectral characteristics that reflect the excitation light side and transmit the fluorescent light side at a predetermined wavelength. However, the spectral characteristics of the dichroic mirror 6 are more complicated. An example of the spectral transmission characteristics of the dichroic mirror 6 will be described with reference to FIG. FIG. 7 shows the wavelength on the horizontal axis and the transmittance on the vertical axis, and all the light that does not pass is reflected. The dichroic mirror 6 reflects a plurality of discontinuous bands of light,
It has a spectral characteristic of transmitting light of a wavelength in a band between those bands. A, B, and C indicate the wavelengths of the minimum transmittance, that is, the maximum reflectance, and λA, λB, and λC indicate the laser light L, respectively.
1, L2 and L3, and λa, λb and λc are the wavelengths of the fluorescent light F1, F2 and F3, respectively. λA, λB,
.lambda.c substantially coincides with the reflectance maxima A, B, and C, respectively.
λa, λb, and λc correspond to portions having higher transmittance on the longer wavelength side than A, B, and C, respectively. Generally, the wavelength of fluorescence is not a wavelength that is significantly different from the wavelength of excitation light. Thus, λa is longer than λA but shorter than λB, and similarly λb is longer than λB but shorter than λC. [0006] As described above, the conventional fluorescence microscope has a spectral characteristic that reflects light in a plurality of discontinuous bands and transmits light in a wavelength band between the bands. The optical system for excitation light and the optical system for fluorescence are combined by the dichroic mirror provided, and the single dichroic mirror reflects the excitation light, transmits the fluorescence, and separates the two. [0007] By the way, the fluorescence image of a specimen observed with a fluorescence microscope is often very dark, and therefore, it has been a major problem how to efficiently form fluorescence. In order to obtain a bright fluorescent image, much light other than the excitation light must be condensed on the image plane. There is a limit in improving the transmittance of the objective lens and the relay lens, and efforts are being made to improve the spectral transmittance characteristics of the dichroic mirror. Good spectral transmittance characteristics are high reflectance of excitation light and high transmittance of fluorescence, but usable laser light wavelengths are limited to a small number of specific wavelengths, and the wavelength band of laser light Is a few nm
There is a very narrow feature. Fluorescence has spectral characteristics in a broad wavelength band which is close to the excitation wavelength and slightly wider on the long wavelength side by about 10 to 30 nm therefrom. A dichroic mirror used when a single laser beam is excitation light reflects almost all wavelengths shorter than the wavelength of the laser beam and transmits almost all light having a wavelength longer than the wavelength of the laser beam. It was sufficient to have simple characteristics, and it was easy to manufacture and inexpensive. When a plurality of laser lights are excitation lights,
There is a need for a dichroic mirror that has a plurality of reflection maxima that match the wavelength band of laser light limited to a plurality of specific discontinuous wavelengths and has high transmittance in other wavelength bands. For this purpose, a multi-layer coating film having a large number of coating layers must be used. However, it is not possible to sufficiently match the maximum reflection wavelength with the wavelength of the laser beam, and as shown in FIG.
And the coincidence of λB becomes worse,
Also, the width of the reflection band was unnecessarily widened. Even if the number of coating layers is increased and design efforts are made, the design and manufacture of such a multi-layer coding film is not easy, and the characteristics vary widely, the yield is poor and the cost is very high. There was a problem that it was difficult to supply at a low price. SUMMARY OF THE INVENTION In view of the above problems, the present invention relates to a method in which a plurality of excitation lights having different wavelengths emitted from a plurality of light sources and a plurality of fluorescent lights having different wavelengths emitted from a sample excited by irradiation of the excitation lights are provided. To provide a fluorescence microscope capable of easily obtaining a bright fluorescent image that can be separated only by a wavelength separator having a simple spectral characteristic such that incident light is separated into reflected light and transmitted light at a wavelength. Aim. According to the present invention, an excitation light having a first wavelength is generated, and a sample is irradiated to generate fluorescence having a second wavelength longer than the first wavelength. A first light source and a third light source for generating excitation light having a third wavelength longer than the second wavelength and irradiating the sample to generate fluorescence having a fourth wavelength longer than the third wavelength. A second light source, first light separating means having a spectral characteristic of separating light at a wavelength set between the first wavelength and the second wavelength, and the third wavelength and A second light separating unit having a spectral characteristic for separating light at a wavelength set between the fourth wavelength and a wavelength set between the second wavelength and the third wavelength; The light source has a spectral characteristic that separates light at the boundary, and the excitation light from the first light source and the excitation light from the second light source are A third light separating means for guiding light from the sample according to the spectral characteristics while guiding the light to the same optical path to the sample, and one of the lights from the sample separated by the third light separating means. The first light detected through the first light separating means
And a second light detecting means for detecting, through the second light separating means, the other of the light from the sample, separated by the third light separating means. . The pumping light of the first wavelength from the first light source is the first excitation light.
The excitation light of the second wavelength from the second light source is separated by the second light separating means, and then guided to the same optical path by the third light separating means to sample the sample. Irradiate. The fluorescence of the second wavelength and the fluorescence of the fourth wavelength from the specimen are separated by the third light separating means. The fluorescence of the second wavelength is separated by the first light separation means and detected by the first light detection means, and the fluorescence of the fourth wavelength is separated by the second light separation means and Is detected by the light detecting means. An embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 1 shows the optical arrangement of the laser scanning microscope. The laser head 21 and the laser head 22 each have a wavelength of 488.
nm laser light L4 and 568 nm wavelength laser light L5
Is a light source that emits light. The photodetector 23 is a photoelectric element that detects the fluorescence F4 emitted from the sample 11 by the irradiation of the laser light L4, and the photodetector 24 is a photoelectric element that detects the fluorescence F5 emitted from the sample 11 by the irradiation of the laser light L5. . The dichroic mirror 25 is a wavelength separator that reflects the laser light L4 and transmits the fluorescent light F4, and the dichroic mirror 26 reflects the laser light L5 and transmits the fluorescent light F5. The laser head 21, the photodetector 23, and the dichroic mirror 25, and the laser head 22, the photodetector 24, and the dichroic mirror 26 form a set. The scanning unit 7, the relay lenses 8, 9 and the objective lens 10 form an objective lens optical system for converging and irradiating the sample 11 with the laser light L4 and the laser light L5. Head 22, photodetector 2
3 and the photodetector 24 are the sample 11 by the objective lens optical system.
Are arranged on the image plane. The dichroic mirror 27 has a laser beam L4
And a wavelength separator that reflects the fluorescent light F4 and transmits the laser light L5 and the fluorescent light F5.
The optical path from the dichroic mirror 25 and the dichroic mirror 26 is connected to the optical path of the objective lens optical system through the optical path. Next, a laser beam L4 for irradiating the specimen 11 labeled with a fluorescent substance and a fluorescence F4 for exciting and emitting light,
The spectral distribution of the laser light L5 and the fluorescence F5 that emits light when excited will be described with reference to FIG. 2 using the sample 11 labeled with the fluorescent substance fluorescein and the fluorescent substance rhodamine as an example. FIG. 2 shows the wavelength on the horizontal axis and the intensity factor on the vertical axis. The fluorescent substance fluorescein has a wavelength of 488 n.
m is excited by the laser light L4, and emits a fluorescent light F4 having a maximum value at a wavelength of about 520 nm. . Although the half widths of the laser light L4 and the laser light L5 are small, the fluorescence F4 and the fluorescence F5 are broad and the half widths are large. Next, the spectral characteristics of the dichroic mirror 25, the dichroic mirror 26, and the dichroic mirror 27 will be described. FIG. 3 shows the wavelength on the horizontal axis and the transmittance on the vertical axis, and all the light that does not pass is reflected. The dichroic mirror 25 and the dichroic mirror 26 have spectral characteristics of transmitting light having wavelengths of 488 nm and 568 nm, respectively, and reflecting light exceeding the wavelengths. The rise of the spectral transmittance curve of the dichroic mirror 25 is 48
It is set to the nearest long wavelength side of 8 nm. In order to reflect the laser light L4 and transmit the fluorescence F4, it is necessary to set the rise of the spectral transmittance curve between 488 nm and 520 nm, and furthermore, although the half width of the laser light L4 is small, This is because the fluorescence F4 is broad and has a large half width. The rise of the spectral transmittance curve of the dichroic mirror 26 is set to the nearest long wavelength side of 568 nm for the same reason. The rise of the spectral transmittance curve of the dichroic mirror 27 is set at around 560 nm. This reflects the laser light L4 and the fluorescent light F4, and the laser light L5
In order to transmit the fluorescence F5, it is necessary to set the rise of the spectral transmittance curve between 520 nm and 568 nm, and further, although the half width of the laser light L5 is small,
This is because the fluorescence F4 is broad and has a large half width. As described above, the dichroic mirror 27 only needs to be set so that the rising edge is around 560 nm. Therefore, the dichroic mirror 27 can be easily and inexpensively manufactured because it has a very simple spectral characteristic that reflects all the light in the band below the rising edge and transmits all the light in the band beyond the rising edge. Next, the operation will be described. The laser light L4 emitted from the laser head 21 is reflected by the dichroic mirror 25 and then by the dichroic mirror 27, and is introduced into the objective lens optical system.
The laser light L5 emitted from 2 is reflected by the dichroic mirror 26, passes through the dichroic mirror 27, and is introduced into the objective lens optical system. The laser light L4 and the laser light L5 are condensed by the objective lens 10 via the scanning unit 7, the relay lenses 8 and 9, and irradiate the sample 11. Fluorescent light F4 and fluorescent light F5 are emitted from the sample 11, and converged by the objective lens 10, and then travel backward through the relay lenses 8, 9 and the scanning unit 7. Fluorescent F4
Is reflected by the dichroic mirror 27, passes through the dichroic mirror 25, and enters the photodetector 23, and the fluorescent light F5 passes through the dichroic mirror 27 and the dichroic mirror 26, enters the photodetector 24, and a fluorescent image is formed. can get. A second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. A detailed description of the same or similar points as in the above-described embodiment will be omitted. The laser head 21, the laser head 22, and the laser head 29 are respectively a laser beam L4 having a wavelength of 488 nm, a laser beam L5 having a wavelength of 568 nm, and a laser beam 647n.
It is a light source that emits m laser light L6. Photodetector 23
Is a photoelectric element for detecting fluorescence F4 emitted from the sample 11 by irradiation of the laser light L4, and the photodetector 24 is a laser light L5
And the photodetector 30 is a photoelectric element that detects the fluorescent light F6 emitted from the sample 11 by the irradiation of the laser beam L6. The dichroic mirror 25 reflects the laser light L4 and transmits the fluorescent light F4, the dichroic mirror 26 reflects the laser light L5 and transmits the fluorescent light F5, and the dichroic mirror 31 reflects the laser light L6 and transmits the fluorescent light F6. It is a wavelength separator. The scanning unit 7, the relay lenses 8, 9 and the objective lens 10 are provided with laser light L4, L5 and laser light L6.
And a laser head 21, a laser head 22, a laser head 29, a photodetector 23, a photodetector 24 and a photodetector 30 It is arranged on the image plane of the sample 11 by the optical system. The dichroic mirror 27 has a laser beam L4
And the laser light L5, L6 and the fluorescent light F4.
The dichroic mirror 32 is a wavelength separator that reflects the laser light L5 and the fluorescent light F5 and transmits the laser light L6 and the fluorescent light F6. Dichroic mirror 27 and dichroic mirror 3
2, the optical path of the light source from the dichroic mirror 25, the dichroic mirror 26, and the optical path of the objective lens optical system from the dichroic mirror 31 are connected. Next, the spectral characteristics of the dichroic mirror 25, dichroic mirror 26, dichroic mirror 31, dichroic mirror 27 and dichroic mirror 32 will be described with reference to FIG. The dichroic mirror 25, the dichroic mirror 26 and the dichroic mirror 31 have wavelengths of 488 nm and 568 nm, respectively.
And the rising edge of the spectral transmittance curve is set on the nearest long wavelength side of 647 nm. Dichroic mirror 27
The rise of the spectral transmittance curve of the dichroic mirror 32 is set at around 560 nm and around 640 nm, respectively. The dichroic mirror 27 and the dichroic mirror 32 thus have extremely simple spectral characteristics and can be manufactured at low cost. Next, the operation will be described. The laser light L4 emitted from the laser head 21 is reflected by the dichroic mirror 25, then reflected by the dichroic mirror 27, introduced into the objective lens optical system, and the laser light L5 emitted from the laser head 22 is reflected by the dichroic mirror 26.
Then, the laser light L6 transmitted through the dichroic mirror 27 and introduced into the objective lens optical system after being reflected by the dichroic mirror 27 is reflected by the dichroic mirror 31 and then transmitted through the dichroic mirror 32 and introduced into the objective lens optical system. Is done. The laser beam L4, the laser beam L5, and the laser beam L6 are condensed by the objective lens 10 via the scanning unit 7, the relay lenses 8, 9, and irradiate the sample 11. Fluorescent light F4, fluorescent light F5, and fluorescent light F6 are emitted from the specimen 11 and condensed by the objective lens 10.
It moves backward through the relay lenses 8 and 9 and the scanning unit 7. The fluorescent light F4 is reflected by the dichroic mirror 27, passes through the dichroic mirror 25, and
Incident on. The fluorescent light F5 passes through the dichroic mirror 27, is reflected by the dichroic mirror 32, passes through the dichroic mirror 26, and enters the photodetector 24.
The fluorescent light F6 passes through the dichroic mirror 27, the dichroic mirror 32, and the dichroic mirror 31, and enters the photodetector 30. Then, a fluorescence image is obtained. In both embodiments, even when the sample is excited by a plurality of laser beams from a plurality of light sources, it is not necessary to use a dichroic mirror having a plurality of reflection bands. Therefore, the loss of the excitation light and the fluorescence by the dichroic mirror is reduced, and the acquisition rate of the fluorescence is particularly improved, so that a bright fluorescence image can be easily acquired. The light source is not limited to a laser, but may be a continuous light source, and excitation with an arbitrary wavelength can be performed efficiently. In both embodiments, since a light detector and a wavelength separator are provided corresponding to each light source, it is easy to exchange light sources integrally with the light detector and the wavelength separator, The range of choice of substances is expanded. The excitation light of the first wavelength from the first light source is separated by the first light separating means, and the excitation light of the second wavelength from the second light source is separated by the second light source. After being separated by the light separating means, the sample is guided to the same optical path by the third light separating means to irradiate the sample. The fluorescence of the second wavelength and the fluorescence of the fourth wavelength from the specimen are separated by the third light separating means. The fluorescence of the second wavelength is separated by the first light separating means and detected by the first light detecting means, and the fluorescence of the fourth wavelength is
Since the light is separated by the second light separating means and detected by the second light detecting means, the excitation light or the fluorescent light can be separated by an inexpensive wavelength separator with a small loss of light and can be separated. A fluorescent image can be easily obtained.

【図面の簡単な説明】 【図1】本発明の一実施例の光学配置を示す図。 【図2】本発明の一実施例にかかる励起光と蛍光の分光
強度分布を示す図。 【図3】本発明の一実施例にかかるダイクロイックミラ
ーの分光特性を示す図。 【図4】本発明の第2の実施例の光学配置を示す図。 【図5】本発明の第2の実施例にかかるダイクロイック
ミラーの分光特性を示す図。 【図6】従来のレーザ走査蛍光顕微鏡の光学配置を示す
図。 【図7】従来のレーザ走査蛍光顕微鏡にかかるダイクロ
イックミラーの分光特性を示す図。 【符号の説明】 1、2、3、21、22、29・・・・レーザヘッド 4、5、6、15、16、25、26、27、31・・
・・ダイクロイックミラー 10・・・・対物レンズ 11・・・・標本 12、13、14、23、24、30・・・・光検出器 L1、L2、L3、L4、L5、L6・・・・レーザ光 F1、F2、F、F4、F5、F6・・・・蛍光
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a diagram showing an optical arrangement according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a diagram showing a spectral intensity distribution of excitation light and fluorescence according to one embodiment of the present invention. FIG. 3 is a diagram illustrating spectral characteristics of a dichroic mirror according to one embodiment of the present invention. FIG. 4 is a diagram showing an optical arrangement according to a second embodiment of the present invention. FIG. 5 is a diagram illustrating spectral characteristics of a dichroic mirror according to a second example of the present invention. FIG. 6 is a diagram showing an optical arrangement of a conventional laser scanning fluorescence microscope. FIG. 7 is a diagram showing spectral characteristics of a dichroic mirror according to a conventional laser scanning fluorescence microscope. [Explanation of reference numerals] 1, 2, 3, 21, 22, 29,..., Laser heads 4, 5, 6, 15, 16, 25, 26, 27, 31,.
.. dichroic mirror 10 ... objective lens 11 ... specimens 12, 13, 14, 23, 24, 30 ... photodetectors L1, L2, L3, L4, L5, L6 ... Laser light F1, F2, F, F4, F5, F6 ... fluorescence

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】 【請求項1】 第1の波長の励起光を発生し、標本を照
射することにより前記第1の波長よりも長い第2の波長
の蛍光を発生させる第1の光源と、前記第2の波長より
も長い第3の波長の励起光を発生し、前記標本を照射す
ることにより前記第3の波長よりも長い第4の波長の蛍
光を発生させる第2の光源と、前記第1の波長と前記第
2の波長との間に設定した波長を境に光を分離する分光
特性を有した第1の光分離手段と、前記第3の波長と前
記第4の波長との間に設定した波長を境に光を分離する
分光特性を有した第2の光分離手段と、前記第2の波長
と前記第3の波長との間に設定した波長を境に光を分離
する分光特性を有し、前記第1の光源からの励起光と前
記第2の光源からの励起光とを前記標本への同一光路に
導くと共に、その分光特性に従って前記標本からの光を
分離する第3の光分離手段と、前記第3の光分離手段で
分離した、前記標本からの光の一方を前記第1の光分離
手段を介して検出する第1の光検出手段と、前記第3の
光分離手段で分離した、前記標本からの光の他方を前記
第2の光分離手段を介して検出する第2の光検出手段と
を具備することを特徴とする蛍光顕微鏡。
(57) Claims 1. An excitation light having a first wavelength is generated, and a sample is irradiated to generate fluorescence having a second wavelength longer than the first wavelength. And a second light source that generates excitation light of a third wavelength longer than the second wavelength and irradiates the sample to generate fluorescence of a fourth wavelength longer than the third wavelength. A light source; first light separating means having spectral characteristics for separating light at a wavelength set between the first wavelength and the second wavelength; A second light separating unit having a spectral characteristic of separating light at a wavelength set between the second wavelength and the third wavelength; and a second light separating unit having a wavelength set between the second wavelength and the third wavelength. Having a spectral characteristic of separating light, and having the excitation light from the first light source and the excitation light from the second light source be the same light to the sample; And a third light separating means for separating light from the sample according to the spectral characteristics thereof, and one of the light from the sample, separated by the third light separating means, to the first light separating means. First light detecting means for detecting the other of the light from the sample, separated by the third light separating means, via the second light separating means. A fluorescence microscope comprising:
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