JP3647106B2 - 走査型光学顕微鏡 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、スポット光で標本を走査することにより標本像を得る走査型光学顕微鏡に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の走査型光学顕微鏡においては、標本の蛍光観察像のコントラストを最適なものとするために、励起波長の選択フィルタや吸収フィルタ、ダイクロイックミラーなどを標本に応じて適当に選択する必要がある。
【０００３】
このフィルタ等の設定条件を見つける場合、モニターで観察標本画像を確認してコントラストの良くなる条件を決めるよりも、肉眼視によって蛍光の明るさと色とを確認しながら設定条件を決定する方が容易、かつ迅速である。
【０００４】
このような理由から、従来の走査型光学顕微鏡は、肉眼視での蛍光観察が可能となっていた。しかし、このためにレーザによる励起光学系とは別の肉眼観察用の蛍光照明系が必要であり、また励起光と観察光とでは異なる分光特性を持っているために、肉眼では正確に蛍光観察像を認識することができないという欠点があった。
【０００５】
このような問題を解決するためのものとして、特開平６−２７３８６公報には、スポット走査に使用する光源をそのまま肉眼観察に使用することのできる走査型光学顕微鏡が開示されている。
【０００６】
図６は、従来の走査型光学顕微鏡の構成を示す図である。
同図に示すように、この走査型光学顕微鏡は、レーザ光源１から出射したレーザビームのビーム径を所定径に拡大するビームエクスパンダー２を備えており、このビームエクスパンダー２により所定径に拡大されたレーザビームは、コレクタレンズ３により平行光束に変換される。
【０００７】
コレクタレンズ３は、光路に対して着脱自在に設けられた第１のスライダー４に保持されている。この第１のスライダー４には、コレクタレンズ３により平行光束とされたレーザビームを第１の光路側へ反射させる反射ミラー５が固定されている。
【０００８】
また、スキャナー６に近接する光源側の光路上には、第２のスライダー７が光路に対して着脱自在に設けられている。この第２のスライダー７には、反射ミラー８が固定されている。
【０００９】
この反射ミラー８は、第２のスライダー７が光路に配置された状態のときに、第１のスライダー４からのレーザビームをスキャナー６側へ反射させるとともに、スキャナー６からの光を第１の光路側へ反射させている。すなわち、上記第１のスライダー４及び第２のスライダー７により光路選択手段が構成される。
【００１０】
そして、光路上に配置された第１のスライダー４と第２のスライダー７とからのレーザビームを、第１の光路上に配置された固定ミラー９、１０により光学的に結合する。また、固定ミラー９、１０間の光路上には、ダイクロイックミラー１１が配置されており、第２のスライダー７から入射する蛍光を取り出している。
【００１１】
一方、レーザ光源１とスキャナー６との間の光路上であって、第１のスライダー挿入位置から所定距離だけ離れたところに、ビーム径が大きく拡大されたレーザビームを平行光束に変換するコレクタレンズ１２が配置されている。
【００１２】
このコレクタレンズ１２は、第１のスライダー４が光路上に挿入されていないときに、上記ビームエクスパンダー２よりも倍率の大きなビームエクスパンダー２′の一部を構成している。
【００１３】
また、コレクタレンズ１２と同じ大きさの開口を有するコレクタレンズ１３が同一光路上のスキャナー側に配置されており、コレクタレンズ１３により大きなビーム径に拡大されたレーザビームをスキャナー６上に集光させている。
【００１４】
さらに、瞳投影レンズ１４と対物レンズ１５との間の光路には、観察光路プリズム１６が挿脱可能になっており、この観察光路プリズム１６の反射面は、ダイクロイック面となっている。なお、この観察光路プリズム１６の反射面は、第１の光路に配置されたダイクロイックミラー１１と同一特性のものとする。
【００１５】
観察光路プリズム１６で分離された蛍光は、吸収フィルタ１７を介して、蛍光観察像として取り出されるようになっている。この吸収フィルタ１７は、光電子倍増管１８の手前に配置された吸収フィルタ１９と同一特性を有するものとなっている。
【００１６】
標本を光走査して蛍光観察像を得る場合は、第１、第２のスライダー４、７を光路上に挿入するとともに、観察光路プリズム１６を光路から脱して図７に示すような光学系とする。
【００１７】
この場合、レーザ光源１から出射したレーザ光は、ビームエクスパンダー２を通り、励起フィルタ２０、コレクタレンズ３によって、任意径ならびに任意波長の平行光束となる。
【００１８】
そして、ミラー５、８、９、１０によって、平行光束を保ちながら、スキャナー６に導光され、瞳レンズ４、及び対物レンズ１５により走査用のスポット光となる。
【００１９】
この走査用のスポット光により得られた蛍光像は、この光路を逆に進みダイクロイックミラー１１から、スポット投影レンズ２１、標本面上の走査スポットと共役な位置に設定されたピンホール２２、吸収フィルタ１９を介して、光電子像倍管９に出力され電気信号に変換された後に、画像として出力される。
【００２０】
一方、蛍光観察像の最適なコントラストを得るための設定条件を見つけるために肉眼観察をする場合には、第１、第２のスライダー４、７を光路から脱し、観察光路プリズム１６を光路内に挿入し、図８に示すような光学系とする。
【００２１】
第１のスライダー４を光路から脱することにより、ビームエクスパンダー２′が構成される。このビームエクスパンダー２′は、第１の光路を選択した場合に比べて、拡大率が大きくなっている。
【００２２】
したがって、レーザ光源１からのレーザビームは、太いビーム径に変換される。このレーザビームは、コレクタレンズ１３によってスキャナー６の光軸上に集光してスポットを形成する。
【００２３】
そして、スキャナー６で反射したレーザビームが、瞳投影レンズ１４により、観察光路プリズム１６のダイクロイック面を通った後、対物レンズ１５の瞳面に収束する。
【００２４】
対物レンズ１５の瞳面に収束したレーザビームは、対物レンズ１５で平行光束にされて標本Ｏに入射する。その結果、標本Ｏは観察視野の光束径に応じた領域が照明される。
【００２５】
そして、標本Ｏが発する蛍光は、観察光路プリズム１６のダイクロイックとなっている反射面によって分離され、吸収フィルタ１７を透過した蛍光像が肉眼観察される。
【００２６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述のような構成の走査型光学顕微鏡においては、スポット走査に使用するレーザ光源１を、そのまま肉眼観察にも利用するために、第１、第２のスライダー４、７、観察光路プリズム１６を光路から挿脱することが必要である。そのため、光路選択時の操作箇所が多く、その操作が複雑になってしまうという問題があった。
【００２７】
また、複数の光学機器を操作するために、光学機器の取付位置がずれる場合があり、精度上の問題が生ずる場合があった。さらに、第１、第２のスライダー４、７を光路上に挿脱し、且つ異なる光路を構成することから走査型光学顕微鏡の構成が複雑となりコストが高くなってしまうという問題もあった。
【００２８】
本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、スポット光及び肉眼観察用の観察光を同一の光源により併用することができ、且つ特別な光路を設けることなく操作箇所を少なくした走査型光学顕微鏡を提供することを目的とする。
【００２９】
【課題を解決するための手段】
従って、まず、上記目的を達成するために請求項１に係る発明は、レーザー光源から出射した光を光路上に配置された対物レンズを含む複数の光学素子によりスポット光にし、このスポット光を標本上で走査することにより標本を観察する走査型光学顕微鏡において、前記レーザー光源と前記対物レンズとを結ぶ１つの光路上に、前記レーザー光源からの光を前記対物レンズの瞳面に集光することにより前記標本を広い光束径で照射する光束拡幅レンズを挿脱可能に設け、前記光束拡幅レンズを前記光路に挿脱することにより、スポット光を標本面上で走査して行う観察と標本面上を広い光束径で照射して行う観察を切り換えるようにしたことを特徴とする。
【００３０】
また、請求項２に係る発明は、請求項１記載の走査型光学顕微鏡において、前記スポット光を標本上で走査するためのスキャナを備えており、前記光束拡幅レンズは、前記レーザー光源からの平行ビームを前記スキャナ上に集光させることを特徴とする。
【００３１】
さらに、請求項３に係る発明は、請求項１記載の走査型光学顕微鏡において、前記スポット光を標本上で走査するためのスキャナを備えており、前記光束拡幅レンズは、前記スキャナで反射された前記レーザー光源からの平行ビームを拡散光にして瞳投影レンズに入射させることを特徴とする。
請求項４に係る発明は、レーザー光源から出射した光を光路上に配置された対物レンズを含む複数の光学素子により走査用のスポット光にして、このスポット光をスキャナにより標本上で走査して標本を観察する走査型光学顕微鏡において、前記レーザー光源からの光を前記対物レンズの瞳面に集光することにより標本面上を広い光束径で照射する光束拡幅レンズと、前記スキャナと前記対物レンズの間の光路に配置された瞳投影レンズのどちらか一方を選択的に光路に挿入することにより、スポット光を標本面上で走査して行う観察と、標本面上を広い光束径で照射して行う観察を切り換えるようにしたことを特徴とする。
【００３２】
請求項１に係る発明は、レーザー光源と標本とを結ぶ１つの光路上に設けられた光束拡幅レンズにより、標本上で走査されるスポット光線の光束の幅を標本が肉眼観察することができるよう拡幅するので、特別な光路を設けずに肉眼観察を行なうことができる。
【００３３】
請求項２に係る発明は、請求項１記載の走査型光学顕微鏡の光束拡幅レンズが、前記レーザー光源からの平行ビームをスキャナ上に集光させることによって、標本の肉眼観察を可能にする。
【００３４】
請求項３に係る発明は、請求項１記載の走査型光学顕微鏡の光束拡幅レンズが、スキャナで反射されたレーザー光源からの平行ビームを拡散光にしてから瞳投影レンズに入射させることにより、標本の肉眼観察を可能にする。
請求項４に係る発明は、
レーザー光源からの光を対物レンズの瞳面に集光することにより標本面上を広い光束径で照射する光束拡幅レンズと、スキャナと対物レンズの間の光路に配置された瞳投影レンズのどちらか一方を選択的に光路に挿入することにより、スポット光を標本面上で走査して行う観察と、標本面上を広い光束径で照射して行う観察を切り換えるようにしたので、特別な光路を設けずに肉眼観察を行なうことができる。
【００３５】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
＜第１の実施の形態＞
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る走査型光学顕微鏡の光学系の構成を示す図である。また、図２は、同実施の形態における走査型光学顕微鏡のスポット光による標本面上走査時の光学系を示し、図３は、同実施の形態における走査型光学顕微鏡の肉眼観察時における光学系を示している。
【００３６】
同図に示すように、レーザ光源３１から出射するレーザビームのビーム光路上には、レーザビームのビーム径を所定径に拡大するビームエクスパンダー３２が配置されている。このビームエクスパンダ３２は、コレクタレンズ３２ａ，３２ｂ、ピンホール３２ｃ、励起フィルタ３２ｄを備えている。
【００３７】
コレクタレンズ３２ａは、レーザ光源１から出射したレーザビームを集光する。
ピンホール３２ｃは、コレクタレンズ３２ａにより集光されたレーザビームのうち、所定の位置のレーザビームを通過させる。
【００３８】
励起フィルタ３２ｄは、ピンホール３２ｃを通過したレーザビームのうち、任意の励起波長のレーザビームのみを通過させる。コレクタレンズ３２ｂは、励起フィルタ３２ｄを通過した任意の波長のレーザビームを平行光束に変換する。
【００３９】
ビームエクスパンダ３２により所定の径に拡大されたレーザビームのビーム光路上には、ダイクロイックミラー３３及び標本Ｏ面上でスポット光を走査するスキャナー３４が配置されている。
【００４０】
ダイクロイックミラー３３とスキャナー３４との間のＡ部には、光路に対して挿脱可能に配置された集光系のレンズ３５が設けられる。このレンズ３５を光路に対して挿脱させる方法は、例えば、スライダーにレンズ３５を取り付けることにより行なわれる。
【００４１】
そして、スキャナー３４から照射されるレーザビームのビーム光路上には、レーザビームを集光する瞳投影レンズ３６、対物レンズ３７が配置されている。また、瞳投影レンズ３６と対物レンズ３７との間には、光路に対して挿脱可能に配置された観察光路プリズム３８が配置されている。
【００４２】
この観察光路プリズム３８の反射面は、ダイクロイック面になっており、標本Ｏからの蛍光は、そのまま観察光路に導光される。この観察光路上には、吸収フィルタ３９が配置されており、この吸収フィルタ３９通過後の蛍光により肉眼観察が可能となる。
【００４３】
一方、ダイクロイックミラー３３の反射光路上には、集光系のコレクタレンズ４０、ピンホール４１、特定の波長を通過させる吸収フィルタ４２が配置されており、この吸収フィルタ４２を通過したレーザ光を光電子倍増管４３により検出する構成となっている。
【００４４】
次に、上述の如く構成された走査型光学顕微鏡の動作を説明する。
まず、レーザ光源１から出射したレーザ光は、レーザ光源１の出射端に配置されたビームエクスパンダ３２のコレクタレンズ３２ａによりビーム径が所定の径にまで拡大され、励起フィルタ３２ｄにより任意の励起波長が選択された後、コレクタレンズ３２ｂにより平行光束に変換される。
【００４５】
ダイクロイックミラー３３とスキャナー３４との間の光路上にレンズ３５が配置されていない場合、図２に示すように、レーザ光は、平行光束を保ったままスキャナー３４に照射され、瞳投影レンズ３６で収束された後、対物レンズ３７に入射する。
【００４６】
対物レンズ３７は、この瞳投影レンズ３６から入射した光を集光し、スポット光として標本Ｏ面上で走査する。この標本Ｏ面上でのスポット光の走査は、スキャナー３４を駆動することにより行なわれる。
【００４７】
スポット光を走査することにより、標本Ｏから得られる蛍光発光は、対物レンズ３７ならびに瞳投影レンズ３６を通過した後、スキャナー３４まで戻り、偏向が打ち消された後、光路上に配置されたダイクロイックミラー３３によって光路が分離される。
【００４８】
そして、コレクタレンズ４０、ピンホール４１、吸収フィルタ４２を通過して、光電子倍増管４３に導光された後に電気信号に変換される。この光電子倍増管４により電気信号に変換された電気信号は、スキャナー３４の動作に同期して画像メモリに蓄積され、ビデオ信号に同期させて読み出すことにより、画像モニタ上での蛍光像が得られることになる。
【００４９】
次に、肉眼観察を行なう場合について説明する。この場合、図３に示すように、ダイクロイックミラー３３とスキャナー３４との間のＡ部に集光系のレンズ３５を挿入する。
【００５０】
レーザ光源１から出射したレーザ光は、レーザ光源１の出射端に配置されたビームエクスパンダ３２のコレクタレンズ３２ａによりビーム径が所定の径にまで拡大され、励起フィルタ３２ｄにより任意の励起波長が選択された後、コレクタレンズ３２ｂにより平行光束に変換される。
【００５１】
そして、ダイクロイックミラー３３、光路上に挿入された集光系のレンズ３５を通過した後、スキャナー３４の光軸上に集光してスポットを形成する。スキャナー３４で反射したレーザ光は、瞳投影レンズ３６によって対物レンズ３７の瞳面に集光し、その後、対物レンズ３７で平行光束に変換され標本Ｏ面上を観察視野に応じた広い光束径で照明する。
【００５２】
得られた標本Ｏの蛍光は、対物レンズ３７を通り、光路上に挿入された観察光路プリズム３８に入射する。この観察光路プリズ３８の反射面は、ダイクロイック面となっていることから、標本Ｏからの蛍光は、そのまま観察光路へと導光され、吸収フィルタ３９を通り、蛍光像の肉眼観察が可能になる。
【００５３】
なお、上述の説明においては、ダイクロイックミラー３３とスキャナー３４との間のＡ部にレンズ３５を挿入することにより標本上に走査される光束の幅を変化させたが、レンズ３５を挿入する位置は、この位置に限られるものではない。
【００５４】
また、光路上に挿入する光学素子は、必ずしもレンズである必要はなく、回折格子、ＡＯＤ（光偏向器）等であってもよい。
さらに、光束を変化させるための手段は、光路上に光学素子を挿脱する方法に限らず、走査型光学顕微鏡のレーザ光源１から標本Ｏまでの光路上において用いられている光学素子の位置をずらすことにより光束の幅を変化させてもよい。
【００５５】
さらに、レーザ光源１から標本Ｏまでの光路上において用いられている各光学素子に代えて異なる特性を有する光学素子を光路上に挿入することによっても光束の幅を変化させることができる。
【００５６】
図４は、瞳投影レンズ３６に代えて、異なる特性を有する瞳投影レンズ５１を光路上に挿入した場合を示す図である。同図に示すように、瞳投影レンズ５１を挿入することにより、標本Ｏ上に照射されるレーザ光が観察視野に応じた広い光束径で照明され、肉眼観察を行なうことができる。
【００５７】
したがって、本実施の形態に係る走査型光学顕微鏡によれば、スポット走査と同一の分光特性のもとでの肉眼による蛍光観察が可能となり、蛍光の明るさや色を肉眼視によって正確に認識することができる。
【００５８】
また、肉眼観察用の光路を特別に設ける必要がないことから、走査型光学顕微鏡の構成自体を小型化することができ、その結果、コストを低減することができる。
＜第２の実施の形態＞
図５は、本発明の第２の実施の形態に係る走査型光学顕微鏡の光学系の構成を示す図である。なお、図１と同一部分には、同一符号を付し、その説明を省略し、ここでは異なる部分についてのみ述べる。
【００５９】
上述の第１の実施の形態に係る走査型光学顕微鏡の構成と第２の実施の形態に係る走査型光学顕微鏡の構成と異なる点は、光路上に挿入されるレンズの位置にある。
【００６０】
すなわち、本実施の形態に係る走査型光学顕微鏡の特徴は、上述の第１の実施の形態に係る走査型光学顕微鏡において述べたように、ダイクロイックミラー３３とスキャナー３４との間のＡ部に集光系レンズ３６を挿入する代わりに、スキャナー３４と観察光路プリズム３８との間の光路上のＢ部に拡大光学系のレンズ５５を挿脱可能に設けることにある。
【００６１】
このような構成を採用することにより、Ｂ部に拡大光学系のレンズ５５を挿入した場合、スキャナー３４からの平行光束は、レンズ５５により、その光束が拡大された後に、集光系レンズ３６に入射する、そして、この集光系レンズ３６により、拡大された光束が集光される。
【００６２】
このとき、レンズ５５を挿入したことにより、レンズ５５を挿入しない場合に比べて異なる位置に集光位置が定まり、その結果、標本Ｏ上に観察視野に応じた広い光束径で照明が行なわれることになる。
【００６３】
従って、このような構成を採用しても、上述の第１の実施の形態に係る走査型光学顕微鏡と同様に、スポット走査と同一の分光特性のもとでの肉眼による蛍光観察が可能となり、蛍光の明るさや色を肉眼視によって正確に認識することができる。
【００６４】
また、肉眼観察用の光路を特別に設ける必要がないことから、走査型光学顕微鏡の構成自体を小型化することができ、その結果、コストを低減することができる。
【００６５】
【発明の効果】
以上詳記したように、本発明によれば、スポット光及び肉眼観察用の観察光を同一の光源により併用することができ、且つ特別な光路を設けることなく操作箇所を少なくした走査型光学顕微鏡を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る走査型光学顕微鏡の光学系の構成を示す図である。
【図２】同実施の形態における走査型光学顕微鏡のスポット光による標本面上走査時の光学系を示す図である。
【図３】同実施の形態における走査型光学顕微鏡の肉眼観察時における光学系を示す図である。
【図４】同実施の形態における走査型光学顕微鏡における光学系の変形例を示す図である。
【図５】本発明の第２の実施の形態に係る走査型光学顕微鏡の光学系の構成を示す図である
【図６】従来の走査型光学顕微鏡の構成を示す図である。
【図７】従来の走査型光学顕微鏡における観察画像を得るための光路を説明するための図である。
【図８】従来の走査型光学顕微鏡における肉眼観察を行なう場合の光路を説明するための図である。
【符号の説明】
３１…レーザ光源、３２…ビームエクスパンダー、３２ａ，３２ｂ…コレクタレンズ、３２ｃ…ピンホール、３２ｄ…励起フィルタ、３３…ダイクロイックミラー、３４…スキャナー、３５…集光系のレンズ、３６…瞳投影レンズ、３７…対物レンズ、３８…観察光路プリズム、３９…吸収フィルタ、４０…集光系のコレクタレンズ、４１…ピンホール、４２…吸収フィルタ、４３…光電子倍増管、５１…瞳投影レンズ、５５…拡大光学系のレンズ。
【発明の属する技術分野】
本発明は、スポット光で標本を走査することにより標本像を得る走査型光学顕微鏡に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の走査型光学顕微鏡においては、標本の蛍光観察像のコントラストを最適なものとするために、励起波長の選択フィルタや吸収フィルタ、ダイクロイックミラーなどを標本に応じて適当に選択する必要がある。
【０００３】
このフィルタ等の設定条件を見つける場合、モニターで観察標本画像を確認してコントラストの良くなる条件を決めるよりも、肉眼視によって蛍光の明るさと色とを確認しながら設定条件を決定する方が容易、かつ迅速である。
【０００４】
このような理由から、従来の走査型光学顕微鏡は、肉眼視での蛍光観察が可能となっていた。しかし、このためにレーザによる励起光学系とは別の肉眼観察用の蛍光照明系が必要であり、また励起光と観察光とでは異なる分光特性を持っているために、肉眼では正確に蛍光観察像を認識することができないという欠点があった。
【０００５】
このような問題を解決するためのものとして、特開平６−２７３８６公報には、スポット走査に使用する光源をそのまま肉眼観察に使用することのできる走査型光学顕微鏡が開示されている。
【０００６】
図６は、従来の走査型光学顕微鏡の構成を示す図である。
同図に示すように、この走査型光学顕微鏡は、レーザ光源１から出射したレーザビームのビーム径を所定径に拡大するビームエクスパンダー２を備えており、このビームエクスパンダー２により所定径に拡大されたレーザビームは、コレクタレンズ３により平行光束に変換される。
【０００７】
コレクタレンズ３は、光路に対して着脱自在に設けられた第１のスライダー４に保持されている。この第１のスライダー４には、コレクタレンズ３により平行光束とされたレーザビームを第１の光路側へ反射させる反射ミラー５が固定されている。
【０００８】
また、スキャナー６に近接する光源側の光路上には、第２のスライダー７が光路に対して着脱自在に設けられている。この第２のスライダー７には、反射ミラー８が固定されている。
【０００９】
この反射ミラー８は、第２のスライダー７が光路に配置された状態のときに、第１のスライダー４からのレーザビームをスキャナー６側へ反射させるとともに、スキャナー６からの光を第１の光路側へ反射させている。すなわち、上記第１のスライダー４及び第２のスライダー７により光路選択手段が構成される。
【００１０】
そして、光路上に配置された第１のスライダー４と第２のスライダー７とからのレーザビームを、第１の光路上に配置された固定ミラー９、１０により光学的に結合する。また、固定ミラー９、１０間の光路上には、ダイクロイックミラー１１が配置されており、第２のスライダー７から入射する蛍光を取り出している。
【００１１】
一方、レーザ光源１とスキャナー６との間の光路上であって、第１のスライダー挿入位置から所定距離だけ離れたところに、ビーム径が大きく拡大されたレーザビームを平行光束に変換するコレクタレンズ１２が配置されている。
【００１２】
このコレクタレンズ１２は、第１のスライダー４が光路上に挿入されていないときに、上記ビームエクスパンダー２よりも倍率の大きなビームエクスパンダー２′の一部を構成している。
【００１３】
また、コレクタレンズ１２と同じ大きさの開口を有するコレクタレンズ１３が同一光路上のスキャナー側に配置されており、コレクタレンズ１３により大きなビーム径に拡大されたレーザビームをスキャナー６上に集光させている。
【００１４】
さらに、瞳投影レンズ１４と対物レンズ１５との間の光路には、観察光路プリズム１６が挿脱可能になっており、この観察光路プリズム１６の反射面は、ダイクロイック面となっている。なお、この観察光路プリズム１６の反射面は、第１の光路に配置されたダイクロイックミラー１１と同一特性のものとする。
【００１５】
観察光路プリズム１６で分離された蛍光は、吸収フィルタ１７を介して、蛍光観察像として取り出されるようになっている。この吸収フィルタ１７は、光電子倍増管１８の手前に配置された吸収フィルタ１９と同一特性を有するものとなっている。
【００１６】
標本を光走査して蛍光観察像を得る場合は、第１、第２のスライダー４、７を光路上に挿入するとともに、観察光路プリズム１６を光路から脱して図７に示すような光学系とする。
【００１７】
この場合、レーザ光源１から出射したレーザ光は、ビームエクスパンダー２を通り、励起フィルタ２０、コレクタレンズ３によって、任意径ならびに任意波長の平行光束となる。
【００１８】
そして、ミラー５、８、９、１０によって、平行光束を保ちながら、スキャナー６に導光され、瞳レンズ４、及び対物レンズ１５により走査用のスポット光となる。
【００１９】
この走査用のスポット光により得られた蛍光像は、この光路を逆に進みダイクロイックミラー１１から、スポット投影レンズ２１、標本面上の走査スポットと共役な位置に設定されたピンホール２２、吸収フィルタ１９を介して、光電子像倍管９に出力され電気信号に変換された後に、画像として出力される。
【００２０】
一方、蛍光観察像の最適なコントラストを得るための設定条件を見つけるために肉眼観察をする場合には、第１、第２のスライダー４、７を光路から脱し、観察光路プリズム１６を光路内に挿入し、図８に示すような光学系とする。
【００２１】
第１のスライダー４を光路から脱することにより、ビームエクスパンダー２′が構成される。このビームエクスパンダー２′は、第１の光路を選択した場合に比べて、拡大率が大きくなっている。
【００２２】
したがって、レーザ光源１からのレーザビームは、太いビーム径に変換される。このレーザビームは、コレクタレンズ１３によってスキャナー６の光軸上に集光してスポットを形成する。
【００２３】
そして、スキャナー６で反射したレーザビームが、瞳投影レンズ１４により、観察光路プリズム１６のダイクロイック面を通った後、対物レンズ１５の瞳面に収束する。
【００２４】
対物レンズ１５の瞳面に収束したレーザビームは、対物レンズ１５で平行光束にされて標本Ｏに入射する。その結果、標本Ｏは観察視野の光束径に応じた領域が照明される。
【００２５】
そして、標本Ｏが発する蛍光は、観察光路プリズム１６のダイクロイックとなっている反射面によって分離され、吸収フィルタ１７を透過した蛍光像が肉眼観察される。
【００２６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述のような構成の走査型光学顕微鏡においては、スポット走査に使用するレーザ光源１を、そのまま肉眼観察にも利用するために、第１、第２のスライダー４、７、観察光路プリズム１６を光路から挿脱することが必要である。そのため、光路選択時の操作箇所が多く、その操作が複雑になってしまうという問題があった。
【００２７】
また、複数の光学機器を操作するために、光学機器の取付位置がずれる場合があり、精度上の問題が生ずる場合があった。さらに、第１、第２のスライダー４、７を光路上に挿脱し、且つ異なる光路を構成することから走査型光学顕微鏡の構成が複雑となりコストが高くなってしまうという問題もあった。
【００２８】
本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、スポット光及び肉眼観察用の観察光を同一の光源により併用することができ、且つ特別な光路を設けることなく操作箇所を少なくした走査型光学顕微鏡を提供することを目的とする。
【００２９】
【課題を解決するための手段】
従って、まず、上記目的を達成するために請求項１に係る発明は、レーザー光源から出射した光を光路上に配置された対物レンズを含む複数の光学素子によりスポット光にし、このスポット光を標本上で走査することにより標本を観察する走査型光学顕微鏡において、前記レーザー光源と前記対物レンズとを結ぶ１つの光路上に、前記レーザー光源からの光を前記対物レンズの瞳面に集光することにより前記標本を広い光束径で照射する光束拡幅レンズを挿脱可能に設け、前記光束拡幅レンズを前記光路に挿脱することにより、スポット光を標本面上で走査して行う観察と標本面上を広い光束径で照射して行う観察を切り換えるようにしたことを特徴とする。
【００３０】
また、請求項２に係る発明は、請求項１記載の走査型光学顕微鏡において、前記スポット光を標本上で走査するためのスキャナを備えており、前記光束拡幅レンズは、前記レーザー光源からの平行ビームを前記スキャナ上に集光させることを特徴とする。
【００３１】
さらに、請求項３に係る発明は、請求項１記載の走査型光学顕微鏡において、前記スポット光を標本上で走査するためのスキャナを備えており、前記光束拡幅レンズは、前記スキャナで反射された前記レーザー光源からの平行ビームを拡散光にして瞳投影レンズに入射させることを特徴とする。
請求項４に係る発明は、レーザー光源から出射した光を光路上に配置された対物レンズを含む複数の光学素子により走査用のスポット光にして、このスポット光をスキャナにより標本上で走査して標本を観察する走査型光学顕微鏡において、前記レーザー光源からの光を前記対物レンズの瞳面に集光することにより標本面上を広い光束径で照射する光束拡幅レンズと、前記スキャナと前記対物レンズの間の光路に配置された瞳投影レンズのどちらか一方を選択的に光路に挿入することにより、スポット光を標本面上で走査して行う観察と、標本面上を広い光束径で照射して行う観察を切り換えるようにしたことを特徴とする。
【００３２】
請求項１に係る発明は、レーザー光源と標本とを結ぶ１つの光路上に設けられた光束拡幅レンズにより、標本上で走査されるスポット光線の光束の幅を標本が肉眼観察することができるよう拡幅するので、特別な光路を設けずに肉眼観察を行なうことができる。
【００３３】
請求項２に係る発明は、請求項１記載の走査型光学顕微鏡の光束拡幅レンズが、前記レーザー光源からの平行ビームをスキャナ上に集光させることによって、標本の肉眼観察を可能にする。
【００３４】
請求項３に係る発明は、請求項１記載の走査型光学顕微鏡の光束拡幅レンズが、スキャナで反射されたレーザー光源からの平行ビームを拡散光にしてから瞳投影レンズに入射させることにより、標本の肉眼観察を可能にする。
請求項４に係る発明は、
レーザー光源からの光を対物レンズの瞳面に集光することにより標本面上を広い光束径で照射する光束拡幅レンズと、スキャナと対物レンズの間の光路に配置された瞳投影レンズのどちらか一方を選択的に光路に挿入することにより、スポット光を標本面上で走査して行う観察と、標本面上を広い光束径で照射して行う観察を切り換えるようにしたので、特別な光路を設けずに肉眼観察を行なうことができる。
【００３５】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
＜第１の実施の形態＞
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る走査型光学顕微鏡の光学系の構成を示す図である。また、図２は、同実施の形態における走査型光学顕微鏡のスポット光による標本面上走査時の光学系を示し、図３は、同実施の形態における走査型光学顕微鏡の肉眼観察時における光学系を示している。
【００３６】
同図に示すように、レーザ光源３１から出射するレーザビームのビーム光路上には、レーザビームのビーム径を所定径に拡大するビームエクスパンダー３２が配置されている。このビームエクスパンダ３２は、コレクタレンズ３２ａ，３２ｂ、ピンホール３２ｃ、励起フィルタ３２ｄを備えている。
【００３７】
コレクタレンズ３２ａは、レーザ光源１から出射したレーザビームを集光する。
ピンホール３２ｃは、コレクタレンズ３２ａにより集光されたレーザビームのうち、所定の位置のレーザビームを通過させる。
【００３８】
励起フィルタ３２ｄは、ピンホール３２ｃを通過したレーザビームのうち、任意の励起波長のレーザビームのみを通過させる。コレクタレンズ３２ｂは、励起フィルタ３２ｄを通過した任意の波長のレーザビームを平行光束に変換する。
【００３９】
ビームエクスパンダ３２により所定の径に拡大されたレーザビームのビーム光路上には、ダイクロイックミラー３３及び標本Ｏ面上でスポット光を走査するスキャナー３４が配置されている。
【００４０】
ダイクロイックミラー３３とスキャナー３４との間のＡ部には、光路に対して挿脱可能に配置された集光系のレンズ３５が設けられる。このレンズ３５を光路に対して挿脱させる方法は、例えば、スライダーにレンズ３５を取り付けることにより行なわれる。
【００４１】
そして、スキャナー３４から照射されるレーザビームのビーム光路上には、レーザビームを集光する瞳投影レンズ３６、対物レンズ３７が配置されている。また、瞳投影レンズ３６と対物レンズ３７との間には、光路に対して挿脱可能に配置された観察光路プリズム３８が配置されている。
【００４２】
この観察光路プリズム３８の反射面は、ダイクロイック面になっており、標本Ｏからの蛍光は、そのまま観察光路に導光される。この観察光路上には、吸収フィルタ３９が配置されており、この吸収フィルタ３９通過後の蛍光により肉眼観察が可能となる。
【００４３】
一方、ダイクロイックミラー３３の反射光路上には、集光系のコレクタレンズ４０、ピンホール４１、特定の波長を通過させる吸収フィルタ４２が配置されており、この吸収フィルタ４２を通過したレーザ光を光電子倍増管４３により検出する構成となっている。
【００４４】
次に、上述の如く構成された走査型光学顕微鏡の動作を説明する。
まず、レーザ光源１から出射したレーザ光は、レーザ光源１の出射端に配置されたビームエクスパンダ３２のコレクタレンズ３２ａによりビーム径が所定の径にまで拡大され、励起フィルタ３２ｄにより任意の励起波長が選択された後、コレクタレンズ３２ｂにより平行光束に変換される。
【００４５】
ダイクロイックミラー３３とスキャナー３４との間の光路上にレンズ３５が配置されていない場合、図２に示すように、レーザ光は、平行光束を保ったままスキャナー３４に照射され、瞳投影レンズ３６で収束された後、対物レンズ３７に入射する。
【００４６】
対物レンズ３７は、この瞳投影レンズ３６から入射した光を集光し、スポット光として標本Ｏ面上で走査する。この標本Ｏ面上でのスポット光の走査は、スキャナー３４を駆動することにより行なわれる。
【００４７】
スポット光を走査することにより、標本Ｏから得られる蛍光発光は、対物レンズ３７ならびに瞳投影レンズ３６を通過した後、スキャナー３４まで戻り、偏向が打ち消された後、光路上に配置されたダイクロイックミラー３３によって光路が分離される。
【００４８】
そして、コレクタレンズ４０、ピンホール４１、吸収フィルタ４２を通過して、光電子倍増管４３に導光された後に電気信号に変換される。この光電子倍増管４により電気信号に変換された電気信号は、スキャナー３４の動作に同期して画像メモリに蓄積され、ビデオ信号に同期させて読み出すことにより、画像モニタ上での蛍光像が得られることになる。
【００４９】
次に、肉眼観察を行なう場合について説明する。この場合、図３に示すように、ダイクロイックミラー３３とスキャナー３４との間のＡ部に集光系のレンズ３５を挿入する。
【００５０】
レーザ光源１から出射したレーザ光は、レーザ光源１の出射端に配置されたビームエクスパンダ３２のコレクタレンズ３２ａによりビーム径が所定の径にまで拡大され、励起フィルタ３２ｄにより任意の励起波長が選択された後、コレクタレンズ３２ｂにより平行光束に変換される。
【００５１】
そして、ダイクロイックミラー３３、光路上に挿入された集光系のレンズ３５を通過した後、スキャナー３４の光軸上に集光してスポットを形成する。スキャナー３４で反射したレーザ光は、瞳投影レンズ３６によって対物レンズ３７の瞳面に集光し、その後、対物レンズ３７で平行光束に変換され標本Ｏ面上を観察視野に応じた広い光束径で照明する。
【００５２】
得られた標本Ｏの蛍光は、対物レンズ３７を通り、光路上に挿入された観察光路プリズム３８に入射する。この観察光路プリズ３８の反射面は、ダイクロイック面となっていることから、標本Ｏからの蛍光は、そのまま観察光路へと導光され、吸収フィルタ３９を通り、蛍光像の肉眼観察が可能になる。
【００５３】
なお、上述の説明においては、ダイクロイックミラー３３とスキャナー３４との間のＡ部にレンズ３５を挿入することにより標本上に走査される光束の幅を変化させたが、レンズ３５を挿入する位置は、この位置に限られるものではない。
【００５４】
また、光路上に挿入する光学素子は、必ずしもレンズである必要はなく、回折格子、ＡＯＤ（光偏向器）等であってもよい。
さらに、光束を変化させるための手段は、光路上に光学素子を挿脱する方法に限らず、走査型光学顕微鏡のレーザ光源１から標本Ｏまでの光路上において用いられている光学素子の位置をずらすことにより光束の幅を変化させてもよい。
【００５５】
さらに、レーザ光源１から標本Ｏまでの光路上において用いられている各光学素子に代えて異なる特性を有する光学素子を光路上に挿入することによっても光束の幅を変化させることができる。
【００５６】
図４は、瞳投影レンズ３６に代えて、異なる特性を有する瞳投影レンズ５１を光路上に挿入した場合を示す図である。同図に示すように、瞳投影レンズ５１を挿入することにより、標本Ｏ上に照射されるレーザ光が観察視野に応じた広い光束径で照明され、肉眼観察を行なうことができる。
【００５７】
したがって、本実施の形態に係る走査型光学顕微鏡によれば、スポット走査と同一の分光特性のもとでの肉眼による蛍光観察が可能となり、蛍光の明るさや色を肉眼視によって正確に認識することができる。
【００５８】
また、肉眼観察用の光路を特別に設ける必要がないことから、走査型光学顕微鏡の構成自体を小型化することができ、その結果、コストを低減することができる。
＜第２の実施の形態＞
図５は、本発明の第２の実施の形態に係る走査型光学顕微鏡の光学系の構成を示す図である。なお、図１と同一部分には、同一符号を付し、その説明を省略し、ここでは異なる部分についてのみ述べる。
【００５９】
上述の第１の実施の形態に係る走査型光学顕微鏡の構成と第２の実施の形態に係る走査型光学顕微鏡の構成と異なる点は、光路上に挿入されるレンズの位置にある。
【００６０】
すなわち、本実施の形態に係る走査型光学顕微鏡の特徴は、上述の第１の実施の形態に係る走査型光学顕微鏡において述べたように、ダイクロイックミラー３３とスキャナー３４との間のＡ部に集光系レンズ３６を挿入する代わりに、スキャナー３４と観察光路プリズム３８との間の光路上のＢ部に拡大光学系のレンズ５５を挿脱可能に設けることにある。
【００６１】
このような構成を採用することにより、Ｂ部に拡大光学系のレンズ５５を挿入した場合、スキャナー３４からの平行光束は、レンズ５５により、その光束が拡大された後に、集光系レンズ３６に入射する、そして、この集光系レンズ３６により、拡大された光束が集光される。
【００６２】
このとき、レンズ５５を挿入したことにより、レンズ５５を挿入しない場合に比べて異なる位置に集光位置が定まり、その結果、標本Ｏ上に観察視野に応じた広い光束径で照明が行なわれることになる。
【００６３】
従って、このような構成を採用しても、上述の第１の実施の形態に係る走査型光学顕微鏡と同様に、スポット走査と同一の分光特性のもとでの肉眼による蛍光観察が可能となり、蛍光の明るさや色を肉眼視によって正確に認識することができる。
【００６４】
また、肉眼観察用の光路を特別に設ける必要がないことから、走査型光学顕微鏡の構成自体を小型化することができ、その結果、コストを低減することができる。
【００６５】
【発明の効果】
以上詳記したように、本発明によれば、スポット光及び肉眼観察用の観察光を同一の光源により併用することができ、且つ特別な光路を設けることなく操作箇所を少なくした走査型光学顕微鏡を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る走査型光学顕微鏡の光学系の構成を示す図である。
【図２】同実施の形態における走査型光学顕微鏡のスポット光による標本面上走査時の光学系を示す図である。
【図３】同実施の形態における走査型光学顕微鏡の肉眼観察時における光学系を示す図である。
【図４】同実施の形態における走査型光学顕微鏡における光学系の変形例を示す図である。
【図５】本発明の第２の実施の形態に係る走査型光学顕微鏡の光学系の構成を示す図である
【図６】従来の走査型光学顕微鏡の構成を示す図である。
【図７】従来の走査型光学顕微鏡における観察画像を得るための光路を説明するための図である。
【図８】従来の走査型光学顕微鏡における肉眼観察を行なう場合の光路を説明するための図である。
【符号の説明】
３１…レーザ光源、３２…ビームエクスパンダー、３２ａ，３２ｂ…コレクタレンズ、３２ｃ…ピンホール、３２ｄ…励起フィルタ、３３…ダイクロイックミラー、３４…スキャナー、３５…集光系のレンズ、３６…瞳投影レンズ、３７…対物レンズ、３８…観察光路プリズム、３９…吸収フィルタ、４０…集光系のコレクタレンズ、４１…ピンホール、４２…吸収フィルタ、４３…光電子倍増管、５１…瞳投影レンズ、５５…拡大光学系のレンズ。
Claims (4)
- レーザー光源から出射した光を光路上に配置された対物レンズを含む複数の光学素子によりスポット光にし、このスポット光を標本上で走査することにより標本を観察する走査型光学顕微鏡において、
前記レーザー光源と前記対物レンズとを結ぶ１つの光路上に、前記レーザー光源からの光を前記対物レンズの瞳面に集光することにより前記標本を広い光束径で照射する光束拡幅レンズを挿脱可能に設け、
前記光束拡幅レンズを前記光路に挿脱することにより、スポット光を標本面上で走査して行う観察と標本面上を広い光束径で照射して行う観察を切り換えるようにしたことを特徴とする走査型光学顕微鏡。 - 前記スポット光を標本上で走査するためのスキャナを備えており、
前記光束拡幅レンズは、前記レーザー光源からの平行ビームを前記スキャナ上に集光させることを特徴とする請求項１記載の走査型光学顕微鏡。 - 前記スポット光を標本上で走査するためのスキャナを備えており、
前記光束拡幅レンズは、前記スキャナで反射された前記レーザー光源からの平行ビームを拡散光にして瞳投影レンズに入射させることを特徴とする請求項１記載の走査型光学顕微鏡。 - レーザー光源から出射した光を光路上に配置された対物レンズを含む複数の光学素子により走査用のスポット光にして、このスポット光をスキャナにより標本上で走査して標本を観察する走査型光学顕微鏡において、
前記レーザー光源からの光を前記対物レンズの瞳面に集光することにより標本面上を広い光束径で照射する光束拡幅レンズと、前記スキャナと前記対物レンズの間の光路に配置された瞳投影レンズのどちらか一方を選択的に光路に挿入することにより、スポット光を標本面上で走査して行う観察と、標本面上を広い光束径で照射して行う観察を切り換えるようにしたことを特徴とする走査型光学顕微 鏡。
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