JP5307373B2 - Optical scanning microscope - Google Patents
Optical scanning microscope Download PDFInfo
- Publication number
- JP5307373B2 JP5307373B2 JP2007240103A JP2007240103A JP5307373B2 JP 5307373 B2 JP5307373 B2 JP 5307373B2 JP 2007240103 A JP2007240103 A JP 2007240103A JP 2007240103 A JP2007240103 A JP 2007240103A JP 5307373 B2 JP5307373 B2 JP 5307373B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- optical system
- light
- sample
- pupil projection
- imaging optical
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Landscapes
- Microscoopes, Condenser (AREA)
- Lenses (AREA)
- Lens Barrels (AREA)
Description
本発明は、光走査型顕微鏡に関するものである。 The present invention relates to an optical scanning microscope.
従来、光源と対物レンズの間に正屈折力と負屈折力の光学素子を配置し、物理的距離を変化させて、対物レンズの作動距離を変化させる顕微鏡が知られている(例えば、特許文献1参照。)。
また、有限遠型の対物レンズに、アダプタレンズが着脱可能となっている顕微鏡も開示されている(例えば、特許文献2参照。)。これによれば、細径の有限遠対物とアダプタレンズとを組み合わせ、アダプタレンズを光軸方向に移動させることにより、対物レンズの作動距離を変化させる用になっている。
Conventionally, a microscope is known in which an optical element having a positive refractive power and a negative refractive power is arranged between a light source and an objective lens, and the working distance of the objective lens is changed by changing a physical distance (for example, Patent Documents). 1).
In addition, a microscope is also disclosed in which an adapter lens can be attached to and detached from a finite objective lens (see, for example, Patent Document 2). According to this, the working distance of the objective lens is changed by combining the small-diameter finite objective and the adapter lens and moving the adapter lens in the optical axis direction.
また、有限遠型の対物レンズが着脱可能となっている顕微鏡も知られている(例えば、特許文献3参照。)。これによれば、有限遠対物と結像レンズとを組み合わせ、結像レンズを光軸方向に移動させることにより、対物レンズの作動距離を変化させるようになっている。 A microscope in which a finite distance objective lens is detachable is also known (for example, see Patent Document 3). According to this, the working distance of the objective lens is changed by combining the finite objective and the imaging lens and moving the imaging lens in the optical axis direction.
しかしながら、これらの特許文献1〜3に開示されている顕微鏡においては、対物レンズおよび結像レンズと、フォーカスを変化させる光学系との位置関連については何も述べられておらず、光学系の位置関係を考慮しない場合には、光学系を構成するレンズを光軸方向に動かして対物レンズの作動距離を変化させると、観察倍率が大きく変化してしまう不都合が考えられる。
However, in the microscopes disclosed in these
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、対物レンズの作動距離を変化させても、観察倍率をさほど変化させないフォーカス調整ユニットおよび光走査型顕微鏡を提供することを目的としている。 The present invention has been made in view of the above-described circumstances, and an object thereof is to provide a focus adjustment unit and an optical scanning microscope that do not change the observation magnification so much even if the working distance of the objective lens is changed. .
上記目的を達成するために、本発明は以下の手段を提供する。
本発明は、試料からの光を略平行光に変換する対物光学系と、該対物光学系からの略平行光を所定の位置に結像する結像光学系と、該結像光学系により所定の位置に結像された光を略平行光束にする瞳投影光学系と、該瞳投影光学系からの略平行光束の角度を偏向させて試料の観察位置を横方向に走査する横方向走査手段と、該横方向走査手段を経由した前記試料からの光を検出する光検出器と、前記結像光学系または前記瞳投影光学系の少なくとも一方を光軸方向に駆動することで、前記対物光学系の作動距離を変化させるレンズ駆動手段とを備え、前記結像光学系は、前記試料側を前側として、その前側焦点が前記対物光学系の後側焦点の近傍に位置するように配置されている光走査型顕微鏡を提供する。
In order to achieve the above object, the present invention provides the following means.
The present invention provides an objective optical system that converts light from a sample into substantially parallel light, an imaging optical system that forms an image of substantially parallel light from the objective optical system at a predetermined position, and a predetermined optical system using the imaging optical system. A pupil projection optical system for converting the light imaged at the position to a substantially parallel light beam, and a lateral scanning means for scanning the observation position of the sample in the horizontal direction by deflecting the angle of the substantially parallel light beam from the pupil projection optical system And driving the objective optical by driving in the optical axis direction at least one of a photodetector that detects light from the sample that has passed through the lateral scanning means, and the imaging optical system or the pupil projection optical system. A lens driving means for changing the working distance of the system, and the imaging optical system is arranged such that the front side focal point is positioned in the vicinity of the rear focal point of the objective optical system with the sample side as the front side. An optical scanning microscope is provided.
本発明によれば、結像光学系または瞳投影光学系の内野少なくとも一方が光軸方向に駆動されることにより、対物レンズの作動距離が変化する。この場合において、結像光学系の前側焦点を対物光学系の後側焦点の近傍に配置することにより、結像光学系または瞳投影光学系のいずれかを光軸方向に移動させたときの倍率の変化を抑えることができる。
ここで、略平行光は、厳密な平行光のみならず、緩い角度の発散光および収束光を含む。
According to the present invention, the working distance of the objective lens is changed by driving at least one of the inner field of the imaging optical system or the pupil projection optical system in the optical axis direction. In this case, the magnification when moving either the imaging optical system or the pupil projection optical system in the optical axis direction by placing the front focal point of the imaging optical system in the vicinity of the rear focal point of the objective optical system. The change of can be suppressed.
Here, the substantially parallel light includes not only strictly parallel light but also divergent light and convergent light at a gentle angle.
上記発明においては、前記レンズ駆動手段が、前記結像光学系を光軸方向に駆動し、前記瞳投影光学系が固定され、以下の式(1)を満たすことが好ましい。
|D1a×Δs|/(Ftl)2≦0.05 (1)
ここで、Δs:前記結像光学系の全移動距離、D1a:前記結像光学系の移動で中間位置に来たときの前記対物光学系の後側焦点と前記結像光学系の前側焦点との間隔、Ftl:前記結像光学系の焦点距離である。
このようにすることで、作動距離を変化させたときの倍率の変化を小さくすることができる。
In the above invention, it is preferable that the lens driving unit drives the imaging optical system in the optical axis direction, the pupil projection optical system is fixed, and satisfies the following expression (1).
| D1a × Δs | / (Ftl) 2 ≦ 0.05 (1)
Here, Δs: total moving distance of the imaging optical system, D1a: a rear focal point of the objective optical system and a front focal point of the imaging optical system when the imaging optical system moves to an intermediate position , Ftl: the focal length of the imaging optical system.
By doing in this way, the change of the magnification when the working distance is changed can be reduced.
また、上記発明においては、D1a=0であることが好ましい。
このようにすることで、作動距離を変化させたときの倍率の変化をなくすことができる。
In the above invention, D1a = 0 is preferable.
By doing in this way, the change of the magnification when the working distance is changed can be eliminated.
また、上記発明においては、前記レンズ駆動手段が前記瞳投影光学系を光軸方向に駆動し、前記結像光学系が固定され、以下の条件式(2)を満たすこととしてもよい。
|D1×δs|/(Ftl)2≦0.05 (2)
ここで、δs:前記瞳投影光学系の全移動距離、D1:前記対物光学系の後側焦点と前記結像光学系の前側焦点との間隔、Ftl:前記結像光学系の焦点距離である。
このようにすることで、作動距離を変化させたときの倍率の変化を小さくすることができる。
In the above invention, the lens driving unit may drive the pupil projection optical system in the optical axis direction, the imaging optical system may be fixed, and the following conditional expression (2) may be satisfied.
| D1 × δs | / (Ftl) 2 ≦ 0.05 (2)
Where δs: total moving distance of the pupil projection optical system, D1: distance between the rear focal point of the objective optical system and the front focal point of the imaging optical system, Ftl: focal distance of the imaging optical system. .
By doing in this way, the change of the magnification when the working distance is changed can be reduced.
また、上記発明においては、D1=0であることが好ましい。
このようにすることで、作動距離を変化させたときの倍率の変化をなくすことができる。
In the above invention, D1 = 0 is preferable.
By doing in this way, the change of the magnification when the working distance is changed can be eliminated.
また、上記発明においては、前記瞳投影光学系または前記結像光学系の少なくとも一方が、互いにアフォーカル光学系として成立する位置を中心として移動させられることとしてもよい。
このようにすることで、作動距離を変化させたときの倍率の変化をより小さく抑えることができる。
In the above invention, at least one of the pupil projection optical system and the imaging optical system may be moved around a position that is established as an afocal optical system.
By doing in this way, the change of the magnification when the working distance is changed can be further suppressed.
また、上記発明においては、前記瞳投影光学系の後側焦点近傍に前記横方向走査手段が配置されていることとしてもよい。
このようにすることで、試料側をテレセントリック光学系(射出瞳が無限大)に近くすることができる。
In the above invention, the lateral scanning means may be arranged near the rear focal point of the pupil projection optical system.
By doing in this way, the sample side can be made close to a telecentric optical system (exit pupil is infinite).
また、上記発明においては、試料を照明または励起する光を射出する光射出部と、前記光検出器へ向けて導かれる前記試料からの光を受光する光受光部と、前記光射出部からの光を略平行光にする第1のコリメート光学系と、前記試料からの光を前記光受光部に集光する第2のコリメート光学系と、前記光射出部からの光と試料からの光とを分離する検出光分離手段と、前記横方向走査手段とを備えるスキャン光学系と、該スキャン光学系を前記瞳投影光学系の光軸方向に移動させて前記横方向走査手段近傍に瞳位置を一致させる瞳位置調整手段とを備えることとしてもよい。
さらに、上記発明においては、前記対物光学系の先端を前記試料に密着させた状態で観察を行うこととしてもよい。
In the above invention, the light emitting unit that emits light for illuminating or exciting the sample, the light receiving unit that receives light from the sample guided toward the photodetector, and the light emitting unit from the light emitting unit A first collimating optical system that converts light into substantially parallel light; a second collimating optical system that collects light from the sample onto the light receiving unit; light from the light emitting unit and light from the sample; A scanning optical system comprising a detection light separating means that separates the horizontal scanning means, and a pupil position in the vicinity of the horizontal scanning means by moving the scanning optical system in the optical axis direction of the pupil projection optical system. It is good also as providing the pupil position adjustment means to make it correspond.
Furthermore, in the said invention, it is good also as observing in the state which contact | adhered the front-end | tip of the said objective optical system to the said sample.
本発明によれば、観察倍率をさほど変化させることなく対物レンズの作動距離を変化させることができるという効果を奏する。 According to the present invention, there is an effect that the working distance of the objective lens can be changed without significantly changing the observation magnification.
以下、本発明の第1の実施形態に係るレーザ走査型顕微鏡(光走査型顕微鏡)1について、図1〜図6を参照して以下に説明する。
本実施形態に係るレーザ走査型顕微鏡1は、レーザ光を出射するレーザ光源2と、該レーザ光源2からのレーザ光を集光するカップリング光学系3と、該カップリング光学系3により集光されたレーザ光を導光する光ファイバ4と、該光ファイバ4によってレーザ光源と接続された顕微鏡本体5と、検出光学系15と、これらを制御する制御部16と、検出光学系15により検出された蛍光または反射光の画像を表示する表示部(図示略)とを備えている。
Hereinafter, a laser scanning microscope (optical scanning microscope) 1 according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
A
顕微鏡本体5は、光ファイバ4から出射されたレーザ光を略平行光に変換するコリメート光学系6と、該コリメート光学系6により略平行光にされたレーザ光を偏向するダイクロイックミラー7と、該ダイクロイックミラー7により偏向されたレーザ光を2次元的に走査する近接ガルバノミラー8と、該近接ガルバノミラー8により走査されたレーザ光を集光する瞳投影光学系9、集光された光を試料Aに集光させる結像光学系10および対物光学系11と、結像光学系10を光軸方向に駆動するレンズ駆動手段12とを備えている。
The
また、顕微鏡本体5は、対物光学系11、結像光学系10、瞳投影光学系9および近接ガルバノミラー8を介して戻ってきた試料Aからの蛍光または反射光を透過させるダイクロイックミラー7と、その光を光ファイバ14に集光するカップリング光学系13と、該カップリング光学系13により集光された試料Aからの蛍光または反射光を導光する光ファイバ14とを備えている。
顕微鏡本体5は、相互に直交する3軸(XYZ)方向に移動可能に設けられるとともに、各軸回りに回転可能に設けられており、対物光学系11の先端の位置および角度を任意に調節することができるようになっている。
The
The
近接ガルバノミラー8は、観察位置を対物光学系11の光軸に対して略垂直方向で走査するようになっている。そして、近接ガルバノミラー8の振り角に対応した範囲の試料Aからの光の強度分布が表示部に表示されるようになっている。
対物光学系11は、その先端を試料Aに密着させることにより、試料Aの呼吸や拍動による観察像のブレを抑えるようになっている。
The
The objective
この場合において、以下の式(1)の条件が満たされていることが望ましい。
|D1a×Δs|/(Fla)2≦0.05 (1)
ここで、Δs:結像光学系10の全移動距離、D1a:結像光学系10の移動で中間位置に来たときの対物光学系11の後側焦点と結像光学系10の前側焦点との間隔、Fla:結像光学系10の焦点距離である。
In this case, it is desirable that the condition of the following expression (1) is satisfied.
| D1a × Δs | / (Fla) 2 ≦ 0.05 (1)
Here, Δs: total moving distance of the imaging
検出光学系15は、光ファイバ14により導光されてきた蛍光または反射光を略平行光にするコリメート光学系17と、波長ごとに分岐する複数のダイクロイックミラー18およびミラー19と、バリアフィルタ20と、集光レンズ21と、光検出器22とを備えている。図中、符号23はダイクロイックミラー、符号24はミラーである。
The detection
このように構成された本実施形態に係るレーザ走査型顕微鏡1の作用について説明する。
本実施形態に係るレーザ走査型顕微鏡1を使用して試料Aの観察を行うには、対物光学系11の先端を試料Aに密着させた状態で、レーザ光源2から光ファイバ4を介して顕微鏡本体5に導かれたレーザ光をダイクロイックミラー7により偏向し、近接ガルバノミラー8によって2次元的に走査し、瞳投影光学系9、結像光学系10および対物光学系11を介して試料Aに集光する。
The operation of the
In order to observe the sample A using the
レーザ光が照射された試料Aにおいては、蛍光物質が励起されることにより蛍光が発生し、発生した蛍光は、対物光学系11によって平行光を含む緩い角度の発散光または収束光に変換され、結像光学系10で結像され、瞳投影光学系9で略平行光にされた後、近接ガルバノミラー8を介して戻り、ダイクロイックミラー7を透過してカップリング光学系13によって光ファイバ14の端部に集光され、光ファイバ14によって導光された後に検出光学系15により検出される。
In the sample A irradiated with the laser light, fluorescence is generated by exciting the fluorescent material, and the generated fluorescence is converted into divergent light or convergent light of a gentle angle including parallel light by the objective
この場合において、例えば、図4に示されるように、レンズ駆動手段12によって結像光学系10を光軸方向に移動すると、対物光学系11の作動距離(対物光学系先端を基準として焦点が合う距離)が変化する。
したがって、対物光学系11を動かすことなく、試料A内の任意の深さの画像を観察することができる。さらに、結像光学系10を動かしながら複数の画像を取得すれば、試料Aの3次元画像を取得することができる。
In this case, for example, as shown in FIG. 4, when the imaging
Therefore, an image having an arbitrary depth in the sample A can be observed without moving the objective
ここで、本発明の原理を、図2および図3を参照して説明する。
図2は、各光学系の基準位置、図3は該基準位置から移動した状態をそれぞれ示している。
基準位置は、結像光学系10と瞳投影光学系9がアフォーカル光学系となる(すなわち、結像光学系10の後側焦点と、瞳投影光学系9の前側焦点が一致している)ように配置し、さらに、対物光学系11の位置を該対物光学系11の後側焦点と結像光学系10の前側焦点との間隔がD1となるように配置した位置とする。
Here, the principle of the present invention will be described with reference to FIGS.
FIG. 2 shows a reference position of each optical system, and FIG. 3 shows a state where the optical system is moved from the reference position.
As for the reference position, the imaging
図2および図3において、各点P1〜P8はそれぞれ次の通りである。
P1:対物光学系11の前側焦点、
P2:対物光学系11の位置、
P3:対物光学系11の後側焦点、
P4:結像光学系10の前側焦点、
P5:結像光学系10の位置、
P6:結像光学系10の後側焦点および瞳投影光学系9の前側焦点
P7:瞳投影光学系9の位置、
P8:瞳投影光学系9の後側焦点。
2 and 3, the points P1 to P8 are as follows.
P1: the front focal point of the objective
P2: position of the objective
P3: the rear focal point of the objective
P4: the front focal point of the imaging
P5: the position of the imaging
P6: rear focus of the imaging
P8: Rear focus of pupil projection
瞳投影光学系9の後側が略平行光束となる場合には、
Zwd=n(Δ−δ)(Fob/Ftl)2/(1+A) (3)
瞳投影光学系9の後側での平行光束が光軸に対して角度θplとなる場合の試料A側の結像位置の光軸に垂直方向の高さYobの比、すなわち、(θpl/Yob)は、
(θpl/Yob)=M/Fpl (4)
ただし、
M=−(Ftl/Fob)(1+A) (5)
A=(D1+Δ)(Δ−δ)/Ftl2 (6)
Zwd:対物光学系11の作動距離の基準位置P1からの変化量、
Δ:結像光学系10の基準位置P5からの変位量
δ:瞳投影光学系9の基準位置P7からの変位量
n:試料側の屈折率
Fob:対物光学系11の焦点距離
Ftl:結像光学系10の焦点距離
Fpl:瞳投影光学系9の焦点距離
M:試料を対物光学系11と結像光学系10により結像した場合の横倍率
θpl:物体の光線高Yobのとき、瞳投影光学系9より後側の平行光の光軸に対する角度(近接ガルバノミラー8の角度の半値に対応)。
When the rear side of the pupil projection
Zwd = n (Δ−δ) (Fob / Ftl) 2 / (1 + A) (3)
The ratio of the height Job in the direction perpendicular to the optical axis of the imaging position on the sample A side when the parallel light beam on the rear side of the pupil projection
(Θpl / Yob) = M / Fpl (4)
However,
M = − (Ftl / Fob) (1 + A) (5)
A = (D1 + Δ) (Δ−δ) / Ftl 2 (6)
Zwd: change amount of the working distance of the objective
Δ: Displacement amount from the reference position P5 of the imaging
また、射出瞳位置(対物側入射瞳−∞のとき)Zpは、
Zp={δ−(Fpl/Ftl)2・(D1+Δ)/(1+A)} (7)
となる。
Also, the exit pupil position (when the objective-side entrance pupil is −∞) Zp is
Zp = {δ− (Fpl / Ftl) 2 · (D1 + Δ) / (1 + A)} (7)
It becomes.
したがって、本実施形態に係るレーザ走査型顕微鏡においては、図4に示されるように、瞳投影光学系9を固定し、結像光学系10をレンズ駆動手段12によって光軸方向に駆動するため、δ=0であり、上記式(3)〜(6)から、
Zwd=n×Δ(Fob/Ftl)2/(1+Atl) (3′)
の関係が成り立つ。
ここで、
(θpl/Yob)=Mtl/Fpl (4′)
ただし、
Mtl=−(Ftl/Fob)(1+Atl) (5′)
Atl=(D1+Δ)×Δ/Ftl2 (6′)
である。
Therefore, in the laser scanning microscope according to the present embodiment, as shown in FIG. 4, the pupil projection
Zwd = n × Δ (Fob / Ftl) 2 / (1 + Atl) (3 ′)
The relationship holds.
here,
(Θpl / Yob) = Mtl / Fpl (4 ′)
However,
Mtl = − (Ftl / Fob) (1 + Atl) (5 ′)
Atl = (D1 + Δ) × Δ / Ftl 2 (6 ′)
It is.
式(3′)より、Zwdの変化する範囲は主にΔの動く範囲できまることが分かる。
ここで、結像光学系の移動範囲をΔ=0(瞳光学系と結像光学系がアフォーカルになる位置)の近傍で動かし、かつ、対物光学系の後側焦点を結像光学系の前側焦点近傍にする、すなわちD1を小さくするように各光学系を配置することが望ましい。
こうすると、式(6′)より Δ=0近傍でのΔに対するAtlの変化量が小さくなるので、結像光学系を動かしても(Δを変えても)横倍率Mtlや光線角度と物体高の比(θpl/Yob)の変化を小さくすることができる。
具体的には D1aは、前記式(1)を満足するように設定すすることが望ましく、この条件によりAtlおよび横倍率Mtlの変化をほぼ5%以下に抑えることができる。
From equation (3 ′), it can be seen that the range in which Zwd changes is mainly the range in which Δ moves.
Here, the moving range of the imaging optical system is moved in the vicinity of Δ = 0 (position where the pupil optical system and the imaging optical system become afocal), and the rear focal point of the objective optical system is It is desirable to arrange each optical system in the vicinity of the front focal point, that is, to reduce D1.
This reduces the amount of change of Atl with respect to Δ near Δ = 0 from equation (6 ′). Therefore, even if the imaging optical system is moved (even if Δ is changed), the lateral magnification Mtl, the ray angle, and the object height The change in the ratio (θpl / Yob) can be reduced.
Specifically, it is desirable to set D1a so as to satisfy the above formula (1). Under this condition, changes in Atl and lateral magnification Mtl can be suppressed to approximately 5% or less.
(実施例1)
図5はΔ(結像光学系の変位)を横軸、縦軸にZwd(作動距離WDの変化)をとったもの、図6はΔを横軸、(θpl/Yob)すなわち、横倍率Mに比例する量を縦軸に示したものである。
例えば、Fob=9mm,Ftl=50mm,Fpl=12mm、Δ:−1.5mm〜+1.5mm、すなわち、Δs=3mm、D1a=15mmの場合を図5、図6において実線(A)で示した。
Example 1
5 shows Δ (displacement of the imaging optical system) on the horizontal axis and the vertical axis shows Zwd (change in working distance WD), and FIG. 6 shows Δ on the horizontal axis and (θpl / Yob), that is, horizontal magnification M. The amount proportional to is shown on the vertical axis.
For example, the case where Fob = 9 mm, Ftl = 50 mm, Fpl = 12 mm, Δ: −1.5 mm to +1.5 mm, ie, Δs = 3 mm, D1a = 15 mm is shown by the solid line (A) in FIGS. .
これを式(1)に当てはめると、
|D1a×Δs|/(Ftl)2=0.018≦0.05 (1)
となり、前記式(1)を満足する。
このとき、Atlの変化は結像光学系の可動範囲でわずか0.0018である。このように、式(1)を満たすと、(6′)のAtlの値の変化が結像レンズを動かす範囲全域にわたって小さくなるので、作動距離WDが変化しても、(5′)の横倍率Mtlの変化および、光線角度と物体高の比(4′)の(θpl/Yob)の変化が実用上十分なほど小さくなる。
If this is applied to equation (1),
| D1a × Δs | / (Ftl) 2 = 0.018 ≦ 0.05 (1)
Thus, the above formula (1) is satisfied.
At this time, the change in Atl is only 0.0018 in the movable range of the imaging optical system. As described above, when the expression (1) is satisfied, the change in the value of Atl in (6 ′) is reduced over the entire range in which the imaging lens is moved. Therefore, even if the working distance WD changes, The change in the magnification Mtl and the change in the ratio (4 ′) of the ray angle to the object height (θpl / Yob) become small enough for practical use.
さらに横倍率の変化を非常に小さくしたい場合は、D1a=0とすればよい。Fob,Ftl,Fpl、Δは前記と同条件でD1を0にしたときの振る舞いを図5および図6の破線(B)で示す。
この場合には、Δに関するAtlの傾きがΔ=0の近くでは0になるので、横倍率の変化が非常に小さくなる。本実施例では全領域にわたってもAtlの変化は0.0009である。
Furthermore, if it is desired to make the change in lateral magnification very small, D1a = 0 may be set. Fob, Ftl, Fpl, and Δ indicate the behavior when D1 is set to 0 under the same conditions as described above, with broken lines (B) in FIGS.
In this case, since the slope of Atl with respect to Δ becomes 0 near Δ = 0, the change in the lateral magnification becomes very small. In this embodiment, the change in Atl is 0.0009 over the entire region.
次に、本発明の第2の実施形態に係るレーザ走査型顕微鏡30について、図7〜図10を参照して以下に説明する。
なお、本実施形態の説明において、上述した第1の実施形態に係るレーザ走査型顕微鏡1と構成を共通とする箇所には同一符号を付して説明を省略する。
Next, a
In the description of the present embodiment, portions having the same configuration as those of the
本実施形態に係るレーザ走査型顕微鏡30においては、第1の実施形態に係るレーザ走査型顕微鏡1が、レンズ駆動手段12により結像光学系10を光軸方向に駆動していたのに対し、図7に示されるように、瞳投影光学系9を光軸方向に駆動している点で相違している。
瞳投影光学系9を光軸方向に駆動することにより作動距離が変化するので、試料A内の任意の深さの画像を観察することができる。
In the
Since the working distance is changed by driving the pupil projection
したがって、本実施形態に係るレーザ走査型顕微鏡30においては、図8に示されるように、結像光学系10を固定し、レンズ駆動手段12によって瞳投影光学系9を光軸方向に駆動するため、Δ=0であり、上記式(3)〜(6)から
Zwd=−n×δ(Fob/Ftl)2/(1+Apl) (3″)
の関係が成り立つ。
ここで、
(θpl/Yob)=Mpl/Fpl (4″)
ただし、
Mpl=−(Ftl/Fob)(1+Apl) (5″)
Apl=−δ×D1/Ftl2 (6″)
である。
Therefore, in the
The relationship holds.
here,
(Θpl / Yob) = Mpl / Fpl (4 ″)
However,
Mpl = − (Ftl / Fob) (1 + Apl) (5 ″)
Ap1 = −δ × D1 / Ftl 2 (6 ″)
It is.
式(3″)より、Zwdの変化する範囲は主にΔの動く範囲できまることが分かる。
ここで、対物光学系11の後側焦点を結像光学系10の前側焦点近傍にする、すなわちD1を小さくすることが望ましい。D1が小さいと、瞳投影光学系を動かしても(δを変えても)横倍率Mplや光線角度と物体高の比(θpl/Yob)の変化が小さくすることができる。
From equation (3 ″), it can be seen that the range in which Zwd changes is mainly the range in which Δ moves.
Here, it is desirable to make the rear focal point of the objective
式(6″)をみると、Aplの変化はD1とδに比例していることが分かる。
Zwdの変化する範囲は主にδの動く範囲できまるので、δの範囲は大きくは変わらない。したがって、Mplの変化は主にD1で決まることになる。
具体的には、瞳投影レンズの全移動量δsに対して、
|D1 ×δs|/Ftl2≦0.05 (2)
とすることが望ましい。
この条件により、Aplの変化を0.05以下に抑えることができる。
From the equation (6 ″), it can be seen that the change in Ap1 is proportional to D1 and δ.
Since the range in which Zwd changes can be mainly the range in which δ moves, the range of δ does not change greatly. Therefore, the change in Mpl is mainly determined by D1.
Specifically, for the total movement amount δs of the pupil projection lens,
| D1 × δs | / Ftl 2 ≦ 0.05 (2)
Is desirable.
Under this condition, the change in Ap1 can be suppressed to 0.05 or less.
(実施例2)
図9はδ(瞳投影光学系の変位)を横軸、縦軸にZwd(作動距離WDの変化)をとったもの、図10はδを横軸、(θpl/Yob)、すなわち、横倍率に比例する量を縦軸に示したものである。
例えば、Fob=9mm,Ftl=50mm,Fpl=12mm、δ:−1.5mm〜+1.5mm、すなわち、δs=3mm、D1a=15mmの場合を図9、図10において実線(A)で示した。
(Example 2)
9 shows δ (displacement of the pupil projection optical system) on the horizontal axis and the vertical axis shows Zwd (change in working distance WD), and FIG. 10 shows δ on the horizontal axis and (θpl / Yob), that is, horizontal magnification. The amount proportional to is shown on the vertical axis.
For example, the case where Fob = 9 mm, Ftl = 50 mm, Fpl = 12 mm, δ: −1.5 mm to +1.5 mm, that is, δs = 3 mm and D1a = 15 mm is shown by solid lines (A) in FIGS. .
これを条件(2)に当てはめてみると、
|D1×δs|/Ftl2=0.018≦0.05
となるので、前記式(2)を満足する。
このとき、Aplの変化はわずか0.0018である。このように、式(2)を満たすと、式(6″)のAplの値の変化が小さくなるので、作動距離WDが変化しても、式(5″)の横倍率Mplの変化および、式(4″)
の光線角度と物体高の比(θpl/Yob)の変化が実用上十分なほど小さくなる。」
If this is applied to condition (2),
| D1 × δs | / Ftl 2 = 0.018 ≦ 0.05
Therefore, the above formula (2) is satisfied.
At this time, the change in ApI is only 0.0018. Thus, when the expression (2) is satisfied, the change in the value of Ap1 in the expression (6 ″) becomes small. Therefore, even if the working distance WD changes, the change in the lateral magnification Mpl in the expression (5 ″) and Formula (4 ″)
The change in the ratio of the light beam angle to the object height (θpl / Yob) becomes small enough for practical use. "
さらに、横倍率の変化を非常に小さくしたい場合は、D1=0とすればよい。Fob,Ftl,Fpl、Δは前記と同条件でD1を0にしたときの振る舞いを図9および図10の破線(B)で示す。
この場合には、Aplはδの値にかかわらず、常にApl=0になるので、横倍率はまったく変化しなくなる。
Furthermore, if it is desired to make the change in lateral magnification very small, D1 = 0 may be set. Fob, Ftl, Fpl, and Δ indicate the behavior when D1 is set to 0 under the same conditions as described above with broken lines (B) in FIGS.
In this case, since Ap1 is always Ap = 0 regardless of the value of δ, the lateral magnification does not change at all.
次に、本発明の第3の実施形態に係るレーザ走査型顕微鏡40について、図11および図12を参照して以下に説明する。
なお、本実施形態の説明において、上述した第1の実施形態に係るレーザ走査型顕微鏡1と構成を共通とする箇所には同一符号を付して説明を省略する。
Next, a
In the description of the present embodiment, portions having the same configuration as those of the
本実施形態に係るレーザ走査型顕微鏡40においては、第2の実施形態に係るレーザ走査型顕微鏡1が、レンズ駆動手段12により瞳投影光学系9を光軸方向に駆動していたのに加えて、図11に示されるように、光ファイバ4の出射端(光射出部)4aと、光ファイバ14の入射端(光受光部)14aと、コリメート光学系6と、カップリング光学系13と、ダイクロイックミラー7と近接ガルバノミラー8とを備えるスキャン光学系41と、該スキャン光学系41を前記瞳投影光学系9の光軸方向に一体的に移動させる瞳位置調整手段42とを備えている。
In the
瞳位置調整手段42を作動させてスキャン光学系41を瞳投影光学系9の光軸方向に一体的に移動させることにより、瞳位置を近接ガルバノミラー8に一致させることができる。
瞳位置調整手段42による射出瞳の位置Zpの調整は、式(7)に従って行えばよい。ここで、Zp=0は、図2に示される基準位置における瞳投影光学系9の後側焦点位置に一致している。
By operating the pupil position adjusting means 42 and moving the scan optical system 41 integrally in the optical axis direction of the pupil projection
The adjustment of the exit pupil position Zp by the pupil position adjusting means 42 may be performed according to the equation (7). Here, Zp = 0 coincides with the rear focal position of the pupil projection
図11に示されるように、結像光学系10を固定し、瞳投影光学系9を光軸方向に移動させる場合には、式(7)は以下の通りに変形される。
Zp={δ−(Fpl/Ftl)2・D1/(1+A)}
式(1)または式(2)が成立する場合には、1>>Aであるので、
Zp=δ−(Fpl/Ftl)2・D1となり、図12に示されるように、瞳投影光学系9の変位δに対して射出瞳の位置Zpを線形に、ほぼ同じ量δだけスライドさせればよい。
As shown in FIG. 11, when the imaging
Zp = {δ− (Fpl / Ftl) 2 · D1 / (1 + A)}
If Equation (1) or Equation (2) holds, 1 >> A,
Zp = δ− (Fpl / Ftl) 2 · D1, and as shown in FIG. 12, the position Zp of the exit pupil is linearly slid by substantially the same amount δ with respect to the displacement δ of the pupil projection
また、本実施形態においては瞳投影光学系9をレンズ駆動手段12によって駆動する場合について説明したが、これに代えて、瞳投影光学系9を固定し、結像光学系10を光軸方向に移動させる場合には、式(7)は以下の通りに変形される。
Zp=−(Fpl/Ftl)2・(D1+Δ)
したがって、図12に示されるように、結像光学系10の変位Δに対して射出瞳の位置Zpを線形に−(Fpl/Ftl)2・Δだけスライドさせればよい。
In this embodiment, the case where the pupil projection
Zp = − (Fpl / Ftl) 2 · (D1 + Δ)
Accordingly, as shown in FIG. 12, the position Zp of the exit pupil may be linearly slid by − (Fpl / Ftl) 2 · Δ with respect to the displacement Δ of the imaging
また、図13に示されるように、レンズ駆動手段12、12′を瞳投影光学系9および結像光学系10の両方に設けることとすれば、取り付ける対物光学系11の種類によって、対物光学系11の胴付位置に対して該対物光学系11の後側焦点が異なる場合においても容易に調節することができる。すなわち、まず、レンズ駆動手段12′を駆動させて結像光学系10の前側焦点を対物光学系11の後側焦点に一致させ、次いで、レンズ駆動手段12により瞳投影光学系9を光軸方向に移動させて対物光学系11の作動距離を調節し、最後に、瞳位置調整手段42を作動させてスキャン光学系41を移動させ、瞳位置を調節することができる。
As shown in FIG. 13, if the lens driving means 12 and 12 'are provided in both the pupil projection
A 試料
1,30,40 レーザ走査型顕微鏡(光走査型顕微鏡)
4a 出射端(光射出部)
6 コリメート光学系(第1のコリメート光学系)
7 ダイクロイックミラー(検出光分離手段)
8 近接ガルバノミラー(横方向走査手段)
9 瞳投影光学系
10 結像光学系
11 対物光学系
12,12′ レンズ駆動手段
13 カップリング光学系(第2のコリメート光学系)
14a 入射端(光受光部)
41 スキャン光学系
42 瞳位置調整手段
A
4a Emission end (light emission part)
6 Collimating optical system (first collimating optical system)
7 Dichroic mirror (detection light separation means)
8 Proximity galvanometer mirror (lateral scanning means)
DESCRIPTION OF
14a Incident end (light receiving part)
41 Scanning
Claims (9)
該対物光学系からの略平行光を所定の位置に結像する結像光学系と、
該結像光学系により所定の位置に結像された光を略平行光束にする瞳投影光学系と、
該瞳投影光学系からの略平行光束の角度を偏向させて試料の観察位置を横方向に走査する横方向走査手段と、
該横方向走査手段を経由した前記試料からの光を検出する光検出器と、
前記結像光学系または前記瞳投影光学系の少なくとも一方を光軸方向に駆動することで、前記対物光学系の作動距離を変化させるレンズ駆動手段とを備え、
前記結像光学系は、前記試料側を前側として、その前側焦点が前記対物光学系の後側焦点の近傍に位置するように配置されている光走査型顕微鏡。 An objective optical system that converts light from the sample into substantially parallel light;
An imaging optical system that forms substantially parallel light from the objective optical system at a predetermined position;
A pupil projection optical system that converts light imaged at a predetermined position by the imaging optical system into a substantially parallel light beam;
A lateral scanning means for deflecting the angle of the substantially parallel light beam from the pupil projection optical system and scanning the observation position of the sample laterally;
A photodetector for detecting light from the sample via the lateral scanning means;
Lens driving means for changing the working distance of the objective optical system by driving at least one of the imaging optical system or the pupil projection optical system in the optical axis direction;
The imaging optical system is an optical scanning microscope in which the sample side is the front side and the front focal point is positioned in the vicinity of the rear focal point of the objective optical system.
前記瞳投影光学系が固定され、
以下の式(1)を満たす請求項1に記載の光走査型顕微鏡。
|D1a×Δs|/(Ftl)2≦0.05 (1)
ここで、
Δs:前記結像光学系の全移動距離、
D1a:前記結像光学系の移動で中間位置に来たときの前記対物光学系の後側焦点と前記結像光学系の前側焦点との間隔、
Ftl:前記結像光学系の焦点距離
である。 The lens driving means drives the imaging optical system in the optical axis direction;
The pupil projection optical system is fixed;
The optical scanning microscope of Claim 1 which satisfy | fills the following formula | equation (1).
| D1a × Δs | / (Ftl) 2 ≦ 0.05 (1)
here,
Δs: total moving distance of the imaging optical system,
D1a: an interval between the rear focal point of the objective optical system and the front focal point of the imaging optical system when the imaging optical system moves to an intermediate position;
Ftl: focal length of the imaging optical system.
である請求項2に記載の光走査型顕微鏡。 D1a = 0
The optical scanning microscope according to claim 2.
前記結像光学系が固定され、
以下の条件式(2)を満たす請求項1に記載の光走査型顕微鏡。
|D1×δs|/(Ftl)2≦0.05 (2)
ここで、
δs:前記瞳投影光学系の全移動距離、
D1:前記対物光学系の後側焦点と前記結像光学系の前側焦点との間隔、
Ftl:前記結像光学系の焦点距離
である。 The lens driving means drives the pupil projection optical system in the optical axis direction;
The imaging optical system is fixed;
The optical scanning microscope according to claim 1, wherein the following conditional expression (2) is satisfied.
| D1 × δs | / (Ftl) 2 ≦ 0.05 (2)
here,
δs: total moving distance of the pupil projection optical system,
D1: an interval between the rear focal point of the objective optical system and the front focal point of the imaging optical system;
Ftl: focal length of the imaging optical system.
である請求項4に記載の光走査型顕微鏡。 D1 = 0
The optical scanning microscope according to claim 4.
前記光検出器へ向けて導かれる前記試料からの光を受光する光受光部と、
前記光射出部からの光を略平行光にする第1のコリメート光学系と、
前記試料からの光を前記光受光部に集光する第2のコリメート光学系と、
前記光射出部からの光と試料からの光とを分離する検出光分離手段と、
前記横方向走査手段とを備えるスキャン光学系と、
該スキャン光学系を前記瞳投影光学系の光軸方向に移動させて前記横方向走査手段近傍に瞳位置を一致させる瞳位置調整手段とを備える請求項1から請求項7のいずれかに記載の光走査型顕微鏡。 A light emitting part for emitting light for illuminating or exciting the sample;
A light receiving portion for receiving light from the sample guided toward the photodetector;
A first collimating optical system that makes light from the light emitting section substantially parallel light;
A second collimating optical system for condensing light from the sample onto the light receiving unit;
Detection light separating means for separating light from the light emitting section and light from the sample;
A scanning optical system comprising the lateral scanning means;
The pupil position adjusting means for moving the scanning optical system in the optical axis direction of the pupil projection optical system to match the pupil position in the vicinity of the lateral scanning means. Optical scanning microscope.
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2007240103A JP5307373B2 (en) | 2007-09-14 | 2007-09-14 | Optical scanning microscope |
US12/206,961 US8711473B2 (en) | 2007-09-14 | 2008-09-09 | Focus adjustment unit and optical scanning microscope |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2007240103A JP5307373B2 (en) | 2007-09-14 | 2007-09-14 | Optical scanning microscope |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2009069688A JP2009069688A (en) | 2009-04-02 |
JP5307373B2 true JP5307373B2 (en) | 2013-10-02 |
Family
ID=40605976
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2007240103A Expired - Fee Related JP5307373B2 (en) | 2007-09-14 | 2007-09-14 | Optical scanning microscope |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP5307373B2 (en) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2019130372A1 (en) * | 2017-12-25 | 2019-07-04 | 株式会社 日立ハイテクノロジーズ | Optical analysis device |
Family Cites Families (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP4373036B2 (en) * | 2001-08-31 | 2009-11-25 | パイオニア株式会社 | Optical pickup |
JP4414722B2 (en) * | 2003-10-15 | 2010-02-10 | オリンパス株式会社 | Laser microscope |
JP2005327402A (en) * | 2004-05-14 | 2005-11-24 | Sony Corp | Optical pickup |
-
2007
- 2007-09-14 JP JP2007240103A patent/JP5307373B2/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2009069688A (en) | 2009-04-02 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP4761882B2 (en) | Scanning confocal endoscope system and image display range adjustment method of the system | |
US8711473B2 (en) | Focus adjustment unit and optical scanning microscope | |
JP4544904B2 (en) | Optical system | |
JP6139834B2 (en) | Microscope automatic focusing method and apparatus | |
US9915814B2 (en) | Fluorescence observation unit and fluorescence observation apparatus | |
JP2008225095A (en) | Optical scan type observation device | |
JP5311195B2 (en) | Microscope equipment | |
JP2009205008A (en) | Focus adjustment unit and microscope | |
EP2503373B1 (en) | Microscope | |
JP4818634B2 (en) | Scanning fluorescence observation system | |
JP2006079000A (en) | Optical scanning observation device | |
CN109073873B (en) | Image acquisition device and image acquisition method | |
JP5307373B2 (en) | Optical scanning microscope | |
JP5307374B2 (en) | Focus adjustment unit and optical scanning microscope | |
JP2007293210A (en) | Imaging device | |
JP2018151598A (en) | Sensor device, confocal microscope, and method for detecting fluorescence from diamond with nv center | |
JP6540823B2 (en) | Microscope, observation method, and control program | |
US20220160232A1 (en) | Ultra-compact microsystems-based single axis confocal endomicroscope | |
JP5649994B2 (en) | Microscope equipment | |
CN113710142A (en) | Ultra-compact folded beam path confocal endoscopic microscope | |
JP4409390B2 (en) | Optical scanning confocal observation device | |
JP4652775B2 (en) | Living body observation device | |
JP2010181222A (en) | Probe microscope | |
JP2009069689A5 (en) | ||
JP6708289B2 (en) | Microscope, observation method, and control program |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20100728 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20110906 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20120305 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20120821 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20130312 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20130510 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20130618 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20130627 |
|
S531 | Written request for registration of change of domicile |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313531 |
|
R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |