JP4461250B2 - Scanning microscope capable of acquiring confocal image and evanescence illumination image information - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、標本を光学的に切断した像を与える共焦点光学系と、ガラス‐水(または空気)界面にできるエバネッセンス光による照明を利用したエバネッセンス顕微鏡光学系を備え、同一標本について共焦点像とエバネッセンス照明像情報の両方を同時に取得できる走査顕微鏡に関する。
【0002】
【従来の技術】
共焦点顕微鏡は対象標本のz軸上の1点でこれに垂直な面に沿って切断したような顕微鏡画像が得られ、医学生物学、半導体工学などの領域で使われる。
共焦点顕微鏡は照明用のレンズを備える板と、像からの信号を透過させるピンホール板を組にしたレンズつきニプコウ円板を用いて実現されている。
【0003】
一方本件発明者は下記の「顕微鏡用極薄照明光発生装置および前記装置を用いた観察方法」の発明により、界面の全反射領域で発生するエバネッセンス光を用いて、極めて薄い光で標本を照明または励起してその結果発生する情報を得る顕微鏡用極薄照明光発生装置を提案している。エバネッセンス照明法では1μmより薄く切れる極薄照明光を発生できる。
【特許文献1】
特願2003−186769号
この装置を用いると、標本である細胞の断層情報、2以上の断層の情報から、細胞等の立体情報を獲得することができる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
前記共焦点走査顕微鏡と、前記エバネッセンス光を用いる顕微鏡装置を組み合わせると細胞等に関する情報を同時的に獲得できるのであるが、そのような装置は提案されていない。
本発明の目的は、共焦点像とエバネッセンス照明像情報を取得できる走査顕微鏡を提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、本発明による請求項1記載の共焦点像とエバネッセンス照明像情報を取得できる走査顕微鏡は、
第1の面と第2の面を備え前記第1の面に標本を支持する透明板と、
前記第1の面側に配置される共焦点走査顕微鏡光学系と、
前記第2の面から第1の面に抜ける光の成分がミクロン以下の単位の厚さになるように前記第2の面に全反射角より大きい角度で入射させてエバネッセンス照明光を形成し前記標本を前記エバネッセンス照明光で切断するための照明光を供給するエバネッセンス照明光源と、
前記第2の面側に配置されているエバネッセンス照明像用の走査顕微鏡光学系とから構成し、
前記共焦点走査顕微鏡光学系からの照明を標本の特定の面に照明し、該照明により発生した信号光を受けて撮像される共焦点像と、前記エバネッセンス照明光により標本をミクロン以下の単位の厚さの光で切断してその部分より信号光を受けて撮像されるエバネッセンス照明像とを同時に観察するように構成し、且つ前記エバネッセンス照明光による照明点と前記共焦点走査顕微鏡光学系からの照明による照明点は標本上で重ならない様構成されている。
【0006】
本発明による請求項2記載の共焦点像とエバネッセンス照明像情報を取得できる走査顕微鏡は、請求項1記載の走査顕微鏡において、共焦点走査顕微鏡光学系は、光源からの光をレンズつき円板、対応するピンホール円板からなるニプコウ円板組立、前記円板間に配置されているダイクロイックミラー、共焦点走査顕微鏡光学系対物レンズを介して標本の特定の面を照明し、照明により発生した信号光を前記ピンホール円板、前記ダイクロイックミラーで反射して撮像するように構成されている。
【0007】
本発明による請求項3記載の共焦点像とエバネッセンス照明像情報を取得できる走査顕微鏡は、請求項1記載の走査顕微鏡において、
エバネッセンス照明像用の走査顕微鏡光学系は、
エバネッセンス照明により発生した信号光を対物レンズおよび収束レンズを介して信号光発生点に対応するピンホールを有するニプコウ円板を介して撮像するように構成されている。
【0008】
【発明の実施の形態】
以下図面等を参照して本発明による装置の実施の形態を説明する。
図1は、本発明による共焦点像とエバネッセンス照明像情報を取得できる走査顕微鏡の第1の実施例を示す図、図2は前記顕微鏡の対物レンズと標本部分を拡大して示した図である。
【0009】
この第1の実施例は、マイクロレンズつきレンズ円板2aとピンホール円板2bを含むニプコウ円板組立2と一つの対物レンズ5により共焦点光学系を作る。同時に前記ニプコウ円板組立2の他の領域を利用して、レーザ光の走査系を作りこれを標本の反対側から、もう一つの対物レンズ11の周縁を通して標本10に照射する。これによりエバネッセンス照明光を作る。エバネッセンス場におかれた蛍光物質の発する光を前記対物レンズ11で集める。
エバネッセンス照明光の蛍光像の焦点位置を共焦点系のそれとずらすことにより、2つの光学系を独立して(他の光学系の影響を受けないようにして)動作させることができるように構成してある。
【0010】
前記原理による第1の実施例を図1、2を参照してさらに説明する。各図に示すようにカバーガラスなどにより構成される透明板9の第1の面である上側に標本10が配置される。そしてこの前記第1の面側に共焦点走査顕微鏡光学系が配置される。
【0011】
共焦点走査顕微鏡光学系はニプコウ円板組立2を含んでいる。ニプコウ円板組立2はレンズ円板2a、各レンズに対応するピンホールを備えるピンホール円板2bを含み各円板間にダイクロイックミラー6が設けられている。
ピンホールを通過した光源1の窓1aからの光は共焦点走査顕微鏡光学系の鏡筒4に支持されている対物レンズ5を介して標本の特定の面(図2の平面P1 )を照明する。
照明により発生した信号光(励起された蛍光,散乱光等)は前記ピンホール円板2bのピンホール、ダイクロイックミラー6で反射してレンズ7と撮像素子よりなるカメラで撮像される。
【0012】
エバネッセンス照明光源は、前記透明板9の第2の面側から前記標本をエバネッセンス照明光で切断するための照明光を供給する。エバネッセンス照明像用の走査顕微鏡光学系は前記第2の面側に配置されている。図2でL1の示す光束はエバネッセンス照明光L2を形成するための光であってエバネッセンス照明像用の走査顕微鏡光学系の対物レンズ11を介して供給される。
【0013】
前記エバネッセンス照明用光束は、前述の光源の窓1bからの光により形成される。光源の窓1bからの光で前記ニプコウ円板組立2のレンズ円板2aのマイクロレンズを透過した光はピンホール円板2bの対応するピンホールを通過し、レンズ3でコリメートされる。コリメートされた光はプリズム13で曲げられ、エバネッセンス照明像用の走査顕微鏡光学系の光軸中に配置されているダイクロイックミラー14により反射され鏡筒12に支持されている対物レンズ11により透明板9に入射される。
【0014】
本件出願人の前記特許文献1に詳細に記載されているが、図2に示すように水相とカバーガラスのような透明板9との界面を想定し、その中に細胞等の標本10が存在している場合について検討する。その界面の入射光L1 の入射角を臨界角より僅かに大きく取ると、全反射が生じ、光は水側へ抜ける光の成分が発生する。この抜けた光L 2 は界面に平行に近く、1μm程度の厚さの光となる。この光により細胞等の標本が切断されることにより、標本の当該部分から信号光(散乱光、蛍光など)が発生させられる。
【0015】
前記信号光は、対物レンズ11をダイクロイックミラー14、レンズ15を介して、信号光発生点と共焦点面にあるニプコウ円板組立16のピンホール位置に結像され、ピンホールを通過した光はミラー19で反射され、レンズ17と撮像装置18からなる撮像手段で撮像される。
【0016】
前述の第1の実施例は、共焦点走査顕微鏡と全反射エバネッセンス光学系の照明を一つのニプコウ円板組立16を用いて実現している。前記全反射エバネッセンス光学系の照明力を向上させるために前記ニプコウ円板組立2に同期して回転するさらに他のニプコウ円板組立を全反射エバネッセンス光学系の照明に利用することができる。
図3に示す第2の実施例は、第1のニプコウ円板組立2に連動する第2のニプコウ円板組立16の斜め下方向からエバネッセンス励起用の光ビームを導入するものである。
図4に示す第3の実施例は、第1のニプコウ円板組立2に連動する第2のニプコウ円板組立16の撮像用(蛍光観察用)に利用される部分の反対側のピンホール等を利用するものである。
図5に示す第4の実施例は、第1のニプコウ円板組立2に連動する第2のニプコウ円板組立16の撮像用(蛍光観察用)に利用されるピンホールの近傍のピンホールを利用するものである。以下各実施例を簡単に説明する。
【0017】
図3は、本発明による共焦点像とエバネッセンス照明像情報を取得できる走査顕微鏡の第2の実施例を示す図である。前記実施例と共通の機能をもつものについては同一の数字を付してある。この実施例の、第1の面側に配置される共焦点走査顕微鏡光学系の構成は前述の実施例装置と同じである。そして、エバネッセンス顕微鏡用光源20を下側に配置してニプコウ円板組立16にマイクロレンズを支持するレンズ円板16aとピンホール円板16bを介して照明光を供給するように構成したものである。光源20からの光はニプコウ円板組立16のマイクロレンズを支持するレンズ円板16aのレンズを透過し、レンズ円板16aは16b間に配置されているダイクロイックミラー24を透過し、ピンホール円板16bの対応するピンホールを通過する。ピンホールを通過した光はレンズ15,11を通り、標本10と透明板9の界面に全反射角よりも僅かに小さい角度で入射させられ、エバネッセンス光を発射する。前記エバネッセンス光で、切断された標本の面の発生する信号光は対物レンズ11、レンズ15を介して、信号光発生点と共役な位置にあるピンホールを透過する。前記ピンホールを透過した信号光はダイクロイックミラー24により反射され、レンズ17撮像装置18よりなる撮像手段で撮像される。
【0018】
図4は、本発明による共焦点像とエバネッセンス照明像情報を取得できる走査顕微鏡の第3の実施例を示す図である。前記他の実施例と共通の機能をもつものについては同一の数字を付してある。この実施例の、第1の面側に配置される共焦点走査顕微鏡光学系の構成は前述の実施例装置と同じである。そして、エバネッセンス顕微鏡用光源21を下側に配置してニプコウ円板組立16にマイクロレンズを支持するレンズ円板16bとピンホール円板16aを介して照明光を供給するように構成されている。ピンホール円板16aのピンホールを透過した光はレンズ22でコリメートされ、プリズム13で反射され、ダイクロイックミラー14で反射されて、対物レンズ11の周縁に入射させられる。この光により、前述した照明用のエバネッセンス光が形成され、エバネッセンス光により信号光が発生させられる。この信号光は対物レンズ11、ダイクロイックミラー14、レンズ15を介して信号光発生点と共役な位置にあるピンホールを透過する。
前記ピンホールを透過した信号光はミラー19により反射され、レンズ17撮像装置18よりなる撮像手段で撮像される。
【0019】
図5は、本発明による共焦点像とエバネッセンス照明像情報を取得できる走査顕微鏡の第4の実施例を示す図である。
前記他の実施例と共通の機能をもつものについては同一の数字を付してある。
この実施例の、第1の面側に配置される共焦点走査顕微鏡光学系の構成は前述の実施例装置と同じである。
そして、エバネッセンス顕微鏡用光源21を下側に配置してニプコウ円板組立16にマイクロレンズを支持するレンズ円板16aとピンホール円板16bを介して照明光を供給するように構成されている。
ピンホール円板16bのピンホールを透過した光はレンズ23でコリメートされ対物レンズ11の周縁部分に供給され、前述と同様照明用のエバネッセンス光が発生させられる。
【0020】
【発明の効果】
以上、説明したように本発明は、標本を光学的に切断した像を与える共焦点光学系と、ガラス‐水(または空気)界面にできるエバネッセンス光による照明を利用したエバネッセンス顕微鏡光学系を備え、同一標本について共焦点像とエバネッセンス照明像情報の両方を同時に取得できる。
2次元的な面の像を得るには、それぞれの点を走査する必要があるが、走査手段を連動させることにより、両照明モードの光の点は重ならないようにすることで、2つの異なる方式によって得られる2つの2次元画像は互いに影響を及ぼすことなく、即ち2つの画像が重畳されることなく、それぞれの方式による2つの2次元画像をそれぞれ別個に得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による共焦点像とエバネッセンス照明像情報を取得できる走査顕微鏡の第1の実施例を示す図である。
【図2】前記実施例の標本部分と対物レンズ部分を拡大して示した図である。
【図3】本発明による共焦点像とエバネッセンス照明像情報を取得できる走査顕微鏡の第2の実施例を示す図である。
【図4】本発明による共焦点像とエバネッセンス照明像情報を取得できる走査顕微鏡の第3の実施例を示す図である。
【図5】本発明による共焦点像とエバネッセンス照明像情報を取得できる走査顕微鏡の第4の実施例を示す図である。
【符号の説明】
1 光源
2 ニプコウ円板組立
3 レンズ
4 共焦点走査顕微鏡用鏡筒
5 共焦点走査顕微鏡用対物レンズ
6 ダイクロイックミラー
7 撮像レンズ
8 撮像装置
9 透明板
10 標本
11 エバネッセンス顕微鏡用対物レンズ
12 エバネッセンス顕微鏡用鏡筒
13 プリズム
14 ダイクロイックミラー
15 レンズ
16 ニプコウ円板組立
17 撮像レンズ
18 撮像装置
19 ミラー
20,21 エバネッセンス顕微鏡用光源
23 コリメータレンズ
24 ダイクロイックミラー[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention includes a confocal optical system that gives an image obtained by optically cutting a specimen, and an evanescence microscope optical system that uses illumination by evanescence light formed at a glass-water (or air) interface. The present invention relates to a scanning microscope that can simultaneously acquire both the image information and the evanescence illumination image information.
[0002]
[Prior art]
A confocal microscope obtains a microscopic image obtained by cutting along a plane perpendicular to a single point on the z-axis of a target specimen, and is used in fields such as medical biology and semiconductor engineering.
The confocal microscope is realized by using a Nipkow disk with a lens in which a plate having an illumination lens and a pinhole plate that transmits a signal from an image are combined.
[0003]
On the other hand, the inventor illuminates the specimen with extremely thin light using evanescence light generated in the total reflection region of the interface according to the invention of “Ultra-thin illumination light generator for microscope and observation method using the device” described below. Alternatively, an ultra-thin illumination light generator for a microscope that obtains information generated as a result of excitation is proposed. The evanescence illumination method can generate ultra-thin illumination light that can be cut thinner than 1 μm.
[Patent Document 1]
Japanese Patent Application No. 2003-186769 By using this apparatus, it is possible to acquire three-dimensional information such as cells from the tomographic information of a cell as a specimen and information of two or more tomographic cells.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
When the confocal scanning microscope and the microscope apparatus using the evanescence light are combined, information on cells and the like can be acquired simultaneously, but such an apparatus has not been proposed.
The objective of this invention is providing the scanning microscope which can acquire a confocal image and evanescence illumination image information.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the object, a scanning microscope capable of acquiring confocal image and evanescence illumination image information according to
A transparent plate having a first surface and a second surface and supporting the specimen on the first surface;
A confocal scanning microscope optical system disposed on the first surface side;
The evanescent illumination light is formed by making the second surface incident on the second surface at an angle larger than the total reflection angle so that the thickness of the light component that passes from the second surface to the first surface becomes a unit of micron or less. and evanescence illumination light source for supplying illumination light for cutting specimens by the evanescence illumination light,
A scanning microscope optical system for an evanescence illumination image disposed on the second surface side ,
Illuminate a specific surface of the specimen with illumination from the confocal scanning microscope optical system, receive a signal light generated by the illumination, and image the specimen in units of microns or less with the evanescence illumination light. It is configured to simultaneously observe an evanescent illumination image that is imaged by receiving signal light from that portion after being cut by light of thickness, and from the illumination point by the evanescent illumination light and the confocal scanning microscope optical system The illumination points are configured so that they do not overlap on the specimen.
[0006]
The scanning microscope capable of acquiring the confocal image and the evanescence illumination image information according to
[0007]
A scanning microscope capable of acquiring confocal image and evanescence illumination image information according to
Scanning microscope optics for evanescence illumination images
The signal light generated by the evanescence illumination is imaged through a Nipkow disk having a pinhole corresponding to the signal light generation point through the objective lens and the converging lens.
[0008]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of an apparatus according to the present invention will be described below with reference to the drawings.
FIG. 1 is a view showing a first embodiment of a scanning microscope capable of acquiring confocal image and evanescence illumination image information according to the present invention, and FIG. 2 is an enlarged view showing an objective lens and a sample portion of the microscope. .
[0009]
In the first embodiment, a confocal optical system is formed by a Nipkou
By shifting the focal position of the fluorescence image of the evanescence illumination light from that of the confocal system, the two optical systems can be operated independently (without being influenced by other optical systems). It is.
[0010]
A first embodiment according to the above principle will be further described with reference to FIGS. As shown in each figure, the
[0011]
The confocal scanning microscope optical system includes a Nipkou
The light from the window 1a of the
The signal light (excited fluorescence, scattered light, etc.) generated by the illumination is reflected by the pinhole of the
[0012]
The evanescence illumination light source supplies illumination light for cutting the specimen with evanescence illumination light from the second surface side of the
[0013]
The evanescence illumination light beam is formed by the light from the
[0014]
Although it is described in detail in the above-mentioned
[0015]
The signal light is imaged through the
[0016]
In the first embodiment described above, the illumination of the confocal scanning microscope and the total reflection evanescence optical system is realized by using a single
In the second embodiment shown in FIG. 3, a light beam for evanescence excitation is introduced from an obliquely downward direction of the second
The third embodiment shown in FIG. 4 is a pinhole on the opposite side of the portion used for imaging (for fluorescence observation) of the second
In the fourth embodiment shown in FIG. 5, a pinhole in the vicinity of a pinhole used for imaging (for fluorescence observation) of the second
[0017]
FIG. 3 is a diagram showing a second embodiment of a scanning microscope capable of acquiring confocal image and evanescence illumination image information according to the present invention. Components having the same functions as those in the above embodiment are given the same numerals. The configuration of the confocal scanning microscope optical system disposed on the first surface side in this embodiment is the same as that of the above-described embodiment apparatus. The
[0018]
FIG. 4 is a diagram showing a third embodiment of a scanning microscope capable of acquiring confocal images and evanescence illumination image information according to the present invention. Components having the same functions as those in the other embodiments are given the same numerals. The configuration of the confocal scanning microscope optical system disposed on the first surface side in this embodiment is the same as that of the above-described embodiment apparatus. The
The signal light that has passed through the pinhole is reflected by the
[0019]
FIG. 5 is a diagram showing a fourth embodiment of the scanning microscope capable of acquiring the confocal image and the evanescence illumination image information according to the present invention.
Components having the same functions as those in the other embodiments are given the same numerals.
The configuration of the confocal scanning microscope optical system disposed on the first surface side in this embodiment is the same as that of the above-described embodiment apparatus.
The
The light transmitted through the pinhole of the
[0020]
【The invention's effect】
As described above, the present invention includes a confocal optical system that gives an image obtained by optically cutting a specimen, and an evanescence microscope optical system that uses illumination by evanescence light that can be formed at the glass-water (or air) interface. Both confocal images and evanescence illumination image information can be acquired simultaneously for the same specimen.
In order to obtain a two-dimensional surface image, it is necessary to scan each point. By linking the scanning means, the light points in both illumination modes do not overlap each other. Two two-dimensional images obtained by the methods do not affect each other, that is, the two images are not superimposed, and two two-dimensional images according to the respective methods can be obtained separately .
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a first embodiment of a scanning microscope capable of acquiring confocal image and evanescence illumination image information according to the present invention.
FIG. 2 is an enlarged view showing a sample portion and an objective lens portion in the embodiment.
FIG. 3 is a diagram showing a second embodiment of a scanning microscope capable of acquiring confocal image and evanescence illumination image information according to the present invention.
FIG. 4 is a diagram showing a third embodiment of a scanning microscope capable of acquiring confocal image and evanescence illumination image information according to the present invention.
FIG. 5 is a diagram showing a fourth embodiment of a scanning microscope capable of acquiring confocal image and evanescence illumination image information according to the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記第1の面側に配置される共焦点走査顕微鏡光学系と、
前記第2の面から第1の面に抜ける光の成分がミクロン以下の単位の厚さになるように前記第2の面に全反射角より大きい角度で入射させてエバネッセンス照明光を形成し前記標本を前記エバネッセンス照明光で切断するための照明光を供給するエバネッセンス照明光源と、
前記第2の面側に配置されているエバネッセンス照明像用の走査顕微鏡光学系とから構成し、
前記共焦点走査顕微鏡光学系からの照明を標本の特定の面に照明し、該照明により発生した信号光を受けて撮像される共焦点像と、前記エバネッセンス照明光により標本をミクロン以下の単位の厚さの光で切断してその部分より信号光を受けて撮像されるエバネッセンス照明像とを同時に観察するように構成し、且つ前記エバネッセンス照明光による照明点と前記共焦点走査顕微鏡光学系からの照明による照明点は標本上で重ならない様構成したことを特徴とする、
共焦点像とエバネッセンス照明像情報を取得できる走査顕微鏡。A transparent plate having a first surface and a second surface and supporting the specimen on the first surface;
A confocal scanning microscope optical system disposed on the first surface side;
The evanescent illumination light is formed by making the second surface incident on the second surface at an angle larger than the total reflection angle so that the thickness of the light component that passes from the second surface to the first surface becomes a unit of micron or less. and evanescence illumination light source for supplying illumination light for cutting specimens by the evanescence illumination light,
A scanning microscope optical system for an evanescence illumination image disposed on the second surface side ,
Illuminate a specific surface of the specimen with illumination from the confocal scanning microscope optical system, receive a signal light generated by the illumination, and image the specimen in units of microns or less with the evanescence illumination light. It is configured to simultaneously observe an evanescent illumination image that is imaged by receiving signal light from that portion after being cut by light of thickness, and from the illumination point by the evanescent illumination light and the confocal scanning microscope optical system The illumination point is structured so that it does not overlap on the specimen.
Scanning microscope that can acquire confocal image and evanescence illumination image information.
エバネッセンス照明像用の走査顕微鏡光学系は、
エバネッセンス照明により発生した信号光を対物レンズおよび収束レンズを介して信号光発生点に対応するピンホールを有するニプコウ円板を介して撮像するように構成されている共焦点像とエバネッセンス照明像情報を取得できる走査顕微鏡。The scanning microscope according to claim 1, wherein
Scanning microscope optics for evanescence illumination images
Confocal image and evanescence illumination image information configured to image signal light generated by evanescence illumination through a objective lens and a converging lens through a Nipkou disk having a pinhole corresponding to the signal light generation point. Scanning microscope that can be acquired.
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