JP3599754B2 - Confocal scanning optical microscope - Google Patents
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Description
【0001】
【産業上の利用分野】
本発明は、共焦点走査型光学顕微鏡に係り、特に試料からの反射光と蛍光を効率よく検出可能にした共焦点走査型光学顕微鏡に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、共焦点走査型光学顕微鏡として、以下のように構成されたものがある。光源からの光を対物レンズで、試料(標本)上に集束させて光スポットを形成し、その光スポットで試料を2次元走査すると共に、試料からの反射光、または蛍光は対物レンズの焦点位置と共役な位置に配設した共焦点絞りを通過させて取り出し、その取り出した光を光電変換して当該試料の画像情報が得られるものである。
【0003】
以下、この種従来の顕微鏡について、図8および図9を参照して説明する。図8は、従来の第1の例を示す図であって、これは主に材料、半導体などの観察用に使用される。すなわち、光源1から発したレーザビームを偏光ビームスプリッタ2で反射させて2次元光偏向器3によりXーYに2次元走査される。
【0004】
2次元走査されたレーザビームは、λ/4板4を通り、円偏光となる。対物レンズ5によって試料6に照射されたレーザビームの反射光は再び、対物レンズ5、λ/4板4を通り、光源1から発した振動方向に直交する直線偏光となる。この直線偏光は、偏光ビームスプリッタ2、共焦点絞り7を通り、検出器8に導かれる。
【0005】
図9は、従来の第2の例を示す図であって、これは主に細胞や組織などの生物の蛍光検出用に使用される。図9は、図8の偏光ビームスプリッタ2の代わりに、ダイクロイックミラー9が使用され、試料6からの蛍光が吸収フィルタ10を通して検出される点が、図8とは異なるが、それ以外の点は図8と同一である。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
以上述べた従来の走査型光学顕微鏡は、用途によって異なったタイプの光学系を有していた。このため、例えば生物分野において、細胞接着と全体の形態の蛍光観察や、骨の層構造と破骨細胞・骨芽細胞の蛍光観察を行う場合、例えば、半導体分野において、ウェハーやチップ上のコンタミネーションの形と、その由来が有機物か無機物かを同定する場合には、図8および図9に示す2つの異なったタイプの顕微鏡が必要であった。現実的には、標本の全く同一な場所を異った顕微鏡で観察することは、きわめて困難である。
【0007】
本発明は以上のような実情に基いてなされたもので、一つの光学系で試料からの反射光および蛍光を同時に、または個別に観察することが可能な共焦点走査型光学顕微鏡を提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため、請求項1に対応する発明は、光源からの光を試料上に集光する集光光学系と、前記試料からの反射光を検出する第1の光検出器と、前記試料からの蛍光を検出する第2の光検出器と、前記光源からの光を前記試料に向けて導くと共に前記試料からの反射光の一部分及び蛍光を前記第1及び第2の光検出器に向けて導く第1の波長依存性光分割素子と、前記第1の波長依存性光分割素子から導かれた前記反射光の一部及び前記蛍光を分離して前記第1の光検出器及び第2の光検出器に導く第2の波長依存性光分割素子とを備えた共焦点走査型光学顕微鏡である。
【0009】
【作用】
請求項1に対応する発明によれば、試料からの反射光および蛍光を、少なくとも2個の波長依存性光分割素子により第1および第2の光検出器に導くようにしたので、一つの光学系で試料からの反射光および蛍光を同時に、または個別に観察することが可能となる。
【0010】
【実施例】
以下、図面を参照して本発明の実施例について説明する。始めに、図1〜図3を参照して本発明の第1の実施例について説明する。図1は、本発明の第1の実施例を示す概略構成図であり、光源1と、この光源1からの光を試料6上に微小なスポットに集光する対物レンズ5と、試料6からの反射光を検出する反射光検出用の光検出器8(図の左側)と、試料6からの蛍光を検出する蛍光検出用の光検出器8(図の上側)と、各光検出器8,8に光を導く少なくとも2個の波長依存性光分割素子例えばダイクロィックミラー11,12と、試料6上のスポットと試料6を相対的に2次元走査するための走査光学系(図示せず)と、対物レンズ5の合焦位置と光学的に共役な位置であって光検出器8,8の前に、光検出器8,8に入射する光の光軸に開口中心を合せて配置された開口径を可変可能な共焦点絞り7とをそれぞれ備えている。
【0011】
ダイクロィックミラー11,12は、薄膜による光の干渉を利用して可視光の特定の波長領域のみの光のみを反射し、残り波長領域の光は透過する鏡であって、光源1のレーザ波長に対応した分光特性のものを用いる。例えば、光源1のレーザ波長が488 nm の場合には、ダイクロィックミラー11としては、図2に示す分光特性のものを使用し、またダイクロィックミラー12としては、図3に示す分光特性のものを使用する。もちろん、ダイクロィックミラー11,12の分光特性を光源波長に合わせることで、光源1の波長が異なっても同様なことが可能である。
【0012】
以下、このように構成された第1の実施例の動作を説明する。光源1から発したレーザビームは、ダイクロイックミラー11で反射され、かつ2次元光偏向器3によりXーYに2次元走査され、対物レンズ5によって試料6に照射される。試料6にレーザビームに照射された反射光は再び、対物レンズ5、2次元光偏向器を通り、光源1から発した振動方向に直交する直線偏光となる。この直線偏光は、ダイクロイックミラー12で反射され、反射光検出用の光検出器8に導かれる。これにより、試料6からの反射光を検出できる。
ダイクロイックミラー12を通過する光は、細胞や組織などの生物の蛍光検出用の光検出器8に入力され、試料6からの蛍光が検出される
【0013】
このように構成することにより、反射光と蛍光が同時に検出でき、従って、顕微鏡の仕立てを変更するわずらしさもなく、形態と蛍光の分布(局在)を精度よく観察することが可能になる。
【0014】
図4は本発明の第2の実施例を示す図であり、バンドパスフィルター13と、光学フィルター14を図1の実施例に追加したものである。具体的には、バンドパスフィルター13を反射光を検出する光検出器(図の左側)8とダイクロィックミラー12の間に設け、光学フィルター14を蛍光を検出する光検出器(図の上部側)8とダイクロィックミラー12の間に設けたものである。
【0015】
バンドパスフィルター13は、光源1のレーザ波長に対応させた狭帯域バンドパスフィルターを使用し、例えば光源1のレーザ波長を488 nm とすると、バンドパスフィルター13は、図5のような分光特性となる。
光学フィルター14は、蛍光染色に合せて狭帯域、高帯域、ロングパスフィルタ等のいずれかを使用する。
以上のように構成された第2の実施例によれば、特に蛍光のクロスオーバーを除いて反射光のみを検出するのに有効となる。
【0016】
図6は本発明の第3の実施例を示す図であり、図4の実施例にダイクロイックミラー15を追加し、かつ光学フィルター14と光検出器8をさらに1組追加しものである。この場合には、ダイクロイックミラー15は蛍光の2重染色に合せて分光特性が調整されたものを使用している。この第3の実施例によれば、1つは反射光の観察に、他の2つは蛍光プローブとしてFITLとローダミン等が同時に用いられることから、これらを検出するために用いられる。
【0017】
図7は本発明の第4の実施例を示す図であり、図6の実施例のダイクロイックミラー12,15の代りに、ダイクロイックキューブ16を設けたものである。このようにすることにより、図6に比べて構成が簡単となる。
【0018】
本発明は前述の実施例に限定されず、例えば以下のようにしてもよい。実施例で用いたダイクロイックミラー11,12の代りに、これと同様な機能を有するプリズムであってもよく、これ以外に光源1の光の波長に合わせて分光特性が得られる波長依存性光分割素子であればなんでも良い。また、図4、図6、図7の狭帯域バンドパスフイルター13も分光特性も、光源1の波長に合せることができれば、なんでもよい。
【0019】
【発明の効果】
以上述べたように本発明によれば、試料からの反射光と蛍光を効率よく検出できる共焦点走査型光学顕微鏡を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による共焦点走査型光学顕微鏡の第1の実施例の概略構成を示す図。
【図2】図1のダイクロイックミラー11の分光特性を示す図。
【図3】図1のダイクロイックミラー12の分光特性を示す図。
【図4】本発明による共焦点走査型光学顕微鏡の第2の実施例の概略構成を示す図。
【図5】図4の狭帯域バンドパスフィルターの分光特性を示す図。
【図6】本発明による共焦点走査型光学顕微鏡の第3の実施例の概略構成を示す図。
【図7】本発明による共焦点走査型光学顕微鏡の第4の実施例の概略構成を示す図。
【図8】従来の共焦点走査型光学顕微鏡の第1の例の概略構成を示す図。
【図9】従来の共焦点走査型光学顕微鏡の第2の例の概略構成を示す図。
【符号の説明】
1…光源、3…2次元光偏向器、4…λ/4板、5…対物レンズ、6…試料(標本)、7…共焦点絞り、8…光検出器、11,12…ダイクロイックフィルター、13…狭帯域バンドパスフィルター、14…光学フィルター、15…ダイクロイックフィルター、16…、14…CCDテレビカメラ、15…CMD制御回路、16…ダイクロイックフィルター。[0001]
[Industrial applications]
The present invention relates to a confocal scanning optical microscope, and more particularly, to a confocal scanning optical microscope capable of efficiently detecting reflected light and fluorescence from a sample.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, there is a confocal scanning optical microscope configured as follows. The light from the light source is focused on a sample (specimen) with an objective lens to form a light spot, and the sample is two-dimensionally scanned with the light spot, and the reflected light or fluorescence from the sample is determined by the focal position of the objective lens. The light is extracted by passing through a confocal stop disposed at a position conjugate with the above, and the extracted light is photoelectrically converted to obtain image information of the sample.
[0003]
Hereinafter, this type of conventional microscope will be described with reference to FIGS. FIG. 8 is a diagram showing a first example of the related art, which is mainly used for observing materials, semiconductors, and the like. That is, the laser beam emitted from the
[0004]
The two-dimensionally scanned laser beam passes through the λ / 4 plate 4 and becomes circularly polarized light. The reflected light of the laser beam applied to the
[0005]
FIG. 9 is a diagram showing a second conventional example, which is mainly used for fluorescence detection of an organism such as a cell or a tissue. FIG. 9 is different from FIG. 8 in that a dichroic mirror 9 is used instead of the polarization beam splitter 2 in FIG. 8 and the fluorescence from the
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
The conventional scanning optical microscope described above has different types of optical systems depending on the application. For this reason, for example, in the biological field, when performing cell adhesion and fluorescence observation of the entire morphology, or when performing fluorescence observation of the layer structure of bone and osteoclasts / osteoblasts, for example, in the semiconductor field, contamination on wafers and chips In order to identify the form of the nation and whether it is derived from an organic or inorganic substance, two different types of microscopes as shown in FIGS. 8 and 9 were required. In reality, it is extremely difficult to observe the exact same place of the specimen with different microscopes.
[0007]
The present invention has been made based on the above circumstances, and provides a confocal scanning optical microscope capable of simultaneously or individually observing reflected light and fluorescence from a sample with one optical system. With the goal.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the invention corresponding to
[0009]
[Action]
According to the first aspect of the present invention, the reflected light and the fluorescence from the sample are guided to the first and second photodetectors by at least two wavelength-dependent light splitting elements. The system allows the reflected light and the fluorescence from the sample to be observed simultaneously or individually.
[0010]
【Example】
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. First, a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing a first embodiment of the present invention, in which a
[0011]
The
[0012]
Hereinafter, the operation of the first embodiment configured as described above will be described. The laser beam emitted from the
Light passing through the
With this configuration, the reflected light and the fluorescence can be detected at the same time, so that it is possible to observe the form and the distribution (localization) of the fluorescence with high precision without changing the tailoring of the microscope. .
[0014]
FIG. 4 is a view showing a second embodiment of the present invention, in which a
[0015]
As the
The
According to the second embodiment configured as described above, it is particularly effective to detect only the reflected light except for the fluorescent crossover.
[0016]
FIG. 6 is a view showing a third embodiment of the present invention. In this embodiment, a
[0017]
FIG. 7 is a view showing a fourth embodiment of the present invention, in which a
[0018]
The present invention is not limited to the above-described embodiment, and may be, for example, as follows. Instead of the
[0019]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, a confocal scanning optical microscope capable of efficiently detecting reflected light and fluorescence from a sample can be provided.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a first embodiment of a confocal scanning optical microscope according to the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing spectral characteristics of the dichroic mirror 11 of FIG.
FIG. 3 is a diagram showing spectral characteristics of the
FIG. 4 is a diagram showing a schematic configuration of a second embodiment of a confocal scanning optical microscope according to the present invention.
FIG. 5 is a diagram showing spectral characteristics of the narrow bandpass filter of FIG. 4;
FIG. 6 is a diagram showing a schematic configuration of a third embodiment of the confocal scanning optical microscope according to the present invention.
FIG. 7 is a diagram showing a schematic configuration of a fourth embodiment of the confocal scanning optical microscope according to the present invention.
FIG. 8 is a diagram showing a schematic configuration of a first example of a conventional confocal scanning optical microscope.
FIG. 9 is a diagram showing a schematic configuration of a second example of a conventional confocal scanning optical microscope.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (2)
前記試料からの反射光を検出する第1の光検出器と、
前記試料からの蛍光を検出する第2の光検出器と、
前記光源からの光を前記試料に向けて導くと共に前記試料からの反射光の一部分及び蛍光を前記第1及び第2の光検出器に向けて導く第1の波長依存性光分割素子と、
前記第1の波長依存性光分割素子から導かれた前記反射光の一部及び前記蛍光を分離して前記第1の光検出器及び第2の光検出器に導く第2の波長依存性光分割素子と、
を備え、前記試料からの反射光および蛍光を検出可能にしたことを特徴とする共焦点走査型光学顕微鏡。A focusing optical system for focusing light from the light source on the sample,
A first light detector for detecting reflected light from the sample;
A second light detector for detecting fluorescence from the sample;
A first wavelength-dependent light splitting element that guides light from the light source toward the sample and guides a part of reflected light from the sample and fluorescence toward the first and second photodetectors;
Second wavelength-dependent light that separates part of the reflected light and the fluorescence guided from the first wavelength-dependent light splitting element and guides the fluorescence to the first photodetector and the second photodetector. A splitting element;
A confocal scanning optical microscope, characterized in that the light reflected from the sample and the fluorescence from the sample can be detected.
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- 1993-01-18 JP JP600593A patent/JP3599754B2/en not_active Expired - Lifetime
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