JP4646506B2 - Laser scanning microscope - Google Patents
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Description
本発明は、光源からの光を走査して試料に照射し、試料で発生する光(例えば、蛍光、反射光、照射波長と資料の物性に応じて生成される試料由来の放射光など)を分光観測・検出する分光光学装置を有するレーザ走査型顕微鏡に関する。 The present invention scans light from a light source and irradiates the sample with light generated by the sample (for example, fluorescence, reflected light, radiation derived from the sample generated according to the irradiation wavelength and physical properties of the material, etc.) The present invention relates to a laser scanning microscope having a spectroscopic optical device for spectroscopic observation and detection.
近年、顕微鏡の分野では有機化合物である蛍光試薬やGFPに代表される蛍光タンパ質のラインナップの増加、さらには標識状態の変化などに伴ない、さまざまな蛍光をマルチカラーで同時に検出することが望まれている。また、分光データを蛍光色素の分離や解析といった処理に用いるために、複数の蛍光波長の分光スペクトル全体を観測でき、更にそのスペクトル全体から複数の注目領域を選択し、それらを高速かつ同時に高分解能で観測できる高い自由度を持った分光光学装置が期待されている。 In recent years, in the field of microscopy, it is hoped that various fluorescent lights can be detected simultaneously in multiple colors as the lineup of fluorescent reagents such as organic compounds and fluorescent proteins represented by GFP increases, and the labeling state changes. It is rare. In addition, in order to use spectral data for processing such as separation and analysis of fluorescent dyes, the entire spectral spectrum of multiple fluorescent wavelengths can be observed, and multiple regions of interest can be selected from the entire spectrum, and these can be quickly and simultaneously resolved at high resolution. A spectroscopic optical device with a high degree of freedom that can be observed in the field is expected.
従来、このような分光光学装置を有するものとして、特許文献1に開示されるレーザ走査型共焦点顕微鏡が知られている。この特許文献1では、光分散手段と多チャンネル検出器を利用したものが開示され、光分散手段として、プリズムまたは回折格子が使われ、単色レーザから出射されるビームもしくは波長可変ビームで選択される一つの波長成分を持つビームが光分散手段を介して励起光として試料に照明され、試料から発した発生光が再び光分散手段を介して分光検出される。このとき具体的には、プリズムが回転することによって励起波長は入射方向が最小偏角となるように照明光路に導かれ、試料からの発生光がこの回転位置で位置決めされたプリズムを介して分光され検出器へ導かれる。また、この特許文献1では、検出器として多チャンネル検出器を備えることも特徴としている。 Conventionally, a laser scanning confocal microscope disclosed in Patent Document 1 is known as having such a spectroscopic optical device. This Patent Document 1 discloses a device using a light dispersion means and a multi-channel detector, and a prism or a diffraction grating is used as the light dispersion means, and is selected by a beam emitted from a monochromatic laser or a wavelength variable beam. A beam having one wavelength component is illuminated onto the sample as excitation light through the light dispersion means, and generated light emitted from the sample is spectrally detected again through the light dispersion means. Specifically, when the prism rotates, the excitation wavelength is guided to the illumination optical path so that the incident direction has the minimum deviation angle, and the light generated from the sample is dispersed through the prism positioned at this rotational position. To the detector. Moreover, this patent document 1 is also characterized by including a multi-channel detector as a detector.
一方、他の例としては、特許文献2と特許文献3も知られている。
On the other hand,
特許文献2は、回折格子を用いたCzerny−Turner型分光装置と多チャンネル検出器を組み合わせたもので、ここでは、試料で発生する放射光をスペクトルに分散する光分散素子と、分散光を検出する多チャンネル検出器と、多チャンネル検出器から少なくとも一つの合算シグナルを電気的に生成する手段とを備えている。また、分光方向にあわせて多チャンネル検出器を配置してスペクトル光を検出し、異なる分光した成分の合算シグナルを生成することも特徴としている。
また、特許文献3は、特許文献2の変形例に相当するもので、同じくCzerny−Turner型分光装置と多チャンネル検出器を組み合わせている。ここでは、光分散素子、検出器、結像要素がそれそれ移動もしくは回転し、分散されたスペクトルと検出器の位置関係か相対的に変えることができる。これにより、波長スキャナーとしての働きを持たせ、多チャンネル検出器に対してスペクトル光の位置をずらし受光し、受光データを演算処理することによって波長分解能の向上を図る。また、更なる波長分解能の向上のために、グレーティングを切替えることも記載されている。
ところが、特許文献1において、光分散手段として用いられるプリズムまたは回折格子は、励起光と試料からの発生光がそれそれ試料と検出器へ導かれるように回転して位置決めされている。このため2つ以上の波長成分を持つレーザからの励起光を同時に試料に照明し、かつ、それら励起光によって励起された複数の蛍光を観察することができない。 However, in Patent Document 1, the prism or diffraction grating used as the light dispersion means is rotated and positioned so that the excitation light and the light generated from the sample are guided to the sample and the detector, respectively. For this reason, it is impossible to simultaneously illuminate the sample with excitation light from a laser having two or more wavelength components and observe a plurality of fluorescence excited by the excitation light.
また、特許文献2では、分散されたスペクトル光が多チャンネル検出に対して固定されるため、一度全体の波長帯域を設定すると、容易に帯域を可変することができない。また、検出されるスペクトルの波長分解能は、光学的な分解能によらず多チャンネル検出器の分割数によって決定されるため、より高波長分解能を得ることはできない。さらにはスペクトル光から所望の波長領域を抽出・選択する場合、この分割数で決定される波長分解能に従い所望のチャンネル数を選択することになり、注目領域で高い分解能をもってスペクトル光を観測するができない。更には、一つの多チャンネル検出器で分散された全てのスペクトル光を受光するため、複数の蛍光光量に数倍程度の強度差がある場合でも、それぞれの蛍光光量に対して適当な感度調整を行うことができない。このため、明るい蛍光に対して強度の弱い蛍光は観測しにくくなる。
Further, in
さらに、特許文献3で得られる高波長分解能は、波長スキャナーによる画素ズラシ演算処理を用いるため、波長スキャナーによる時間が発生する。また、グレーティングを切り替えることも記載されているが、高分解能を得るためには格子本数の多いグレーティングになるため、回折効率が低くなり光量ロスが避けられない。感度調整については前述と同様の欠点があり、かつ高分散グレーティングで発生する光量ロスが強度の弱い蛍光観測に悪影響をもたらすことはいうまでもない。 Furthermore, since the high wavelength resolution obtained in Patent Document 3 uses pixel shift calculation processing by the wavelength scanner, time is generated by the wavelength scanner. In addition, switching of the grating is also described, but in order to obtain a high resolution, the grating has a large number of gratings, so that the diffraction efficiency is lowered and a light amount loss is unavoidable. Needless to say, the sensitivity adjustment has the same disadvantages as described above, and the light loss caused by the high dispersion grating adversely affects the fluorescence observation with low intensity.
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、観測光の広帯域のスペクトル領域に対して注目するスペクトル領域を精度よく抽出できる自由度の高い分光検出装置を有するレーザ走査型顕微鏡を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, to provide a laser scanning microscope having a high spectral detector degree of freedom of the spectral region of interest with respect to the spectral region of the wide band observation light can accurately extract With the goal.
請求項1記載の発明は、レーザ光を励起光として試料に照射し、該試料から発する蛍光を観察するレーザ走査型顕微鏡において、前記蛍光をスペクトルに分散させる分光素子と、前記スペクトルを検出する多チャンネル検出器と、前記スペクトルを前記多チャンネル検出器へ投影するスペクトル投影光学系と、前記多チャンネル検出器の直前に配置されて前記励起光の波長を反射させ他の波長に対しては透明なマスクと、前記スペクトルの位置を分散方向に移動させるように前記分光素子を回転させる駆動手段と、前記多チャンネル検出器をスペクトル分散方向に沿って平行移動させる駆動手段とを備え、前記マスクは、前記多チャンネル検出器の移動または前記分光素子の回転があった場合でも前記励起光の波長を反射させるように、前記スペクトルの分散方向に移動可能であることを特徴としている。 According to the first aspect of the present invention, in a laser scanning microscope that irradiates a sample with laser light as excitation light and observes the fluorescence emitted from the sample, a spectroscopic element that disperses the fluorescence into a spectrum, and a multi-spectrum that detects the spectrum. A channel detector, a spectrum projection optical system for projecting the spectrum onto the multi-channel detector, and disposed in front of the multi-channel detector to reflect the wavelength of the excitation light and be transparent to other wavelengths. A mask, driving means for rotating the spectroscopic element so as to move the position of the spectrum in the dispersion direction, and driving means for moving the multi-channel detector in parallel along the spectral dispersion direction. In order to reflect the wavelength of the excitation light even when the multi-channel detector moves or the spectroscopic element rotates. It is characterized in that in the dispersion direction of the spectrum is movable.
本発明によれば、広帯域の第1のスペクトル領域を検出する第1の多チャンネル分光検出系と第1のスペクトル領域に含まれる注目波長範囲の第2のスペクトル領域を検出する第2の多チャンネル分光検出系を併せ持つことによって、広いスペクトル範囲の中から注目する波長範囲のスペクトル領域を精度よく抽出することができる。 According to the present invention, the first multi-channel spectroscopic detection system for detecting the first spectral region in the wide band and the second multi-channel for detecting the second spectral region in the wavelength range of interest included in the first spectral region. By having a spectroscopic detection system, it is possible to accurately extract a spectral region of a wavelength range of interest from a wide spectral range.
また、本発明によれば、目的とする蛍光波長にあわせて波長分離手段を用意することで、比較的自由度高く所望するスペクトルを取得することができる。また、それぞれ注目範囲のスペクトルに対して、波長分解能や個別の感度調整の最適化を適正に行うことができる。 Further, according to the present invention, a desired spectrum can be acquired with a relatively high degree of freedom by preparing wavelength separation means in accordance with the target fluorescence wavelength. Further, optimization of wavelength resolution and individual sensitivity adjustment can be appropriately performed for each spectrum of interest.
さらに、広帯域の第1のスペクトル領域をスペクトル領域分割手段で分割し、それぞれの分割領域のスペクトルを検出できるので、広いスペクトル領域や注目する波長範囲のスペクトル領域を任意に選択、切換えることができる。また、これらのスペクトル領域は、スペクトル領域分割手段で決定することができるので、より自由度の高いセッティングを行なうことができる。 Furthermore, since the first spectral region of the wide band is divided by the spectral region dividing means and the spectrum of each divided region can be detected, a wide spectral region or a spectral region of the wavelength range of interest can be arbitrarily selected and switched. Further, since these spectral regions can be determined by the spectral region dividing means, setting with a higher degree of freedom can be performed.
以下、本発明の実施の形態を図面に従い説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
(第1の実施の形態)
図1は、本発明の第1の実施の形態が適用される分光光学装置の概略構成を示している。
(First embodiment)
FIG. 1 shows a schematic configuration of a spectroscopic optical device to which the first embodiment of the present invention is applied.
図において、1は、顕微鏡、ここでは試料で発生する蛍光を観察するレーザ走査型顕微鏡の共焦点効果を得るためのピンホールを含む観測光学系を示している。なお、レーザ走査型顕微鏡の別な主要部である光源部、ビーム走査部、顕微鏡部、励起光と蛍光を分けるダイクロイックミラーなどは図面から省略されている。 In the figure, reference numeral 1 denotes an observation optical system including a pinhole for obtaining a confocal effect of a microscope, here, a laser scanning microscope for observing fluorescence generated in a sample. In addition, a light source part, a beam scanning part, a microscope part, a dichroic mirror that separates excitation light and fluorescence, which are other main parts of the laser scanning microscope, are omitted from the drawings.
そして、このようなレーザ走査型顕微鏡のダイクロイックミラーを通過した試料からの蛍光は、観測光学系1により所望の共焦点効果を得た後、図示しないコリメータレンズを介して略平行光に変換され射出される。 The fluorescence from the sample passing through the dichroic mirror of such a laser scanning microscope obtains a desired confocal effect by the observation optical system 1 and then is converted into substantially parallel light through a collimator lens (not shown) and emitted. Is done.
観測光学系1からの観測光、ここでは、蛍光の光路には、光路切換手段としての光路切換部2が配置されている。光路切換部2は、光路切換えるためのもので、ここでは、光を通過させる空穴部(または光軸を一致させるためのダミーガラス)と反射ミラーを選択的に光路上に位置されるようになっている。この場合、これらの光路切換には、ターレットやスライダなどが用いられる。
An optical
光路切換部2の空穴が光路上に位置する状態で、空穴を通過した光路上には、反射ミラー3が配置されている。また、この反射ミラー3の反射光路には、第1の多チャンネル分光検出系100が配置されている。第1の多チャンネル分光検出系100は、分光素子としての回折格子4、スペクトル投影光学系5および多チャンネル検出器6から構成されている。そして、反射ミラー3で反射された蛍光が、回折格子4に入射され、回折格子4で分散された蛍光スペクトルが、スペクトル投影光学系5によって多チャンネル検出器6に集光して投影されるようになっている。
The reflection mirror 3 is disposed on the optical path that has passed through the hole while the hole of the optical
この場合、多チャンネル検出器6と、この多チャンネル検出器6へ投影される蛍光スペクトルの相対位置、言い換えれば回折格子4で分散された中心波長の多チャンネル検出器6への投影位置は、移動可能になっていて、適切な波長帯域を受光できるようにしている。これには、回折格子4を回転(図示矢印a)させるための駆動手段(図示せず)と、多チャンネル検出器6を分光方向に沿って平行(図示矢印b)に移動させるための駆動手段(図示せず)が備えられている。また、図示していないが多チャンネル検出器6には、感度調整手段が設けられている。
In this case, the relative position of the
このように第1の多チャンネル分光検出系100を構成する回折格子4と多チャンネル検出器6は広帯域の波長範囲をカバーするように配置されており、試料内のどの蛍光波長帯域が検出されているかが一目瞭然にわかるようになっている。また、観測波長の範囲に従って、回折格子4の回転させたり、多チャンネル検出器6を平行移動させることで、観測するスペクトル領域を調整できるようになっている。
Thus, the diffraction grating 4 and the
次に、光路切換部2の反射ミラーが光路上に位置する状態で、反射ミラーの反射光路状には、第2の多チャンネル分光検出系200が配置されている。第2の多チャンネル分光検出系200は、他の分光素子としてのプリズム7、スペクトル投影光学系8および多チャンネル検出器9から構成されている。そして、光路切換部2の反射ミラーで反射された蛍光が、プリズム7に入射され、プリズム7で分散された蛍光スペクトルが、スペクトル投影光学系8によって多チャンネル検出器9に集光して投影されるようになっている。
Next, in a state where the reflection mirror of the optical
この場合も、プリズム7と多チャンネル検出器9は、観測される蛍光スペクトルの相対位置を可変できるように、プリズム7を回転(図示矢印c)させるための駆動手段(図示せず)と、多チャンネル検出器9を分光方向に対して平行(図示矢印d)に移動させるための駆動手段(図示せず)が備えられている。
Also in this case, the
また、スペクトル投影光学系8は、焦点距離、投影倍率もしくはズーム比を可変可能になっている。ここでは、多チャンネル検出器9へのスペクトルの投影倍率を可変できるズーム光学系となっている。また、ここでも図示していないが、多チャンネル検出器9には、感度調整手段が設けられている。
The spectral projection
このような第2の多チャンネル分光検出系200を構成するプリズム7と多チャンネル検出器9は、第1の多チャンネル分光検出系100で検出された広帯域の分光スペクトルの中から、試料に導入された蛍光試薬もしくは蛍光タンパクの発光波長にしたがって注目する波長のスペクトル領域を観察できるようにしている。注目する波長のスペクトル領域はもちろん複数でもかまわない。ここでは簡略化のために一つの注目スペクトル領域を設定する場合を示している。
The
なお、ここで、分光素子としてプリズム7を使用しているのは、回折格子4と比較して、硝材の特性として分散を持つため波長にしたがって分散量が異なるものの、透過率に優れるという特徴を有するからである。つまり、選択された100mm程度の注目する波長領域のみを観察する場合、分散量の違いは無視できるほど小さいことから、透過率に優れる分明るい観測を行うことができるからである。また、スペクトル投影光学系8のズーム比を可変することによって、注目する波長範囲の多チャンネル検出器9への投影倍率が変わるため、各検出チャンネルにおける受光する波長範囲を可変できる。これにより、注目領域で観測する波長分解能を自在に変えることができ、その領域で所望の波長分解能を設定することが可能となる。この波長分解能の変更は、異なる分散量をもつ硝材のプリズムを切り替えることによっても段階的に可変とすることができる。もちろん、透過率が問題でなければ、複数の回折格子を切り替えるようにしてもかまわない。
In this case, the
また、多チャンネル検出器6,9にそれぞれ感度調整手段を備えることによって、例えば、明るい蛍光と暗い蛍光の同時観測を行うような場合、多チャンネル検出器6のみでは暗い蛍光に対して適正な設定をするのが難しいことがあるが、暗い蛍光を注目する領域として多チャンネル検出器9で適正な感度調整を行うこともでき、そのスペクトルを十分な明るさとして詳細に調べることができる。
Further, by providing sensitivity adjustment means for each of the
次に、図2により、多チャンネル検出器6上で励起光をカットする方法を説明する。この場合、例えば、アルゴンレーザからの励起光488nmと緑色He−Neレーザ543nmが同時に試料を励起した場合、レーザ走査型顕微鏡に備えられているダイクロイックミラーの特性に従って、多チャンネル検出器6にそれらのビームが導かれる。これらレーザ光は蛍光に比べて強度が強いため、適切な蛍光観察を妨げる要因となることがある。
Next, a method for cutting the excitation light on the
これを解決する方法として、例えば、図2(a)に示す多チャンネル検出器6の直前に、同図(b)に示すように分光されたスペクトルの488nm、543nmの位置を反射するコーティングを施し、他の波長に対しては透明である硝材を用いたマスクMを配置する。このマスクMは、必要に応じて、固定位置にマウントされるか、もしくは、多チャンネル検出器6と同じ方向に駆動できるようにしている。このようにすれば、同図(c)に示すように、多チャンネル検出器6の駆動や回折格子4の回転によって観測される波長範囲がシフトしても常に488nmや543nmの励起光をカットすることができる。
As a method for solving this, for example, a coating that reflects the positions of 488 nm and 543 nm of the spectrum as shown in FIG. 2B is applied immediately before the
従って、このような構成によれば、例えば、図3(a)に示すように第1の多チャンネル分光検出系100によって第1のスペクトル領域Aが検出した状態で、第1のスペクトル領域Aを複数に分割(図示例では2分割)し、これらの分割領域を、同図(b)に示すように第2の多チャンネル分光検出系200により第2のスペクトル領域Bとして検出することができる。
Therefore, according to such a configuration, for example, in the state where the first spectral region A is detected by the first multi-channel
また、図4(a)に示すように第1の多チャンネル分光検出系100によって第1のスペクトル領域Aが検出した状態で、第1のスペクトル領域A内の選択された任意の領域A’を、同図(b)に示すように第2の多チャンネル分光検出系200により第2のスペクトル領域Cとして検出することができる。
In addition, as shown in FIG. 4A, in the state where the first spectral region A is detected by the first multi-channel
これにより、全体のスペクトル領域Aの観察と詳細な領域の第2のスペクトル領域B(C)の観察を切換えて行なうことができ、波長選択性と装置としての自由度が高まる。また、第1の多チャンネル分光検出系100および第2の多チャンネル分光検出系200は、各スペクトル領域A、B(C)に応じて個々に用意されているので、試料からの光強度にあわせてそれぞれ感度調整することができ、常に適切なセッティングで試料を観測することもできる。
Thereby, observation of the whole spectrum area | region A and observation of the 2nd spectrum area | region B (C) of a detailed area | region can be switched, and a wavelength selectivity and the freedom degree as an apparatus increase. In addition, the first multi-channel
このように、本発明では、広帯域を検出する第1の多チャンネル分光検出系100と注目する波長範囲を検出する第2の多チャンネル分光検出系200を併せ持つことによって、広いスペクトル範囲の中から発生する蛍光スペクトルに応じて注目する波長範囲を任意に選択することができ、、その注目する範囲の蛍光スペクトルに応じて、波長分解能や個別の感度調整の最適化を適正に行うことができる。
As described above, in the present invention, the first multi-channel
(第2の実施の形態)
次に、本発明の第2の実施の形態を説明する。
(Second Embodiment)
Next, a second embodiment of the present invention will be described.
図5は、本発明の第2の実施の形態が適用される分光光学装置の概略構成を示している。 FIG. 5 shows a schematic configuration of a spectroscopic optical device to which the second embodiment of the present invention is applied.
この場合も、第1の実施の形態で述べたと同様にレーザ走査型共焦点顕微鏡の例であり、ピンホールを含む観測光学系11を通過した試料からの観測光の光路上には、第1、第2および第3の多チャンネル分光検出系12,13,14が配置されている。
This case is also an example of a laser scanning confocal microscope, as described in the first embodiment, and the first path of the observation light from the sample that has passed through the observation optical system 11 including the pinhole is the first. Second and third multichannel
第1の多チャンネル分光検出系12は、第1の実施の形態で述べた第1の多チャンネル分光検出系100に相当するもので、観測光の光路上に波長分離手段としてのダイクロイックミラー121が配置されている。ダイクロイックミラー121の反射光路には、回折格子122が配置され、回折格子122で分散された蛍光スペクトルが、スペクトル投影光学系123によって多チャンネル検出器124に集光して投影されるようになっている。
The first multi-channel
第2および第3の多チャンネル分光検出系13,14は、第1の実施の形態で述べた第2の多チャンネル分光検出系200に相当するもので、第2の多チャンネル分光検出系13は、ダイクロイックミラー121の透過光路上にダイクロイックミラー131が配置されている。ダイクロイックミラー131の反射光路には、回折格子132が配置され、回折格子132で分散された蛍光スペクトルが、スペクトル投影光学系133によって多チャンネル検出器134に集光して投影されるようになっている。また、第3の多チャンネル分光検出系14は、ダイクロイックミラー131の透過光路上に反射ミラー141が配置されている。反射ミラー141の反射光路には、回折格子142が配置され、回折格子142で分散された蛍光スペクトルが、スペクトル投影光学系143によって多チャンネル検出器144に集光して投影されるようになっている。
The second and third multichannel
この場合も、各多チャンネル分光検出系12,13,14の回折格子122、132、142および多チャンネル検出器124、134、144は、観測される蛍光スペクトルの相対位置を可変できるように、回折格子122、132、142については各別に回転(図示矢印e)させるための駆動手段(図示せず)、多チャンネル検出器124、134、144については各別に分光方向に沿って平行(図示矢印f)に移動させるための駆動手段(図示せず)が備えられている。また、スペクトル投影光学系123、133、143は、多チャンネル検出器へのスペクトルの投影倍率を可変できるズーム光学系となっている。さらに、ここでも図示していないが、多チャンネル検出器124、134、144には、感度調整手段が設けられている。
Also in this case, the
このような構成によれば、第1の多チャンネル分光検出系12で広帯域のスペクトル領域を検出し、残りの多チャンネル分光検出系13,14で注目する波長範囲のスペクトル領域を検出することができる。
According to such a configuration, the first multi-channel
また、多チャンネル分光検出系12,13,14は、試料からの蛍光を波長分離するダイクロイックミラー121、131によって、それそれ異なる波長を検出できるようになっているので、これらダイクロイックミラー121、131の波長分離特性を観測する蛍光波長域に従って用いれば、異なる波長領域の光を分光して検出することができる。この場合、ダイクロイックミラー121、131は、分割される波長領域によって、例えば青色検出(400〜500nm)、緑色検出(500〜600nm)、赤色検出(600〜700nm)のように設定してもよいし、励起する励起波長もしくは観測する蛍光波長にあわせて設定するようにしてもよい。
Further, the multi-channel
このようにすれば、ダイクロイックミラー121、131の配置にしたがって、多チャンネル分光検出系12,13、14で、異なる波長領域の光が分光され検出することができる。この場合、多チャンネル検出器124、134、144は、それぞれ個別の感度調整手段を持つため、各多チャンネル分光検出系12,13、14での個体差をなくすために感度を補正した上で、感度および投影倍率を同一条件に合わせることにより、検出されるスペクトルデータは広帯域の波長範囲を観測するものとして扱うことができる。また、個々のスペクトルデータで蛍光強度にあわせて多チャンネル検出器124、134、144を感度調整すれば、暗いサンプルでも適切な観測を行うことができる。
In this way, according to the arrangement of the
さらに、多チャンネル分光検出系12,13,14では、観測波長の範囲に従って回折格子122、132、142を各別の回転もしくは多チャンネル検出器124、134、144を各別に平行移動させることで、観測する波長帯域を調整することができ、さらに、スペクトル投影光学系123、133、143の変倍ズーム機能により、各々の波長帯域で検出する波長分解能を変えることもできる。
Further, in the multi-channel
従って、このようにすれば、多チャンネル分光検出系12,13,14をダイクロイックミラー121、131で区分することにより、発生する蛍光スペクトルに応じて広いスペクトル領域と注目する波長範囲のスペクトル領域を任意に選択、切換えることができる。このことは、目的とする蛍光波長にあわせてダイクロイックミラー121、131を用意すれば、比較的自由度高く所望の蛍光スペクトルを取得することができる。また、それぞれの多チャンネル分光検出系12,13,14において、注目する範囲の蛍光スペクトルに対して、波長分解能や個別の感度調整の最適化を適正に行うこともできる。
Accordingly, by dividing the multi-channel
(第3の実施の形態)
次に、本発明の第3の実施の形態を説明する。
(Third embodiment)
Next, a third embodiment of the present invention will be described.
図6は、本発明の第3の実施の形態が適用される分光光学装置の概略構成を示している。 FIG. 6 shows a schematic configuration of a spectroscopic optical device to which the third embodiment of the present invention is applied.
この場合も、第1の実施の形態で述べたと同様にレーザ走査型共焦点顕微鏡の例であり、ピンホールを含む観測光学系21を通過した試料からの観測光の光路上には、光分散素子として回折格子22が配置されている。そして、回折格子22で分散された蛍光スペクトルは、リレーレンズ系23に入射され、再び略平行光に戻される。
This case is also an example of a laser scanning confocal microscope as described in the first embodiment, and light dispersion is performed on the optical path of the observation light from the sample that has passed through the observation
リレーレンズ系23からの平行光の光路上には、スペクトル領域分割手段としての反射ミラー24,25が並べて配置されている。これら反射ミラー24,25は、回折格子22で分散された蛍光スペクトルから所望のスペクトル領域を分割するためのものである。
On the optical path of the parallel light from the
反射ミラー24の反射光路には、第1の多チャンネル分光検出系300が配置され、反射ミラー25の反射光路には、第2の多チャンネル分光検出系400が配置されている。
A first multi-channel spectral detection system 300 is disposed in the reflection optical path of the
そして、反射ミラー24で分割されたスペクトル領域は、第1の多チャンネル分光検出系300を構成するスペクトル投影光学系26によって多チャンネル検出器27に集光して投影され、また、反射ミラー25で分割されたスペクトル領域は、第2の多チャンネル分光検出系400を構成するスペクトル投影光学系28によって多チャンネル検出器29に集光して投影される。
Then, the spectral region divided by the
この場合、多チャンネル検出器27,29と、これら多チャンネル検出器27,29へ投影される蛍光スペクトルの相対位置を移動させて適切な波長帯域を受光できるように、回折格子22を回転(図示矢印g)させる駆動手段(図示せず)が備えられ、また、多チャンネル検出器27,29についても、分光方向に沿って平行(図示矢印h)に移動させる駆動手段(図示せず)が備えられている。さらに、反射ミラー24、25についても、所望の範囲で波長分割できるように、分散された蛍光スペクトルに対しての挿入方向(図示矢印i)に移動させる駆動手段(図示せず)が備えられている。このときの移動方向は、蛍光スペクトルに対して本来垂直方向に移動すればよいが、多チャンネル検出器27,29と反射ミラー24、25の配置にしたがって決定されればよいので、必ずしも拝入方向に限定されるものではない。また。ここでも図示していないが、多チャンネル検出器27,29はそれそれ個別に感度調整手段を備えている。さらには、上述した実施の形態と同様に、多チャンネル検出器27,29上での波長分解能を可変にするために、スペクトル投影光学系26,28は投影倍率が可変なズーム光学系になっている。この場合、波長分解能を可変にするために変倍できるターレット機構をもった変倍光学系にしてもよく、その場合には、スペクトルの集光位置に応じて多チャンネル検出器27,29が前後(図示矢印j)に駆動できるように駆動手段(図示せず)を備えてもよい。
In this case, the
このようにすると、反射ミラー24、25で分割された蛍光スペクトルは、それそれ多チャンネル検出器27,29で受光される。このとき、反射ミラー24、25の挿入位置により蛍光スペクトルの分割領域を決定することができるので、自由度の高い選択もしくは分割を行なうことができる。また、個々の多チャンネル検出器27,29は、それぞれ個別に感度調整手段を持つため、各多チャンネル検出器27,29の個体差をなくすために感度を補正した上で、感度および投影倍率を同一条件に合わせることにより、検出されるスペクトルデータは広帯域の波長範囲を観測するものとして扱うことができる。さらに、個々のスペクトルデータで蛍光強度にあわせて多チャンネル検出器27,29を感度調整すれぱ、暗いサンプルでも適切な観測を行うことができる。さらにまた、この第3の実施の形態に示す検出系そのものを、第1の実施の形態の注目する波長領域の検出系(図1に示す第2の多チャンネル分光検出系200に該当)として用いることができ、こうすることで、広帯域の検出系(図1に示す第1の多チャンネル分光検出系100に該当)と切り分けることによって、より高度で詳細な検出系を構築することも可能になる。すなわち、この第3の実施の形態を第1の実施の形態に適用すれば、さらに第1の実施の形態を発展させて注目する波長領域を複数検出することができる。ここでも、所望の観測波長の範囲に従って回折格子22の回転、多チャンネル検出器27,29を分光さ方向に対して平行(図示矢印h)に移動させることで、観測する帯域を調整することができ、かつ、ズーム機構をもったスペクトル投影光学系26、28により多チャンネル検出器27,29それそれで各々の波長領域で検出する波長分解能を変えることができる。
In this way, the fluorescence spectrum divided by the reflection mirrors 24 and 25 is received by the
従って、このようにすれば、回折格子22で分散された広帯域のスペクトル領域を反射ミラー24、25を介して分割し、それぞれを第1の多チャンネル分光検出系300および第2の多チャンネル分光検出系400で検出できるようにしたので、観測光から発生する蛍光スペクトルに応じて広いスペクトル領域や注目する波長範囲のスペクトル領域を任意に選択、切換えることができる。また、これらのスペクトル領域は、反射ミラー24,25の位置で決定することができるので、より自由度の高いセッティングが行える。さらに、この第3の実施の形態に示す検出系そのものを、上述した第1の実施の形態の注目する波長領域の検出系として用いることにより、検出チャンネルを増やすことができ、より高度で詳細な観測を行なうことができる。さらにまた、それぞれの多チャンネル分光検出系300,400において、注目する範囲の蛍光スペクトルに対して、波長分解能や個別の感度調整の最適化を適正に行うこともできる。
Accordingly, in this way, the broadband spectral region dispersed by the
なお、本発明は、上記実施の形態に限定されるものでなく、実施段階では、その要旨を変更しない範囲で種々変形することが可能である。上述では、蛍光観測について記載したが、蛍光観測だけではなく、試料からの反射光もしくは光源からの照明光に応じて試料内で発生する放射光についても応用できるこができる。スペクトルを得るための光分散素子は、回折格子やプリズムに限定されるわけではなく、同様な効果を得られるものであれば実施可能である。例えば、音響光学素子やGRISM(グレーティングとプリズムを組み合わせた光学素子)など広く回折光学素子として使われるものが想定できる。 In addition, this invention is not limited to the said embodiment, In the implementation stage, it can change variously in the range which does not change the summary. In the above description, the fluorescence observation is described. However, the present invention can be applied not only to the fluorescence observation but also to the radiated light generated in the sample according to the reflected light from the sample or the illumination light from the light source. The light dispersion element for obtaining the spectrum is not limited to a diffraction grating or a prism, and any light dispersing element that can obtain the same effect can be used. For example, an element widely used as a diffractive optical element such as an acousto-optic element or GRISM (an optical element combining a grating and a prism) can be assumed.
さらに、上記実施の形態には、種々の段階の発明が含まれており、開示されている複数の構成要件における適宜な組み合わせにより種々の発明が抽出できる。例えば、実施の形態に示されている全構成要件から幾つかの構成要件が削除されても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題を解決でき、発明の効果の欄で述べられている効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成が発明として抽出できる。 Furthermore, the above embodiments include inventions at various stages, and various inventions can be extracted by appropriately combining a plurality of disclosed constituent elements. For example, even if some constituent requirements are deleted from all the constituent requirements shown in the embodiment, the problem described in the column of the problem to be solved by the invention can be solved, and is described in the column of the effect of the invention. If the above effect is obtained, a configuration from which this configuration requirement is deleted can be extracted as an invention.
100…第1の多チャンネル分光検出系
200…第2の多チャンネル分光検出系
1…観測光学系、2…光路切換部、3…反射ミラー
4…回折格子、5…スペクトル投影光学系
6.9…多チャンネル検出器、7…プリズム
8…スペクトル投影光学系、11…観測光学系
12…第1の多チャンネル分光検出系、121…ダイクロイックミラー
122…回折格子、123…スペクトル投影光学系
124…多チャンネル検出器、13…第2の多チャンネル分光検出系
131…ダイクロイックミラー、132…回折格子
133…スペクトル投影光学系、134…多チャンネル検出器
14…第3の多チャンネル分光検出系、141…反射ミラー
142…回折格子、143…スペクトル投影光学系
144…多チャンネル検出器、300…第1の多チャンネル分光検出系
400…第2の多チャンネル分光検出系、21…観測光学系
22…回折格子、23…リレーレンズ系、24.25…反射ミラー
26.28…スペクトル投影光学系、27.29…多チャンネル検出器
DESCRIPTION OF
Claims (1)
前記蛍光をスペクトルに分散させる分光素子と、
前記スペクトルを検出する多チャンネル検出器と、
前記スペクトルを前記多チャンネル検出器へ投影するスペクトル投影光学系と、
前記多チャンネル検出器の直前に配置されて前記励起光の波長を反射させ他の波長に対しては透明なマスクと、
前記スペクトルの位置を分散方向に移動させるように前記分光素子を回転させる駆動手段と、
前記多チャンネル検出器をスペクトル分散方向に沿って平行移動させる駆動手段とを備え、
前記マスクは、前記多チャンネル検出器の移動または前記分光素子の回転があった場合でも前記励起光の波長を反射させるように、前記スペクトルの分散方向に移動可能であることを特徴とするレーザ走査型顕微鏡。 In a laser scanning microscope that irradiates a sample with laser light as excitation light and observes fluorescence emitted from the sample,
A spectroscopic element for dispersing the fluorescence in a spectrum;
A multi-channel detector for detecting the spectrum;
A spectral projection optical system for projecting the spectrum onto the multi-channel detector;
A mask that is disposed immediately in front of the multi-channel detector to reflect the wavelength of the excitation light and is transparent to other wavelengths;
Driving means for rotating the spectroscopic element so as to move the position of the spectrum in a dispersion direction;
Driving means for translating the multi-channel detector along a spectral dispersion direction;
The laser scanning characterized in that the mask is movable in the dispersion direction of the spectrum so as to reflect the wavelength of the excitation light even when the multi-channel detector moves or the spectroscopic element rotates. Type microscope.
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