JP6552043B2 - Sheet illumination microscope - Google Patents
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Description
本発明は、標本にシート状の照明光束を照射するシート照明顕微鏡及びシート照明方法に関する。 The present invention relates to a sheet illumination microscope and a sheet illumination method for irradiating a specimen with a sheet-like illumination light beam.
蛍光顕微鏡の分野では、高解像度を有する3次元の画像を得るため、検出光学系の光軸に直交する方向から標本にレーザ光を照射する技術が知られている。このような技術は、例えば、特許文献1及び特許文献2に記載されている。
In the field of fluorescence microscopes, a technique is known in which a specimen is irradiated with laser light from a direction orthogonal to the optical axis of a detection optical system in order to obtain a high-resolution three-dimensional image. Such techniques are described, for example, in
特許文献1の図1には、シリンドリカルレンズにより形成された光ストリップを標本に照射することで、標本に面状の光を照射し、標本を回転させて3次元画像を取得する技術が記載されている。また、図7には、ビーム変向ユニットによって標本に対して照明光路を相対的に動かすことで、照明軸線に関して回転対称なレンズにより形成された直線的な光で標本を走査することにより画像を取得する技術が記載されている。
FIG. 1 of
特許文献2の図2には、集光光学系により標本上に生成された励起光のラインフォーカスを、スキャナでビームの方向と垂直な方向にシフトさせる技術が記載されている。なお、特許文献2の図2に示されるラインフォーカスは、ビームの方向に沿って形成されている。
FIG. 2 of
特許文献1の図1に記載された技術では、光ストリップが形成される面状の領域よりも観察の対象領域が広い場合には、対象領域に合わせて光ストリップの幅を広げる必要がある。それにより、対象領域の単位面積当たりに照射される照明光の光量が減る。このため、適度な光量が得られず、光源の高出力化等が必要となる。
In the technique described in FIG. 1 of
また、特許文献1の図7及び特許文献2の図2に記載された技術では、励起光が標本中では励起光の光軸上に線状に収束する。このため、特許文献1の図1に記載された技術に比べて、励起光の単位面積当たりの強度が強くなり標本に大きなダメージが加わってしまうため、標本の褪色が進みやすい。
In the technique described in FIG. 7 of
以上のような実情を踏まえ、本発明は、標本の褪色を抑制するとともに、観察の対象領域が広い場合でも適度な光量で照明する技術を提供することを目的とする。 In light of the above circumstances, an object of the present invention is to provide a technique for suppressing fading of a specimen and illuminating with an appropriate amount of light even when an observation target region is wide.
本発明の一態様は、検出光学系と、前記検出光学系の光軸に直交する第1の方向に進む照明光束であって、標本において前記検出光学系の光軸と前記第1の方向の両方に直交する第2の方向に幅を有するシート状の照明光束を形成するための第1の光学素子と、前記シート状の照明光束で前記標本を前記第2の方向に相対的に走査する走査手段と、を含む照明光学系と、を備え、前記照明光学系は、回動軸を中心に回動する反射面を有する前記走査手段と、光源からの光を前記走査手段上にスポット状に集光させる第1の光学系と、前記走査手段上に前側焦点位置を有する第2の光学素子を最も前記走査手段側に含む第2の光学系と、を含み、前記第2の光学系は、前記第2の光学素子によって形成される平行光束が入射する位置であって、前記走査手段が前記標本を走査する際に一定の角度で光が前記第1の光学素子に入射する位置に前記第1の光学素子を含むシート照明顕微鏡を提供する。 One aspect of the present invention is a detection optical system, and an illumination light beam traveling in a first direction orthogonal to the optical axis of the detection optical system, in a sample, the optical axis of the detection optical system and the first direction A first optical element for forming a sheet-like illumination beam having a width in a second direction orthogonal to both, and the sample relative to the sheet in the second direction with the sheet-like illumination beam An illumination optical system including a scanning means, the illumination optical system comprising: the scanning means having a reflective surface pivoting about a pivot axis; and light from a light source spotted on the scanning means A second optical system including a first optical system for condensing light and a second optical element having a front focal position on the scanning means at the most on the scanning means side, the second optical system comprising: Is the position where the parallel light beam formed by the second optical element is incident, Serial scanning means to provide a sheet illumination microscope comprising the first optical element at a position where light is incident on the first optical element at an angle when scanning the specimen.
本発明によれば、標本の褪色を抑制するとともに、観察の対象領域が広い場合でも適度な光量で照明する技術を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, while suppressing the fading of a sample, even when the observation object area | region is wide, the technique illuminated with moderate light quantity can be provided.
[実施例1]
図1は、本実施例に係る顕微鏡装置1の構成を例示した図である。顕微鏡装置1は、例えば、生体標本からの蛍光を検出する蛍光顕微鏡である。顕微鏡装置1は、標本Sにシート状の照明光束を照射するシート照明装置10を備えるシート照明顕微鏡である。顕微鏡装置1は、さらに、シート状の照明光束の進行方向に直交する光軸を有する検出光学系20と、検出光学系20を介して入射する光を検出して標本Sの画像を取得する撮像装置である検出器30を備えている。
Example 1
FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of a
検出光学系20は、対物レンズ21と結像レンズ22を備えている。検出器30は、2次元の撮像素子を備えた撮像装置である。検出器30は、撮像素子として、例えば、CCDやCMOS等を備え、標本の画像信号を出力する。検出器30は、結像レンズ22の焦点位置に配置されている。顕微鏡装置1は、さらに、図示しない撮像の露光時間を制御する制御装置を備えている。シート状の照明光束は、走査なしでは撮像素子によって撮像される標本Sの撮像領域の一部のみを照明する。このため、走査なしで取得される画像は、撮像領域の一部分の画像となる。ただし、少なくとも1回の標本全体にわたる走査を行うことにより撮像領域の全面が照明される。制御装置は、撮像領域の全面が走査され、且つ、信号の積算により(即ち、走査期間中に撮像領域に照射された照明光束により)撮像素子によって撮像領域全面が撮像可能となる時間に、露光時間を制御する。これにより、標本の画像データが生成される。
The detection
また、顕微鏡装置1は、標本Sを検出光学系20の光軸方向に移動させる、図示しないZ軸駆動機構を備えている。
The
図1(a)には、顕微鏡装置1を側方から見たときの構成が例示されている。図1(b)には、顕微鏡装置1を上方から見たときの構成が例示されている。ただし、図1(b)では、検出光学系20及び検出器30は省略されている。図1(a)及び図1(b)に示すxyz座標系は、明細書における方向参照の便宜のために定義した直交座標系である。標本Sに照射される照明光束の進行方向(照明光学系16の射出側の光軸方向)はx軸方向として、標本Sに照射されるシート状の照明光束の幅方向はy軸方向として、検出光学系20の光軸方向はz軸方向として、定義されている。
The structure when the
シート照明装置10は、光源11と、シート状の照明光束を形成する照明光学系16を備えている。光源11は、例えば、レーザ光源である。光源11は、コリメートされたレーザ光を照明光学系16に向けて出射するように構成されている。照明光学系16は、シート状の照明光束で標本Sを走査するためのガルバノミラー13を備えている。
The
照明光学系16は、さらに、シリンドリカルレンズ15を備え、平行光束からシート状の照明光束を形成する光学系である。ここで、シート状とは、互いに直交する2方向のうちの一方向に厚くもう一方向に薄い形状をいう。シリンドリカルレンズ15は、照明光学系16の光軸(x軸方向)と検出光学系20の光軸(z軸方向)とからなる平面内(x-z平面内)で屈折力を有し、照明光学系16の光軸(x軸方向)とシート状の照明光束の幅方向(y軸方向)からなる平面内(x-y平面内)で屈折力を有しない光学素子(第1の光学素子)である。
The illumination
照明光学系16は、より詳細には、光源11側から順に、第1の光学系(レンズ12)と、ガルバノミラー13と、第2の光学系17(レンズ14及びシリンドリカルレンズ15)から構成されている。
More specifically, the illumination
シート照明装置10において、第1の光学系は、光源11からの光をガルバノミラー13上にスポット状に集光させる光学系であり、ガルバノミラー13は、x-y平面内で標本Sを走査するための回動軸と、回動軸を中心に回動する反射面を有している。第2の光学系17は、ガルバノミラー13側から順に、ガルバノミラー13上に前側焦点位置を有するレンズ14(第2の光学素子)と、シリンドリカルレンズ15と、を備えている。つまり、第2の光学系17は、最もガルバノミラー13側に、レンズ14を含んでいる。
In the
なお、ガルバノミラー13の回動軸は、ガルバノミラー13の反射面またはその近傍にあり、第1の光学系は、ガルバノミラー13の略回動軸の位置に集光させるよう構成されていることが望ましい。また、レンズ14はガルバノミラー13の略回動軸の位置に前側焦点位置を有するように構成されることが望ましい。また、レンズ14(第2の光学素子)を適宜焦点距離の異なるものに交換し、ガルバノミラー13上に前側焦点位置を有するように配置できるようにしてもよい。
The rotational axis of the
照明光学系16では、照明光束は、レンズ12によりガルバノミラー13上に集光し、その後、レンズ14により平行光束に変換されて、シリンドリカルレンズ15に入射する。さらに、照明光束は、シリンドリカルレンズ15により、図1(a)に示すように、シリンドリカルレンズ15が屈折力を有するx-z平面内で集光する。一方、照明光束は、図1(b)に示すように、シリンドリカルレンズ15が屈折力を有しないx-y平面内で集光しない。即ち、シリンドリカルレンズ15は、検出光学系20の光軸(z軸方向)に直交するx軸方向に進む照明光束であって、標本Sにおいて検出光学系20の光軸(z軸方向)とx軸方向の両方に直交するy軸方向に幅を有するシート状の照明光束を形成するための光学素子として機能する。従って、照明光束は、照明光学系16により、原理的には照明光学系16の光軸方向(x軸方向)に直交するy軸方向と平行な直線状に集光する照明光束となる。しかしながら、実際は集光位置では、収束光の開口数で決まる解像限界を持ちX軸方向に焦点深度を持つので、照明光束は、直線状に集光しない。このため、照明光学系16は、x軸方向に所定の長さを有し、ほぼ一定のz軸方向の厚さを有し、y軸方向に幅を有するシート状の照明光束を形成する、ように構成されている。
In the illumination
ガルバノミラー13は、照明光学系16が形成したシート状の照明光束で、標本Sをy軸方向に走査する走査手段である。ガルバノミラー13は、回動軸がz軸方向と平行となるように配置されている。
The
以上のように構成されたシート照明顕微鏡1では、ガルバノミラー13が回動軸を中心に反射面を回動して照明光束の偏向方向を変化させることで、照明光学系16が形成したシート状の照明光束で標本Sを走査することができる。このため、シート照明顕微鏡1によれば、標本の褪色を抑制するとともに、観察の対象領域に適度な光量で照明することができる。
In the
さらに、シート照明顕微鏡1では、照明光束はガルバノミラー13上に集光し、且つ、レンズ14の前側焦点位置がガルバノミラー13上に位置する。このため、照明光束は、ガルバノミラー13の回動角度によらず、レンズ14により照明光学系16の光軸と平行な平行光束に変換される。図1(b)の実線で示される光束と破線で示される光束は、ガルバノミラー13によって異なる方向に偏向された照明光束を示している。従って、シリンドリカルレンズ15には、ガルバノミラー13の回動角度によらず、一定の角度で照明光束が入射する。換言すると、シリンドリカルレンズ15は、ガルバノミラー13が標本Sを走査する際に一定の角度で照明光束が入射する位置に配置されている。これにより、図1(b)に示すように、照明光束が標本Sに入射する角度を変化させることなく、ガルバノミラー13により照明光束を照明光学系16の光軸方向と直交するy軸方向に平行移動させることができる。
Further, in the
以上のようにして、シート状の照明光束を走査することで、撮像素子により目的の撮像領域の2次元像を得ることができる。標本SをZ軸駆動機構により検出光学系の光軸方向に動かして2次元像を次々に取得することで、標本Sの3次元画像を得ることができる。 As described above, by scanning the sheet-like illumination light flux, it is possible to obtain a two-dimensional image of a target imaging area by the imaging device. A three-dimensional image of the specimen S can be obtained by moving the specimen S in the direction of the optical axis of the detection optical system by the Z-axis drive mechanism and acquiring two-dimensional images one after another.
図1では、シート照明装置10は、走査手段としてガルバノミラー13を備えているが、走査手段はガルバノミラー13に限られない。また、シート照明装置10は、単一の照明光路を有しているが、顕微鏡装置1は、シート照明装置10の代わりに、複数の照明光路を有するシート照明装置を備えてもよい。例えば、顕微鏡装置1は、図2に例示されるような、2つの照明光路を有するシート照明装置40を備え、2つの照明光路から交互に標本Sを照明するようにしてもよい。なお、シート照明装置40は、標本Sが配置される位置の両側に、それぞれシート照明装置10と同様の構成を設けたものである。
In FIG. 1, the
[実施例2]
図3は、本実施例に係るシート照明装置50の構成を例示した図である。なお、本実施例に係る顕微鏡装置は、シート照明顕微鏡であり、顕微鏡装置1のシート照明装置10の代わりにシート照明装置50を含む点を除き、顕微鏡装置1と同様である。このため、本実施例に係る顕微鏡装置についての詳細な説明は割愛する。
Example 2
FIG. 3 is a diagram illustrating the configuration of the
シート照明装置50は、照明光学系16の代わりに照明光学系53を備えている点が、シート照明装置10と異なっている。その他の点は、シート照明装置10と同様である。
The
照明光学系53は、第1の光学系と第2の光学系とガルバノミラー13から構成される点は、照明光学系16と同様である。ただし、照明光学系53は、第1の光学系としてレンズ12の代わりにシリンドリカルレンズ51(第1の光学素子)を備え、第2の光学系としてレンズ14及びシリンドリカルレンズ15の代わりに集光レンズ52(第2の光学素子)を備える点が、照明光学系16と異なっている。
The illumination
第1の光学系であるシリンドリカルレンズ51は、x-y平面内で屈折力を有し、x-z平面内で屈折力を有しない光学素子である。シリンドリカルレンズ51は、光源11からの平行光束を、ガルバノミラー13上に回動軸と平行な直線状に集光させる。
The
第2の光学系である集光レンズ52は、ガルバノミラー13上に前側焦点位置を有するように配置されている。ガルバノミラー13上に直線状に集光した照明光束は、集光レンズ52により、図3(a)に示すように、ガルバノミラー13上で集光していない、x-z平面で見た光束については標本上に集光する。一方、図3(b)に示すように、ガルバノミラー13上で集光している、x-y平面で見た光束についてはコリメートされる。即ち、照明光学系53は、照明光学系16と同様に、x-z平面内で集光する照明光束であって、y軸方向に幅を有するシート状の照明光束を形成する、ように構成されている。
A
なお、ガルバノミラー13の回動軸は、ガルバノミラー13の反射面またはその近傍にあることが望ましい。また、シリンドリカルレンズ51(第1の光学系)は、ガルバノミラー13の略回動軸の位置に光源11からの照明光束を直線状に集光させて、直線状の照明光束の位置とガルバノミラー13の略回動軸の位置とが一致するよう構成されていることが望ましい。また、レンズ52はガルバノミラー13の略回動軸の位置に前側焦点位置を有するように構成されることが望ましい。
The rotational axis of the
以上のように構成された本実施例に係るシート照明装置50及び顕微鏡装置によっても、シート照明装置10及び顕微鏡システム1と同様の効果を得ることができる。さらに、シート照明装置50によれば、シート照明装置10によりも少ない光学素子で照明光学系を構成することができる。
The same effects as those of the
なお、本実施例に係るシート照明装置50及び顕微鏡装置でも、シート照明装置10及び顕微鏡システム1と同様に種々の変形が可能である。また、シート照明装置50は、単一の照明光路を有しているが、本実施例に係る顕微鏡装置は、シート照明装置50の代わりに、図4に例示されるような、複数の照明光路を有するシート照明装置60を備え、2つの照明光路から交互に標本Sを照明するようにしてもよい。なお、シート照明装置60は、標本Sが配置される位置の両側に、それぞれシート照明装置50と同様の構成を設けたものである。
Note that the
また、シート照明装置50は、第1の光学素子としてシリンドリカルレンズ51を備えているが、第1の光学素子は、光軸に直交する一方向に屈折力を有し、その一方向と光軸との両方に直交する方向に屈折力を有しない光学素子であればよく、シリンドリカルレンズ51に限られない。本実施例に係る顕微鏡装置は、シート照明装置50の代わりに、図5に例示されるような、第1の光学素子としてパウエルレンズ71を備えるシート照明装置70を備えてもよい。シート照明装置70は、照明光学系53の代わりに照明光学系74を備える点が、シート照明装置50とは異なっている。また、照明光学系74は、第1の光学系75として、シリンドリカルレンズ51の代わりにパウエルレンズ71、リレーレンズ72及びリレーレンズ73を備える点が、照明光学系53とは異なっている。なお、パウエルレンズ71は、光軸に直交する一方向に屈折力を有し、その一方向と光軸との両方に直交する方向に屈折力を有しない点は、シリンドリカルレンズ51と同様である。ただし、シリンドリカルレンズ51が屈折力を有する一方向について収斂する光束を形成するのに対して、パウエルレンズ71は屈折力を有する一方向について発散する光束を形成するという点で、パウエルレンズ71はシリンドリカルレンズ51とは異なっている。
The
[実施例3]
図6は、本実施例に係るシート照明装置80の構成を例示した図である。なお、本実施例に係る顕微鏡装置は、シート照明顕微鏡であり、顕微鏡装置1のシート照明装置10の代わりにシート照明装置80を含む点を除き、顕微鏡装置1と同様である。このため、本実施例に係る顕微鏡装置についての詳細な説明は割愛する。
[Example 3]
FIG. 6 is a diagram illustrating the configuration of the
シート照明装置80は、標本S側から第2の光学系17に無限遠光束が入射した場合にその無限遠光束が集光する面、即ち、第1の光学素子であるシリンドリカルレンズ15の前側焦点面に、瞳変調素子18を備えている点が、シート照明装置10と異なっている。その他の点は、シート照明装置10と同様である。なお、シリンドリカルレンズ15の前側焦点面とは、標本S側からシリンドリカルレンズ15に無限遠光束を入射させたときに、光束が直線状に集光する面のことである。
The
瞳変調素子18は、光の位相を変調する位相変調素子であってもよく、また、光の振幅を変調する振幅変調素子であってもよい。位相変調素子である瞳変調素子18は、例えば、LCOS(商標)ような、独立に制御可能な複数のピクセル成分が2次元に配列されたデバイスであってもよく、また、位相変調のための特定のパターンが形成された基板であってもよい。シート照明装置80が位相変調素子である瞳変調素子18を備えることで、標本S上で生じる照明光束の収差を補正することができる。また、振幅変調である瞳変調素子18は、例えば、LCOS(商標)、DMD(商標)のような、独立に制御可能な複数のピクセル成分が2次元に配列されたデバイスであってもよく、また、振幅変調のための特定のパターンが形成された基板であってもよい。シート照明装置80が振幅変調素子である瞳変調素子18を備えることで、照明光束の強度分布を変更させて、照明に関する開口数(NA)、ひいては、照明光によって定義される焦点深度(つまり、照明に関する焦点深度)を調整することができる。このときの瞳変調素子18の変調パターンは、ガルバノミラー13による光束の走査が変調に影響しないように、y軸の方向には同一のパターンを有し、z軸の方向には異なるパターンを有するようになっている。
The
以上のように構成された本実施例に係るシート照明装置80及び顕微鏡装置によっても、シート照明装置10及び顕微鏡システム1と同様の効果を得ることができる。さらに、シート照明装置80によれば、瞳変調素子18により、標本Sに照射される照明光束の状態を調整することができる。
Even with the
なお、本実施例に係るシート照明装置80及び顕微鏡装置でも、シート照明装置10及び顕微鏡システム1と同様に種々の変形が可能である。また、シート照明装置80は、シート照明装置70のように、第1の光学素子としてパウエルレンズ71を備えてもよい。
Note that the
[実施例4]
図7は、本実施例に係るシート照明装置90の構成を例示した図である。なお、本実施例に係る顕微鏡装置は、シート照明顕微鏡であり、シート照明装置80の代わりにシート照明装置90を含む点を除き、実施例3に係る顕微鏡装置と同様である。このため、本実施例に係る顕微鏡装置についての詳細な説明は割愛する。
Example 4
FIG. 7 is a diagram illustrating the configuration of the sheet illumination device 90 according to the present embodiment. The microscope apparatus according to the present embodiment is a sheet illumination microscope, and is the same as the microscope apparatus according to the third embodiment except that the sheet illumination apparatus 90 is included instead of the
シート照明装置90は、シリンドリカルレンズ15(照明光学系16)と標本Sとの間に、集光位置可変機構95、ミラー91、及びミラー94を備えている点が、シート照明装置80と異なっている。
The sheet illuminating device 90 is different from the
集光位置可変機構95は、照明光学系16で形成されるシート状の照明光束の集光位置を可変することにより、標本Sをシート状の照明光束で照明する位置を、照明光学系16の(射出側)光軸方向に変更する手段であり、z軸方向に移動可能に構成されたミラー92及びミラー93を備えている。集光位置可変機構95は、ミラー92及びミラー93をz軸方向に移動させることで、ミラー91とミラー92の間の光路長とミラー93とミラー94の間の光路長とを変化させる。
The condensing position
以上のように構成された本実施例に係るシート照明装置90及び顕微鏡装置によっても、シート照明装置80及びシート照明装置80を備える顕微鏡装置と同様の効果を得ることができる。さらに、シート照明装置90によれば、集光位置可変機構95により、焦点位置を照明光束の波長に応じて変化させることで、色収差の影響を抑えて、照明光束を標本Sの任意の位置に集光させることができる。また、焦点位置可変機構95により平面ミラーのみの移動で集光位置を変化させる場合、照明光学系16を構成するパワーを有する他の光学素子の移動を伴わない。このため、集光位置可変機構95によって変更される集光位置、すなわち、照明する位置によらず、瞳変調素子18が瞳位置に維持される。そのため、瞳変調素子18による効果は、一定に保たれる。従って、瞳変調素子18を備えるシート照明装置90では、集光位置を可変する手段として集光位置可変機構95は好適である。
Also with the sheet illumination device 90 and the microscope apparatus according to the present embodiment configured as described above, the same effects as those of the microscope apparatus including the
なお、本実施例に係るシート照明装置90及び顕微鏡装置でも、シート照明装置80及びシート照明装置80を備える顕微鏡装置と同様に種々の変形が可能である。
The sheet illumination device 90 and the microscope device according to the present embodiment can be variously modified in the same manner as the microscope device including the
[実施例5]
図8は、本実施例に係るシート照明装置100の構成を例示した図である。なお、本実施例に係る顕微鏡装置は、シート照明顕微鏡であり、シート照明装置80の代わりにシート照明装置100を含む点を除き、実施例3に係る顕微鏡装置と同様である。このため、本実施例に係る顕微鏡装置についての詳細な説明は割愛する。
[Example 5]
FIG. 8 is a diagram illustrating the configuration of the
シート照明装置100は、瞳変調素子19が、標本S側から第2の光学系17に無限遠光束が入射した場合にその無限遠光束が集光する面ではなく、標本S側からレンズ12(第1の光学系17)に無限遠光束が入射した場合にその無限遠光束が集光する面、即ち、レンズ12の前側焦点面に、瞳変調素子19を備えている点が、シート照明装置80と異なっている。その他の点は、シート照明装置80と同様である。
In the
以上のように構成された本実施例に係るシート照明装置100及び顕微鏡装置によっても、実施例3に係るシート照明装置80及び顕微鏡システムと同様の効果を得ることができる。
Also with the
なお、本実施例に係るシート照明装置100及び顕微鏡装置でも、実施例3に係るシート照明装置80及び顕微鏡システムと同様に種々の変形が可能である。
Note that the
[実施例6]
図9は、本実施例に係るシート照明装置110の構成を例示した図である。なお、本実施例に係る顕微鏡装置は、シート照明顕微鏡であり、シート照明装置10の代わりにシート照明装置110を含む点を除き、実施例1に係る顕微鏡装置と同様である。このため、本実施例に係る顕微鏡装置についての詳細な説明は割愛する。
[Example 6]
FIG. 9 is a diagram illustrating the configuration of the sheet illumination device 110 according to the present embodiment. The microscope apparatus according to the present embodiment is a sheet illumination microscope, and is similar to the microscope apparatus according to the first embodiment except that the sheet illumination apparatus 110 is included instead of the
シート照明装置110は、照明光学系16の代わりに照明光学系120を備えている点が、シート照明装置10と異なっている。その他の点は、シート照明装置10と同様である。
The sheet illuminating device 110 differs from the
照明光学系120は、第1の光学系と第2の光学系とガルバノミラー13から構成される点は、照明光学系16と同様である。第1の光学系は、ガルバノミラー13に平行光束を照射するビームエクスパンダ130である。
The illumination
第2の光学系140は、最もガルバノミラー13側にシリンドリカルレンズ141(第2の光学素子)を備え、さらに、シリンドリカルレンズ15(第1の光学素子)を備える。シリンドリカルレンズ141は、ガルバノミラー13上に前側焦点面を有するように配置されている。この構成により、シリンドリカルレンズ141よりも標本Sに近い位置に配置されたシリンドリカルレンズ15に一定の角度で光が入射する。即ち、シリンドリカルレンズ15は、ガルバノミラー13が標本Sを走査する際に一定の角度で光が入射する位置に配置されている。
The second
シリンドリカルレンズ141は、x-y平面内で屈折力を有し、x-z平面内で屈折力を有しない光学素子である。一方、シリンドリカルレンズ15は、x-z平面内で屈折力を有し、x-y平面内で屈折力を有しない光学素子である。即ち、シリンドリカルレンズ141は、シリンドリカルレンズ15が屈折力を有する面で屈折力を有さず、シリンドリカルレンズ15が屈折力を有する面と直交する面で屈折力を有している。
The
第2の光学系140では、ガルバノミラー13で反射した平行光束は、まず、シリンドリカルレンズ141により、図9(a)及び図9(b)に示すように、x-z平面内では集光せずに、x-y平面内でのみ集光する。シリンドリカルレンズ141により変換された光束は、その後、シリンドリカルレンズ15により、x-z平面内でも集光する。シリンドリカルレンズ141の後側焦点面とシリンドリカルレンズ15の後側焦点面は異なっているため、x-z平面とx-y平面で異なる位置に集光する光束が形成される。
In the second
ここで、シリンドリカルレンズ15は、シート状の光束の厚さを標本S上で十分に薄くするために、シリンドリカルレンズ15の後側焦点面が標本S近傍に位置するように、配置されている。一方、シリンドリカルレンズ141は、シリンドリカルレンズ141の後側焦点面がシリンドリカルレンズ15の後側焦点面とシリンドリカルレンズ141との間に位置するように配置されている。これにより、シート照明装置110では、標本Sに、x-z平面で発散したy軸方向に幅を有するシート状の照明光束が照射される。
Here, the
以上のように構成されたシート照明装置110では、ガルバノミラー13が照明光束の偏向方向を変化させることで、照明光学系120が形成したシート状の照明光束で標本Sを走査することができる。このため、シート照明装置110によれば、標本の褪色を抑制するとともに、観察の対象領域に適度な光量で照明することができる。
In the sheet illumination device 110 configured as described above, the specimen S can be scanned with the sheet-like illumination light beam formed by the illumination
また、シート照明装置110では、シリンドリカルレンズ141の前側焦点面がガルバノミラー13上に位置する。これにより、照明光束は、ガルバノミラー13の回動角度によらず、シリンドリカルレンズ141により照明光学系16の光軸と平行な光束に変換される。このため、照明光束が標本Sに入射する角度を変化させることなく、ガルバノミラー13により照明光束を照明光学系16の光軸方向と直交するy軸方向に平行移動させることができる。
Further, in the sheet illuminating device 110, the front focal plane of the
さらに、シート照明装置110では、シリンドリカルレンズ15により形成されるy軸方向に幅を有するシート状の照明光束が、シリンドリカルレンズ141により幅方向に収斂し、標本Sの手前に集光する。シート状の照明光束が一定の幅を有する平行光束である場合、標本S内に照明光が散乱、吸収される部分や周辺と屈折率が異なる部分が存在するとその部分の後方に光が届かず縞状の影が生じることがある。シート照明装置110では、標本Sに幅方向に発散したシート状の照明光束を照射することで、照明光が散乱、吸収される部分や周辺と屈折率が異なる部分の後方にも光を入射させることができる。従って、標本S上での影の発生を抑制することができる。
Further, in the sheet illumination device 110, the sheet-like illumination light beam having a width in the y-axis direction formed by the
なお、本実施例に係るシート照明装置110及び顕微鏡装置でも、実施例1に係るシート照明装置10及び顕微鏡システム1と同様に種々の変形が可能である。
Note that the sheet illumination apparatus 110 and the microscope apparatus according to the present embodiment can be variously modified in the same manner as the
上述した各実施例は、発明の理解を容易にするために具体例を示したものであり、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。シート照明顕微鏡は、特許請求の範囲により規定される本発明の思想を逸脱しない範囲において、さまざまな変形、変更が可能である。この明細書で説明される個別の実施例の文脈におけるいくつかの特徴を組み合わせて単一の実施例としてもよい。例えば、実施例1に係るシート照明装置10に、第1の光学素子としてパウエルレンズが採用されてもよい。また、走査手段としてガルバノミラー13を例示したが、走査手段はシート状の照明光束で標本Sをシートの幅の方向に相対的に走査するものであればガルバノミラーに限られない。従って、走査手段は、例えば電動ステージであってもよく、標本Sを移動させることで照明光束と標本Sの相対的な位置を変化させてもよい。また、例えば、実施例6では、標本Sに幅方向に発散した光束が照射される例を示したが、幅方向に収斂した光束が標本Sに照射されてもよい。
The above-described embodiments are specific examples for facilitating understanding of the invention, and the present invention is not limited to these embodiments. The sheet illumination microscope can be variously modified and changed without departing from the concept of the present invention defined by the claims. Several features in the context of the specific embodiments described herein may be combined into a single embodiment. For example, a Powell lens may be employed as the first optical element in the
1 顕微鏡装置
10、40、50、60、80、90、100、110 シート照明装置
11 光源
12、14 レンズ
13 ガルバノミラー
15、51、141 シリンドリカルレンズ
16、53、74、120 照明光学系
75 第1の光学系
17 第2の光学系
18、19 瞳変調素子
20 検出光学系
21 対物レンズ
22 結像レンズ
30 検出器
52 集光レンズ
71 パウエルレンズ
72、73 リレーレンズ
91、92、93、94 ミラー
95 集光位置可変機構
130 ビームエクスパンダ
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記検出光学系の光軸に直交する第1の方向に進む照明光束であって、標本において前記検出光学系の光軸と前記第1の方向の両方に直交する第2の方向に幅を有するシート状の照明光束を形成するための第1の光学素子と、前記シート状の照明光束で前記標本を前記第2の方向に相対的に走査する走査手段と、を含む照明光学系と、を備え、
前記照明光学系は、
回動軸を中心に回動する反射面を有する前記走査手段と、
光源からの光を前記走査手段上にスポット状に集光させる第1の光学系と、
前記走査手段上に前側焦点位置を有する第2の光学素子を最も前記走査手段側に含む第2の光学系と、を含み、
前記第2の光学系は、前記第2の光学素子によって形成される平行光束が入射する位置であって、前記走査手段が前記標本を走査する際に一定の角度で光が前記第1の光学素子に入射する位置に前記第1の光学素子を含む
ことを特徴とするシート照明顕微鏡。 Detection optical system,
An illumination light beam traveling in a first direction orthogonal to the optical axis of the detection optical system, having a width in a second direction orthogonal to both the optical axis of the detection optical system and the first direction in a sample An illumination optical system including: a first optical element for forming a sheet-like illumination light flux; and a scanning means relatively scanning the sample in the second direction with the sheet-like illumination light flux provided,
The illumination optical system is
The scanning means having a reflecting surface that rotates about a rotation axis;
A first optical system for condensing light from a light source in a spot shape on the scanning means;
A second optical system including a second optical element having a front focal position on the scanning unit closest to the scanning unit, and
The second optical system is a position where a parallel light beam formed by the second optical element is incident, and light is the first optical at a certain angle when the scanning unit scans the sample. The sheet illumination microscope including the first optical element at a position incident on the element .
前記標本の側から前記第1の光学系に無限遠光束が入射した場合に前記無限遠光束が集光する面、又は、前記標本の側から前記第2の光学系に無限遠光束が入射した場合に前記無限遠光束が集光する面に、光の位相又は振幅を変調する変調素子を備える
ことを特徴とするシート照明顕微鏡。 The sheet illumination microscope according to claim 1 , further comprising:
The surface where the infinity light beam is condensed when the infinity light beam is incident on the first optical system from the sample side, or the infinity light beam is incident on the second optical system from the sample side A sheet illumination microscope comprising a modulation element that modulates the phase or amplitude of light in a surface where the infinite light flux condenses.
前記照明光学系と前記標本との間に配置された、前記照明光学系で形成されるシート状の照明光束の集光位置を可変する手段を備える
ことを特徴とするシート照明顕微鏡。 The sheet illumination microscope according to claim 2 , further comprising:
What is claimed is: 1. A sheet illumination microscope, comprising: means for varying a condensing position of a sheet-like illumination light beam formed by the illumination optical system, which is disposed between the illumination optical system and the sample.
前記第1の光学素子は、シリンドリカルレンズ、又は、パウエルレンズである
ことを特徴とするシート照明顕微鏡。 In the sheet illumination microscope according to any one of claims 1 to 3 ,
The sheet illumination microscope according to claim 1, wherein the first optical element is a cylindrical lens or a Powell lens.
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