JP7006010B2 - microscope - Google Patents

microscope Download PDF

Info

Publication number
JP7006010B2
JP7006010B2 JP2017157224A JP2017157224A JP7006010B2 JP 7006010 B2 JP7006010 B2 JP 7006010B2 JP 2017157224 A JP2017157224 A JP 2017157224A JP 2017157224 A JP2017157224 A JP 2017157224A JP 7006010 B2 JP7006010 B2 JP 7006010B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
light
observation
pair
optical
sample
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.)
Active
Application number
JP2017157224A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2019035859A (en
JP2019035859A5 (en
Inventor
直樹 福武
直志 相川
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nikon Corp
Original Assignee
Nikon Corp
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nikon Corp filed Critical Nikon Corp
Priority to JP2017157224A priority Critical patent/JP7006010B2/en
Publication of JP2019035859A publication Critical patent/JP2019035859A/en
Publication of JP2019035859A5 publication Critical patent/JP2019035859A5/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP7006010B2 publication Critical patent/JP7006010B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Investigating, Analyzing Materials By Fluorescence Or Luminescence (AREA)
  • Microscoopes, Condenser (AREA)

Description

本発明は、顕微鏡に関する。 The present invention relates to a microscope.

生細胞等を損傷することなく観察する方法として、CARS光(コヒーレントアンチストークスラマン散乱光)を検出する方法がある(例えば、特許文献1参照)。
特許文献1 特開2005-062155号公報
As a method of observing living cells without damage, there is a method of detecting CARS light (coherent anti-Stoke Raman scattered light) (see, for example, Patent Document 1).
Patent Document 1 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2005-062155

走査型の顕微鏡による観察、例えば、非線形光学効果を利用した顕微鏡による観察では、観察画像が得られるまでに時間がかかる。また、非線形光学効果を利用した観察では、観察対象への照射光および観察対象からの射出光の経路に光学部材が挿入されると、検出効率が低下して、観察に一層多くの時間がかかる。 Observation with a scanning microscope, for example, observation with a microscope utilizing a nonlinear optical effect, takes time to obtain an observed image. Further, in the observation using the nonlinear optical effect, when the optical member is inserted into the path of the irradiation light to the observation target and the emission light from the observation target, the detection efficiency is lowered and the observation takes more time. ..

本発明の一態様によると、観察対象物を挟んで配され、観察対象物と重なる領域に互いに共通の焦点を有する一対の対物レンズと、コヒーレントな第1の照射光を、一対の対物レンズのうち一方を通じて観察対象物に照射する第1の照射部と、第1の照射光を照射された観察対象物から非線形光学効果により射出された第1の射出光を、一方のレンズを通じて検出する第1の検出部と、第1の照射光を照射された観察対象物から非線形光学効果により射出されて第1の射出光と異なる光路を伝播する第2の射出光を、一対の対物レンズのうちの他方のレンズを通じて検出する第2の検出部と、を備える顕微鏡が提供される。 According to one aspect of the present invention, a pair of objective lenses arranged so as to sandwich an observation object and having a common focus on a region overlapping the observation object, and a coherent first irradiation light of the pair of objective lenses. The first irradiation unit that irradiates the observation object through one of them, and the first emission light emitted by the non-linear optical effect from the observation object irradiated with the first irradiation light are detected through one lens. Of the pair of objective lenses, the detection unit 1 and the second emission light emitted from the observation object irradiated with the first irradiation light by a non-linear optical effect and propagating in an optical path different from the first emission light are emitted from the pair of objective lenses. A microscope comprising a second detector for detecting through the other lens of the light is provided.

なお、上記の発明の概要は、本発明の特徴の全てを列挙したものではない。これら特徴群のサブコンビネーションもまた発明となり得る。 The outline of the above invention does not list all the features of the present invention. Sub-combinations of these features can also be inventions.

顕微鏡100の模式図である。It is a schematic diagram of a microscope 100. 顕微鏡100による暗視野観察を説明する模式図である。It is a schematic diagram explaining the dark field observation by the microscope 100. 顕微鏡100によるCARS光観察を説明する模式図である。It is a schematic diagram explaining CARS light observation with a microscope 100. 反射CARS光による観察で分解可能な空間周波数の領域を示す図である。It is a figure which shows the region of the spatial frequency which can be decomposed by the observation by the reflected CARS light. 透過CARS光による観察で分解可能な空間周波数の領域を示す図である。It is a figure which shows the region of the spatial frequency which can be decomposed by the observation by the transmitted CARS light. CARS光の発生原理を説明する模式図である。It is a schematic diagram explaining the generation principle of CARS light. 顕微鏡100を用いた観察手順を示す流れ図である。It is a flow chart which shows the observation procedure using a microscope 100. 予備観察領域117の分布を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the distribution of the preliminary observation area 117. 詳細観察領域119の分布を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the distribution of a detailed observation area 119. 予備観察領域117の分布を例示する模式図である。It is a schematic diagram which illustrates the distribution of the preliminary observation area 117. 詳細観察領域119の分布を例示する模式図である。It is a schematic diagram which illustrates the distribution of a detailed observation area 119. 顕微鏡100の模式図である。It is a schematic diagram of a microscope 100. 顕微鏡100の模式図である。It is a schematic diagram of a microscope 100. 顕微鏡100の模式図である。It is a schematic diagram of a microscope 100. 顕微鏡101の模式図である。It is a schematic diagram of a microscope 101. 顕微鏡102の模式図である。It is a schematic diagram of a microscope 102.

発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、下記の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。下記の実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。 Although the present invention will be described through embodiments of the invention, the following embodiments are not intended to limit the invention in the claims. Not all combinations of features described in the embodiments below are essential to the solution of the invention.

図1は、観察装置の一例である顕微鏡100の模式図である。顕微鏡100は、ステージ110、制御部120、照明部130、対物光学系140、画像検出部150、レーザ装置160、励起部170、上側CARS光検出部180、および下側CARS光検出部190を備える。 FIG. 1 is a schematic view of a microscope 100 which is an example of an observation device. The microscope 100 includes a stage 110, a control unit 120, an illumination unit 130, an objective optical system 140, an image detection unit 150, a laser device 160, an excitation unit 170, an upper CARS light detection unit 180, and a lower CARS light detection unit 190. ..

顕微鏡100において、照明部130は第1の照射部を、レーザ装置160は、第2の照射部をそれぞれ形成する。また、画像検出部150は第1の検出部を、上側CARS光検出部180は第2の検出部を、下側CARS光検出部190は第3の検出部をそれぞれ形成する。 In the microscope 100, the illumination unit 130 forms the first irradiation unit, and the laser device 160 forms the second irradiation unit. Further, the image detection unit 150 forms a first detection unit, the upper CARS light detection unit 180 forms a second detection unit, and the lower CARS light detection unit 190 forms a third detection unit.

ステージ110は、顕微鏡100の観察対象となるサンプル112を支持する。これにより、ステージ110に置かれたサンプル112に対して、照明部130からの照明光を図中上方から照射できる。また、ステージ110に置かれたサンプル112は、上側CARS光検出部180により図中上側から観察できる。 The stage 110 supports the sample 112 to be observed by the microscope 100. As a result, the sample 112 placed on the stage 110 can be irradiated with the illumination light from the illumination unit 130 from above in the drawing. Further, the sample 112 placed on the stage 110 can be observed from the upper side in the figure by the upper CARS photodetector 180.

ステージ110は、サンプル112の図中下面を露出させる開口を有する。これにより、ステージ110に置かれたサンプル112に対して、レーザ装置160および励起部170により図中下側からレーザ光を照射できる。また、ステージ110に置かれたサンプル112は、画像検出部150および下側CARS光検出部190により、図中下側から観察できる。 The stage 110 has an opening that exposes the lower surface of the sample 112 in the drawing. As a result, the sample 112 placed on the stage 110 can be irradiated with the laser beam from the lower side in the figure by the laser device 160 and the excitation unit 170. Further, the sample 112 placed on the stage 110 can be observed from the lower side in the figure by the image detection unit 150 and the lower CARS light detection unit 190.

また、ステージ110は、ステージスキャナ111に結合される。ステージスキャナ111は、図中に矢印x-yにより示すように、サンプル112が置かれた面と平行にステージ110を移動させる。これにより、顕微鏡100においては、光学系の光軸を固定したまま、サンプル112の広い範囲を観察できる。 Further, the stage 110 is coupled to the stage scanner 111. The stage scanner 111 moves the stage 110 in parallel with the surface on which the sample 112 is placed, as shown by arrows xy in the figure. As a result, in the microscope 100, a wide range of the sample 112 can be observed while the optical axis of the optical system is fixed.

制御部120は、処理装置122、キーボード124、マウス126および表示部128を有する。処理装置122は、制御手順を実行させるプログラムを汎用パーソナルコンピュータに実装することにより形成できる。 The control unit 120 includes a processing device 122, a keyboard 124, a mouse 126, and a display unit 128. The processing device 122 can be formed by implementing a program for executing a control procedure on a general-purpose personal computer.

キーボード124およびマウス126は、処理装置122に接続され、処理装置122にユーザの指示を入力する場合に操作される。表示部128は、キーボード124およびマウス126によるユーザの操作に対してフィードバックを返すと共に、処理装置122が生成した画像または文字列をユーザに向かって表示する。 The keyboard 124 and the mouse 126 are connected to the processing device 122 and are operated when inputting a user's instruction to the processing device 122. The display unit 128 returns feedback to the user's operation by the keyboard 124 and the mouse 126, and displays the image or character string generated by the processing device 122 toward the user.

制御部120は、画像検出部150、上側CARS光検出部180および下側CARS光検出部190の検出結果に基づいて、表示部128に表示する画像を生成する。また、制御部120は、ステージスキャナ111、照明部130、レーザ装置160および励起部170の各部に結合され、ユーザから受け付けた指示に応じてこれらの動作を制御する。 The control unit 120 generates an image to be displayed on the display unit 128 based on the detection results of the image detection unit 150, the upper CARS light detection unit 180, and the lower CARS light detection unit 190. Further, the control unit 120 is coupled to each unit of the stage scanner 111, the illumination unit 130, the laser device 160, and the excitation unit 170, and controls these operations according to the instructions received from the user.

照明部130は、照明光源131、コレクタレンズ132、リレーレンズ133、135、138、リング絞り134および視野絞り136を有する。視野絞り136は、対物光学系140の焦点位置P11に対して共役な位置P12に配される。リング絞り134の位置については後述する。照明光源131は、例えばハロゲンランプ等により白色のインコヒーレントな照明光を発生する。コレクタレンズ132により集められた照明光は、リレーレンズ133、138、リング絞り134、視野絞り136を介し、帯域通過フィルタ139で可視光帯域の光のみを透過して、サンプル112に照射される。 The illumination unit 130 includes an illumination light source 131, a collector lens 132, relay lenses 133, 135, 138, a ring diaphragm 134, and a field diaphragm 136. The field diaphragm 136 is arranged at the position P 12 conjugate to the focal position P 11 of the objective optical system 140. The position of the ring diaphragm 134 will be described later. The illumination light source 131 generates white incoherent illumination light by, for example, a halogen lamp or the like. The illumination light collected by the collector lens 132 passes through only the light in the visible light band by the band passing filter 139 via the relay lens 133, 138, the ring diaphragm 134, and the field diaphragm 136, and irradiates the sample 112.

対物光学系140は、ステージ110に対して互いに反対側に配された上側対物レンズ142および下側対物レンズ144を有する。図中上側の上側対物レンズ142は、照明部130から照射された照明光を、ステージ110に置かれたサンプル112に集光する。そのため上側対物レンズ142はコンデンサレンズとも呼ばれる。なお、対物レンズとして使用することを目的とした収差補正がされていない照明用のコンデンサレンズであっても、例えば上側対物レンズ142として用いることができる場合もある。また、図中下側の下側対物レンズ144は、励起部170から照射された励起光を、サンプル112の内部で集光させる。 The objective optical system 140 has an upper objective lens 142 and a lower objective lens 144 arranged on opposite sides of the stage 110. The upper objective lens 142 on the upper side in the figure collects the illumination light emitted from the illumination unit 130 on the sample 112 placed on the stage 110. Therefore, the upper objective lens 142 is also called a condenser lens. Even a capacitor lens for lighting that is not aberration-corrected for use as an objective lens may be used as an upper objective lens 142, for example. Further, the lower objective lens 144 on the lower side in the figure condenses the excitation light emitted from the excitation unit 170 inside the sample 112.

なお、対物光学系140において、上側対物レンズ142および下側対物レンズ144は、互いに略等しい開口数を有することが好ましい。これにより、コヒーレントな照射光をサンプル112に照射することで発生するコヒーレントな射出光を観察する場合に、画像あるいはスペクトルにアーチファクトが重畳されて、検出精度が低下することを防ぐことができる。より具体的には、上側対物レンズ142の開口数と下側対物レンズ144の開口数との比RNAは、右式[0.8<RNA<1.2]を満たすことが好ましい。 In the objective optical system 140, the upper objective lens 142 and the lower objective lens 144 preferably have substantially equal numerical apertures. As a result, when observing the coherent emission light generated by irradiating the sample 112 with the coherent irradiation light, it is possible to prevent the artifact from being superimposed on the image or the spectrum and the detection accuracy from being lowered. More specifically, the ratio R NA of the numerical aperture of the upper objective lens 142 and the numerical aperture of the lower objective lens 144 preferably satisfies the right equation [0.8 <R NA <1.2].

画像検出部150は、ダイクロイックミラー151、結像レンズ152、リレーレンズ154、帯域通過フィルタ155、開口絞り156、リレーレンズ157およびCCDカメラ158を有する。ダイクロイックミラー151は、サンプル112から射出された光のうち、可視光帯域の光を反射し、レーザ光源161、162からサンプル112に照射される波長帯域の光を透過させる。これにより、照明部130がサンプル112に照射した照明光のうち、サンプル112において透過または散乱した照明光が、画像検出部150に導入される。 The image detection unit 150 includes a dichroic mirror 151, an imaging lens 152, a relay lens 154, a bandpass filter 155, an aperture diaphragm 156, a relay lens 157, and a CCD camera 158. The dichroic mirror 151 reflects the light in the visible light band among the light emitted from the sample 112, and transmits the light in the wavelength band emitted from the laser light sources 161 and 162 to the sample 112. As a result, of the illumination light emitted by the illumination unit 130 to the sample 112, the illumination light transmitted or scattered in the sample 112 is introduced into the image detection unit 150.

帯域通過フィルタ155は、照明部130がサンプル112に照射した照明光の波長帯域の光に限って透過させ、他の波長の光を遮断する。結像レンズ152は、サンプル112により散乱した照明光による像を一次像面153に形成する。更に、リレーレンズ154、157は、CCDカメラ158の撮像面にその像を再結像する。CCDカメラ158は、照明光の帯域に感度を有するので、再結像された像を、暗視野観察像として撮像する。 The bandpass filter 155 transmits only the light in the wavelength band of the illumination light irradiated to the sample 112 by the illumination unit 130, and blocks the light of other wavelengths. The image forming lens 152 forms an image due to the illumination light scattered by the sample 112 on the primary image plane 153. Further, the relay lenses 154 and 157 reimage the image on the imaging surface of the CCD camera 158. Since the CCD camera 158 has sensitivity in the band of illumination light, the reimaged image is imaged as a dark field observation image.

レーザ装置160は、複数のレーザ光源161、162と、コンバイナ163とを有する。レーザ光源161は発光波長λのパルスレーザを、レーザ光源162は、発光波長λのパルスレーザを、それぞれ個別に発生する。レーザ光源161、162の発光波長λ、λは、互いに異なる波長である。また、レーザ光源161、162の発光波長λ、λは、帯域通過フィルタ139が透過する波長帯域とも異なる。 The laser device 160 has a plurality of laser light sources 161 and 162 and a combiner 163. The laser light source 161 individually generates a pulsed laser having an emission wavelength λ S , and the laser light source 162 individually generates a pulse laser having an emission wavelength λ P. The emission wavelengths λ S and λ P of the laser light sources 161 and 162 are different wavelengths from each other. Further, the emission wavelengths λ S and λ P of the laser light sources 161 and 162 are also different from the wavelength band transmitted by the band pass filter 139.

レーザ光源161、162としては、例えば、モードロックピコ秒Nd:YVOレーザ、モードロックピコ秒イットリビウムレーザー等を用いることができる。なお、レーザ光源161、162の一方を、レーザ光源161、162の他方が発生したパルスレーザの波長を変換する光パラメトリック発振器に置き換えてもよい。 As the laser light sources 161 and 162, for example, a mode-lock picosecond Nd: YVO4 laser, a mode-lock picosecond itribium laser, or the like can be used. One of the laser light sources 161 and 162 may be replaced with an optical parametric oscillator that converts the wavelength of the pulsed laser generated by the other of the laser light sources 161 and 162.

レーザ光源161、162により発生したピコ秒パルスのうち、短い方の波長λを有するパルスレーザは、CARS光観察におけるポンプ光として利用される。また、レーザ光源161、162の発生するピコ秒パルスのうち、長い方の波長λを有するパルスレーザは、CARS光観察におけるストークス光として利用される。 Of the picosecond pulses generated by the laser light sources 161 and 162, the pulse laser having the shorter wavelength λ P is used as the pump light in CARS light observation. Further, among the picosecond pulses generated by the laser light sources 161 and 162, the pulse laser having the longer wavelength λ S is used as Stokes light in CARS light observation.

レーザ光源161、162から射出されたレーザ光は、コンバイナ163に入射されて単一のビームになる。これにより、ポンプ光とストークス光とを併せた励起光をサンプル112に照射してCARS光を発生させることができる。 The laser light emitted from the laser light sources 161 and 162 is incident on the combiner 163 to form a single beam. As a result, the sample 112 can be irradiated with excitation light that is a combination of pump light and Stokes light to generate CARS light.

なお、レーザ装置160は、レーザ光源161、162が発生するポンプ光とストークス光とを同期させる目的で遅延光路を備えてもよい。遅延光路は、互いの間隔を変更できる複数の反射鏡により形成できる。また、レーザ装置160においては、フォトニック結晶ファイバを用いてストークス光を広帯域化してもよい。 The laser device 160 may be provided with a delayed optical path for the purpose of synchronizing the pump light generated by the laser light sources 161 and 162 with the Stokes light. The delayed optical path can be formed by a plurality of reflectors whose distances from each other can be changed. Further, in the laser apparatus 160, the Stokes light may be widened by using a photonic crystal fiber.

励起部170は、ガルバノスキャナ171およびスキャンレンズ172を有する。ガルバノスキャナ171は、互いに向きが異なる2軸の周りを揺動する反射鏡を備え、入射した照射光の光路を、光軸と交差する方向に二次元的に変位させる。 The excitation unit 170 has a galvano scanner 171 and a scan lens 172. The galvano scanner 171 includes a reflecting mirror that swings around two axes having different directions from each other, and two-dimensionally displaces the optical path of the incident irradiation light in a direction intersecting the optical axis.

なお、スキャンレンズ172は、ガルバノスキャナ171から射出された照射光を、予め定められた一次像面173上に合焦させる。これにより、レーザ装置160から射出された照射光でサンプル112の観察領域を走査させ、予め定められた広さを有する観察領域に照射光を照射できる。 The scan lens 172 focuses the irradiation light emitted from the galvano scanner 171 on a predetermined primary image plane 173. As a result, the observation area of the sample 112 can be scanned by the irradiation light emitted from the laser device 160, and the irradiation light can be irradiated to the observation area having a predetermined area.

上側CARS光検出部180および下側CARS光検出部190のそれぞれは、ダイクロイックミラー181、191、リレーレンズ182、192、183、193、帯域通過フィルタ184、194および光電子増倍管185、195を有する。ダイクロイックミラー181、191は、照明部130が照明光として発生する可視光帯域の光を透過し、励起部170からの励起光を透過し、サンプル112において発生したCARS光を反射する。これにより、ダイクロイックミラー181、191は、サンプル112において発生したCARS光を、上側CARS光検出部180または下側CARS光検出部190に導入する。 Each of the upper CARS photodetector 180 and the lower CARS photodetector 190 has a dichroic mirrors 181, 191 and relay lenses 182, 192, 183, 193, passband filters 184, 194 and a photomultiplier tube 185, 195, respectively. .. The dichroic mirrors 181 and 191 transmit the light in the visible light band generated by the illumination unit 130 as the illumination light, transmit the excitation light from the excitation unit 170, and reflect the CARS light generated in the sample 112. As a result, the dichroic mirrors 181 and 191 introduce the CARS light generated in the sample 112 into the upper CARS photodetector 180 or the lower CARS photodetector 190.

更に、帯域通過フィルタ184、194は、CARS光を透過し、照明部130からの照明光および励起部170からの励起光を含む、CARS光以外の波長の光を遮断する。これにより、光電子増倍管185、195は、CARS光を選択的に検出できる。よって、顕微鏡100においては、CARS光観察と暗視野観察とを同時に実行できる。 Further, the band-passing filters 184 and 194 transmit CARS light and block light having a wavelength other than CARS light, including illumination light from the illumination unit 130 and excitation light from the excitation unit 170. As a result, the photomultiplier tubes 185 and 195 can selectively detect CARS light. Therefore, in the microscope 100, CARS light observation and dark field observation can be performed at the same time.

なお、照明部130において、視野絞り136およびリレーレンズ138の間には、反射鏡137が配される。また、励起部170においても、スキャンレンズ172および結像レンズ175の間に、反射鏡174が配される。反射鏡137、174は、照明光または励起光の光路を折り曲げることにより、顕微鏡100の構造物が過剰に高くなることを防止する。 In the illumination unit 130, a reflector 137 is arranged between the field diaphragm 136 and the relay lens 138. Further, also in the excitation unit 170, a reflecting mirror 174 is arranged between the scan lens 172 and the imaging lens 175. The reflectors 137 and 174 prevent the structure of the microscope 100 from becoming excessively high by bending the optical path of the illumination light or the excitation light.

上記のような顕微鏡100は、サンプル112に対して、照明部130および画像検出部150を用いた暗視野観察に使用できる。また、顕微鏡100は、レーザ装置160、励起部170、上側CARS光検出部180および下側CARS光検出部190を用いたCARS光観察にも使用できる。 The microscope 100 as described above can be used for dark field observation using the illumination unit 130 and the image detection unit 150 for the sample 112. The microscope 100 can also be used for CARS light observation using the laser device 160, the excitation unit 170, the upper CARS photodetector 180, and the lower CARS photodetector 190.

また、顕微鏡100においては、照明部130および励起部170の反射鏡137、174と、画像検出部150、上側CARS光検出部180および下側CARS光検出部190のダイクロイックミラー151、181、191とは、いずれも対物光学系140の光軸Q上に配される。よって、暗視野観察とCARS光観察との両方において対物光学系140が共通に使用される。 Further, in the microscope 100, the reflecting mirrors 137 and 174 of the illumination unit 130 and the excitation unit 170, and the dichroic mirrors 151, 181 and 191 of the image detection unit 150, the upper CARS light detection unit 180 and the lower CARS light detection unit 190. Are all arranged on the optical axis Q of the objective optical system 140. Therefore, the objective optical system 140 is commonly used for both dark field observation and CARS light observation.

ここで、顕微鏡100においては、暗視野観察の照明光を形成するリング絞り134を、上側CARS光検出部180と上側対物レンズ142との間ではなく、リレーレンズ138、135からなるリレー光学系を介することにより照明部130に配している。即ち、リング絞り134は、上側対物レンズ142の射出瞳の位置Pと光学的に共役な位置Pに配される。 Here, in the microscope 100, the ring diaphragm 134 forming the illumination light for dark field observation is not between the upper CARS light detection unit 180 and the upper objective lens 142, but a relay optical system including relay lenses 138 and 135. It is arranged in the lighting unit 130 through the interposition. That is, the ring diaphragm 134 is arranged at the position P 2 optically conjugate with the position P 1 of the exit pupil of the upper objective lens 142.

そして、暗視野観察像を形成する開口絞り156が、下側対物レンズ144と下側CARS光検出部190との間ではなく、結像レンズ152とリレーレンズ154からなるリレー光学系を介することにより画像検出部150に配される。即ち、開口絞り156は、下側対物レンズ144の射出瞳の位置Pと光学的に共役な位置Pに配される。 Then, the aperture diaphragm 156 forming the dark field observation image is not between the lower objective lens 144 and the lower CARS light detection unit 190, but is via a relay optical system including an imaging lens 152 and a relay lens 154. It is arranged in the image detection unit 150. That is, the aperture stop 156 is arranged at the position P 4 optically conjugate with the position P 3 of the exit pupil of the lower objective lens 144.

また、上側CARS光検出部180のダイクロイックミラー181は、上側対物レンズ142と照明部130との間に配され、下側CARS光検出部190のダイクロイックミラー191は、下側対物レンズ144と画像検出部150との間に配される。 Further, the dichroic mirror 181 of the upper CARS light detection unit 180 is arranged between the upper objective lens 142 and the illumination unit 130, and the dichroic mirror 191 of the lower CARS light detection unit 190 is the lower objective lens 144 and image detection. It is arranged between the unit 150 and the unit 150.

図中に矢印Mで示すように、リング絞り134は、光軸Qと平行な方向に移動させることができる。さらに、図中に点線で示す光学部材Gを、リング絞り134とリレーレンズ135との間に挿抜することもできる。光学部材Gとしては、レンズ、平行平面ガラス等を使用する。これらにより、顕微鏡100においては、上側対物レンズ142とリング絞り134との間の光路長を変化させることができる。特に光学部材Gの挿抜では、上側対物レンズ142とリング絞り134との間の光路長を大きく変化させても、ケーラー照明に必要なリング絞り134と照明光源131の結像関係を保つことができる。 As shown by the arrow M in the figure, the ring diaphragm 134 can be moved in a direction parallel to the optical axis Q. Further, the optical member G 1 shown by the dotted line in the drawing can be inserted and removed between the ring diaphragm 134 and the relay lens 135. As the optical member G 1 , a lens, parallel flat glass, or the like is used. As a result, in the microscope 100, the optical path length between the upper objective lens 142 and the ring diaphragm 134 can be changed. In particular, when the optical member G1 is inserted or removed, the image formation relationship between the ring diaphragm 134 and the illumination light source 131 required for Koehler illumination can be maintained even if the optical path length between the upper objective lens 142 and the ring diaphragm 134 is significantly changed. can.

よって、例えば、ピント調節のためなどで上側対物レンズ142を上下させてリレーレンズ138との間隔を変えた場合に、リング絞り134の位置を光軸Qと平行な方向に移動させて、上側対物レンズ142とリング絞り134との間の光路長を調節する。 Therefore, for example, when the upper objective lens 142 is moved up and down to change the distance from the relay lens 138 for focus adjustment, the position of the ring diaphragm 134 is moved in a direction parallel to the optical axis Q to move the upper objective. Adjust the optical path length between the lens 142 and the ring diaphragm 134.

また、観察倍率等の異なる光学特性が求められる場合や、上側対物レンズ142がサンプル112等に接触して汚染された場合等で、上側対物レンズ142を倍率や開口数の異なる別の対物レンズに交換すると、上側対物レンズ142の射出瞳の位置Pの位置が大きく変わることもあるし、リング絞り134の適切なリングの大きさも変わることがある。その場合には、リング絞り134を適切な大きさのものに交換し、光学部材Gを追加したり交換したりして、上側対物レンズ142とリング絞り134との間の光路長をおおよそ合わせ、その後にリング絞り134の位置を光軸Qと平行な方向に移動させて、上側対物レンズ142とリング絞り134との間の光路長を微調節する。 Further, when different optical characteristics such as observation magnification are required, or when the upper objective lens 142 comes into contact with the sample 112 or the like and is contaminated, the upper objective lens 142 can be used as another objective lens having a different magnification or number of openings. When replaced, the position of the exit pupil position P1 of the upper objective lens 142 may change significantly, and the appropriate ring size of the ring aperture 134 may also change. In that case, replace the ring diaphragm 134 with an appropriate size, and add or replace the optical member G1 to roughly match the optical path length between the upper objective lens 142 and the ring diaphragm 134. After that, the position of the ring diaphragm 134 is moved in the direction parallel to the optical axis Q, and the optical path length between the upper objective lens 142 and the ring diaphragm 134 is finely adjusted.

このとき、リング絞り134と光学部材Gが一体となった交換可能なリング絞りブロックとして構成されていてもよい。その場合には、上側対物レンズ142の交換と合わせて、適切なリング絞りブロックに一括で交換することができるので、操作を簡単化できるし、さらには上側対物レンズ142の交換に連動して自動的に交換される機構にする場合にも交換機構を単純化しやすいので都合が良い。 At this time, the ring diaphragm 134 and the optical member G 1 may be integrally configured as a replaceable ring diaphragm block. In that case, the upper objective lens 142 can be replaced at once with an appropriate ring aperture block, which simplifies the operation and is automatically linked to the replacement of the upper objective lens 142. It is convenient because it is easy to simplify the exchange mechanism even when the mechanism is to be exchanged.

リング絞り134の位置の調節は、ユーザがサンプル112を暗視野観察しながら、照明光の直接光が漏れずに観察像が最も鮮明になる位置にリング絞り134を移動させてもよい。また、暗視野像のコントラストを評価して、最もコントラストが高くなる位置にリング絞り134を移動させる仕組みを設けてもよい。このように、リング絞り134の位置を調節可能にすることにより、リング絞り134の位置を上側対物レンズ142の入射瞳の位置Pと光学的に共役な位置Pに精度よく合わせて、暗視野顕微鏡としての解像度の低下を防止できる。 To adjust the position of the ring diaphragm 134, the user may move the ring diaphragm 134 to a position where the observed image becomes clearest without leaking the direct light of the illumination light while observing the sample 112 in the dark field. Further, a mechanism may be provided for evaluating the contrast of the dark field image and moving the ring diaphragm 134 to a position where the contrast is highest. By making the position of the ring diaphragm 134 adjustable in this way, the position of the ring diaphragm 134 is accurately aligned with the position P 1 of the entrance pupil of the upper objective lens 142 and the position P 2 optically coupled to the dark field. It is possible to prevent a decrease in resolution as a field microscope.

また、開口絞り156も、光軸Qと平行な方向に移動させることができる。さらに、図中に点線で示す光学部材Gを、開口絞り156とリレーレンズ154との間に挿抜することもできる。光学部材Gとしては、レンズ、平行平面ガラス等を使用する。これらにより、顕微鏡100においては、下側対物レンズ144と開口絞り156との間の光路長を変化させることができる。特に光学部材Gの挿抜では、下側対物レンズ144と開口絞り156との間の光路長を大きく変化させても、開口絞り156とリレーレンズ157の光路長を保つことができるので、CCDカメラ158で適切にサンプル112からの射出光を受けることができる。 Further, the aperture stop 156 can also be moved in a direction parallel to the optical axis Q. Further, the optical member G 2 shown by the dotted line in the drawing can be inserted and removed between the aperture stop 156 and the relay lens 154. As the optical member G 2 , a lens, parallel flat glass, or the like is used. As a result, in the microscope 100, the optical path length between the lower objective lens 144 and the aperture diaphragm 156 can be changed. In particular, when the optical member G 2 is inserted or removed, the optical path length between the aperture aperture 156 and the relay lens 157 can be maintained even if the optical path length between the lower objective lens 144 and the aperture stop 156 is significantly changed. At 158, the emission light from the sample 112 can be appropriately received.

よって、例えば、ピント調節のためなどで下側対物レンズ144を上下させて結像レンズ152との間隔を変えた場合に、開口絞り156の位置を光軸Qと平行な方向に移動させて、下側対物レンズ144と開口絞り156との間の光路長を調節する。 Therefore, for example, when the lower objective lens 144 is moved up and down to change the distance from the imaging lens 152, for example, the position of the aperture diaphragm 156 is moved in a direction parallel to the optical axis Q. The optical path length between the lower objective lens 144 and the aperture stop 156 is adjusted.

また、観察倍率等の異なる光学特性が求められる場合や、下側対物レンズ144がサンプル112等に接触して汚染された場合等で、下側対物レンズ144を倍率や開口数の異なる別の対物レンズに交換すると、下側対物レンズ144の射出瞳の位置Pの位置が大きく変わることもあるし、開口絞り156の適切な開口の大きさも変わることがある。その場合には、開口絞り156の開口を適切な大きさに変えたり、適当な大きさの開口絞りに交換したり、光学部材Gを追加したり交換したりして、下側対物レンズ144と開口絞り156との間の光路長をおおよそ合わせ、その後に開口絞り156の位置を光軸Qと平行な方向に移動させて、下側対物レンズ144と開口絞り156との間の光路長を微調節する。 Further, when different optical characteristics such as observation magnification are required, or when the lower objective lens 144 comes into contact with the sample 112 or the like and is contaminated, the lower objective lens 144 is used as another objective having a different magnification or number of openings. When replaced with a lens , the position of the exit pupil position P3 of the lower objective lens 144 may change significantly, and the appropriate opening size of the aperture aperture 156 may also change. In that case, the opening of the aperture diaphragm 156 may be changed to an appropriate size, the aperture diaphragm of an appropriate size may be replaced, or the optical member G2 may be added or replaced, and the lower objective lens 144 may be replaced. Approximately match the optical path length between the aperture stop 156 and the aperture stop 156, and then move the position of the aperture stop 156 in the direction parallel to the optical axis Q to adjust the optical path length between the lower objective lens 144 and the aperture stop 156. Make fine adjustments.

このとき、開口絞り156と光学部材Gが一体となった交換可能な開口絞りブロックとして構成されていてもよい。その場合には、下側対物レンズ144の交換と合わせて、適切な開口絞りブロックに一括で交換することができるので、操作を簡単化できるし、さらには下側対物レンズ144の交換に連動して自動的に交換される機構にする場合にも交換機構を単純化しやすいので都合が良い。 At this time, the aperture stop 156 and the optical member G 2 may be integrally configured as a replaceable aperture stop block. In that case, the lower objective lens 144 can be replaced at once with an appropriate aperture stop block, which simplifies the operation and is linked to the replacement of the lower objective lens 144. It is convenient because it is easy to simplify the exchange mechanism even when the mechanism is automatically exchanged.

リング絞りブロックと開口絞りブロックの交換は、上側対物レンズ142および下側対物レンズ144の交換と合わせて、電動機構により自動的に行われることが、顕微鏡100を操作する操作者の負荷が最も少なくて都合が良い。 The replacement of the ring diaphragm block and the aperture diaphragm block is automatically performed by the electric mechanism together with the replacement of the upper objective lens 142 and the lower objective lens 144, which minimizes the load on the operator who operates the microscope 100. It is convenient.

このようなリング絞り134および開口絞り156の配置により、顕微鏡100においては、図中上側の上側CARS光検出部180から上側対物レンズ142までの間の光路上からリング絞り134が排除される。また、図中下側の下側CARS光検出部190から下側対物レンズ144までの光路上から開口絞り156が排除される。 With such an arrangement of the ring diaphragm 134 and the aperture diaphragm 156, in the microscope 100, the ring diaphragm 134 is excluded from the optical path between the upper CARS photodetector 180 on the upper side in the drawing and the upper objective lens 142. Further, the aperture stop 156 is excluded from the optical path from the lower CARS photodetector 190 on the lower side in the figure to the lower objective lens 144.

顕微鏡100においては、例えば、下記の表1に記載する波長特性の組み合わせとした場合に、暗視野観察とCARS光観察とを同時に実行できる。この場合、サンプル112から発生するCARS光の波長は、800~1010[nm]である。ただし、励起光およびフィルタ類の特性の組み合わせが下記のものに限られないことはもちろんである。また、リング絞り134に換えて、中央を遮光した偏った開口を有する偏心絞りを用いても、顕微鏡100を用いてサンプル112を暗視野観察できる。

Figure 0007006010000001
In the microscope 100, for example, when the combination of wavelength characteristics shown in Table 1 below is used, dark field observation and CARS light observation can be performed at the same time. In this case, the wavelength of the CARS light generated from the sample 112 is 800 to 1010 [nm]. However, it goes without saying that the combination of the characteristics of the excitation light and the filters is not limited to the following. Further, even if an eccentric diaphragm having a biased opening that shields the center from light is used instead of the ring diaphragm 134, the sample 112 can be observed in the dark field using the microscope 100.
Figure 0007006010000001

図2は、上記のように設定された顕微鏡100による暗視野観察を説明する模式図である。顕微鏡100における暗視野観察においては、対物光学系140および制御部120に加えて、照明部130および画像検出部150を使用する。 FIG. 2 is a schematic diagram illustrating dark field observation with the microscope 100 set as described above. In the dark field observation with the microscope 100, the illumination unit 130 and the image detection unit 150 are used in addition to the objective optical system 140 and the control unit 120.

図中に点線で示すように、照明部130において照明光源131が射出した照明光は、それぞれリレーレンズ133、135、138を介して、リング絞り134、視野絞り136および帯域通過フィルタ139を通じて、照明部130から射出される。これにより、ステージ110上のサンプル112に対して、照射角度が上側対物レンズの開口数の周辺部分だけの環状に制限された照明光が、図中上方から照射される。 As shown by the dotted line in the figure, the illumination light emitted by the illumination light source 131 in the illumination unit 130 is illuminated through the relay lens 133, 135, 138, the ring diaphragm 134, the field diaphragm 136, and the band passage filter 139, respectively. It is ejected from the part 130. As a result, the illumination light whose irradiation angle is limited to the annular shape of only the peripheral portion of the numerical aperture of the upper objective lens is irradiated to the sample 112 on the stage 110 from above in the figure.

サンプル112に照射された照明光のうち大部分はサンプル112を通過するときに直進する。そして下側対物レンズ144で取り込まれ、画像検出部150のダイクロイックミラー151で反射されてCCDカメラ158の方向に向かうが、開口絞り156で遮光されCCDカメラ158までは到達しないので検出されない。しかしながら、照明光の一部は、サンプル112を通過するときに散乱されてその進む方向を変えられ、開口絞り156を通過し、CCDカメラ158に到達して検出される。よって、サンプル112により散乱された照明光により暗視野像が観察できるのである。 Most of the illumination light applied to the sample 112 goes straight when passing through the sample 112. Then, it is captured by the lower objective lens 144, reflected by the dichroic mirror 151 of the image detection unit 150, and heads toward the CCD camera 158, but is not detected because it is shielded by the aperture stop 156 and does not reach the CCD camera 158. However, a part of the illumination light is scattered as it passes through the sample 112, changes its direction, passes through the aperture stop 156, reaches the CCD camera 158, and is detected. Therefore, the dark field image can be observed by the illumination light scattered by the sample 112.

画像検出部150は、そのような散乱光を検出して、サンプル112の形状に応じた明暗像を検出する。このような暗視野観察は、サンプル112が透明でコントラストが低い場合であっても、微小構造・微小病原体・微小スクラッチ傷を容易に確認できる。 The image detection unit 150 detects such scattered light and detects a bright and dark image according to the shape of the sample 112. In such dark-field observation, even when the sample 112 is transparent and the contrast is low, microstructures, micropathogens, and microscratches can be easily confirmed.

図3は、顕微鏡100によるCARS光観察を説明する模式図である。顕微鏡100におけるCARS光観察においては、対物光学系140および制御部120に加えて、レーザ装置160、励起部170、上側CARS光検出部180および下側CARS光検出部190を使用する。 FIG. 3 is a schematic diagram illustrating CARS light observation with a microscope 100. In CARS light observation with the microscope 100, in addition to the objective optical system 140 and the control unit 120, a laser device 160, an excitation unit 170, an upper CARS light detection unit 180, and a lower CARS light detection unit 190 are used.

図中に点線で示すように、励起部170から射出された励起光は、ダイクロイックミラー151、191を透過して、ステージ110上のサンプル112に図中下方から照射される。下側対物レンズ144により励起光をサンプル112の内部に集光させることにより、サンプル112においては、サンプル112に含まれる分子の組成に応じた波長を有するCARS光が発生する。 As shown by the dotted line in the figure, the excitation light emitted from the excitation unit 170 passes through the dichroic mirrors 151 and 191 and irradiates the sample 112 on the stage 110 from the lower part of the figure. By condensing the excitation light inside the sample 112 by the lower objective lens 144, CARS light having a wavelength corresponding to the composition of the molecules contained in the sample 112 is generated in the sample 112.

よって、顕微鏡100において、上側CARS光検出部180および下側CARS光検出部190を用いて、サンプル112を観察できる。ここで、顕微鏡100においては、リング絞り134、開口絞り156等の光量を減少させる光学素子が、サンプル112においてCARS光を発生させる励起光の光路上にも、サンプル112で発生したCARS光の光路上にも、配置されていない。よって、励起光の利用効率を向上させることができる。また、発生したCARS光を効率よく検出できるので、観察に要する作業時間も短縮できる。 Therefore, in the microscope 100, the sample 112 can be observed by using the upper CARS photodetector 180 and the lower CARS photodetector 190. Here, in the microscope 100, the optical elements such as the ring diaphragm 134 and the aperture diaphragm 156 that reduce the amount of light are also on the optical path of the excitation light that generates the CARS light in the sample 112, and the light of the CARS light generated in the sample 112. It is not placed on the street either. Therefore, the utilization efficiency of the excitation light can be improved. Moreover, since the generated CARS light can be efficiently detected, the work time required for observation can be shortened.

なお、サンプル112に対して励起部170と同じ側に配置された下側CARS光検出部190により観察するCARS光は、恰もサンプル112により反射された、言わば反射CARS光である。一方、サンプル112に対して励起部170と反対側に配置された上側CARS光検出部180により観察するCARS光は、恰もサンプル112を透過した、言わば透過CARS光である。 The CARS light observed by the lower CARS photodetector 190 arranged on the same side as the excitation unit 170 with respect to the sample 112 is, so to speak, the reflected CARS light reflected by the sample 112. On the other hand, the CARS light observed by the upper CARS photodetector 180 arranged on the opposite side of the excitation unit 170 with respect to the sample 112 is, so to speak, a transmitted CARS light that has passed through the sample 112.

図4は、反射CARS光による観察で分解可能な空間周波数の領域を示す図である。図5は、透過CARS光による観察で分解可能な空間周波数の領域を示す図である。ここで、分解可能な空間周波数の領域とは、観察対象を仮に複数の空間周波数に分解すなわちフーリエ変換した場合に、複数の空間周波数のうち、像の形成に寄与する空間周波数を含む領域である。 FIG. 4 is a diagram showing a region of spatial frequency that can be decomposed by observation with reflected CARS light. FIG. 5 is a diagram showing a region of spatial frequency that can be decomposed by observation with transmitted CARS light. Here, the region of the spatial frequency that can be decomposed is a region including the spatial frequency that contributes to the formation of the image among the plurality of spatial frequencies when the observation target is decomposed into a plurality of spatial frequencies, that is, Fourier transformed. ..

なお、図4および図5において、図中右側に示すスケールにおいて、図中上端側は光強度が高いことを示し、図中下端側は光強度が低いことを示す。また、各図の中央付近に表示される観察画像の各々においては、図中で中央側の光強度が高く、外周側の光強度が低いことを示しており、表示画像の濃淡が、それぞれ上記スケールに示された濃淡に対応している。 In addition, in FIGS. 4 and 5, in the scale shown on the right side in the figure, the upper end side in the figure shows that the light intensity is high, and the lower end side in the figure shows that the light intensity is low. Further, in each of the observation images displayed near the center of each figure, it is shown that the light intensity on the center side is high and the light intensity on the outer peripheral side is low in the figure. It corresponds to the shade shown on the scale.

図4に示すように、反射CARS光による観察の分解可能な空間周波数の領域と、図5に示す透過CARS光による観察の分解可能な空間周波数の領域とは、互いに異なり、互いに排他的である。よって、サンプル112を観察する目的に応じて、上側CARS光検出部180と下側CARS光検出部190とを適宜使い分けることが好ましい。また、上側CARS光検出部180の検出結果と下側CARS光検出部190の検出結果とを組み合わせることにより、より広い周波数領域を観察することができる。 As shown in FIG. 4, the decomposable spatial frequency region of the observation by the reflected CARS light and the decomposable spatial frequency region of the observation by the transmitted CARS light shown in FIG. 5 are different from each other and are exclusive to each other. .. Therefore, it is preferable to appropriately use the upper CARS photodetector 180 and the lower CARS photodetector 190 according to the purpose of observing the sample 112. Further, by combining the detection result of the upper CARS light detection unit 180 and the detection result of the lower CARS light detection unit 190, a wider frequency region can be observed.

また、上側CARS光検出部180と下側CARS光検出部190とで、レーザ装置160を共通の光源として用いているため、観察対象における同一の位置を同時に検出することができる。これにより、反射CARS光による画像と透過CARS光による画像とに位置ずれが生じることなく、別々の装置で用いて行う場合に比べてより正確な画像を取得することができる。 Further, since the laser device 160 is used as a common light source in the upper CARS light detection unit 180 and the lower CARS light detection unit 190, the same position in the observation target can be detected at the same time. As a result, it is possible to obtain a more accurate image as compared with the case of using different devices without causing a positional shift between the image due to the reflected CARS light and the image due to the transmitted CARS light.

図6はレーザ顕微鏡100において、観察対象がCARS光を発生するCARS過程を説明する模式図である。CARS過程は、互いに異なる光周波数ω、ωを有するポンプ光およびストークス光の二つのレーザ光を含む励起光を被観察物(サンプル112)に照射して、ポンプ光の光周波数ωとストークス光の光周波数ωとの差[ω-ω]が、被観察物に含まれる分子の固有振動の角振動数ωと一致した場合に発生する。 FIG. 6 is a schematic diagram illustrating the CARS process in which the observation target generates CARS light in the laser microscope 100. In the CARS process, the observed object (sample 112) is irradiated with excitation light containing two laser beams, pump light and Stokes light, which have different light frequencies ω 1 and ω 2 , and the light frequency of the pump light is ω 1 . It occurs when the difference [ω 12 ] from the optical frequency ω 2 of Stokes light coincides with the angular frequency ω 0 of the natural vibration of the molecule contained in the observed object.

CARS過程により、被観察物に含まれる特定の分子構造の振動モードが励振されると、分子振動が光周波数ωを有する第3のレーザ光であるプローブ光と相互作用することにより、三次の非線形分極に由来するCARS光が発生する。 When the vibrational mode of a specific molecular structure contained in the observed object is excited by the CARS process, the molecular vibration interacts with the probe light, which is a third laser beam having an optical frequency ω 3 , to be tertiary. CARS light derived from non-linear polarization is generated.

更に、ポンプ光はプローブ光としても利用できるので、[ω=ω]という条件の下で、CARS光が発生する。被観察物において発生するCARS光は、[ωCARS=ω-ω+ω]を満たす光周波数を有する。 Further, since the pump light can also be used as the probe light, CARS light is generated under the condition of [ω 1 = ω 3 ]. The CARS light generated in the observed object has an optical frequency satisfying [ω CARS = ω 1 − ω 2 + ω 3 ].

よって、被観察物から射出されたCARS光を検出することにより、被観察物に含まれる特定の分子構造、例えば官能基の存在を検出できる。また、励起光を被観察物に照射する位置を変えながら繰り返しCARS光を検出することにより、被観察物における特定の分子構造の分布を画像化することができる。 Therefore, by detecting the CARS light emitted from the observed object, the presence of a specific molecular structure, for example, a functional group contained in the observed object can be detected. Further, by repeatedly detecting the CARS light while changing the position where the excitation light is applied to the observed object, the distribution of a specific molecular structure in the observed object can be imaged.

CARS光は自発ラマン散乱光等に比べると光強度が高いので、光電気変換素子を用いた場合に短時間で検出できる。よって、単に、検出に要する時間が短くなるばかりではなく、ビデオレートでの観察もできる。 Since the CARS light has a higher light intensity than the spontaneous Raman scattered light or the like, it can be detected in a short time when a photoelectric conversion element is used. Therefore, not only the time required for detection is shortened, but also observation at a video rate is possible.

これにより、特定分子構造の分布だけではなく、分布の変化も検出することができる。また、被観察物に照射する励起光の帯域を、生細胞に与えるダメージが少ない赤外帯域とすることにより、被観察物の生細胞を生かしたまま観察することができる。 This makes it possible to detect not only the distribution of a specific molecular structure but also changes in the distribution. Further, by setting the band of the excitation light that irradiates the observed object to the infrared band that causes less damage to the living cells, the living cells of the observed object can be observed while being alive.

更に、非線形光学効果により生じるCARS光は、下側対物レンズ144により励起光が絞り込まれた極めて狭い領域において発生する。このため、CARS光検出の対象となる領域は、照射光の光軸に交差する方向と、光軸と平行な方向の両方に関して狭い領域となる。よって、CARS光による被観察物の観察は、立体的に高い解像度を有する。 Further, the CARS light generated by the nonlinear optical effect is generated in an extremely narrow region where the excitation light is narrowed down by the lower objective lens 144. Therefore, the region targeted for CARS light detection is a narrow region in both the direction intersecting the optical axis of the irradiation light and the direction parallel to the optical axis. Therefore, the observation of the observed object by CARS light has a three-dimensionally high resolution.

従って、赤外帯域または近赤外帯域の照射光を用いて、観察平面を被観察物の内部に形成してもよい。また、観察平面を、被観察物の深さ方向に順次移動させることにより、特定の分子構造の三次元的な分布を反映した画像を生成できる。 Therefore, the observation plane may be formed inside the object to be observed by using the irradiation light in the infrared band or the near infrared band. Further, by sequentially moving the observation plane in the depth direction of the object to be observed, an image reflecting the three-dimensional distribution of a specific molecular structure can be generated.

なお、上記のように、コヒーレントな照射光をサンプル112に照射した場合に非線形光学効果を生じる現象として、CARS光の他に誘導ラマン散乱等のラマン散乱光を生じる現象や、多光子励起による蛍光を生じる現象や、第二高調波、第三高調波などの高調波を生じる現象などが知られている。これらの非線形現象により生じた光のうち、例えばラマン散乱光を検出することにより、サンプル112における特定の分子構造の三次元的な分布を反映した画像を生成できる。また、ラマン散乱光以外の光でも、サンプル112の三次元的な構造を反映した画像を生成することができる。このため、顕微鏡100において、レーザ装置160が射出するレーザ光の波長や各種フィルタの波長特性等を適切に調整することにより、顕微鏡100を用いて、多光子励起蛍光、第二高調波、第三高調波、誘導ラマン散乱等によるサンプル112の観察が実行できる。 As described above, as a phenomenon that causes a non-linear optical effect when the sample 112 is irradiated with coherent irradiation light, a phenomenon that produces Raman scattered light such as induced Raman scattering in addition to CARS light, and fluorescence due to multiphoton excitation. And the phenomenon of generating harmonics such as the second harmonic and the third harmonic are known. By detecting, for example, Raman scattered light among the lights generated by these non-linear phenomena, an image reflecting the three-dimensional distribution of a specific molecular structure in the sample 112 can be generated. Further, even with light other than Raman scattered light, an image reflecting the three-dimensional structure of the sample 112 can be generated. Therefore, in the microscope 100, by appropriately adjusting the wavelength of the laser light emitted by the laser device 160, the wavelength characteristics of various filters, and the like, the microscope 100 is used for multiphoton excitation fluorescence, the second harmonic, and the third. Observation of the sample 112 by harmonics, induced Raman scattering, etc. can be performed.

図7は、顕微鏡100を用いたサンプル112の観察手順を示す流れ図である。まず、サンプル112をステージ110に保持させる(ステップS101)。一旦ステージ110に保持させたサンプル112は、続いて説明する一連の観察手順が完了するまで移動させない。 FIG. 7 is a flow chart showing an observation procedure of the sample 112 using the microscope 100. First, the sample 112 is held in the stage 110 (step S101). The sample 112 once held in the stage 110 is not moved until the series of observation procedures described below is completed.

次に、サンプル112を広域観察する。本実施例では、図2に示したように、照明部130を点灯してサンプル112を暗視野観察する(ステップS102)。暗視野観察にかかる時間は短く、ステージスキャナ111を駆動してステージ110の位置を変えながらサンプル112をリアルタイムで観察できるので、サンプル112が存在する空間的な領域(対物光学系の焦点に対するサンプル112の位置)を素早く把握することができる。 Next, the sample 112 is observed over a wide area. In this embodiment, as shown in FIG. 2, the illumination unit 130 is turned on and the sample 112 is observed in the dark field (step S102). Since the time required for dark field observation is short and the sample 112 can be observed in real time while driving the stage scanner 111 and changing the position of the stage 110, the spatial region where the sample 112 exists (the sample 112 with respect to the focal point of the objective optical system). Position) can be grasped quickly.

即ち、CARS光観察等の非線形光学効果を利用した観察方法においては、励起される領域が狭く、焦点深度が浅いので、検出対象となる分子がサンプル112に含まれていないためにサンプルからのCARS光が検出できない場合と、励起光の焦点がサンプル112からはずれているためにサンプルからのCARS光が検出できない場合とを区別できない。しかしながら、サンプル112の表面を含む広い範囲を暗視野観察することにより、サンプル112が存在する空間的領域を把握しておけば、サンプル112が存在しない領域をCARS光観察するという無効な観察を防止できる。 That is, in the observation method using the nonlinear optical effect such as CARS light observation, since the excited region is narrow and the depth of focus is shallow, the molecule to be detected is not included in the sample 112, so that CARS from the sample is not included. It is not possible to distinguish between the case where the light cannot be detected and the case where the CARS light from the sample cannot be detected because the excitation light is out of focus from the sample 112. However, if the spatial region where the sample 112 exists is grasped by observing a wide range including the surface of the sample 112 in the dark field, the invalid observation of CARS light observation of the region where the sample 112 does not exist can be prevented. can.

更に、顕微鏡100は、暗視野観察等の広域観察とCARS光観察等の非線形光学効果による観察とを同時に実行できるので、広域観察により対物光学系の焦点がサンプル112の内部にあることを確認しながら、同時に非線形光学効果による観察をすることができる。そこで、図示の手順においては、観察手法としてCARS光観察を用いて予備CARS光観察を実行する(ステップS103)。 Further, since the microscope 100 can simultaneously perform wide area observation such as dark field observation and observation by nonlinear optical effect such as CARS light observation, it is confirmed by wide area observation that the focus of the objective optical system is inside the sample 112. At the same time, it is possible to observe by a non-linear optical effect. Therefore, in the illustrated procedure, preliminary CARS light observation is performed using CARS light observation as an observation method (step S103).

CARS光は、励起光を非常に細く収束させた場合に生じる光線形光学効果により発生するので、観察できる範囲が狭い。そこで、顕微鏡100においては、ガルバノスキャナ171等により励起光を走査させて、走査した領域から検出したCARS光により観察画像を生成する。このように、CARS光による観察は、走査により観察画像を生成するので、単位面積あたりの観察に要する時間が長い。 Since the CARS light is generated by the optical linear optical effect generated when the excitation light is converged very finely, the observable range is narrow. Therefore, in the microscope 100, the excitation light is scanned by a galvano scanner 171 or the like, and an observation image is generated by the CARS light detected from the scanned region. As described above, the observation with CARS light generates an observation image by scanning, so that the time required for observation per unit area is long.

そこで、顕微鏡100を用いた予備CARS光観察(ステップS103)においては、間隔をおいて設定した複数の予備観察領域についてCARS光観察することにより、サンプル112の全体、または、広い領域を概観する。ここで、個々の予備観察領域117は狭いので、予備CARS光観察に係る時間を短縮できる。また、顕微鏡100においては、ステージスキャナ111を併用することにより、広い間隔で予備観察領域を配置できる。こうして、サンプル112全体の状態を、短時間で把握することができる。 Therefore, in the preliminary CARS light observation using the microscope 100 (step S103), the entire sample 112 or a wide area is overviewed by observing the CARS light for a plurality of preliminary observation regions set at intervals. Here, since the individual preliminary observation areas 117 are narrow, the time required for preliminary CARS light observation can be shortened. Further, in the microscope 100, by using the stage scanner 111 together, the preliminary observation area can be arranged at a wide interval. In this way, the state of the entire sample 112 can be grasped in a short time.

図8は、顕微鏡100によりサンプル112を観察する場合の、予備CARS光観察におけるサンプル112内の予備観察領域117の分布を例示する模式図である。予備CARS光観察においては、間隔をおいて設定され、個々の領域は狭い複数の予備観察領域117を、サンプル112全体にわたって観察する。これにより、予備CARS光観察においては、短時間でサンプル112全体を概観できる。 FIG. 8 is a schematic diagram illustrating the distribution of the preliminary observation region 117 in the sample 112 in the preliminary CARS light observation when the sample 112 is observed with the microscope 100. In the preliminary CARS optical observation, a plurality of preliminary observation regions 117, which are set at intervals and each region is narrow, are observed over the entire sample 112. As a result, in the preliminary CARS optical observation, the entire sample 112 can be overviewed in a short time.

なお、予備CARS光観察においては、予備観察領域117相互の間隔を広くすることに加えて、個々の予備観察領域117内における走査速度を高くしてもよい。更に、個々の予備観察領域117は1点の観察点であってもよいし、走査により形成された2次元的な拡がりを有する領域であってもよい。 In the preliminary CARS optical observation, in addition to widening the distance between the preliminary observation regions 117, the scanning speed in each preliminary observation region 117 may be increased. Further, each preliminary observation region 117 may be a single observation point or a region having a two-dimensional spread formed by scanning.

このように、顕微鏡100においては、制御部120によりステージスキャナ111およびガルバノスキャナ171を制御することにより、サンプル112における観察領域の位置に関連付けられる情報を取得する第1の観察系を形成できる。図1に示した例では、制御部120、レーザ装置160、励起部170、上側CARS光検出部180および下側CARS光検出部190で第1の観察系を形成できる。 As described above, in the microscope 100, by controlling the stage scanner 111 and the galvano scanner 171 by the control unit 120, it is possible to form a first observation system for acquiring information associated with the position of the observation region in the sample 112. In the example shown in FIG. 1, the control unit 120, the laser device 160, the excitation unit 170, the upper CARS photodetector unit 180, and the lower CARS photodetector unit 190 can form the first observation system.

また、顕微鏡100における予備CARS光観察では、CARS光観察と暗視野像観察とを同時に実行できるので、サンプル112における励起光の照射位置、特に、励起光がサンプル112内に合焦して照射されているか否かを実時間で把握できる。よって予備CARS光観察において、サンプル112における励起光の焦点位置を継続的に監視して、励起光の照射位置がサンプル112からはずれることを防止できる。これにより、観察画像の取得に時間を要するCARS過程による観察を効率よく実行できる。 Further, in the preliminary CARS light observation with the microscope 100, since CARS light observation and dark field image observation can be performed at the same time, the irradiation position of the excitation light in the sample 112, particularly, the excitation light is focused and irradiated in the sample 112. You can know in real time whether or not you are doing it. Therefore, in the preliminary CARS light observation, the focal position of the excitation light in the sample 112 can be continuously monitored to prevent the irradiation position of the excitation light from deviating from the sample 112. As a result, observation by the CARS process, which takes time to acquire the observation image, can be efficiently performed.

また、例えば、サンプル112として、生細胞と死細胞とが混在する細胞シートを観察した場合に、死細胞であることが予備CARS光観察の段階で歴然としている領域は、後述する特定観察領域118の抽出候補から省くことができる。同様に、サンプル112において、生細胞であることが予備CARS光観察の段階で歴然としている領域も、特定観察領域118の抽出候補から省くことができる。よって、少ない領域を高精度に観察することにより、サンプル112全体を高精度に観察した場合と同様の観察精度が得られ、実効的な観察のスループットを向上させることができる。 Further, for example, when observing a cell sheet in which live cells and dead cells coexist as sample 112, the region in which it is clear that the cells are dead cells at the stage of preliminary CARS light observation is the specific observation region 118 described later. It can be omitted from the extraction candidates of. Similarly, in the sample 112, the region in which it is obvious that the cells are living cells at the stage of preliminary CARS light observation can be omitted from the extraction candidates of the specific observation region 118. Therefore, by observing a small area with high accuracy, the same observation accuracy as when observing the entire sample 112 with high accuracy can be obtained, and the effective observation throughput can be improved.

再び図7を参照すると、上記のように、暗視野像観察と予備CARS光観察とを併用することにより、サンプル112において予め定められた条件に合致する領域、例えば、サンプル112において変色、変形、変質等の変異が認められた、詳細に観察すべき特定観察領域118が予備観察領域117から抽出されて特定される(ステップS104)。この場合、検出すべき変異は、暗視野像観察により見いだしたものであっても、CARS光観察により見いだしたものであってもよい。 Referring to FIG. 7 again, as described above, by using the dark field image observation and the preliminary CARS light observation in combination, the region matching the predetermined conditions in the sample 112, for example, the discoloration and deformation in the sample 112, can be seen. The specific observation region 118 to be observed in detail, in which mutations such as alteration are observed, is extracted from the preliminary observation region 117 and identified (step S104). In this case, the mutation to be detected may be one found by dark field image observation or one found by CARS light observation.

また、暗視野像観察および予備CARS光観察により変異が検出された場合、制御部120は、サンプル112における当該変異の位置に関連する情報を取得する。なお、ひとつのサンプル112に対して複数の特定観察領域118が特定された場合は、特定観察領域118の数に応じて、例えばその表面を基準として、サンプル112において当該領域が存在する深さ方向の位置にひも付けられた位置情報が取得できる。これにより、後述する詳細CARS光観察において、特定観察領域118を確実且つ迅速に観察できる。 Further, when a mutation is detected by dark field image observation and preliminary CARS light observation, the control unit 120 acquires information related to the position of the mutation in the sample 112. When a plurality of specific observation regions 118 are specified for one sample 112, the depth direction in which the regions exist in the sample 112, for example, with reference to the surface thereof, depending on the number of the specific observation regions 118. The position information linked to the position of can be acquired. As a result, the specific observation region 118 can be reliably and quickly observed in the detailed CARS optical observation described later.

図9は、詳細CARS光観察におけるサンプル112内の詳細観察領域119の分布を例示する模式図である。サンプル112における詳細観察領域119の各々は、予備CARS光観察において位置が特定された特定観察領域118を含む。特定観察領域118の位置は、例えば、ガルバノスキャナ171およびステージスキャナ111による走査位置と、予備CARS光観察により取得された、サンプル112の深さにひも付けられたサンプル112の深さ方向の位置情報Z、Z、Zに基づいて特定できる。 FIG. 9 is a schematic diagram illustrating the distribution of the detailed observation region 119 in the sample 112 in the detailed CARS optical observation. Each of the detailed observation regions 119 in the sample 112 includes a specific observation region 118 whose position was located in the preliminary CARS light observation. The position of the specific observation region 118 is, for example, the scanning position by the galvano scanner 171 and the stage scanner 111, and the position information in the depth direction of the sample 112 linked to the depth of the sample 112 acquired by preliminary CARS optical observation. It can be specified based on Z 1 , Z 2 , and Z 3 .

図示の例において、詳細観察領域119の各々は、各々が対応する特定観察領域118よりも広い。更に、詳細観察領域119におけるCARS光観察においては、ガルバノスキャナ171による励起光の走査速度を低くしてもよい。これにより、詳細観察領域119においては、CARS光観察の高い解像度で特定観察領域118とその周辺を観察できる。このように、顕微鏡100においては、制御部120によりステージスキャナ111およびガルバノスキャナ171を制御して、サンプル112における観察領域の画像を取得する第2の観察系を形成する。 In the illustrated example, each of the detailed observation areas 119 is wider than the specific observation area 118 to which each corresponds. Further, in the CARS light observation in the detailed observation region 119, the scanning speed of the excitation light by the galvano scanner 171 may be lowered. As a result, in the detailed observation area 119, the specific observation area 118 and its surroundings can be observed with a high resolution of CARS light observation. In this way, in the microscope 100, the stage scanner 111 and the galvano scanner 171 are controlled by the control unit 120 to form a second observation system for acquiring an image of the observation region in the sample 112.

なお、CARS光観察は、検出対象となる分子の立体的な分布を反映した画像を形成することもできる。よって、特定観察領域118および詳細観察領域119の少なくとも一方を立体的な領域として設定してもよい。例えば、予備CARS光観察におけるサンプル112の深さ方向の間隔に応じて、立体的な詳細観察領域119の深さ方向の幅(高さ)を決定してもよい。 The CARS optical observation can also form an image that reflects the three-dimensional distribution of the molecule to be detected. Therefore, at least one of the specific observation area 118 and the detailed observation area 119 may be set as a three-dimensional area. For example, the width (height) in the depth direction of the three-dimensional detailed observation region 119 may be determined according to the interval in the depth direction of the sample 112 in the preliminary CARS light observation.

図10は、顕微鏡100により予備CARS光観察をする場合の、サンプル112内における予備観察領域117の他の形状を例示する模式図である。図示の予備CARS光観察においては、サンプル112内で間隔をおいて立体的に配された予備観察領域117の各々が、サンプル112の深さ方向に幅を有する。これにより、予備CARS光観察において、予備観察領域117から抽出して特定された個々の特定観察領域118における変異等の空間的な分布の傾向を把握できる。 FIG. 10 is a schematic diagram illustrating another shape of the preliminary observation region 117 in the sample 112 when the preliminary CARS light observation is performed with the microscope 100. In the illustrated preliminary CARS light observation, each of the preliminary observation regions 117 three-dimensionally arranged in the sample 112 at intervals has a width in the depth direction of the sample 112. Thereby, in the preliminary CARS optical observation, the tendency of the spatial distribution such as the mutation in each specific observation region 118 extracted from the preliminary observation region 117 can be grasped.

図11は、上記のような予備観察領域117による予備CARS光観察により特定した詳細観察領域119の形状を例示する模式図である。図示の詳細観察領域119のそれぞれは、対応する予備観察領域117を内側に含み、予備観察領域117よりも立体的に広い範囲に形成される。これにより、変異が生じている予備観察領域117の周囲を詳細に観察して、サンプル112に生じた変異の画像を迅速且つ確実に取得できる。 FIG. 11 is a schematic diagram illustrating the shape of the detailed observation region 119 specified by the preliminary CARS light observation by the preliminary observation region 117 as described above. Each of the illustrated detailed observation regions 119 includes the corresponding preliminary observation region 117 inside, and is formed in a sterically wider range than the preliminary observation region 117. As a result, the surroundings of the preliminary observation region 117 where the mutation has occurred can be observed in detail, and an image of the mutation generated in the sample 112 can be quickly and surely obtained.

なお、図示の詳細観察領域119の深さ方向の幅(高さ)は、立体的に配列された予備観察領域117の、サンプル112の深さ方向の間隔により決定してもよい。図は予備観察領域117の深さ方向の間隔の1倍とした場合である。または特定観察領域118を中央に配してその幅を間隔の2倍としても良い。これにより、サンプル112における詳細観察領域119の深さ方向の幅に関しては、取り損ねる可能性のある領域を最小にした十分なものとなる。 The width (height) of the detailed observation region 119 shown in the figure in the depth direction may be determined by the distance between the three-dimensionally arranged preliminary observation regions 117 in the depth direction of the sample 112. The figure is a case where the distance in the depth direction of the preliminary observation area 117 is 1 times. Alternatively, the specific observation area 118 may be arranged in the center and its width may be double the interval. As a result, the width of the detailed observation region 119 in the sample 112 in the depth direction is sufficient to minimize the region that may be missed.

図12は、顕微鏡100を用いて、サンプル112を位相差観察する場合の設定を示す図である。なお、図12に示す設定は、次に説明する部分を除くと、図1に示した顕微鏡100と変わらない。よって、共通の要素には同じ参照番号を付して重複する説明を省く。 FIG. 12 is a diagram showing a setting when observing the sample 112 with a phase contrast using the microscope 100. The settings shown in FIG. 12 are the same as those of the microscope 100 shown in FIG. 1, except for the portion described below. Therefore, common elements are given the same reference number to omit duplicate explanations.

暗視野観察とCARS光観察とを併用する場合に使用した顕微鏡100は、第2の光学部材として画像検出部150に組み込んだ開口絞り156を取り外し、その代わりに、位相リング146を配することにより位相差観察にも使用できる。位相リング146は、下側対物レンズ144の射出瞳の位置Pと光学的に共役であり、射出瞳の実像ができる位置Pに組み込まれる。なお、一般的には位相差観察をする場合に用いられるリング絞り134の径は、暗視野観察の場合に用いるリング絞り134よりも小さい。 In the microscope 100 used when dark field observation and CARS light observation are used in combination, the aperture diaphragm 156 incorporated in the image detection unit 150 as a second optical member is removed, and a phase ring 146 is arranged instead. It can also be used for phase difference observation. The phase ring 146 is optically conjugated to the position P3 of the exit pupil of the lower objective lens 144 and is incorporated in the position P4 where the real image of the exit pupil is formed. In general, the diameter of the ring diaphragm 134 used for phase contrast observation is smaller than that of the ring diaphragm 134 used for dark field observation.

上記のように設定することにより、顕微鏡100を用いて、ステージ110に置いたサンプル112を位相差観察できる。また、図1に示した設定の場合と同様に、位相差観察の設定を維持したまま、CARS光観察も同時に実行できる。 By setting as described above, the sample 112 placed on the stage 110 can be observed with a phase contrast using the microscope 100. Further, as in the case of the setting shown in FIG. 1, CARS optical observation can be executed at the same time while maintaining the phase difference observation setting.

なお、下側対物レンズ144とダイクロイックミラー191との間で、下側対物レンズ144の射出瞳の位置Pと光学的に共役であり、射出瞳の実像ができる位置に位相リング146を配置しても、CARS光観察を実行することができる。この場合、サンプル112に照射される励起光が位相リング146を透過することにより減衰するので、サンプル112を励起してCARS光を発生させることができるものの、検出されるCARS光の光強度は低下する。 The phase ring 146 is placed between the lower objective lens 144 and the dichroic mirror 191 at a position where the exit pupil position P3 of the lower objective lens 144 is optically coupled and a real image of the exit pupil can be formed. However, CARS optical observation can be performed. In this case, since the excitation light applied to the sample 112 is attenuated by passing through the phase ring 146, the sample 112 can be excited to generate CARS light, but the light intensity of the detected CARS light is lowered. do.

図13は、顕微鏡100を用いて、サンプル112を微分干渉観察する場合の設定を示す図である。図13に示す設定は、次に説明する部分を除くと、図1に示した顕微鏡100と変わらない。よって、共通の要素には同じ参照番号を付して重複する説明を省く。 FIG. 13 is a diagram showing a setting when the sample 112 is observed by differential interference contrast using the microscope 100. The settings shown in FIG. 13 are the same as those of the microscope 100 shown in FIG. 1, except for the portion described below. Therefore, common elements are given the same reference number to omit duplicate explanations.

図示の顕微鏡100は、第1の光学部材として、リング絞り134に換えて、ポラライザ232およびウォラストンプリズム234が照明部130に組み込まれる。また、この設定の顕微鏡100では、第2の光学部材として、開口絞り156に換えて、ウォラストンプリズム236およびアナライザ238が画像検出部150に組み込まれる。これにより、顕微鏡100を用いて、サンプル112の微分干渉観察ができる状態になる。なお、ウォラストンプリズム234、236は、ノマルスキー型であってもよい。 In the illustrated microscope 100, as the first optical member, a polarizer 232 and a Wollaston prism 234 are incorporated in the illumination unit 130 instead of the ring diaphragm 134. Further, in the microscope 100 of this setting, the Wollaston prism 236 and the analyzer 238 are incorporated in the image detection unit 150 as the second optical member instead of the aperture stop 156. This makes it possible to observe the differential interference contrast of the sample 112 using the microscope 100. The Wollaston prisms 234 and 236 may be of the Nomalski type.

ウォラストンプリズム234は、これによって分離される常光線と異常光線の交差点が上側対物レンズ142の射出瞳の位置Pと光学的に共役な位置Pになるように決められたPの近傍の位置に組み込まれ、ポラライザ232はそのすぐ隣の照明光源131側に配される。ポラライザ232は、照明光源131が発生した照明光を直線偏光に変換し、ウォラストンプリズム234は照明光を振動方向が互いに直交する2つの直線偏光に分離する。 The Wollaston prism 234 is located in the vicinity of P 2 in which the intersection of the normal ray and the abnormal ray separated by the Wollaston prism 234 is determined to be the position P 2 optically coupled to the position P 1 of the exit pupil of the upper objective lens 142. The Polarizer 232 is arranged on the side of the illumination light source 131 immediately adjacent to the Polarizer 232. The polarizer 232 converts the illumination light generated by the illumination light source 131 into linear polarization, and the Wollaston prism 234 separates the illumination light into two linear polarizations whose vibration directions are orthogonal to each other.

ウォラストンプリズム236は、これによって合成される常光線と異常光線の交差点が下側対物レンズ144の射出瞳の位置Pと光学的に共役な位置Pになるように決められたPの近傍の位置に組み込まれ、アナライザ238はそのすぐ隣のCCDカメラ158側に配される。ウォラストンプリズム236は、分離されていた2つの直線偏光を1つに合成し、アナライザ238で特定の方向の偏光成分だけが透過される。 The Wollaston prism 236 is determined so that the intersection of the normal light beam and the abnormal light ray synthesized by the Wollaston prism 236 is at the position P 4 optically coupled to the position P 3 of the exit pupil of the lower objective lens 144. It is installed in a nearby position, and the analyzer 238 is located on the side of the CCD camera 158 immediately next to it. The Wollaston prism 236 combines the two separated linear polarizations into one, and the analyzer 238 transmits only the polarization component in a specific direction.

上記のような光学部材を装着することにより、顕微鏡100の画像検出部150においては、照明部130側のウォラストンプリズム234により分離された2つの直線偏光が、サンプル112を透過する際にサンプル112の位相分布に応じた位相差を生じ、画像検出部150側のウォラストンプリズム236とアナライザ238を透過する際に干渉を生じる。よって、画像検出部150において検出される画像に、サンプル112の屈折率分布の微分量に応じたコントラストが生じる。 By mounting the optical member as described above, in the image detection unit 150 of the microscope 100, the two linear polarizations separated by the Wollaston prism 234 on the illumination unit 130 side pass through the sample 112 as the sample 112. A phase difference is generated according to the phase distribution of the above, and interference occurs when passing through the Wollaston prism 236 and the analyzer 238 on the image detection unit 150 side. Therefore, the image detected by the image detection unit 150 has a contrast corresponding to the differential amount of the refractive index distribution of the sample 112.

図14は、顕微鏡100を用いて、サンプル112を変調コントラスト観察する場合の設定を示す図である。図14に示す設定は、次に説明する部分を除くと、図1に示した顕微鏡100と変わらない。よって、共通の要素には同じ参照番号を付して重複する説明を省く。 FIG. 14 is a diagram showing a setting in the case of observing the modulation contrast of the sample 112 using the microscope 100. The settings shown in FIG. 14 are the same as those of the microscope 100 shown in FIG. 1, except for the portion described below. Therefore, common elements are given the same reference number to omit duplicate explanations.

図示の顕微鏡100には、第1の光学部材として、リング絞り134に換えて、偏光板231およびスリット絞り235が照明部130に組み込まれる。また、顕微鏡100は、第2の光学部材として、開口絞り156に換えて、モジュレータ233が画像検出部150に組み込まれる。これにより、顕微鏡100を用いて、サンプル112の変調コントラスト観察ができる状態になる。 In the illustrated microscope 100, as a first optical member, a polarizing plate 231 and a slit diaphragm 235 are incorporated in the illumination unit 130 instead of the ring diaphragm 134. Further, in the microscope 100, as a second optical member, a modulator 233 is incorporated in the image detection unit 150 instead of the aperture stop 156. As a result, the modulated contrast of the sample 112 can be observed using the microscope 100.

スリット絞り235は、上側対物レンズ142の射出瞳の位置Pと光学的に共役な位置Pに組み込まれ、光軸からはずれた位置に開口する矩形のスリットを有する。モジュレータ233は、下側対物レンズ144の射出瞳の位置Pと光学的に共役な位置Pに組み込まれる。スリット絞り235とモジュレータ233は光学的に共役な位置に配される。モジュレータ233は、透過光に対して透明な透明領域と、透過光を減衰させて透過するグレー領域と、透過光を遮断する暗黒領域とを有する。モジュレータ233のグレー領域は、スリット絞り235のスリット像が形成される位置に配される。これにより、サンプル112の屈折率の勾配に応じて透過光が屈折して偏向し、モジュレータ233を透過する透過光の割合が変わるので、画像検出部150において検出される検出画像に明暗を生じる。 The slit diaphragm 235 is incorporated at a position P 2 optically coupled to the position P 1 of the exit pupil of the upper objective lens 142, and has a rectangular slit that opens at a position off the optical axis. The modulator 233 is incorporated at a position P 4 that is optically conjugate to the position P 3 of the exit pupil of the lower objective lens 144. The slit diaphragm 235 and the modulator 233 are arranged at optically conjugate positions. The modulator 233 has a transparent region that is transparent to transmitted light, a gray region that attenuates transmitted light and transmits it, and a dark region that blocks transmitted light. The gray area of the modulator 233 is arranged at a position where the slit image of the slit diaphragm 235 is formed. As a result, the transmitted light is refracted and deflected according to the gradient of the refractive index of the sample 112, and the ratio of the transmitted light transmitted through the modulator 233 changes, so that the detected image detected by the image detection unit 150 becomes bright and dark.

なお、このほかに、スリット絞り235の開口部の一部に偏光板が取り付けられ、そして偏光板231がスリット絞り235のすぐ隣の照明光源131側に配されていてもよい。この場合は、偏光板231を回転させることで検出画像のコントラストを調節できる。 In addition, a polarizing plate may be attached to a part of the opening of the slit diaphragm 235, and the polarizing plate 231 may be arranged on the illumination light source 131 side immediately adjacent to the slit diaphragm 235. In this case, the contrast of the detected image can be adjusted by rotating the polarizing plate 231.

図15は、顕微鏡101を用いて、サンプル112を暗視野観察する場合の他の設定を示す図である。図15における設定は、次に説明する部分を除くと、図1に示した顕微鏡100と変わらない。よって、共通の要素には同じ参照番号を付して重複する説明を省く。 FIG. 15 is a diagram showing other settings when observing the sample 112 in the dark field using the microscope 101. The settings in FIG. 15 are the same as those of the microscope 100 shown in FIG. 1, except for the portion described below. Therefore, common elements are given the same reference number to omit duplicate explanations.

図示の設定においては、画像検出部150が、上側対物レンズ142と上側CARS光検出部180との間に配される。この場合、画像検出部150の開口絞り156は、上側対物レンズ142の射出瞳の位置Pと光学的に共役な位置Pに配される。さらに、顕微鏡100の画像検出部150で用いられていたダイクロイックミラー151は、波長特性の異なるダイクロイックミラー159に交換される。 In the illustrated setting, the image detection unit 150 is arranged between the upper objective lens 142 and the upper CARS photodetection unit 180. In this case, the aperture stop 156 of the image detection unit 150 is arranged at the position P 5 optically conjugate with the position P 1 of the exit pupil of the upper objective lens 142. Further, the dichroic mirror 151 used in the image detection unit 150 of the microscope 100 is replaced with a dichroic mirror 159 having a different wavelength characteristic.

ダイクロイックミラー159は、サンプル112から発生したCARS光を透過し、照明部130からの照明光の一部を透過するとともにサンプル112から射出された光のうちの可視光帯域の光の一部を反射する。これにより、画像検出部150は、サンプル112で散乱して再び上側対物レンズ142に戻った照明光を検出して暗視野像を生成する。ダイクロイックミラー159は、例えば、下記の表2に記載する波長特性を持つ。

Figure 0007006010000002
The dichroic mirror 159 transmits the CARS light generated from the sample 112, transmits a part of the illumination light from the illumination unit 130, and reflects a part of the light in the visible light band among the light emitted from the sample 112. do. As a result, the image detection unit 150 detects the illumination light scattered by the sample 112 and returned to the upper objective lens 142 again to generate a dark field image. The dichroic mirror 159 has, for example, the wavelength characteristics shown in Table 2 below.
Figure 0007006010000002

なお、上記の例では、画像検出部150を、上側対物レンズ142と上側CARS光検出部180との間に配置した。しかしながら、画像検出部150を、上側CARS光検出部180および照明部130の間に配置しても、同様に、暗視野観察とCARS光観察とを同時に実行できる。 In the above example, the image detection unit 150 is arranged between the upper objective lens 142 and the upper CARS light detection unit 180. However, even if the image detection unit 150 is arranged between the upper CARS light detection unit 180 and the illumination unit 130, dark field observation and CARS light observation can be performed at the same time.

図16は、他の顕微鏡102の構造を示す模式図である。顕微鏡102は、次に説明する部分を除いて、顕微鏡100と同じ構造を有する。よって、共通の要素には同じ参照番号を付して重複する説明を省く。 FIG. 16 is a schematic diagram showing the structure of another microscope 102. The microscope 102 has the same structure as the microscope 100 except for the portion described below. Therefore, common elements are given the same reference number to omit duplicate explanations.

顕微鏡102は、全体で共通するステージ110、制御部120、および対物光学系140と、照明部130および画像検出部150を含むひとつの観察系と、レーザ装置160、励起部170、上側CARS光検出部180、および下側CARS光検出部190を含む他の観察系とを備える点で、図1等に示した顕微鏡100と共通する。 The microscope 102 includes a stage 110, a control unit 120, an objective optical system 140, an observation system including an illumination unit 130 and an image detection unit 150, a laser device 160, an excitation unit 170, and an upper CARS light detection. It is common with the microscope 100 shown in FIG. 1 and the like in that it includes a unit 180 and another observation system including a lower CARS light detection unit 190.

顕微鏡100と比較すると、顕微鏡102においては、第1の照射部を形成する照明部130が、ステージ110に対して、第2の照射部となる励起部170と、上側対物レンズ142および下側対物レンズ144の光軸と平行な方向について同じ側に配される。また、画像検出部150は、ステージ110に対して照明部130と上記方向について反対側において、上側CARS光検出部180に隣接して配される。 Compared to the microscope 100, in the microscope 102, the illumination unit 130 forming the first irradiation unit has the excitation unit 170 as the second irradiation unit, the upper objective lens 142, and the lower objective with respect to the stage 110. It is arranged on the same side in the direction parallel to the optical axis of the lens 144. Further, the image detection unit 150 is arranged adjacent to the upper CARS light detection unit 180 on the opposite side of the illumination unit 130 from the stage 110 in the above direction.

このようにレイアウトした顕微鏡102は、図1に示した顕微鏡100と同じ操作により、サンプル112を同じように観察できる。更に、それぞれが熱源であると共に消費電力が大きいレーザ装置160および照明部130をまとめて配置できるので、熱的および電力的な管理が容易になる。 The microscope 102 laid out in this way can observe the sample 112 in the same manner by the same operation as the microscope 100 shown in FIG. Further, since the laser device 160 and the lighting unit 130, each of which is a heat source and consumes a large amount of power, can be arranged together, thermal and power management becomes easy.

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。 Although the present invention has been described above using the embodiments, the technical scope of the present invention is not limited to the scope described in the above embodiments. It will be apparent to those skilled in the art that various changes or improvements can be made to the above embodiments. It is clear from the description of the claims that the form with such changes or improvements may be included in the technical scope of the present invention.

特許請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置、システム、プログラム、および方法における動作、手順、ステップ、および段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示している場合、および、前の処理の出力を後の処理において用いる場合を除き、任意の順序で実現し得ることに留意すべきである。特許請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明した場合も、この順序で実施することが必須であることを意味するものではない。 The order of execution of each process such as operation, procedure, step, and step in the apparatus, system, program, and method shown in the claims, specification, and drawings is particularly "before" and "prior to". It should be noted that it can be realized in any order except when it is clearly stated, and when the output of the previous process is used in the subsequent process. Even when the scope of claims, the specification, and the operation flow in the drawings are described using "first", "next", etc. for convenience, it means that it is essential to carry out in this order. It's not a thing.

100、101、102 顕微鏡、110 ステージ、111 ステージスキャナ、112 サンプル、117 予備観察領域、118 特定観察領域、119 詳細観察領域、120 制御部、122 処理装置、124 キーボード、126 マウス、128 表示部、130 照明部、131 照明光源、132 コレクタレンズ、133、135、138、154、157、182、183、192、193 リレーレンズ、134 リング絞り、136 視野絞り、137、174 反射鏡、139、155 帯域通過フィルタ、140 対物光学系、142 上側対物レンズ、144 下側対物レンズ、146 位相リング、150 画像検出部、153、173 一次像面、152、175 結像レンズ、156 開口絞り、158 CCDカメラ、151、159、181、191 ダイクロイックミラー、160 レーザ装置、161、162 レーザ光源、163 コンバイナ、170 励起部、171 ガルバノスキャナ、172 スキャンレンズ、180 上側CARS光検出部、184、194 帯域通過フィルタ、190 下側CARS光検出部、185、195 光電子増倍管、231 偏光板、232 ポラライザ、233 モジュレータ、234、236 ウォラストンプリズム、235 スリット絞り、238 アナライザ 100, 101, 102 microscope, 110 stage, 111 stage scanner, 112 sample, 117 preliminary observation area, 118 specific observation area, 119 detailed observation area, 120 control unit, 122 processing device, 124 keyboard, 126 mouse, 128 display unit, 130 Illumination unit, 131 Illumination light source, 132 Collector lens 133, 135, 138, 154, 157, 182, 183, 192, 193 Relay lens, 134 Ring aperture, 136 Field aperture, 137, 174 Reflector, 139, 155 band Passage filter, 140 objective optical system, 142 upper objective lens, 144 lower objective lens, 146 phase ring, 150 image detector, 153, 173 primary image plane, 152, 175 imaging lens, 156 aperture aperture, 158 CCD camera, 151, 159, 181, 191 dichroic mirror, 160 laser device, 161, 162 laser light source, 163 combiner, 170 exciter, 171 galvano scanner, 172 scan lens, 180 upper CARS light detector, 184, 194 band pass filter, 190 Lower CARS optical detector, 185, 195 photoelectron multiplying tube, 231 polarizing plate, 232 polarizer, 233 modulator, 234, 236 Wollaston prism, 235 slit aperture, 238 analyzer

Claims (4)

観察対象物を挟んで配され、前記観察対象物と重なる領域に互いに共通の焦点を有する一対の対物レンズと、
コヒーレントな第1の照射光を、前記一対の対物レンズのうち一方を通じて前記観察対象物に照射する第1の照射部と、
前記第1の照射光を照射された前記観察対象物から非線形光学効果により射出された第1の射出光を、前記一方のレンズを通じて検出する第1の検出部と、
前記第1の照射光を照射された前記観察対象物から非線形光学効果により射出されて前記第1の射出光と異なる光路を伝播する第2の射出光を、前記一対の対物レンズのうちの他方のレンズを通じて検出する第2の検出部と、
インコヒーレントな第2の照射光を前記観察対象物に照射する第2の照射部と、
前記第2の照射光を照射された前記観察対象物から線形光学効果により射出された第3の射出光を前記一対の対物レンズのいずれかを通じて検出する第3の検出部と、
前記第2の照射光および前記第3の射出光の少なくとも一方の光路上であって、前記第1の照射光、前記第1の射出光および前記第2の射出光の光路上ではない位置に配され、前記第2の照射光を前記一対の対物レンズに導く第1のダイクロイックミラー、及び、前記第3の射出光を前記一対の対物レンズの射出光から分離する第2のダイクロイックミラーと、
前記第2の照射光を光学的に制御して透明な観察対象を可視化するための第1の光学部材と、
前記第3の射出光を光学的に制御して透明な観察対象を可視化するための第2の光学部材とを備え、
前記第1の光学部材は、前記第2の照射光の光路上において、前記第1のダイクロイックミラーに入射する前の区間において、前記一対の対物レンズのうち前記第2の照射光を透過する対物レンズの瞳と共役な位置に配され、
前記第2の光学部材は、前記第3の射出光の光路上であって、前記第2のダイクロイックミラーにより分離された後の区間において、前記一対の対物レンズのうち前記第3の射出光を透過する対物レンズの瞳と共役な位置に配されている、顕微鏡。
A pair of objective lenses arranged with the observation object in between and having a common focal point in the area overlapping the observation object.
A first irradiation unit that irradiates the observation object with the coherent first irradiation light through one of the pair of objective lenses.
A first detection unit that detects the first emission light emitted by the non-linear optical effect from the observation object irradiated with the first irradiation light through the one lens.
The second emission light emitted from the observation object irradiated with the first irradiation light by a nonlinear optical effect and propagating in an optical path different from the first emission light is emitted from the other of the pair of objective lenses. The second detector that detects through the lens of
A second irradiation unit that irradiates the observation object with an incoherent second irradiation light, and a second irradiation unit.
A third detection unit that detects the third emission light emitted by the linear optical effect from the observation object irradiated with the second irradiation light through any of the pair of objective lenses.
At a position on at least one of the second irradiation light and the third emission light and not on the optical path of the first irradiation light, the first emission light and the second emission light. A first dichroic mirror that is arranged and guides the second irradiation light to the pair of objective lenses, and a second dichroic mirror that separates the third emission light from the emission light of the pair of objective lenses.
A first optical member for optically controlling the second irradiation light to visualize a transparent observation object, and
A second optical member for optically controlling the third emission light to visualize a transparent observation object is provided.
The first optical member is an objective that transmits the second irradiation light of the pair of objective lenses in a section before being incident on the first dichroic mirror on the optical path of the second irradiation light. Arranged in a position conjugate with the pupil of the lens,
The second optical member is on the optical path of the third emission light, and in a section after being separated by the second dichroic mirror, the third emission light of the pair of objective lenses is emitted. A microscope placed in a position conjugate with the pupil of a transmitting objective lens .
前記第1の光学部材は、前記一対の対物レンズのうち前記第2の照射光を透過するレンズの瞳との光路長を調整するために光路に沿って移動可能であり、前記第2の光学部材は、前記一対の対物レンズのうち前記第3の射出光を透過する前記他方の対物レンズの瞳との光路長を調整するために光路に沿って移動可能である請求項1に記載の顕微鏡。 The first optical member is movable along an optical path in order to adjust the optical path length with the pupil of the lens that transmits the second irradiation light among the pair of objective lenses, and the second optical member is movable. The microscope according to claim 1 , wherein the member is movable along an optical path in order to adjust the optical path length with the pupil of the other objective lens that transmits the third emission light of the pair of objective lenses. .. 前記第1の光学部材および前記第2の光学部材の少なくとも一方は、前記一対の対物レンズまでの光路長を変化させる光学部品を一体的に含む請求項1又は2に記載の顕微鏡。The microscope according to claim 1 or 2, wherein at least one of the first optical member and the second optical member integrally includes an optical component that changes the optical path length to the pair of objective lenses. 前記第1の光学部材および前記一対の対物レンズの間に配され、前記一対の対物レンズのうち前記第1の光学部材に面したレンズの瞳と共役な位置を、前記一対の対物レンズから遠ざける第1のリレー光学系を更に備え、The position of the pair of objective lenses arranged between the first optical member and the pair of objective lenses and facing the pupil of the lens facing the first optical member is kept away from the pair of objective lenses. Further equipped with a first relay optical system,
前記第2の光学部材および前記一対の対物レンズの間に配され、前記一対の対物レンズのうち前記第2の光学部材に面したレンズの瞳と共役な位置を、前記一対の対物レンズから遠ざける第2のリレー光学系を更に備える請求項1から3までのいずれか1項に記載の顕微鏡。The position of the pair of objective lenses arranged between the second optical member and the pair of objective lenses and facing the pupil of the lens facing the second optical member is kept away from the pair of objective lenses. The microscope according to any one of claims 1 to 3, further comprising a second relay optical system.
JP2017157224A 2017-08-16 2017-08-16 microscope Active JP7006010B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2017157224A JP7006010B2 (en) 2017-08-16 2017-08-16 microscope

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2017157224A JP7006010B2 (en) 2017-08-16 2017-08-16 microscope

Publications (3)

Publication Number Publication Date
JP2019035859A JP2019035859A (en) 2019-03-07
JP2019035859A5 JP2019035859A5 (en) 2020-08-27
JP7006010B2 true JP7006010B2 (en) 2022-01-24

Family

ID=65637335

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2017157224A Active JP7006010B2 (en) 2017-08-16 2017-08-16 microscope

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP7006010B2 (en)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109765213B (en) * 2019-03-27 2024-03-29 苏州威邦震电光电技术有限公司 Coherent anti-stokes raman scattering microscope imaging device
JP7568210B2 (en) 2020-05-22 2024-10-16 国立大学法人山梨大学 Analysis system and analysis method

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009293994A (en) 2008-06-03 2009-12-17 Nano Photon Kk Optical microscope and observation method
JP2015132730A (en) 2014-01-14 2015-07-23 オリンパス株式会社 microscope
WO2016208356A1 (en) 2015-06-26 2016-12-29 株式会社ニコン Determination device, determination program, determination method, cell sheet manufacturing device, and cell sheet manufacturing method

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009293994A (en) 2008-06-03 2009-12-17 Nano Photon Kk Optical microscope and observation method
JP2015132730A (en) 2014-01-14 2015-07-23 オリンパス株式会社 microscope
WO2016208356A1 (en) 2015-06-26 2016-12-29 株式会社ニコン Determination device, determination program, determination method, cell sheet manufacturing device, and cell sheet manufacturing method

Also Published As

Publication number Publication date
JP2019035859A (en) 2019-03-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5289884B2 (en) Laser microscope equipment
US7915575B2 (en) Laser scanning microscope having an IR partial transmission filter for realizing oblique illumination
JP5307353B2 (en) Multiphoton excitation laser scanning microscope and multiphoton excitation fluorescence image acquisition method
JPH10206742A (en) Laser scanning microscope
JP2010127726A (en) Optical microscope and spectrum measurement method
JP4820759B2 (en) Scanning microscope
KR20130092429A (en) Image generation device
US11042017B2 (en) Point-spread-function measurement device and measurement method, image acquisition apparatus, and image acquisition method
JP2007506955A (en) Scanning microscope with evanescent wave illumination
WO2016010096A1 (en) System for phase modulation element adjustment and method for phase modulation element adjustment
KR20130113343A (en) Image generation device
US9709786B2 (en) Non-linear microscopy and non-linear observation method
JP5135066B2 (en) Optical microscope and observation method
JP7006010B2 (en) microscope
JP5179099B2 (en) Light stimulating illumination device and microscope device
US10690897B2 (en) Laser scanning microscope apparatus
JPWO2009142312A1 (en) Microscope equipment
JP6768289B2 (en) Scanning electron microscope
JP2004354937A (en) Laser microscope
JP6127818B2 (en) Method for setting adaptive optical element and microscope
JP2019035669A (en) Observation apparatus and observation method
JP2013003204A (en) Laser microscope device
WO2019130372A1 (en) Optical analysis device
KR101239409B1 (en) 2d shape and 3d shape measuring apparatus and method based on phase shifting interferometry
WO2016013614A1 (en) Observation device and method for sharpening final image

Legal Events

Date Code Title Description
A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20200710

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20200710

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20210419

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20210511

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20210708

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: 20211207

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20211220

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 7006010

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150