JP6534854B2 - レーザ走査型顕微鏡 - Google Patents
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Description
本発明は、光軸方向に間隔をあけて配され光源から発せられたレーザ光を標本に集光する複数の光学部材と、これら複数の光学部材を収容する筐体と、これら光学部材の一部を前記筐体の内部で光軸方向に移動させることにより焦点位置を変更可能な焦点位置変更部とを備える対物光学系と、所定の揺動軸回りに揺動可能な揺動ミラーを有し、前記対物光学系により前記標本に集光されるレーザ光を前記揺動ミラーの揺動角度に応じて走査させる走査部と、該走査部により走査された前記レーザ光を集光する瞳投影レンズと、該瞳投影レンズにより集光された前記レーザ光を平行光にして前記対物光学系に入射させる結像レンズと、前記走査部によりレーザ光が走査された前記標本から戻る戻り光に基づいて、前記標本の画像情報を取得する観察光学系と、前記焦点位置変更部により移動させられた前記光学部材の位置に基づいて、前記観察光学系による前記標本の観察範囲を維持するように前記揺動ミラーの揺動角度を制御する揺動ミラー制御部とを備えるレーザ走査型顕微鏡を提供する。
これにより、走査部の揺動ミラーを制御するだけの簡易な構成で、対物光学系の作動距離を変えずに標本の所望の深さの観察位置を精度よく観察することができる。
対物光学系における光学部材の光軸方向の位置を変更すると、観察光学系による標本の観察範囲の大きさが変化する。揺動ミラーの振り幅を変更することによりレーザ光の走査範囲の大きさが変化するので、このように構成することで、対物光学系における光学部材の光軸方向の位置を変更しても、観察光学系による観察範囲の大きさが変化するのを防ぐことができる。
対物光学系の光学部材を光軸方向に移動させると、光学部材が偏心して観察光学系による標本の観察範囲が光軸に交差する方向に位置ずれすることがある。揺動ミラーの揺動範囲の中心の向きを変更することによりレーザ光の走査範囲の位置が光軸に交差する方向に移動するので、このように構成することで、対物光学系の光学部材が偏心しても、観察光学系による観察範囲の位置が横ずれするのを防ぐことができる。
このように構成することで、対物光学系の光学部材を光軸方向に段階的に複数回移動させることにより、焦点位置を順次変更して標本を深さ方向に観察していくことができる。この場合において、揺動ミラー制御部により、対物光学系の光学部材の位置が変更される度に観察光学系による標本の観察範囲を維持するように揺動ミラーの揺動角度が制御されるので、一定の観察範囲で標本を3次元的に観察することができる。
このように構成することで、移動後の光学部材の位置に対応する揺動角度補正値に基づいて、光学部材の移動に伴う観察光学系による標本の観察範囲の変動を容易に防ぐことができる。
このように構成することで、変更後のレーザ光の波長に対応する揺動角度補正値に基づいて、レーザ光の波長の変更に伴う観察光学系による標本の観察範囲の変動を容易に防ぐことができる。
標本に照射するレーザ光の波長を変更すると、色収差の影響により焦点位置が変動してしまうが、このように構成することで、レーザ光の波長を変更した場合であっても、合焦状態制御部により合焦状態を維持して、所望の波長で標本の観察位置を精度よく観察することができる。
このように構成することで、変更後の波長に対応する合焦補正値に基づいて、レーザ光の波長の変更に伴う焦点位置の変動を容易に防ぐことができる。
本発明の第1実施形態に係るレーザ走査型顕微鏡について図面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、図1および図2に示すように、図示しない光源と、光源から発せられたレーザ光を2次元的に走査させるスキャナ(走査部)3と、スキャナ3により走査されたレーザ光を標本Sに照射する一方、標本Sにおいて発せられる蛍光(戻り光)を集光するインナーフォーカス対物レンズ(対物光学系、以下、単に対物レンズという。)5と、スキャナ3によりレーザ光が走査された標本Sにおいて発せられる蛍光に基づいて標本Sの画像情報を取得する光電子増倍管のような光検出部(観察光学系)7と、スキャナ3を制御するスキャナ制御ユニット(揺動ミラー制御部)9と、顕微鏡全体を制御したり画像を生成したりするPC(Personal Computer)のような制御装置11とを備えている。
複数の光学部材29は、筐体27の長手方向に沿って互いに光軸方向に間隔をあけて配列され、光軸方向に移動可能に設けられている。
共焦点ピンホール23は、対物レンズ5の瞳位置と共役な位置に配置されている。
光検出部7は、取得した画像情報を制御装置11に送るようになっている。
本実施形態に係るレーザ走査型顕微鏡1により標本Sを観察するには、図示しないステージ等に載置された標本Sに対物レンズ5の細径先端部を挿入して位置決めし、スキャナ制御ユニット9によりスキャナ3のガルバノミラー4A,4Bを揺動させて光源からレーザ光を発生させる。
したがって、光検出部7による標本Sの観察範囲の大きさや位置を維持したまま、標本Sにおける観察位置を深さ方向に変更して観察を行うことができる。
次に、本発明の第2実施形態に係るレーザ走査型顕微鏡について図面を参照して説明する。
本実施形態に係るレーザ走査型顕微鏡1は、図4に示すように、制御装置(焦点位置制御部)11が自動で光学部材29を移動させて焦点位置を変更する点で第1実施形態と異なる。
以下、第1実施形態に係るレーザ走査型顕微鏡1と構成を共通する箇所には、同一符号を付して説明を省略する。
制御装置11は、入力部35から送られてくる観察深さ情報によって示される標本Sにおける観察深さを調整リング31の回転角を示す回転角情報に変換するソフトウェアを有している。この制御装置11は、調整リング31の回転角θに対応する補正値Gおよび補正値Oをスキャナ制御ユニット9に設定するとともに、ソフトウェアにより変換された回転角情報をパルス数に変換して観察深さ制御ユニット39に設定するようになっている。
本実施形態に係るレーザ走査型顕微鏡1により標本Sを観察する場合は、入力部35により、標本Sにおける所望の観察深さを示す観察深さ情報をユーザが入力する。
本実施形態の一変形例としては、制御装置11が光学部材29を光軸方向に段階的に複数回移動させることとしてもよい。光学部材29を光軸方向に段階的に複数回移動させることにより、焦点位置を順次変更して標本Sを深さ方向にも観察していくことができる。
制御装置11により、レーザ光を走査させた標本の段面が走査終了位置に達したと判定されると、標本Sの観察が終了する。
次に、本発明の第3実施形態に係るレーザ走査型顕微鏡について図面を参照して説明する。
本実施形態に係るレーザ走査型顕微鏡1は、光源がレーザ光の波長を変更可能であり、スキャナ制御ユニット9が、光検出部7による標本Sの観察範囲を維持するようにガルバノミラー4A,4Bの揺動角度を制御するとともに、観察深さ制御ユニット(合焦状態制御部)39が、対物レンズ5の光軸方向の合焦状態を維持するように調整リング31を制御する点で第1実施形態および第2実施形態と異なる。
以下、第1実施形態および第2実施形態に係るレーザ走査型顕微鏡1と構成を共通する箇所には、同一符号を付して説明を省略する。
本実施形態においては、補正値Gは、所定の観察範囲となるレーザ光の波長とガルバノミラー4A,4Bの振り幅との関係をも示し、補正値Oは、所定の観察範囲となるレーザ光の波長とガルバノミラー4A,4Bの揺動範囲の中心の向きとの関係をも示している。
本実施形態に係るレーザ走査型顕微鏡1により標本Sを観察する場合は、まず、入力部35により、光源から発生させるレーザ光の波長と標本Sにおける所望の観察深さを示す観察深さ情報をユーザが入力する。
3 スキャナ(走査部)
4A,4B 揺動ミラー(ガルバノミラー)
5 対物レンズ(対物光学系)
9 スキャナ制御ユニット(揺動ミラー制御部)
29 光学部材
33 回転角検出部(位置検出部)
35 入力部
39 観察深さ制御ユニット(焦点位置制御部、合焦状態制御部)
S 標本
Claims (11)
- 光軸方向に間隔をあけて配され光源から発せられたレーザ光を標本に集光する複数の光学部材と、これら複数の光学部材を収容する筐体と、これら光学部材の一部を前記筐体の内部で光軸方向に移動させることにより焦点位置を変更可能な焦点位置変更部とを備える対物光学系と、
所定の揺動軸回りに揺動可能な揺動ミラーを有し、前記対物光学系により前記標本に集光されるレーザ光を前記揺動ミラーの揺動角度に応じて走査させる走査部と、
該走査部により走査された前記レーザ光を集光する瞳投影レンズと、
該瞳投影レンズにより集光された前記レーザ光を平行光にして前記対物光学系に入射させる結像レンズと、
前記走査部によりレーザ光が走査された前記標本から戻る戻り光に基づいて、前記標本の画像情報を取得する観察光学系と、
前記焦点位置変更部により移動させられた前記光学部材の位置に基づいて、前記観察光学系による前記標本の観察範囲を維持するように前記揺動ミラーの揺動角度を制御する揺動ミラー制御部とを備えるレーザ走査型顕微鏡。 - 前記揺動ミラー制御部が、前記揺動ミラーの振り幅を調整する請求項1に記載のレーザ走査型顕微鏡。
- 前記揺動ミラー制御部が、前記揺動ミラーの揺動範囲の中心の向きを調整する請求項1または請求項2に記載のレーザ走査型顕微鏡。
- 前記焦点位置変更部が前記光学部材を光軸方向に段階的に複数回移動可能な請求項1から請求項3のいずれかに記載のレーザ走査型顕微鏡。
- 前記揺動ミラー制御部が、所定の前記観察範囲となる前記光学部材の位置と前記揺動ミラーの揺動角度との関係を示す揺動角度補正値に基づいて、前記揺動ミラーの揺動角度を制御する請求項1から請求項4のいずれかに記載のレーザ走査型顕微鏡。
- 前記焦点位置変更部により移動させられた前記光学部材の位置を検出する位置検出部を備え、
前記焦点位置変更部が、ユーザにより手動で前記光学部材を光軸方向に移動可能に構成され、
前記揺動ミラー制御部が、前記位置検出部により検出された前記光学部材の位置に対応する前記揺動角度補正値に基づいて前記揺動ミラーの揺動角度を制御する請求項5に記載のレーザ走査型顕微鏡。 - 前記対物光学系の前記光学部材の位置を示す位置情報をユーザに入力させる入力部と、
前記対物光学系が前記入力部により入力された前記位置情報によって示される前記光学部材の位置となるよう、前記焦点位置変更部を制御する焦点位置制御部とを備え、
前記揺動ミラー制御部が、前記入力部により入力された前記位置情報により示される前記光学部材の位置に対応する前記揺動角度補正値に基づいて前記揺動ミラーの揺動角度を制御する請求項5に記載のレーザ走査型顕微鏡。 - 発生するレーザ光の波長を変更可能な前記光源を備え、
前記揺動ミラー制御部が、前記光源から発せられたレーザ光の波長に基づいて、前記観察光学系による前記標本の観察範囲を維持するように前記揺動ミラーの揺動角度を制御する請求項5から請求項7のいずれかに記載のレーザ走査型顕微鏡。 - 前記揺動角度補正値が、所定の前記観察範囲となる前記レーザ光の波長と前記揺動ミラーの揺動角度との関係をも示し、
前記揺動ミラー制御部が、前記変更後のレーザ光の波長に対応する前記揺動角度補正値に基づいて前記揺動ミラーの揺動角度を制御する請求項8に記載のレーザ走査型顕微鏡。 - 前記光源から発せられるレーザ光の波長に基づいて、前記対物光学系の光軸方向の合焦状態を維持するように前記焦点位置変更部を制御する合焦状態制御部を備える請求項9に記載のレーザ走査型顕微鏡。
- 前記合焦状態制御部が、前記対物光学系の光軸方向に合焦状態となる前記レーザ光の波長と前記複数の光学部材の位置との関係を示す合焦補正値に基づいて、前記焦点位置変更部を制御する請求項10に記載のレーザ走査型顕微鏡。
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