JP4538633B2

JP4538633B2 - Ｄｌｐ式スリット光走査顕微鏡

Info

Publication number: JP4538633B2
Application number: JP2005094188A
Authority: JP
Inventors: 進寺川; 孝司櫻井; 佳彦若園; 清二山本
Original assignee: Hamamatsu University School of Medicine NUC
Current assignee: Hamamatsu University School of Medicine NUC
Priority date: 2005-03-29
Filing date: 2005-03-29
Publication date: 2010-09-08
Anticipated expiration: 2025-03-29
Also published as: EP1865353A4; EP1865353B1; JP2006276377A; EP1865353A1; WO2006104184A1

Description

本発明は、ＤＭＤの制御によってスリット光照明を行うＤＬＰ式スリット光走査顕微鏡に関する。

細胞などの標本を観察する場合、斜め切断面を照明し、その部分を観察するためのスリット光照明を行う顕微鏡が供されている。標本によってその斜め切断面およびその位置を移動させて観察することが分析する上で必要な場合がある。
従来はスリット光照明を実現する方法として、顕微鏡の光路の中間にスリット状に開けられたマスクなどを挿入して実現している。

本件発明者は、スリット光照明の極薄光を実現する極薄照明発生装置を既に提案している（特許文献１）。
これによれば、従来達成できなかった極めて薄い極薄照明光を発生でき、照明領域が極めて小さく、しかも照度の低下も招くことのないスリット光を照明でき、細胞や細胞の切断・断層像を観察するのに極めて有効である。
これは、第１，第２のスリットを設け、スリット光を絞って実現するものであるが、スリットの位置，幅，長さを変えることを想定した場合、その都度、スリット光を照明するための光路条件を満たしつつスリットを変更しなければならない。

特許文献２はスリット形状に類する照明の走査を行う顕微鏡を開示している。
これは光の使用効率を高め、撮影時間の短縮化を目的としたコンフォーカル顕微鏡であり、走査対象にマルチスリットラインの走査を行って、断面画像を得るものである。マルチスリットの走査手段としてガルバノメータやデジタルマイクロミラー装置を用いた例が開示されており、後者のデジタルマイクロミラー装置ではマルチスリットのスリットに相当する場所のミラーをオン状態になるように制御している。
しかしながら、特許文献２は、スリット光照明方式とは異なる共焦点方式の顕微鏡であり、光学系の構成が異なるものである。標本位置の焦点に対し共役の焦点面が形成されるように光学系が構成されるのに対し、スリット光照明では極めて狭いスリット光が標本を斜めに照射するように光学系が構成される。
また、マルチライン走査によって画像全体を見るもので、細胞の所定の狭い領域の斜め断面像を観察することはできない。

引用文献３は、スリット形状に類する照明の走査を行う点が一部記載されている光照射切り替え方法を開示している。
この引用文献３の図４（ｂ）にはミラーを移動することによって斜めから試料溶液に光を照射する構成が記載されている。
しかしながら、この斜めから照射する方法はミラーを移動させることによる方法のみであり、どのような装置や動作を用いるかの具体的構成の開示はない。
特開２００５−２４５９７号公報特開２００３−１６７１９７号公報特許３０９３１４５号

本発明の目的は、上記問題に鑑み、ＤＭＤの制御の下にスリット光を照射してスリット光照明を実現し、標本上の照明光の位置及び範囲並びに標本を照射するスリットの厚さ（太さ）を容易に調整することができるＤＬＰ式スリット光走査顕微鏡を提供することにある。

前記目的を達成するために本発明の請求項１は、レーザ光源と、前記レーザ光源からの光を発散する第１レンズ系と、前記第１レンズ系で発散された光束を、対物レンズ系の後焦点面に集束させる第２レンズ系と、前記第２レンズ系からの光が入射し、多数のマイクロミラーのオンオフ制御によって光を反射するＤＭＤ装置と、前記ＤＭＤ装置からの反射光を入射して光路を変更するダイクロイックミラーと、前記ダイクロイックミラーからの光を入射する前記対物レンズ系と、前記対物レンズ系の前側に配置されたカバーガラスと、前記カバーガラスに搭載された標本からの光が、前記対物レンズ系および前記ダイクロイックミラーを通過し、該光を結像させる第３レンズ系と、前記第３レンズ系で結像された前記標本の像を観察するための観察手段とを備え、前記ＤＭＤ装置のマイクロミラーをスリット形状でオン制御して前記標本にスリット光照明を行い、かつ前記スリット形状でオン制御されるマイクロミラーを、平行移動させることにより前記標本でのスリット光照明位置を移動させることを特徴とする。
本発明の請求項２は請求項１記載の発明において前記第２レンズ系は前記第１レンズ系と前記ＤＭＤ装置の間に凸レンズを配置して前記対物レンズ系の後焦点面に集束させることを特徴とする。
本発明の請求項３は請求項１記載の発明において前記第２レンズ系は前記第１レンズ系と前記ＤＭＤ装置の間に凸レンズを配置して平行光にし、前記ＤＭＤ装置とダイクロイックミラーの間にさらに凸レンズを配置して前記対物レンズ系の後焦点面に集束させることを特徴とする。
本発明の請求項４はレーザ光源と、前記レーザ光源からの光を発散する第１レンズ系と、前記第１レンズ系で発散された光束を平行光にする第２レンズ系と、前記第２レンズ系からの光が入射し、多数のマイクロミラーのオンオフ制御によって光を反射するＤＭＤ装置と、前記ＤＭＤ装置からの反射光を入射して光路を変更するダイクロイックミラーと、前記ＤＭＤ装置と前記ダイクロイックミラーの間に配置され、光束を対物レンズ系の後焦点面に集束させる集光用レンズ群系と、前記ダイクロイックミラーからの光を入射する前記対物レンズ系と、前記対物レンズ系の前側に配置されたカバーガラスと、前記カバーガラスに搭載された標本からの光が、前記対物レンズ系および前記ダイクロイックミラーを通過し、該光を結像させる第３レンズ系と、前記第３レンズ系で結像された前記標本の像を観察するための観察手段とを備え、前記ＤＭＤ装置のマイクロミラーをリング形状でオン制御し、かつ集光用レンズ群系で前記オン制御されたマイクロミラーからの光を集光することにより前記標本にリング形状のスリット光照明を行い、かつ異なるリング形状のマイクロミラーをオン制御することにより、前記標本におけるリング状スリット光照明の径を変更することを特徴とする。
本発明の請求項５は、請求項４記載の発明において前記集光用レンズ群系は、リング状に配置されたマイクロレンズ群で構成したことを特徴とする。
本発明の請求項６は、請求項４記載の発明において前記集光用レンズ群系は、トーリックレンズ（環状レンズ）を用いたことを特徴とする。

上記構成によれば、スリットのマスクの位置を機械的に動かすことなく、ＤＭＤの制御によってスリット光照明を実現できるとともにスリット光照明位置変更も可能である。標本上のスリット照明の位置を移動させた場合、標本に入射する角度は一定の角度が保持される。標本上の照明光の範囲は、スリット形状にオン制御されるＤＭＤのマイクロミラーについて、このスリット形状の長手方向に配列された、オン制御されるマイクロミラーの数を調整すれば変えることができる。標本を照明するスリット光の厚さ（太さ）は、スリット形状にオン制御されるＤＭＤのマイクロミラーについて、このスリット形状の短手方向に配列された、オン制御されるマイクロミラーの数を調整すれば変えることができる。なお、スリット光の厚さ（太さ）を小さくすれば、解像度は増加するが、明るさは減少する。
ＤＭＤ制御によるスリット光照明であるため、照明すべきスリット位置などをプログラム制御で行え、従来のスリット光照明方式の顕微鏡のマスク位置変更に比較し、制御が容易となる。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳しく説明する。
図１は、本発明によるＤＬＰ式スリット光走査顕微鏡の実施の形態を示すブロック図である。
この実施の形態は、本発明に直接関連する光学系を中心に記載したもので、他の部分は省略してある。
レーザ光源１，凹レンズ２，凸レンズ３，ＤＭＤ装置４，ダイクロイックミラー５，超高開口数対物レンズ７，カバーガラス８，標本９，凸レンズ１０およびＣＣＤ装置１１によって構成されている。

レーザ光源１から出射した光は、凹レンズ２によって発散され、凸レンズ３によって超高開口数対物レンズ７（開口数が１．３３以上）の後焦点面に集束される。凸レンズ３を出射した光は、ＤＭＤ装置４で、所定のスリット光照明に対応する多数のマイクロミラーがオン制御される。他のオフ状態にあるマイクロミラーは凸レンズ３からの光を図示しない光トラップに反射させる。
ＤＭＤ装置４は図示しない制御回路によってオンオフ制御され、スリット光照明を得るために４ａで示す部分のマイクロミラーをオン状態にする。この４ａに示すマイクロミラー部分の対応する標本の位置にスリット光が入射する。このようなスリット形状になる４ｂ，４ｃ位置のマイクロミラー部分をオン制御すると、標本上ではそれに対応した位置だけ移動しスリット光が入射する。オン制御するマイクロミラー部分が移動してもカバーガラス８に入射する角度は変わらない。なお、光路１３はＤＭＤ装置でオン制御されず、すべての光が標本に到達する場合の光路を示したものである。

ＤＭＤ装置４のスリット形状にオン制御されるマイクロミラーについて、スリット形状の短手方向に配列された、オン制御されるマイクロミラーの数を調整することにより標本に照射するスリット光の厚さ（太さ）を変えることができる。また、スリット形状の長手方向に配列された、オン制御されるマイクロミラーの数を調整することによりスリット光照明の範囲も変えることができる。
ＤＭＤ装置４を出射したスリット形状の光はダイクロイックミラー５で反射され、超高開口数対物レンズ７の後焦点面で一旦集束した後、超高開口数対物レンズ７に入射して屈折し斜め方向からカバーガラス８に入射する。カバーガラス８上の細胞などの標本に斜め方向にスリット照明光が入射して斜め切断面の像を観察することができる。スリット照明光で照射された標本の斜め切断面は超高開口数対物レンズ７，ダイクロイックミラー５，凸レンズ１０を通過してＣＣＤ装置１１の受光面に結像する。標本のスリット照明光による像は、図示しないモニタなどによって観察することができる。

図２は、スリット光照明された標本の詳細を説明するための図で、（ａ）は標本部分の平面図，（ｂ）は超高開口数対物レンズ，カバーガラスおよび標本部分の側面図をぞれぞれ示している。
スリット光Ｌ₁ はカバーガラス８に対しθの角度で入射し、標本のａ₁ の幅の部分を照射する。つぎにＤＭＤ装置のオン制御するマイクロミラーを移動させることにより、スリット光Ｌ₂ を得ることができ、同じくθの角度で入射し、標本のａ₂ の幅を照射する。スリット光Ｌ₃ についても同様であり、さらに移動させることによりスリット光照射の位置を多数得ることができる。スリット光Ｌ₁ ，Ｌ₂ ，Ｌ₃ の太さはスリット形状にオン制御されるマイクロミラーについてスリット形状の短手方向に配列された、オン制御されるマイクロミラーの数で調整でき、スリット照明光の明るさ，解像度を変えることができる。
また、スリット形状の長手方向に配列された、オン制御されるマイクロミラーの数を調整し、スリット光照明の範囲ｂを変えることができる。なお、図２（ａ）では標本の大きさ（範囲）一杯に照射した状態が示されている。
蛍光物質を含んでいる標本には所定の波長のスリット光照射によって蛍光が発し、この蛍光によるスリット光照射部分の像を観察することができる。

図３は、本発明によるＤＬＰ式スリット光走査顕微鏡の他の実施の形態を示すブロック図である。
この実施の形態は、図１とは第２のレンズ系の構成が異なり、他の部分は変わらない。図１と同じ機能部分には同じ符号を付してある。
凹レンズ２とＤＭＤ装置４の間に凸レンズ２０を挿入するとともにダイクロイックミラー５とＤＭＤ装置４の間に凸レンズ２１を配置してある。凸レンズ２０によって凹レンズ２からの発散光を平行光にしてＤＭＤ装置４に入射させ、ＤＭＤ装置４からの平行光を凸レンズ２１によって超高開口数対物レンズ７の後焦点面に集束させている。
ＤＭＤ装置４に凸レンズ２０の開口相当の光が入射するため、標本上でのスリット光照射できる範囲を図１の実施の形態より拡大することができる。

図４は、本発明によるＤＬＰ式スリット光走査顕微鏡のさらに他の実施の形態を示すブロック図である。
この実施の形態は、図３において凸レンズ２１の代わりに集光用レンズ群２５を配置したものである。他の構成要素は変わることはない。集光レンズ群２５から出射した光は後焦点面６に結像される。ＤＭＤ装置４のマイクロミラーのオン制御範囲は、中心から周囲の中間部分である。中心付近をオン制御すると落射照射になり、所定の範囲の外側はエバネッセント光照明になる。これらの間のマイクロミラーのオン制御により例えばリング状のスリット光照明を行うことができ、容易に他の照明方式に切り替えることも可能である。

図５は図４におけるＤＭＤのマイクロミラーをオン制御するパターン例を、図６は図４における集光用レンズ群の具体例を示す図である。
集光用レンズ群がトーリックレンズ（環状レンズ）の場合、スリット光照明するには図４（ａ）の４ａ₁ に示すリング状のマイクロミラーをオン制御する。また、マイクロレンズ群の場合、図４（ｂ）の４ａ₂ に示すリング状のマイクロレンズ相当のマイクロミラーをオン制御する。スリット光照明からエバネッセント光照明に切り替えるには、ＤＭＤのマイクロミラーをリング状のマイクロミラー４ａ₁ ，４ａ₂ から外側のリング部分のマイクロミラーをオン制御し、さらに落射照明に切り替えるには中心の円部分のマイクロミラーをオン制御する。
図６（ａ）の２５ａ₁ は図５（ａ）で示すオン制御されるＤＭＤに対応したトーリックレンズの例を、図６（ｂ）の２５ａ₂ は図５（ｂ）で示すオン制御されるＤＭＤに対応したマイクロレンズ群の例をそれぞれ示している。
このようにリング状のスリット光照明を行うことも可能であり、スリット光の太さはＤＭＤ装置のオン制御されるマイクロミラーの放射方向の数を調整することによって変えることができる。

以上の各実施の形態で示した凹レンズおよび凸レンズは、１枚のレンズの例を説明したが、複数枚のレンズによってそれぞれ発散，集束を行うようにしたレンズ群を構成することもできる。
また、標本として細胞の例を説明したが、半透明体や液体などを対象としても良い。

細胞などの標本の所定位置の切断面を観察するスリット光照明蛍光顕微鏡に適用される。

本発明によるＤＬＰ式スリット光走査顕微鏡の実施の形態を示すブロック図である。スリット光照明された標本の詳細を説明するための図である。本発明によるＤＬＰ式スリット光走査顕微鏡の他の実施の形態を示すブロック図である。本発明によるＤＬＰ式スリット光走査顕微鏡のさらに他の実施の形態を示すブロック図である。図４におけるＤＭＤのマイクロミラーをオン制御するパターン例を示す図である。図４における集光用レンズ群の具体例を示す図である。

符号の説明

１レーザ光源
２凹レンズ
３，１０，２０，２１凸レンズ
４ＤＭＤ装置
５ダイクロイックミラー（ＤＭ）
６後焦点面
７超高開口数対物レンズ
８カバーガラス
９標本（細胞）
１１ＣＣＤ装置（観察手段）

Claims

レーザ光源と、
前記レーザ光源からの光を発散する第１レンズ系と、
前記第１レンズ系で発散された光束を、対物レンズ系の後焦点面に集束させる第２レンズ系と、
前記第２レンズ系からの光が入射し、多数のマイクロミラーのオンオフ制御によって光を反射するＤＭＤ装置と、
前記ＤＭＤ装置からの反射光を入射して光路を変更するダイクロイックミラーと、
前記ダイクロイックミラーからの光を入射する前記対物レンズ系と、
前記対物レンズ系の前側に配置されたカバーガラスと、
前記カバーガラスに搭載された標本からの光が、前記対物レンズ系および前記ダイクロイックミラーを通過し、該光を結像させる第３レンズ系と、
前記第３レンズ系で結像された前記標本の像を観察するための観察手段とを備え、
前記ＤＭＤ装置のマイクロミラーをスリット形状でオン制御して前記標本にスリット光照明を行い、かつ前記スリット形状でオン制御されるマイクロミラーを、平行移動させることにより前記標本でのスリット光照明位置を移動させることを特徴とするＤＬＰ式スリット光走査顕微鏡。
前記第２レンズ系は前記第１レンズ系と前記ＤＭＤ装置の間に凸レンズを配置して前記対物レンズ系の後焦点面に集束させることを特徴とする請求項１記載のＤＬＰ式スリット光走査顕微鏡。
前記第２レンズ系は前記第１レンズ系と前記ＤＭＤ装置の間に凸レンズを配置して平行光にし、前記ＤＭＤ装置とダイクロイックミラーの間にさらに凸レンズを配置して前記対物レンズ系の後焦点面に集束させることを特徴とする請求項１記載のＤＬＰ式スリット光走査顕微鏡。
レーザ光源と、
前記レーザ光源からの光を発散する第１レンズ系と、
前記第１レンズ系で発散された光束を平行光にする第２レンズ系と、
前記第２レンズ系からの光が入射し、多数のマイクロミラーのオンオフ制御によって光を反射するＤＭＤ装置と、
前記ＤＭＤ装置からの反射光を入射して光路を変更するダイクロイックミラーと、
前記ＤＭＤ装置と前記ダイクロイックミラーの間に配置され、光束を対物レンズ系の後焦点面に集束させる集光用レンズ群系と、
前記ダイクロイックミラーからの光を入射する前記対物レンズ系と、
前記対物レンズ系の前側に配置されたカバーガラスと、
前記カバーガラスに搭載された標本からの光が、前記対物レンズ系および前記ダイクロイックミラーを通過し、該光を結像させる第３レンズ系と、
前記第３レンズ系で結像された前記標本の像を観察するための観察手段とを備え、
前記ＤＭＤ装置のマイクロミラーをリング形状でオン制御し、かつ集光用レンズ群系で前記オン制御されたマイクロミラーからの光を集光することにより前記標本にリング形状のスリット光照明を行い、かつ異なるリング形状のマイクロミラーをオン制御することにより、前記標本におけるリング状スリット光照明の径を変更することを特徴とするＤＬＰ式スリット光走査顕微鏡。
前記集光用レンズ群系は、リング状に配置されたマイクロレンズ群で構成したことを特徴とする請求項４記載のＤＬＰ式スリット光走査顕微鏡。
前記集光用レンズ群系は、トーリックレンズを用いたことを特徴とする請求項４記載のＤＬＰ式スリット光走査顕微鏡。