JP3952499B2 - Confocal scanner microscope - Google Patents

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JP3952499B2 JP2002252426A JP2002252426A JP3952499B2 JP 3952499 B2 JP3952499 B2 JP 3952499B2 JP 2002252426 A JP2002252426 A JP 2002252426A JP 2002252426 A JP2002252426 A JP 2002252426A JP 3952499 B2 JP3952499 B2 JP 3952499B2
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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、共焦点スキャナ顕微鏡に関し、特に、画質と感度の改善に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来より共焦点スキャナ顕微鏡はよく知られている(例えば、特許文献1参照。)。図4はそのような共焦点スキャナ顕微鏡の要部の原理構成図である。図4において、レーザ光源1から発せられたレーザ光束は、まず励起フィルター(図示せず)を通して、光源の余分な波長成分を取り除き励起に使用する波長成分のみを出射させる。
【0003】
この出射光(レーザ光)は適当なビーム径に広げられた後、スキャナ部のマイクロレンズアレイディスク2のマイクロレンズアレイに入射する。一つ一つのマイクロレンズでレーザ光は各々に対応配置されたピンホールディスク3のピンホール上に集光される。
【0004】
この集光によって、ピンホールディスク3を通過できる光量は大幅に向上される。また同時に、ピンホール以外のディスク表面での反射光(ノイズ光)が減少し、S/N比も向上される。
【0005】
この場合、マイクロレンズアレイディスクとピンホールディスク3の間にはダイクロイックミラー4が配置されており、励起光はこのダイクロイックミラー4を透過する。
【0006】
ピンホールディスク3のピンホールを出たレーザ光は、対物レンズ5を通過後サンプル6を励起する。サンプル6から出た蛍光は再び対物レンズ5とピンホールディスク3のピンホールを通過し、ダイクロイックミラー4で反射して観察光路系に導かれる。
【0007】
スキャナ部から観察光路系に出射された蛍光は、そこに混入している励起光の反射や迷光成分がバリアフィルタ7で除去されてHARP膜を用いたいわゆるHARP方式の高感度撮像カメラ8に入り、サンプル6の蛍光像がこのカメラ8で観測される(HARP膜については例えば非特許文献1参照、HARPカメラについては例えば非特許文献2参照)。
なお、マイクロレンズアレイディスク2とピンホールディスク3は一体構造化されており、回転により観察領域全体をスキャンすることができるようになっている。
【0008】
【特許文献1】
特開平5−60980号公報 (第3頁、第1図)
【0009】
【非特許文献1】
「固体撮像デバイス用高感度HARP膜」、[online]、[2002年8月27日検索]、インターネット<URL:http://www.nhk.or.jp/strl/open99/ki-1/HARP.html>
【0010】
【非特許文献2】
"Ultrahigh-sensitivity HDTV Super-HARP Handheld Camera"、[online]、
[2002年8月27日検索]、インターネット<URL:http://www.nhk.or.jp/strl/open2002/en/tenji/id21/21.html>
【0011】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来の装置においては、その共焦点光スキャナ部分については結像特性の向上や、ピンホールディスク面からの表面反射の低減が図れるなどの利点を有するものの、カメラ撮像においては次のような課題があった。
(1)蛍光分子が少ない場合(最小の場合は1個)には、リアルタイム計測、あるいはズームアップや3次元計測では感度が低すぎて観察できない。
(2)サンプルからの蛍光が赤色の発光の場合、HARP方式の高感度撮像カメラ(HARP方式は日本放送協会NHKにより開発された方式である)などの感度特性は半導体薄膜のバンドギャップに依存しているため、赤色の帯域では1/10になってしまう。
【0012】
代表的なHARP方式の撮像カメラの特性を図5に示す。B/Gchは感光膜にアモルファスセレンを用い、Rchはこれにテルルを加えているが、600〜700nmの赤色で必要な感度は緑の1/4〜1/1000以下と極めて低くなっている。
【0013】
本発明の目的は、上記の課題を解決するもので、イメージ・インテンシファイヤを用いることにより高感度撮像カメラの波長による感度低下の影響をなくし、高画質、高感度の蛍光像を得ることのできる共焦点スキャナ顕微鏡を実現することにある。
本発明の他の目的は、光検出部にフィルタを配置し、このフィルタの特性を変えることにより、容易にサンプルの蛍光物質の種類を同定することができるようにした共焦点スキャナ顕微鏡を実現することにある。
【0014】
【課題を解決するための手段】
このような目的を達成するために、本発明では、
サンプルを励起する励起光を発する光源部と、前記励起光を用いてサンプルを複数のビームで走査するスキャナ部と、緑色で高感度の特性を有し前記サンプルから発光した蛍光を受けてサンプルの画像を撮像する撮像カメラを有した共焦点スキャナ顕微鏡において、
HARP方式の撮像カメラと、
前記サンプルから発光した蛍光を増幅すると共に入力光が緑色に変換されて出力されるイメージインテンシファイアと、
このイメージインテンシファイアと前記HARP方式の撮像カメラの間に配置されイメージインテンシファイアの出力光を集光するレンズと、
前記HARP方式の撮像カメラの出力を受けてサンプルの蛍光像を画面表示する手段
を具備したことを特徴とする。
【0015】
サンプルから発光した蛍光をイメージインテンシファイアで高増幅するため、高感度に観測できる。従来のように蛍光分子が少ないとき感度が低すぎて観察できないという問題は生じない。
また、イメージインテンシファイアを介在させることにより、入力の蛍光はすべて緑色に変換されてHARP方式の撮像カメラに入射するため、HARP方式の撮像カメラの赤方での感度低下の問題も解消されて、すべての蛍光像が高感度に撮像できるという効果がある。
【0016】
この場合、請求項2のように、前記サンプルから発光した蛍光における異なる波長の光を個別に透過する複数のフィルタを備え、各フィルタを切換えてフィルタを透過した光が前記イメージインテンシファイアに入射するように構成することができる。
このように透過波長の異なるフィルタを用いると、容易に蛍光の各波長の光を個別に取り出してカメラで撮像することができる。
【0017】
さらに、請求項3のように、前記フィルタの特性を変えて透過波長領域を変えれば、前記サンプルの蛍光物質を同定することができる。
【0018】
また、請求項4のように、前記サンプルから発光した蛍光をその異なる波長の光ごとに分岐する分岐手段と、前記イメージインテンシファイアとレンズとHARP方式の撮像カメラでなる複数組の検出系を備え、前記分岐手段からの分岐光を別々に前記検出系に導き、複数の分岐光を同時に観測できるように構成することもできる。
【0019】
また、請求項5のように、透過波長域を狭め目的の波長域の光を透過させるバリアフィルタを複数個備え、この各バリアフィルタを通して分岐手段の出力光を前記各イメージインテンシファイアに与えるようにすることもできる。
バリアフィルタを用いることにより目的の波長以外の光を除去することができ、高画質の画像を得ることができる。
【0020】
また、請求項6のように、サンプルの蛍光像を画面表示する手段は、カラー再構成を行って蛍光像を表示できるように構成することもできる。
【0021】
【発明の実施の形態】
以下図面を用いて本発明を詳しく説明する。図1は本発明に係る共焦点スキャナ顕微鏡の一実施例を示す概念的構成図である。図1において、図4と同等部分には同一符号を付してある。図4と異なるところは、光源部10、光検出部20、画像収集装置30および画像表示装置40である。
【0022】
光源部10は、複数の多波長光源11a,11b,11cと、光透過帯域の異なるフィルタ12a,12b,12cと、混合用のダイクロイックミラー13a,13b,13cと、スイッチング機構14から構成されている。
【0023】
各多波長光源11a,11b,11cの出力光をフィルタ12a,12b,12cを通すことによりそれぞれR、G、Bの波長成分の光が取り出される。ダイクロイックミラー13a,13b,13cの部分ではこのR、G、B光を合成し、白色光として出射する。
【0024】
スイッチング機構14はこの白色光の通過と遮断を制御するものである。スイッチング機構14を通過した光は光ファイバ15を経由してミラー16に入射する。ミラー16はこの光を反射してレンズ17に入射する。レンズ17は入射光を平行光として、マイクロレンズアレイディスク2に入射する。
【0025】
光検出部20は、フィルタ21と、イメージインテンシファイア23と、レンズ24と撮像カメラ8より構成されている。
フィルタ21は透過波長特性の異なる複数のフィルタから構成されており、その各フィルタは択一的に選択できるように構成されている。選択機構としては、例えば、円板に複数のフィルタを配列しておき、円板の回転によりフィルタを切換えるなどの機構を用いることができる。
【0026】
フィルタ切り換え期間中は、光源部10のスイッチング機構14により合成光を遮断し、サンプル6への励起光照射を中止する。なお、遮断する必要がない場合は、常時通過の状態にするか、またはスイッチング機構14を除去しておいても構わない。
【0027】
イメージインテンシファイア23はフォトンを100倍程度増幅する。なお、増幅率は可視光の範囲でほぼ一定であり、またその出力は緑色蛍光発光体である。出力が緑色蛍光発光体であるため、すべての入射光は緑色に変換される。
このイメージインテンシファイア23の出力光はレンズ24により集光されて撮像カメラ8に入射する。
【0028】
撮像カメラ8は、撮像画像を増幅し、電気信号に変換して出力する。なお、このHARP方式などの撮像カメラの感度特性は、半導体薄膜のバンドギャップに依存していて、赤方では1/4〜1/1000に低下する。しかし、本発明では、前述のように撮像カメラは緑色の光しか撮像しないので赤方での感度低下に影響されることはない。
【0029】
画像収集装置30は撮像カメラ8が出力する電気信号を画像データに変換して保存する。
画像表示装置40は、通常コンピュータが用いられ、画像収集装置30に格納された画像を読み出し、適宜に処理を行って表示画面に表示する。
【0030】
このような構成における動作を次に説明する。光源部10では3つの多波長光源11a,11b,11cから発せられた光をそれぞれフィルタ12a,12b,12cを通して、R、G、Bの光を得て、これをダイクロイックミラー13a,13b,13cにより合成する。合成された白色光はスイッチング機構14を通過して光ファイバ15に入射する。
【0031】
光ファイバ15から出射された光はミラー16で反射しレンズ17に入射する。レンズ17により平行光となった光はマイクロレンズアレイディスク2に入射する。なお、光ファイバ15の出力光を直接レンズ17に入射させることができる場合には、ミラー16は不要である。
【0032】
レンズ17の出力光をマイクロレンズアレイディスク2に入射した後、サンプル6からの蛍光をダイクロイックミラー4にて反射して取り出すまでの動作は、従来装置と同じであり、ここではその説明を省略する。
【0033】
サンプル6から発せられる蛍光には通常複数の波長が含まれている。そこで、フィルタ21を切換えて各波長の蛍光を個別に透過させる。フィルタを透過した蛍光はイメージインテンシファイア23で増幅され、その出力光はレンズ24で集光され撮像カメラ8に入射する。撮像カメラ8の受像面(図示せず)に結像したサンプル6の蛍光像が撮影される。
【0034】
イメージインテンシファイア23の出力光は、フィルタの透過光とは無関係に常に緑色である。撮像カメラ8ではこの緑色に変換された蛍光像を撮像する。画像収集装置30では、選択したフィルタの種類(または透過波長)の情報と撮像カメラ8の出力画像(緑色画像)信号とを関連付けて保存する。
【0035】
画像表示装置40は、画像収集装置30に保存された画像データとフィルタの情報を読み出し、元の蛍光色に再構成(カラー再構成)して蛍光画像を画面表示する。また、カラー再構成しないで蛍光画像を表示させることももちろん可能である。
【0036】
このようにして、フィルタの透過波長を時分割で変えて蛍光画像を観察することができる。このとき、フィルタの特性を変えることにより蛍光物質の種類を同定することも可能である。
【0037】
さらに、本発明ではイメージインテンシファイアにより蛍光を高増幅するため、蛍光分子が少なくても画像として表示でき、確実に観測することができる。また、イメージインテンシファイアによりすべての蛍光は緑色に変換されるため、撮像カメラでは、従来のような赤方での感度低下に影響されることなく、すべての蛍光を同一感度で撮像することができる。
【0038】
また、インテンシファイア23とレンズ24を用いたことにより、従来よりも高画質を維持しながら、100倍程度の高感度化が得られる。
加えて、光導電膜のバンドギャップ以下の長波長(赤)領域の感度は、撮像カメラの長波長側の感度落ち込みがなく、カメラの赤色の感度低下を1/10とした場合、イメージインテンシファイアの高感度化100倍と合わせて本発明では1000倍程度の高感度化が達成される。
【0039】
図2は本発明の他の実施例図である。図1に示す実施例ではフィルタの波長を変えて波長の異なる蛍光を時分割で計測しているのに対し、本実施例ではダイクロイックミラーを使用して波長の異なる蛍光を同時計測するようにしている。
【0040】
図2において図1と異なるところは光検出部20aである。光検出部20aは、3組の検出系すなわち、ダイクロイックミラー、イメージインテンシファイア、レンズおよび撮像カメラからなる3組の検出系で構成されている。
【0041】
ダイクロイックミラー22a,22b,22cは、蛍光に含まれる3つの波長の光を分岐するものである。なお、本実施例では波長の数に合わせて3分岐以外も可能である。その場合、分岐数に見合う個数のダイクロイックミラー、イメージインテンシファイア、レンズ、撮像カメラが必要である。
【0042】
例えば、第1のダイクロイックミラー22aでは波長λ1の光を透過し、他の波長の光は反射する。次に、第2のダイクロイックミラー22bでは、第1のダイクロイックミラー22aで反射した光を受けて、波長λ2の光を反射し、他の波長の光を透過する。第3のダイクロイックミラー22cでは第2のダイクロイックミラー22bを透過した光を受けて、波長λ3の光を反射する。
【0043】
このようにして3つのダイクロイックミラー22a,22b,22cにより分岐して、3つの波長の蛍光をそれぞれ個別に出力する。なお、各イメージインテンシファイアは、その入力面が前記各蛍光の実像面に一致するように配置される。
【0044】
各イメージインテンシファイア23a,23b,23cは、図1のイメージインテンシファイアと同じ特性のものが使用される。この各イメージインテンシファイアの出力光はレンズ24a,24b,24cによってそれぞれ集光され撮像カメラ8a,8b,8cに入射する。
【0045】
撮像カメラ8a,8b,8cは、図1の撮像カメラ8と同一の感度特性を有し、イメージインテンシファイアからの緑色の光をそれぞれ撮影する。よって、すべての蛍光を同一感度で撮像することができる。
【0046】
3台の撮像カメラはそれぞれ撮像画像(緑色画像)を電気信号に変換して出力する。画像収集装置30は、この電気信号をデジタル画像データに変換し、ダイクロイックミラーで分岐した蛍光の色と対応付けて保存する。
画像表示装置40は、画像収集装置30に保存された画像データを読み出し適宜の処理を施して蛍光画像を画面に表示する。このとき、当該画像に対応付けられた色に再構成(カラー再構成)して、表示する。
【0047】
このようにして、ダイクロイックミラーにより分岐した波長の各蛍光像を同時計測することができる。
なお、本実施例においても図1の場合と同様に、容易に高画質、高感度化を実現することができる。
【0048】
図3は本発明のさらに他の実施例図である。図2と異なるところは各イメージインテンシファイア23a,23b,23cの前にバリアフィルタ25a,25b,25cをそれぞれ配置した点である。このバリアフィルタで透過波長領域を狭めることにより、目的とする波長以外を除去し目的とする波長のみをイメージインテンシファイアに入射させることができ、画像のSN比を向上することができる。
【0049】
なお、本発明は、上記実施例に限定されることなく、その本質から逸脱しない範囲で更に多くの変更、変形をも含むものである。
【0050】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば次のような効果がある。
(1)イメージインテンシファイアとその出力光を集光するレンズを配置してHARP方式の撮像カメラではすべて緑色に変換された実像が撮影されるようにしたことにより、容易に、高画質を維持しながら、従来の装置よりも100倍程度の高感度の画像を得ることができる。
【0051】
(2)さらに、光導電膜のバンドギャップ以下の長波長(赤色)領域については、HARP方式の撮像カメラで撮影しないので、従来装置におけるようなHARP方式の撮影カメラでの長波長側の感度落ち込みはない。等価的に、長波長領域の感度は1000倍程度となる。なお、これは、HARP方式だけでなく赤に感度の低い他の方式の撮像カメラでも、同様の効果が得られ、有効である。
【0052】
(3)また、図1の実施例においてフィルタの透過波長特性を変えることにより容易に蛍光物質の同定が可能となる。
(4)イメージインテンシファイアの前にバリアフィルタを配置して透過波長領域を狭めることにより、容易に画像のSN比を上げることができる。
(5)また、フィルタを変えた画面あるいはダイクロイックミラーで分岐した画面を複数種類得ることにより、容易に撮像画像のカラー化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る共焦点スキャナ顕微鏡の一実施例を示す構成図である。
【図2】本発明の他の実施例を示す構成図である。
【図3】本発明のさらに他の実施例を示す構成図である。
【図4】従来の共焦点スキャナ顕微鏡の要部構成図である。
【図5】HARP方式の撮像カメラの特性の一例を示す図である。
【符号の説明】
2 マイクロレンズアレイディスク
3 ピンホールディスク
4 ダイクロイックミラー
5 対物レンズ
6 サンプル
8,8a,8b,8c 撮像カメラ
10 光源部
11a,11b,11c 多波長光源
12a,12b,12c フィルタ
13a,13b,13c ダイクロイックミラー
14 スイッチング機構
15 光ファイバ
16 ミラー
17 レンズ
20,20a,20b 光検出部
21 フィルタ
22a,22b,22c ダイクロイックミラー
23,23a,23b,23c イメージインテンシファイア
24,24a,24b,24c レンズ
25a,25b,25c バリアフィルタ
30 画像収集装置
40 画像表示装置
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to confocal scanner microscopes, and more particularly to improving image quality and sensitivity.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, confocal scanner microscopes are well known (for example, see Patent Document 1). FIG. 4 is a principle configuration diagram of the main part of such a confocal scanner microscope. In FIG. 4, the laser beam emitted from the laser light source 1 first passes through an excitation filter (not shown) to remove the extra wavelength component of the light source and emit only the wavelength component used for excitation.
[0003]
The emitted light (laser light) is spread to an appropriate beam diameter and then enters the microlens array of the microlens array disk 2 of the scanner unit. The laser light is focused on the pinholes of the pinhole disk 3 arranged corresponding to each microlens.
[0004]
By this light collection, the amount of light that can pass through the pinhole disk 3 is greatly improved. At the same time, reflected light (noise light) on the disk surface other than the pinhole is reduced, and the S / N ratio is improved.
[0005]
In this case, between the microlens array disk 2 and the pinhole disk 3 is arranged a dichroic mirror 4, the excitation light is transmitted through the dichroic mirror 4.
[0006]
The laser beam exiting the pinhole of the pinhole disk 3 excites the sample 6 after passing through the objective lens 5. The fluorescence emitted from the sample 6 passes through the objective lens 5 and the pinhole of the pinhole disk 3 again, is reflected by the dichroic mirror 4, and is guided to the observation optical path system.
[0007]
The fluorescence emitted from the scanner unit to the observation optical path system enters the so-called HARP high-sensitivity imaging camera 8 using a HARP film after the reflection of reflected excitation light and stray light components mixed therein are removed by the barrier filter 7. A fluorescent image of the sample 6 is observed by the camera 8 (see, for example, Non-Patent Document 1 for the HARP film and Non-Patent Document 2 for the HARP camera).
Note that the microlens array disk 2 and the pinhole disk 3 are integrated, and the entire observation area can be scanned by rotation.
[0008]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Laid-Open No. 5-60980 (page 3, FIG. 1)
[0009]
[Non-Patent Document 1]
"High-sensitivity HARP film for solid-state imaging devices", [online], [searched on August 27, 2002], Internet <URL: http://www.nhk.or.jp/strl/open99/ki-1/HARP .html>
[0010]
[Non-Patent Document 2]
"Ultrahigh-sensitivity HDTV Super-HARP Handheld Camera", [online],
[Search August 27, 2002] Internet <URL: http://www.nhk.or.jp/strl/open2002/en/tenji/id21/21.html>
[0011]
[Problems to be solved by the invention]
However, such a conventional apparatus has advantages such as improved imaging characteristics and reduced surface reflection from the pinhole disk surface for the confocal optical scanner part, but in the case of camera imaging, There was a problem like this.
(1) When there are few fluorescent molecules (one in the case of the minimum), the sensitivity is too low for real-time measurement, zoom-up, or three-dimensional measurement to observe.
(2) When the fluorescence from the sample is red, the sensitivity characteristics of HARP high-sensitivity imaging cameras (HARP is a method developed by Japan Broadcasting Corporation NHK) depend on the band gap of the semiconductor thin film. Therefore, it becomes 1/10 in the red band.
[0012]
The characteristics of a typical HARP imaging camera are shown in FIG. B / Gch uses amorphous selenium for the photosensitive film, and Rch adds tellurium, but the required sensitivity is 600 to 700 nm red and is extremely low, 1/4 to 1/1000 of green.
[0013]
An object of the present invention is to solve the above-described problems, and by using an image intensifier, the influence of sensitivity reduction due to the wavelength of a high-sensitivity imaging camera is eliminated, and a high-quality, high-sensitivity fluorescent image can be obtained. It is to realize a confocal scanner microscope that can be used.
Another object of the present invention is to provide a confocal scanner microscope that can easily identify the type of fluorescent substance in a sample by disposing a filter in the light detection section and changing the characteristics of the filter. There is.
[0014]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve such an object, in the present invention,
A light source unit that emits excitation light for exciting the sample, a scanner unit that scans the sample with a plurality of beams using the excitation light, and a sample that receives the fluorescence emitted from the sample with green and high sensitivity characteristics. In a confocal scanner microscope having an imaging camera that captures an image,
A HARP imaging camera;
An image intensifier that amplifies the fluorescence emitted from the sample and converts the input light to green and output;
A lens that is disposed between the image intensifier and the HARP imaging camera and collects output light of the image intensifier;
The apparatus has a means for receiving the output of the HARP imaging camera and displaying a fluorescent image of the sample on the screen.
[0015]
Since the fluorescence emitted from the sample is highly amplified by the image intensifier, it can be observed with high sensitivity. As in the prior art, when there are few fluorescent molecules, there is no problem that the sensitivity is too low to be observed.
Further, by interposing the image intensifier, since the converted all fluorescent inputs green incident on the image pickup camera of the HARP method also eliminates desensitization problems with red imaging camera HARP method There is an effect that all fluorescent images can be taken with high sensitivity.
[0016]
In this case, as in claim 2, a plurality of filters that individually transmit light of different wavelengths in the fluorescence emitted from the sample are provided, and light that has passed through the filter by switching each filter enters the image intensifier. Can be configured to.
When filters having different transmission wavelengths are used in this way, light of each wavelength of fluorescence can be easily taken out and imaged with a camera.
[0017]
Furthermore, the fluorescent substance of the sample can be identified by changing the transmission wavelength region by changing the characteristics of the filter.
[0018]
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a plurality of sets of detection systems including branching means for branching fluorescence emitted from the sample for each light of different wavelengths, the image intensifier, a lens, and a HARP imaging camera. And branching light from the branching unit can be separately guided to the detection system so that a plurality of branching lights can be observed simultaneously.
[0019]
According to a fifth aspect of the present invention, a plurality of barrier filters that narrow the transmission wavelength range and transmit light in the target wavelength range are provided, and output light of the branching means is given to the image intensifiers through the barrier filters. It can also be.
By using the barrier filter, light other than the target wavelength can be removed, and a high-quality image can be obtained.
[0020]
Further, as in claim 6, the means for displaying the fluorescent image of the sample on the screen can be configured to display the fluorescent image by performing color reconstruction.
[0021]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a conceptual block diagram showing an embodiment of a confocal scanner microscope according to the present invention. In FIG. 1, the same components as those in FIG. 4 are denoted by the same reference numerals. A difference from FIG. 4 is a light source unit 10, a light detection unit 20, an image collection device 30, and an image display device 40.
[0022]
The light source unit 10 includes a plurality of multi-wavelength light sources 11a, 11b, and 11c, filters 12a, 12b, and 12c having different light transmission bands, dichroic mirrors 13a, 13b, and 13c for mixing, and a switching mechanism 14. .
[0023]
R, G, and B wavelength component lights are extracted by passing the output lights of the multi-wavelength light sources 11a, 11b, and 11c through the filters 12a, 12b, and 12c, respectively. In the dichroic mirrors 13a, 13b, and 13c, the R, G, and B lights are combined and emitted as white light.
[0024]
The switching mechanism 14 controls the passage and blocking of the white light. The light that has passed through the switching mechanism 14 enters the mirror 16 via the optical fiber 15. The mirror 16 reflects this light and enters the lens 17. The lens 17 enters the microlens array disk 2 with incident light as parallel light.
[0025]
The light detection unit 20 includes a filter 21, an image intensifier 23, a lens 24, and the imaging camera 8.
The filter 21 is composed of a plurality of filters having different transmission wavelength characteristics, and each filter is configured to be alternatively selectable. As the selection mechanism, for example, a mechanism in which a plurality of filters are arranged on a disk and the filters are switched by rotation of the disk can be used.
[0026]
During the filter switching period, the combined light is blocked by the switching mechanism 14 of the light source unit 10, and the excitation light irradiation to the sample 6 is stopped. In addition, when it is not necessary to interrupt | block, you may make it the state of always passing, or you may remove the switching mechanism 14. FIG.
[0027]
The image intensifier 23 amplifies photons about 100 times. The amplification factor is substantially constant in the visible light range, and the output is a green fluorescent light emitter. Since the output is a green fluorescent emitter, all incident light is converted to green.
The output light of the image intensifier 23 is collected by the lens 24 and enters the imaging camera 8.
[0028]
The imaging camera 8 amplifies the captured image, converts it into an electrical signal, and outputs it. Note that the sensitivity characteristic of an imaging camera such as the HARP method depends on the band gap of the semiconductor thin film, and decreases to ¼ to 1/1000 in red. However, in the present invention, as described above, since the imaging camera captures only green light, the sensitivity is not affected by red sensitivity.
[0029]
The image collecting device 30 converts the electrical signal output from the imaging camera 8 into image data and stores it.
The image display device 40 is usually a computer, reads an image stored in the image collection device 30, performs appropriate processing, and displays it on a display screen.
[0030]
The operation in such a configuration will be described next. In the light source unit 10, light emitted from the three multi-wavelength light sources 11a, 11b, and 11c is obtained through the filters 12a, 12b, and 12c, respectively, and R, G, and B light is obtained, and is obtained by the dichroic mirrors 13a, 13b, and 13c. Synthesize. The synthesized white light passes through the switching mechanism 14 and enters the optical fiber 15.
[0031]
The light emitted from the optical fiber 15 is reflected by the mirror 16 and enters the lens 17. The light converted into parallel light by the lens 17 enters the microlens array disk 2. If the output light of the optical fiber 15 can be directly incident on the lens 17, the mirror 16 is not necessary.
[0032]
The operation from the time when the output light of the lens 17 is incident on the microlens array disk 2 until the fluorescence from the sample 6 is reflected by the dichroic mirror 4 and taken out is the same as in the conventional apparatus, and the description thereof is omitted here. .
[0033]
The fluorescence emitted from the sample 6 usually includes a plurality of wavelengths. Therefore, the filter 21 is switched to transmit the fluorescence of each wavelength individually. The fluorescence transmitted through the filter is amplified by the image intensifier 23, and the output light is collected by the lens 24 and enters the imaging camera 8. A fluorescent image of the sample 6 formed on the image receiving surface (not shown) of the imaging camera 8 is taken.
[0034]
The output light of the image intensifier 23 is always green regardless of the transmitted light of the filter. The imaging camera 8 captures the fluorescent image converted to green. In the image acquisition device 30, information on the type (or transmission wavelength) of the selected filter and the output image (green image) signal of the imaging camera 8 are stored in association with each other.
[0035]
The image display device 40 reads out image data and filter information stored in the image collection device 30, reconstructs the original fluorescence color (color reconstruction), and displays the fluorescence image on the screen. It is of course possible to display a fluorescent image without color reconstruction.
[0036]
In this way, the fluorescence image can be observed by changing the transmission wavelength of the filter in a time division manner. At this time, it is also possible to identify the type of fluorescent material by changing the characteristics of the filter.
[0037]
Furthermore, since the fluorescence is highly amplified by the image intensifier in the present invention, even if there are few fluorescent molecules, it can be displayed as an image and can be observed reliably. In addition, since all fluorescence is converted to green by the image intensifier, the imaging camera can capture all fluorescence with the same sensitivity without being affected by red sensitivity reduction as in the past. it can.
[0038]
Further, by using the intensifier 23 and the lens 24, it is possible to obtain a sensitivity of about 100 times while maintaining a higher image quality than before.
In addition, the sensitivity in the long wavelength (red) region below the band gap of the photoconductive film has no sensitivity drop on the long wavelength side of the imaging camera. Along with the 100 times increase in fire sensitivity, the present invention achieves a sensitivity increase of about 1000 times.
[0039]
FIG. 2 shows another embodiment of the present invention. In the embodiment shown in FIG. 1, fluorescence having different wavelengths is measured in a time-sharing manner by changing the wavelength of the filter, whereas in this embodiment, fluorescence having different wavelengths is simultaneously measured using a dichroic mirror. Yes.
[0040]
2 differs from FIG. 1 in the light detection unit 20a. The light detection unit 20a includes three sets of detection systems, that is, three sets of detection systems including a dichroic mirror, an image intensifier, a lens, and an imaging camera.
[0041]
The dichroic mirrors 22a, 22b, and 22c branch light of three wavelengths included in the fluorescence. In this embodiment, other than three branches are possible according to the number of wavelengths. In that case, a dichroic mirror, an image intensifier, a lens, and an imaging camera corresponding to the number of branches are required.
[0042]
For example, the first dichroic mirror 22a transmits light of wavelength λ1, and reflects light of other wavelengths. Next, the second dichroic mirror 22b receives light reflected by the first dichroic mirror 22a, reflects light of wavelength λ2, and transmits light of other wavelengths. The third dichroic mirror 22c receives the light transmitted through the second dichroic mirror 22b and reflects the light having the wavelength λ3.
[0043]
In this way, the light is branched by the three dichroic mirrors 22a, 22b, and 22c, and the three wavelengths of fluorescence are individually output. In addition, each image intensifier is arrange | positioned so that the input surface may correspond to the said real image surface of each fluorescence.
[0044]
Each image intensifier 23a, 23b, 23c has the same characteristics as the image intensifier of FIG. The output light of each image intensifier is condensed by the lenses 24a, 24b, and 24c and enters the imaging cameras 8a, 8b, and 8c.
[0045]
The imaging cameras 8a, 8b, and 8c have the same sensitivity characteristics as the imaging camera 8 of FIG. 1, and respectively capture green light from the image intensifier. Therefore, all fluorescence can be imaged with the same sensitivity.
[0046]
Each of the three imaging cameras converts the captured image (green image) into an electrical signal and outputs it. The image acquisition device 30 converts this electrical signal into digital image data, and stores it in association with the fluorescence color branched by the dichroic mirror.
The image display device 40 reads out the image data stored in the image collection device 30 and performs an appropriate process to display a fluorescent image on the screen. At this time, the image is reconstructed (color reconstructed) into a color associated with the image and displayed.
[0047]
In this way, it is possible to simultaneously measure fluorescent images of wavelengths branched by the dichroic mirror.
In the present embodiment, as in the case of FIG. 1, high image quality and high sensitivity can be easily realized.
[0048]
FIG. 3 shows still another embodiment of the present invention. The difference from FIG. 2 is that barrier filters 25a, 25b, and 25c are arranged in front of the image intensifiers 23a, 23b, and 23c, respectively. By narrowing the transmission wavelength region with this barrier filter, it is possible to remove the wavelengths other than the target wavelength and make only the target wavelength incident on the image intensifier, thereby improving the SN ratio of the image.
[0049]
The present invention is not limited to the above-described embodiments, and includes many changes and modifications without departing from the essence thereof.
[0050]
【The invention's effect】
As described above, the present invention has the following effects.
(1) The image intensifier and the lens that condenses the output light are arranged so that the HARP imaging camera captures all real images converted to green so that high image quality can be easily maintained. However, it is possible to obtain an image with a sensitivity about 100 times that of the conventional apparatus.
[0051]
(2) Further, since the long wavelength (red) region below the band gap of the photoconductive film is not photographed with the HARP imaging camera, the sensitivity drop on the long wavelength side with the HARP imaging camera as in the conventional apparatus. There is no. Equivalently, the sensitivity in the long wavelength region is about 1000 times. Incidentally, this is also an imaging camera other methods less sensitive to red as well HARP method, the same effect can be obtained, it is effective.
[0052]
(3) In addition, the fluorescent substance can be easily identified by changing the transmission wavelength characteristic of the filter in the embodiment of FIG.
(4) By arranging a barrier filter in front of the image intensifier to narrow the transmission wavelength region, it is possible to easily increase the SN ratio of the image.
(5) Also, by obtaining a plurality of types of screens with different filters or screens branched by dichroic mirrors, it is possible to easily colorize the captured image.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram showing an embodiment of a confocal scanner microscope according to the present invention.
FIG. 2 is a block diagram showing another embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a block diagram showing still another embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a configuration diagram of a main part of a conventional confocal scanner microscope.
FIG. 5 is a diagram illustrating an example of characteristics of a HARP imaging camera.
[Explanation of symbols]
2 Microlens array disk 3 Pinhole disk 4 Dichroic mirror 5 Objective lens 6 Sample 8, 8a, 8b, 8c Imaging camera 10 Light source 11a, 11b, 11c Multi-wavelength light source 12a, 12b, 12c Filter 13a, 13b, 13c Dichroic mirror 14 Switching mechanism 15 Optical fiber 16 Mirror 17 Lens 20, 20a, 20b Photodetector 21 Filter 22a, 22b, 22c Dichroic mirror 23, 23a, 23b, 23c Image intensifier 24, 24a, 24b, 24c Lens 25a, 25b, 25c Barrier filter 30 Image collection device 40 Image display device

Claims (6)

サンプルを励起する励起光を発する光源部と、前記励起光を用いてサンプルを複数のビームで走査するスキャナ部と、緑色で高感度の特性を有し前記サンプルから発光した蛍光を受けてサンプルの画像を撮像する撮像カメラを有した共焦点スキャナ顕微鏡において、
HARP方式の撮像カメラと、
前記サンプルから発光した蛍光を増幅すると共に入力光が緑色に変換されて出力されるイメージインテンシファイアと、
このイメージインテンシファイアと前記HARP方式の撮像カメラの間に配置されイメージインテンシファイアの出力光を集光するレンズと、
前記HARP方式の撮像カメラの出力を受けてサンプルの蛍光像を画面表示する手段を具備したことを特徴とする共焦点スキャナ顕微鏡。
A light source unit that emits excitation light that excites the sample, a scanner unit that scans the sample with a plurality of beams using the excitation light, and a fluorescent light emitted from the sample that has high sensitivity and is green. In a confocal scanner microscope having an imaging camera that captures an image,
A HARP imaging camera;
An image intensifier that amplifies the fluorescence emitted from the sample and converts the input light to green and output;
A lens that is disposed between the image intensifier and the HARP imaging camera and collects output light of the image intensifier;
A confocal scanner microscope comprising means for receiving the output of the HARP imaging camera and displaying a fluorescent image of a sample on a screen.
前記サンプルから発光した蛍光における異なる波長の光を個別に透過する複数のフィルタを備え、各フィルタを切換えてフィルタを透過した光が前記イメージインテンシファイアに入射するように構成したことを特徴とする請求項1記載の共焦点スキャナ顕微鏡。  A plurality of filters that individually transmit light of different wavelengths in the fluorescence emitted from the sample are provided, and each filter is switched so that light transmitted through the filter is incident on the image intensifier. The confocal scanner microscope according to claim 1. 前記フィルタの特性を変えて透過波長領域を変えることにより前記サンプルの蛍光物質を同定することができるように構成したことを特徴とする請求項2記載の共焦点スキャナ顕微鏡。  The confocal scanner microscope according to claim 2, wherein the fluorescent substance of the sample can be identified by changing the transmission wavelength region by changing the characteristics of the filter. 前記サンプルから発光した蛍光をその異なる波長の光ごとに分岐する分岐手段と、
前記イメージインテンシファイアとレンズとHARP方式の撮像カメラでなる複数組の検出系を備え、
前記分岐手段からの分岐光を別々に前記検出系に導き、複数の分岐光を同時に観測できるように構成したことを特徴とする請求項1記載の共焦点スキャナ顕微鏡。
Branching means for branching fluorescence emitted from the sample for each light of different wavelengths;
A plurality of detection systems comprising the image intensifier, lens, and HARP imaging camera;
The confocal scanner microscope according to claim 1, wherein the branched light from the branching means is separately guided to the detection system so that a plurality of branched lights can be observed simultaneously.
透過波長域を狭め目的の波長域の光を透過させるバリアフィルタを複数個備え、この各バリアフィルタを通して分岐手段の出力光を前記各イメージインテンシファイアに与えるようにした請求項4記載の共焦点スキャナ顕微鏡。  5. The confocal system according to claim 4, further comprising a plurality of barrier filters that narrow a transmission wavelength range and transmit light in a target wavelength range, and output light from a branching unit is supplied to each image intensifier through each barrier filter. Scanner microscope. 前記サンプルの蛍光像を画面表示する手段は、カラー再構成を行って蛍光像を表示できるように構成したことを特徴とする請求項2ないし5のいずれかに記載の共焦点スキャナ顕微鏡。  6. The confocal scanner microscope according to claim 2, wherein the means for displaying the fluorescent image of the sample on the screen is configured to display a fluorescent image by performing color reconstruction.
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