JPH0387804A - Scanning cofocal microscope - Google Patents
Scanning cofocal microscopeInfo
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Landscapes
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
(産業上の利用分野)
本発明は顕微鏡の分野、特にスキャニング共焦点顕微鏡
に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Field of the Invention The present invention relates to the field of microscopy, in particular scanning confocal microscopy.
(従来の技術)
スキャニング共焦点顕微鏡の原理はマービンミンスキ(
Marvin Minsky)のアメリカ特許第3、0
13.467号に開示されている。その基本原理は、観
察される標本または物体の照明が一点の観察領域に限定
され、観察または検出がその照明点領域に限定されると
いうものである。完全な像は観察対象である標本または
物体を顕微鏡の視野全体にわたって点ごとに走査するこ
とによって得られる。(Prior technology) The principle of scanning confocal microscopy is based on Marvin Minski's
Marvin Minsky) US Patent No. 3, 0
No. 13.467. The basic principle is that the illumination of the observed specimen or object is limited to a single point observation area, and the observation or detection is limited to that illumination point area. A complete image is obtained by scanning the specimen or object under observation point by point across the field of view of the microscope.
従来の共焦点顕微鏡は、ミンスキの特許で提案されたも
のも含み、光学系が固定され、観察される標本または物
体を、照明の焦点を横切る走査パターンで移動させるこ
とによって走査していた。最近の高速スキャニング顕微
鏡は、標本を移動させるのではなく、ビーム走査技術を
採用している。一般的に、このような顕微鏡は高度照明
光源としてレーザを使用し、検出された画像信号の処理
および記憶用としてコンピュータまたはビデオシステム
を備えている。Traditional confocal microscopes, including the one proposed in the Minski patent, have fixed optical systems that scan the specimen or object being viewed by moving it in a scanning pattern across the focal point of the illumination. Modern high-speed scanning microscopes employ beam scanning techniques rather than moving the specimen. Typically, such microscopes use a laser as the high-level illumination source and are equipped with a computer or video system for processing and storing the detected image signals.
共焦点顕微鏡は、焦点はずれ信号および干渉が相当抑え
られるので従来の顕微鏡より解像度・鮮明度が高い。こ
れらは、焦点はずれの干渉の減少が大きな利点になるエ
ピ蛍光による生物標本の検査によく利用されている。Confocal microscopes have higher resolution and sharpness than conventional microscopes because out-of-focus signals and interference are significantly suppressed. These are commonly used to examine biological specimens by epifluorescence, where the reduction of out-of-focus interference is a major advantage.
共焦点顕微鏡は、集光または焦点レンズを備えた顕微鏡
に共焦点画像処理システムを取り付けることによって製
造することが知られている。Confocal microscopes are known to be manufactured by attaching a confocal imaging system to a microscope equipped with a condensing or focusing lens.
しかし、どの公知の共焦点装置でも、集光器、光源およ
び検出器、そして顕微鏡の光路を形成するすべての部品
が互いに正確に位置づけられる必要があり、従って大き
な共通の本体構造に取り付けられている。However, in any known confocal device, the condenser, the light source and the detector, and all the parts forming the optical path of the microscope need to be precisely positioned with respect to each other and are therefore mounted on a large common body structure. .
(発明が解決しようとする課題)
本発明は、上記部品の一部を相互の位置および方向につ
いての通常の固定的、幾何学的制約なしに、空間的に完
全に独立して位置づけられる改変構造を提供する。特に
、本発明は光源と光検出器が相互間および他の部品との
固定式の機械的連結を必要とせずに自在な位置に設けら
れることを可能にする。発明の他の利点は以下の記載か
ら明らかになろう。(Problems to be Solved by the Invention) The present invention provides a modified structure in which some of the above-mentioned parts can be positioned completely independently in space without the usual fixed, geometrical constraints on their relative positions and orientations. I will provide a. In particular, the invention allows the light source and photodetector to be mounted in any position without the need for fixed mechanical connections between each other and with other components. Other advantages of the invention will become apparent from the description below.
(課題を解決するための手段)
本発明は、光線を供給する光源と、光線の光を物体に集
光して物体の点観察範囲を照明し、物体の前記点観察範
囲から発する光を受ける集光器と、物体から発して集光
器によって受けられた光を検出する検出器と、光源から
集光器へ光線を伝送し、物体から発して集光器によって
受けられた光を検出器へ伝送する光伝送手段と、点観察
範囲が物体を走査パターンで横切るよう物体と点観察範
囲の相対移動をもたらす走査手段とを備えたスキャニン
グ共焦点エピ照明顕微鏡であって、前記光伝送手段が光
源と集光器の間で光線を伝送するフレキシブルな光伝送
手段と、物体から発した光を前記光線から分離する光分
離手段とからなることを特徴とする。(Means for Solving the Problems) The present invention includes a light source that supplies a light beam, a light beam that is focused on an object to illuminate a point observation range of the object, and a light source that receives light emitted from the point observation range of the object. a concentrator, a detector for detecting light emitted from the object and received by the concentrator, and a detector for transmitting light from the light source to the concentrator and detecting the light emitted from the object and received by the concentrator; A scanning confocal epi-illumination microscope comprising a light transmission means for transmitting light to a point observation region, and a scanning means for causing relative movement between the object and the point observation range so that the point observation range traverses the object in a scanning pattern, the light transmission means comprising: It is characterized by comprising a flexible light transmission means for transmitting a light beam between a light source and a condenser, and a light separation means for separating light emitted from an object from the light beam.
フレキシブルな光伝送手段は光源から光分離手段へ延設
された第1光フアイバと、光分離手段から検出器へ延設
された第2光フアイバからなるものでもよい。この場合
、光分離手段が、第1および第2フアイバを第3光フア
イバに接続する光フアイバ結合器からなり、光源から集
光器へ光線を伝送し、物体から発する光を集光器から結
合器へ伝送する光路を形成してもよい。The flexible light transmission means may consist of a first optical fiber extending from the light source to the light separation means and a second optical fiber extending from the light separation means to the detector. In this case, the optical separation means comprises an optical fiber coupler connecting the first and second fibers to a third optical fiber, transmitting the light beam from the light source to the collector and coupling the light emitted from the object from the collector. An optical path for transmission to a device may also be formed.
そして、走査手段が第3光フアイバから集光器へ送られ
た光線を移動させる構成にしてもよい。The scanning means may be configured to move the light beam sent from the third optical fiber to the condenser.
例えば、走査手段は第3光フアイバから集光器への光線
の光路を形成し、光線の走査移動を生じる伝送部材から
なるものでもよい。あるいは、走査手段が第3光フアイ
バを移動させることによって、第3光フアイバから集光
器へ送られる光線を移動させ、その走査移動を生じるよ
うに構成できる。For example, the scanning means may consist of a transmission member which forms the optical path of the light beam from the third optical fiber to the concentrator and causes a scanning movement of the light beam. Alternatively, the scanning means may be configured to move the third optical fiber, thereby moving the light beam sent from the third optical fiber to the collector, resulting in a scanning movement thereof.
また、別の構成では、光分離手段が光源とフレキシブル
な光伝送手段の間またはフレキシブルな光伝送手段と集
光器の間に設けられたビームスプリッタからなるもので
もよい。In another configuration, the light separation means may consist of a beam splitter provided between the light source and the flexible light transmission means or between the flexible light transmission means and the condenser.
(作用および発明の効果)
フレキシブルな光伝送手段(通常、光ファイバ)を使用
することにより、光源(通常、レーザ)と検出器が、装
置の他の部分から離れたところに、剛性の機械的接続無
しに設置可能になる。このような装置の特質は二つの重
要な結果をもたらす。第一に、標準の顕微鏡光学系と機
械的調節を使用した既存の顕微鏡に取り付けて、レーザ
発生器と検出器が顕微鏡から十分はなれた箇所に設置可
能な共焦点画像処理システムを得る装置の製造を可能に
する。第二に、内視鏡として、あるいは医療における植
込み可能な遠隔ヘッド顕微鏡として等、特定の目的に適
う非常にコンパクトな遠隔へッドビースを使用した共焦
点画像処理システムの設計を可能にする。OPERATION AND EFFECTS OF THE INVENTION By using a flexible optical transmission means (usually an optical fiber), the light source (usually a laser) and the detector can be separated from a rigid mechanical Can be installed without connection. The nature of such devices has two important consequences. First, the production of a device that can be attached to an existing microscope using standard microscope optics and mechanical adjustments to yield a confocal imaging system in which the laser generator and detector can be placed well away from the microscope. enable. Second, it allows the design of confocal imaging systems using very compact remote head beads that serve specific purposes, such as as endoscopes or as implantable remote head microscopes in medicine.
(実施例)
第1図は本発明のスキャニング共、焦点エピ照明顕微鏡
システムを示している。このシステムはレーザ発生器1
からなる強い光源を備え、その光線2はレンズ3によっ
てフレキシブルな光ファイバ4の一端に集光される。光
ファイバ4の他端は方向性結合器5に延設され、この結
合器5は互いに反対方向の光線を分離する接合双円錐テ
ーバ結合器等からなる。結合器5の他側の出力肢6に進
む光は屈折率整合媒体7によって最小フレネル反射で吸
収され、結合器5の他の脚に進む光はフレキシブルな光
ファイバ8の端部9から光学顕微鏡lOの光学系に伝え
られる。(Example) FIG. 1 shows a scanning and focal epi-illumination microscope system of the present invention. This system consists of laser generator 1
The light beam 2 is focused by a lens 3 onto one end of a flexible optical fiber 4. The other end of the optical fiber 4 is extended to a directional coupler 5, which is a junction biconical Taber coupler or the like that separates light beams in opposite directions. The light traveling to the output leg 6 on the other side of the coupler 5 is absorbed by the index matching medium 7 with minimum Fresnel reflection, and the light traveling to the other leg of the coupler 5 is transmitted from the end 9 of the flexible optical fiber 8 to an optical microscope. It is transmitted to the optical system of IO.
光学顕微鏡lOは、ベース11と、それに取り付けられ
た機械的に調節可能な標本支持台12および光学系を構
成する部品を収納した顕微鏡本体13を備えている。こ
れらの光学部品は、ファイバ8の端部9から発散する光
を受けるレンズ14、レンズ14を透過した光を順次反
射する一対のミラー16,17、集束レンズ19および
集光レンズ18を含む。集光レンズ18は、台12に支
持された標本20のスポットないし点観察域に光を集め
る。The optical microscope 1O includes a base 11, a mechanically adjustable specimen support 12 attached to the base 11, and a microscope body 13 that houses components constituting an optical system. These optical components include a lens 14 that receives light diverging from the end 9 of the fiber 8, a pair of mirrors 16 and 17 that sequentially reflect the light that has passed through the lens 14, a focusing lens 19, and a focusing lens 18. The condensing lens 18 condenses light onto a spot or point observation area of the specimen 20 supported on the table 12.
ミラー16.17はトランスジューサ21゜22によっ
て、電子走査信号発生器25から電気接続23.24を
介して供給される信号にもとづいて移動可能に構成され
、これによって反射光線がXおよびYの方向に移動し、
照明スポットが標本を走査パターンで横切る。このよう
な走査手段は公知のスキャニング共焦点顕微鏡で使用さ
れている。The mirrors 16, 17 are configured to be movable by means of transducers 21, 22 on the basis of signals supplied from the electronic scanning signal generator 25 via the electrical connections 23, 24, so that the reflected beam is moved in the X and Y directions. move,
The illumination spot traverses the specimen in a scanning pattern. Such scanning means are used in known scanning confocal microscopes.
集光レンズ18は強い光を標本に集光させて照明スポッ
トを生成すると同時に、標本から発する光を受ける。こ
の光は顕微鏡lOの光学系を介して光ファイバ8に戻さ
れる。標本の種類によってこの光は反射光、ラマン散乱
光または蛍光であり得る。この明細書で使用する「発す
る」という言葉は、物体から集光器を介して逆伝達され
るいかなる光をも含む広い意味を持つものである。この
光は光ファイバ8の端部9に逆集光され、そのファイバ
8を通って結合器5に伝えられ、光の一部が結合器5の
第4の脚とフレキシブルな光ファイバ31、更にフィル
タ32およびレンズ33を介して光検出器34へ送られ
る。光検出器34からの信号は電気接続35を通って、
デイスプレィスクリーンに画像を表示するビデオデイス
プレィシステムの信号プロセッサ36へ達する。光検出
器34からの信号は、プロセッサ36から出力ライン3
8を介してデイスプレィスクリーン37へ送られる画像
信号の強度を変調し、ミラー16.17の機械的走査運
動は、電子走査信号発生器25とプロセッサ36の間の
接続を介してデイスプレィシステムの電子ラスクスキャ
ン運動と同期される。The condenser lens 18 focuses intense light onto the specimen to generate an illumination spot, and at the same time receives light emitted from the specimen. This light is returned to the optical fiber 8 via the optical system of the microscope IO. Depending on the type of specimen, this light can be reflected light, Raman scattered light or fluorescence. As used herein, the term "emit" has a broad meaning that includes any light that is transmitted back from an object through a concentrator. This light is focused back onto the end 9 of the optical fiber 8 and transmitted through the fiber 8 to the coupler 5, where a portion of the light is transferred to the fourth leg of the coupler 5 and to the flexible optical fiber 31, and The light is sent to a photodetector 34 via a filter 32 and a lens 33. The signal from photodetector 34 is passed through electrical connection 35 to
It reaches the signal processor 36 of the video display system which displays the image on a display screen. The signal from photodetector 34 is output from processor 36 on output line 3.
8 to the display screen 37, the mechanical scanning movement of the mirror 16.17 is transmitted to the display system via the connection between the electronic scanning signal generator 25 and the processor 36. Synchronized with electronic rask scan movement.
第2図は本発明の改変されたスキャニング共焦点エピ照
明顕微鏡システムを示している。このシステムは第1図
に示されたシステムと同様だが、出力光と戻り光を分離
する手段として第1図の接合双円錐テーパ結合器の代わ
りにビームスプリッタを採用している。この装置の多く
の部品は第1図のシステムの部品と同一で、同様に作用
する。これらの部品は同一番号にAを付加して示されて
いる。本例では、接合双円錐テーパ結合器と多岐光ファ
イバが一本の光ファイバに置き換えられ、その一端にレ
ーザIAからの光がレンズ3Aによって集光され、その
他端から光が顕微鏡ヘッドIOAのレンズ14Aへ発散
し、顕微鏡ヘッドIOAの光路を進んで第1図の場合と
同様に標本2OAを照明する。FIG. 2 shows a modified scanning confocal epi-illumination microscopy system of the present invention. This system is similar to the system shown in FIG. 1, but employs a beam splitter instead of the junction biconical taper coupler of FIG. 1 as a means of separating the output and return light. Many parts of this device are identical to those of the system of FIG. 1 and function similarly. These parts are designated by the same number with the addition of an A. In this example, the junction biconical taper coupler and the manifold optical fiber are replaced by a single optical fiber, at one end of which the light from the laser IA is focused by the lens 3A, and from the other end the light is directed to the lens of the microscope head IOA. 14A, travels along the optical path of the microscope head IOA, and illuminates the specimen 2OA as in the case of FIG.
集光器18Aにとらえられた戻り光は同じ光路とファイ
バ41を通ってレンズ3Aに戻る。この戻り光はレーザ
源IAとレンズ3Aの間に設けられたビームスプリッタ
42によって分割され、戻り光線43が偏向されて光検
出器34Aによって検出される。The returned light captured by the condenser 18A returns to the lens 3A through the same optical path and fiber 41. This returned light is split by a beam splitter 42 provided between the laser source IA and the lens 3A, and a returned light beam 43 is deflected and detected by the photodetector 34A.
第3図は本発明の別の改変システムを示し、ここでは戻
り光が顕微鏡ヘッド内に設けられたビームスプリッタに
よって分割される。第1図のシステムと同一の部品は同
一番号にBを付加して示されている。この装置では、レ
ーザ源IBからの光がレンズ3Bによって光ファイバ5
1の一端に集光され、顕微鏡ヘッドIOBの光学系へ送
られて標本20Bの一点に集光される。FIG. 3 shows another modified system of the invention in which the returned light is split by a beam splitter located within the microscope head. Components that are the same as the system of FIG. 1 are designated by the same number with the suffix B added. In this device, light from a laser source IB is passed through an optical fiber 5 by a lens 3B.
The light is focused on one end of the specimen 20B, sent to the optical system of the microscope head IOB, and focused on one point on the specimen 20B.
標本20Bの同じ一点から発する光は集光器18Bにと
らえられ、顕微鏡の光学系を介して戻る。顕微鏡ヘッド
IOBにはビームスプリッタ52が設けられ、それが戻
り光を分割し、レンズ54を介して第2光フアイバ53
の一端に集光し、このファイバ53が光を光検出器34
Bへ送る。Light emitted from the same point on specimen 20B is captured by condenser 18B and returned through the optical system of the microscope. The microscope head IOB is provided with a beam splitter 52, which splits the returned light and sends it through a lens 54 to a second optical fiber 53.
The fiber 53 focuses the light on one end and transmits the light to the photodetector 34.
Send to B.
第4.5Aおよび5B図は本発明の更に別の改変システ
ムを示している。このシステムは第1図のシステムとよ
く似ており、同一の部品は同一番号にCを付加して示さ
れている。第1図のシステムと異なる点は、ここではレ
ーザ発生器ICからの光を顕微鏡ヘッドIOCへ伝達す
る光ファイバ8Cの先端9Cの移動によって走査が行わ
れることにある。ファイバ先端の移動は移動発生器61
による。この移動発生器61は、走査パターン発生器2
5Cからの電気信号を受ける電気機械トランスジューサ
で構成すると都合がよい。このトランスジューサはXお
よびY方向の適当な走査用移動を生じるどのような種類
のものでもよい。そのような装置の一典型例を第5A図
(側面図)と第5B図(平面図)、に示す。Figures 4.5A and 5B show yet another modified system of the invention. This system is very similar to the system of FIG. 1, and like parts are designated with like numbers plus a C. The difference from the system in FIG. 1 is that scanning is performed here by moving the tip 9C of the optical fiber 8C that transmits light from the laser generator IC to the microscope head IOC. The fiber tip is moved by a movement generator 61.
by. This movement generator 61 is a scanning pattern generator 2
Conveniently, it comprises an electromechanical transducer receiving electrical signals from 5C. The transducer may be of any type that provides suitable scanning motion in the X and Y directions. A typical example of such a device is shown in FIGS. 5A (side view) and 5B (top view).
第5Aおよび5B図に示すファイバ移動発生器61では
、ファイバ先端の走査用移動が電磁誘導共鳴振動と油圧
運動の組合せで行われる。In the fiber movement generator 61 shown in FIGS. 5A and 5B, scanning movement of the fiber tip is performed by a combination of electromagnetic induction resonance vibration and hydraulic motion.
フレキシブル片63に取り付けられた永久磁石62が、
走査制御ユニット25Cによって発生し、リード線65
によって光学ヘッドへ伝達される電気パルスに従って電
磁石64に周期的に吸引される。The permanent magnet 62 attached to the flexible piece 63 is
Generated by the scan control unit 25C and connected to the lead wire 65
is periodically attracted to the electromagnet 64 according to the electric pulses transmitted to the optical head by the electromagnet 64.
その結果、フレキシブル片に沿って延設された光ファイ
バ8Cが振動し、一方向(例えばX方向)の走査を行う
。電子的画像走査を機械的走査に確実に同期させるため
に、圧電センサ66がリード線67を介して画像プロセ
ッサ36Cへ位置フィードバックを行う。他の走査軸方
向移動は、供給管70を介したシリンダ68に対する液
体の供給または排出によって、電磁走査ユニット全体が
取り付けられたピストン69を作動させて、より低速の
準線形移動を生成することによって行われる。その結果
、ファイバの先端はY方向に移動する。As a result, the optical fiber 8C extending along the flexible piece vibrates and scans in one direction (for example, the X direction). To ensure synchronization of the electronic image scan with the mechanical scan, a piezoelectric sensor 66 provides position feedback to the image processor 36C via a lead 67. Other scanning axial movements can be achieved by supplying or discharging liquid to or from the cylinder 68 via the supply tube 70, by actuating the piston 69 to which the entire electromagnetic scanning unit is attached to produce slower sub-linear movements. It will be done. As a result, the tip of the fiber moves in the Y direction.
これまで述べたすべての実施例において、光源、検出お
よびデイスプレィユニットが光学顕微鏡に通常組み込ま
れるオプトメカニカル部品等の他の部品から遠い場所に
設けることが可能なことが理解されよう。従って、これ
らのシステムは、標準の顕微鏡光学系と機械的調節を利
用するために既存の顕微鏡に取り付は得るレーザ画像処
理装置の製造を可能にする。光フアイバ連結を利用した
システムの他の部分から光学ヘッドを分離できるという
ことは、特に走査がファイバの移動で行われる場合、光
学ヘッドの小型化をも可能にする。従って、コンパクト
で遠隔のヘッドが必要な内視鏡等の分野に本発明を適用
できる。It will be appreciated that in all the embodiments described so far, it is possible for the light source, detection and display unit to be located remote from other components such as optomechanical components normally incorporated into optical microscopes. These systems therefore enable the production of laser imaging devices that can be attached to existing microscopes to take advantage of standard microscope optics and mechanical adjustments. The ability to separate the optical head from the rest of the system using fiber optic connections also allows for miniaturization of the optical head, especially if scanning is performed by fiber movement. Therefore, the present invention can be applied to fields such as endoscopes that require a compact and remote head.
第6ないし8図は体腔内の柔らかい組織を検査するため
の内視鏡ヘッドを組み込んだ本発明のシステムを示して
いる。このシステムは第1図に示されたシステムに大体
基づいており、同一の部品は同一番号にDを付加して示
している。Figures 6-8 illustrate a system of the present invention incorporating an endoscopic head for examining soft tissue within a body cavity. This system is generally based on the system shown in FIG. 1, with identical parts designated by identical numbers with the addition of a D.
ここでは、第1図の顕微鏡10代わりに、光ファイバ8
Dに接続された内視鏡ヘッドIODが設けられている。Here, the optical fiber 8 is used instead of the microscope 10 in FIG.
An endoscope head IOD connected to D is provided.
走査は、内視鏡ヘッドIOD内に設けられ、接続23D
、24Dを介して走査信号発生器25Dから信号を受け
る電気機械トランスジューサ71によるファイバ8Dの
先端9Dの移動によって行われる。トランスジューサ7
1は第5図のトランスジューサ61と同様なものでよい
。The scanning is provided in the endoscope head IOD and connects 23D
, 24D by the movement of the tip 9D of the fiber 8D by an electromechanical transducer 71 receiving signals from the scanning signal generator 25D via the scanning signal generator 25D. transducer 7
1 may be similar to transducer 61 in FIG.
内視鏡ヘッドIODは柔らかい組織・72の範囲全般の
予備的なローパワー探索的検査を行ってから特定部位に
焦点を合わせてハイパワー検査を行うというふうに使用
される。内視鏡ヘッドIODはfi!J74.75から
なる内胴73と、第7図の引込み突出位置と第8図の突
出位置の間で内胴上をスライド可能な外胴76を備えて
いる。The endoscope head IOD is used to perform a preliminary low-power exploratory examination of the entire soft tissue area 72 and then perform a high-power examination focused on a specific area. The endoscope head IOD is fi! It has an inner shell 73 made of J74.75, and an outer shell 76 that is slidable on the inner shell between the retracted protruding position shown in FIG. 7 and the protruding position shown in FIG.
内胴73はファイバ8Dから光を受けるコリメータレン
ズ系77を収納し、光は少し収束された光線となって内
胴73の一端に設けられたミラー78へ投射される。外
胴76が第7図に示す引込み位置にあるとき、反射光は
透明ボート79を介して、検査される組織72の部分に
直接到達する。The inner barrel 73 houses a collimator lens system 77 that receives light from the fiber 8D, and the light becomes a slightly converged beam and is projected onto a mirror 78 provided at one end of the inner barrel 73. When the outer shell 76 is in the retracted position shown in FIG. 7, the reflected light passes directly through the transparent boat 79 to the portion of tissue 72 to be examined.
外胴76には外方へ突出した筒状のスピゴット81が設
けられ、その中に焦点レンズ系82が納められている。The outer barrel 76 is provided with a cylindrical spigot 81 that projects outward, and a focusing lens system 82 is housed therein.
スピゴット81はカップ80を形成し、その基端部はレ
ンズ系82によって閉じられている。外胴76が第8図
に示された突出位置に移動すると、コリメータレンズ系
77からの光線がミラー78によって反射されて焦点レ
ンズ系82に投射される。一対のフレキシブルな管83
.84が内視鏡ヘッドIODの外部に沿って延設され、
スピゴット81の側部の開口を通じてカップ80と連通
している。これらの管83.84は、第8図に示すよう
に検査される柔らかい組織72をカップに吸引する吸引
力をカップ内部に付与するとともに、じゃまになるごみ
等を光路から取り除くために被検査部分を洗う洗浄流体
を供給する。The spigot 81 forms a cup 80 whose proximal end is closed by a lens system 82 . When the outer barrel 76 moves to the protruding position shown in FIG. 8, the light beam from the collimator lens system 77 is reflected by the mirror 78 and projected onto the focusing lens system 82. A pair of flexible tubes 83
.. 84 extends along the exterior of the endoscope head IOD,
The spigot 81 communicates with the cup 80 through an opening in the side thereof. These tubes 83 and 84 apply suction force inside the cup to suck the soft tissue 72 to be examined into the cup, as shown in FIG. Supply cleaning fluid to wash.
内視鏡ヘッドIODを検査される組織部分に最初に近づ
けるときは、第7図に示すように焦点レンズ系82が光
路からはずれて、コリメータレンズ77からの少し収束
された光が組織部分にスポット投影されるよう、外胴7
6が引込み位置に維持される。そして、移動発生器71
のよるファイバ8Dの先端9Dの移動の結果スポットが
比較的広い範囲を走査する。より綿密な検査をすべき箇
所が特定されると、第8図に示すように外胴76が突出
され、焦点レンズ系82が光路上に位置し、一方の管8
3に吸引力を与えることによって組織がスピゴット81
の端部内へ吸引され、ハイパワー共焦点顕微鏡検査用に
正しく固定維持される。他方の管84を介して洗浄液を
組織に供給し、減圧管でそれを吸引・排出することがで
きる。When the endoscope head IOD is first brought close to the tissue part to be examined, the focusing lens system 82 is moved out of the optical path as shown in FIG. 7, and the slightly converged light from the collimator lens 77 is spotted on the tissue part. To be projected, the outer body 7
6 is maintained in the retracted position. And the mobile generator 71
As a result of the movement of the tip 9D of the fiber 8D, the spot scans a relatively wide range. When a location to be inspected more closely is identified, the outer barrel 76 is extended as shown in FIG. 8, the focusing lens system 82 is positioned on the optical path, and one tube 8
By applying suction force to 3, the tissue becomes spigot 81.
into the end of the tube and kept properly fixed for high-power confocal microscopy. Irrigation fluid can be supplied to the tissue via the other tube 84 and aspirated and evacuated using a vacuum tube.
内視鏡ヘッドIODが第7図に示すように遠くの物体の
比較的広い範囲の像をとらえる状態のときは、共焦点戻
りが悪い場合がある。その場合、ラスタ画像の変調のた
めの光を、内視鏡ヘッドIODに沿って光検出器へ延設
された非干渉ファイバーバンドル86の先端85から取
り出すことができる。このシステムはレーザを用いずに
遠くの物体を見ることも可能である。When the endoscope head IOD captures a relatively wide image of a distant object as shown in FIG. 7, confocal return may be poor. Light for modulation of the raster image can then be extracted from the tip 85 of a non-interfering fiber bundle 86 that extends along the endoscope head IOD to the photodetector. This system can also see distant objects without using a laser.
そのためには、非干渉ファイバーバンドル86によって
強い光を伝達して物体を照明すればよい。走査用ファイ
バ8Dの先端9Dが像空間をラスタして光を取り込み、
それを光検出器へ戻し、光検出器の出力信号から画像が
生成される。To do this, the incoherent fiber bundle 86 can transmit intense light to illuminate the object. The tip 9D of the scanning fiber 8D rasterizes the image space and captures the light.
It is returned to a photodetector and an image is generated from the photodetector's output signal.
あるいは、内視鏡ヘッドIODの外端に設けられた白熱
球で物体を直接照明することも可能である。Alternatively, it is also possible to directly illuminate the object with an incandescent bulb provided at the outer end of the endoscope head IOD.
第9図は別のシステムを示し、これは遠くの物体の観察
とハイパワー共焦点観察が可能である。第1図に示され
たシステムと同一の部品は同一番号にEを付加して示し
ている。このシステムのファイバ8Eは光学ヘッド15
0へ延設され、光がコリメータレンズ151と集光レン
ズ152を通過する。ポイント観察域153に位置する
物。FIG. 9 shows another system that is capable of distant object observation and high power confocal observation. Components that are the same as the system shown in FIG. 1 are designated by the same number with an E appended. The fiber 8E of this system is the optical head 15
0, and the light passes through the collimator lens 151 and the condensing lens 152. Object located in point observation area 153.
体が、光学系を通って光検出器34Eへの共焦点戻り光
によって観察できる。これまでの説明で述べたファイバ
6に相当するファイバ155は、この実施例ではファイ
バ8Eと同様に移動発生ヘッドに保持された非吸収媒体
内の先端156で終端している。従って、移動作動シス
テム166によって二つのファイバ先端が同期して走査
される。The body can be observed by confocal return light through the optical system to photodetector 34E. Fiber 155, which corresponds to fiber 6 described above, terminates in this embodiment at a tip 156 in a non-absorbing medium held in a movement generating head, similar to fiber 8E. Thus, the two fiber tips are scanned synchronously by the moving actuation system 166.
ファイバ155の先端からの光は別のレンズ157によ
って遠くのスポット159に集光され、物体159を走
査する。走査スポット158から発する光の一部がファ
イバーオプティックバンドル162の端部に入射し、光
検出器34Eへ伝達される。Light from the tip of fiber 155 is focused by another lens 157 to a distant spot 159 and scans object 159. A portion of the light emanating from scanning spot 158 enters the end of fiber optic bundle 162 and is transmitted to photodetector 34E.
どちらの観察方法を採るかの選択はアパーチャ161を
有するプレート160で行う。このプレート160を移
動することによって、ファイバ31Eとファイバオプテ
ィックバンドル159の端部いずれかから光が光検出器
34Eに入射する。The selection of which observation method to use is made using a plate 160 having an aperture 161. By moving this plate 160, light enters the photodetector 34E from either the end of the fiber 31E or the fiber optic bundle 159.
走査駆動信号はリード線162および163によって伝
送され、位置フィードバック信号はリード線164およ
び165によって伝送される。Scan drive signals are carried by leads 162 and 163, and position feedback signals are carried by leads 164 and 165.
第10図は更に別の改変システムを示し、第1図のシス
テムと同一の部品は同一番号にFを付加して示している
。このシステムでは、顕微鏡ヘッド10の代わりに小型
光学ヘッドIOFが設けられ、歯の検査、特にエナメル
質の下の象牙質の早期虫歯穴の検出に使用される。光学
ヘッドIOFは光ファイバ8Fの端部が挿入された剛性
のハウジング101を備え、ファイバ8Fの先端9Fが
電気機械トランスジューサ102によって駆動されて必
要な走査を行う。ハウジング101は、集光レンズ10
3と、ファイバ8Fと集光レンズ103の間の光路を形
成するレンズ110とミラー105を収納している。FIG. 10 shows yet another modified system, in which parts that are the same as those in the system of FIG. 1 are designated by the same numbers with the addition of an F. In this system, the microscope head 10 is replaced by a small optical head IOF, which is used for tooth inspection, especially for detecting early caries holes in the dentin beneath the enamel. The optical head IOF includes a rigid housing 101 into which the end of an optical fiber 8F is inserted, and the tip 9F of the fiber 8F is driven by an electromechanical transducer 102 to perform the necessary scanning. The housing 101 includes a condenser lens 10
3, a lens 110 that forms an optical path between the fiber 8F and the condensing lens 103, and a mirror 105.
ハウジング101の集光レンズ103と反対側にスポン
ジ状ないし柔軟物質からなる「サンドイッチ」層104
が接着され、比較的硬いプレート106で被われている
。On the opposite side of the housing 101 from the condenser lens 103 is a "sandwich" layer 104 of a spongy or flexible material.
is glued and covered with a relatively hard plate 106.
光学ヘッドIOFは検査される歯107と反対側の歯1
08の間に挟持され、検査される歯107が集光レンズ
の上に位置し、反対側の歯108がプレート106を押
さえる。サンドイッチ層104は光学ヘッドIOFと被
走査歯の相対移動を生じずに歯と歯の相対移動を許容す
る。対物レンズと被検査歯の間の空間に屈折率整合用の
ゲルまたは粘性流体を供給する管109を設けることが
できる。The optical head IOF detects the tooth 1 on the opposite side of the tooth 107 to be inspected.
08 and the tooth 107 to be inspected is located above the condenser lens, and the opposite tooth 108 presses the plate 106. The sandwich layer 104 allows relative movement between the teeth without causing relative movement between the optical head IOF and the scanned tooth. A tube 109 may be provided for supplying an index matching gel or viscous fluid to the space between the objective lens and the tooth to be examined.
第11図は本発明の更に別の共焦点顕微鏡システムを示
している。このシステムは集光器としてレンズ系に代え
て凹面鏡を使用している。FIG. 11 shows yet another confocal microscope system of the present invention. This system uses a concave mirror instead of a lens system as a condenser.
第1図のシステムと同一の部品は同一番号にGを付加し
て示している。第11図のシステムでは、光ファイバ8
Gの先端9Gが検査される標本112の支持台111の
近くに位置している。このファイバ先端9Gと支持台1
11は、凹面鏡113の曲率中心付近で対向して配置さ
れている。ファイバ先端9Gから送られる光は凹面鏡1
13によって標本112の焦点へ戻される。標本112
から発する反射光または蛍光は共焦点式にファイバの先
端9Gへ戻り、光検出器34Gへ送られる。Parts that are the same as those in the system of FIG. 1 are designated by the same numbers with a G appended. In the system of FIG.
The tip 9G of G is located near the support 111 of the specimen 112 to be examined. This fiber tip 9G and support stand 1
11 are arranged to face each other near the center of curvature of the concave mirror 113. The light sent from the fiber tip 9G is concave mirror 1
13 to the focus of the specimen 112. Specimen 112
The reflected light or fluorescence emitted from the fiber returns to the fiber tip 9G in a confocal manner and is sent to the photodetector 34G.
電磁トランスジューサ114がファイバの先端9Gに取
り付けられ、その走査移動を生じる信号を走査信号発生
器25Gから受ける。これに代えて、標本台111の移
動、または標本台111とファイバ先端9Gの移動の組
合せでも走査を行えることは明かである。An electromagnetic transducer 114 is attached to the fiber tip 9G and receives signals from a scanning signal generator 25G to cause its scanning movement. It is clear that instead of this, scanning can be performed by moving the specimen stage 111 or by a combination of moving the specimen stage 111 and the fiber tip 9G.
第11図のシステムは色収差の恐れがない。The system of FIG. 11 has no fear of chromatic aberration.
球面収差はファイバ先端9Gと標本112が互いに近接
していれば小さい。球面収差の補正は、凹面鏡面をごく
僅かな機械的変形で、ファイバ先端9Gと標本112の
検査点に一致する二つの焦点を持つ回転楕円にすること
によって可能になる。そのような変形は機械的締め付は
等の手段で達成できる。また、ファイバ先端付近に小さ
い円筒片を設けて反対方向に非点収差を生成し、像をス
ポットに再変換して出力および戻り光線とすることも可
能である。Spherical aberration is small if the fiber tip 9G and the specimen 112 are close to each other. Correction of spherical aberration is made possible by making the concave mirror surface into a spheroid with two focal points coinciding with the fiber tip 9G and the inspection point of the specimen 112 with very slight mechanical deformation. Such deformation can be achieved by means such as mechanical tightening. It is also possible to provide a small cylindrical piece near the fiber tip to create astigmatism in the opposite direction and reconvert the image to a spot for the output and return beam.
第12図は複数の顕微鏡ヘッドを交互に使用することが
可能な共焦点システムを示している。FIG. 12 shows a confocal system in which multiple microscope heads can be used alternately.
このシステムは第1図のシステムの改変例であり、同一
の部品は同一番号にHを付加して示している。この例で
は、結合器5Hの出力肢6Hが吸収体に接続されずにフ
ァイバ121によって第2の顕微鏡ヘッドIOH’ に
接続されている。This system is a modification of the system shown in FIG. 1, and identical parts are indicated by identical numbers with an H added. In this example, the output leg 6H of the coupler 5H is not connected to an absorber but is connected by a fiber 121 to the second microscope head IOH'.
この顕微鏡ヘッドIOH’ は第1の顕微鏡ヘッドIO
Hと同一のものでよく、走査信号発生器25Hに接続さ
れた走査ミラートランスジューサ23H′および24H
′を備えている。This microscope head IOH' is the first microscope head IO
scanning mirror transducers 23H' and 24H connected to scanning signal generator 25H;
′ is provided.
第12図の構成によれば、一方の顕微鏡ヘッドを共焦点
観察に使用しながら、他方の顕微鏡ヘッドをセットして
標本に焦点を合わせておき、一方での観察が終了すると
すぐに他方で共焦点観察が行える。このようにして、シ
ステムを実質的に連続作動状態に維持できる。According to the configuration shown in Fig. 12, while one microscope head is used for confocal observation, the other microscope head is set to focus on the specimen, and as soon as one microscope head is finished observing, the other microscope head is used for confocal observation. Focus observation is possible. In this way, the system can be maintained in substantially continuous operation.
以上説明した発明の実施例は光フアイバ技術を利用する
よう更に改変、発展させることができる。例えば、いず
れの実施例でも単一の光ファイバを使用して光線を伝送
しているが、多重ファイバを利用できることが理解され
よう。その場合、物体から発して共焦点像を生成する戻
り光を受けるファイバの先端をファイバの長手方向(光
の伝送方向)に若干ずらすことによって、被写体深度を
増すことができる。走査をファイバの移動で行う場合、
一体的に動かせるようファイバ束全体をトランスジュー
サ等のファイバ移動発生器に取り付けることができる。The embodiments of the invention described above can be further modified and developed to utilize fiber optic technology. For example, although a single optical fiber is used to transmit the light beam in both embodiments, it will be appreciated that multiple fibers could be utilized. In that case, the depth of field can be increased by slightly shifting the tip of the fiber that receives the return light that is emitted from the object and generates the confocal image in the longitudinal direction of the fiber (light transmission direction). When scanning is performed by moving the fiber,
The entire fiber bundle can be attached to a fiber movement generator, such as a transducer, for movement as a unit.
走査をミラーまたは標本の移動等の他の手段で行う場合
は、ずらされたファイバ先端を集光器に対して固定すれ
ばよい。また、多重ファイバを利用すれば異なる波長の
同時走査が可能になる。If scanning is performed by other means such as mirrors or specimen movement, the offset fiber tip may be fixed relative to the condenser. Also, if multiple fibers are used, simultaneous scanning of different wavelengths becomes possible.
他の改変例では、第1図の光学結合器を中間点で横方向
に割って、光を顕微鏡ヘッドへ伝送し、物体から発する
光を集光して共焦点像を生成する端部を形成することが
できる。この場合、第8図が除外され、割り結合器の端
部がファイバ先端9に取って代わることになる。In another modification, the optical coupler of Figure 1 is split laterally at a midpoint to form an end that transmits light to the microscope head and focuses light emanating from the object to produce a confocal image. can do. In this case, FIG. 8 would be omitted and the end of the split coupler would replace the fiber tip 9.
更に別の実施例では、割り結合器が3本の収束肢を有し
、追加された収束肢が波長の異なるレーザ光源からの光
を供給して多波長走査を行える。In yet another embodiment, the splitter coupler has three converging limbs, and the additional converging limbs can provide light from laser sources of different wavelengths to provide multi-wavelength scanning.
本発明は試験用のスキャニング共焦点顕微鏡、および生
体組織の内視鏡等による検査に適した小型リモートヘッ
ドを備えた共焦点顕微鏡システムに特に有用である。The present invention is particularly useful for scanning confocal microscopes for testing purposes and confocal microscope systems equipped with small remote heads suitable for endoscopic examination of living tissue.
第1図は出力光と戻り光の分離がファイバーオプティッ
ク方向性結合器によって行われる本発明の共焦点顕微鏡
を示す図、第2図は光の分離が光源とフレキシブルな光
伝送手段の間に設けられたビームスプリッタによって行
われる改変顕微鏡システムを示す図、第3図は光の分離
がフレキプルな光伝送手段と集光器の間に設けられたビ
ームスプリッタによって行われる更に別の改変システム
を示す図、第4.5Aおよび5B図は走査がフレキシブ
ルな光伝送手段の光ファイバの先端を移動させることに
よって行われる第1図のシステムと同様な別の共焦点顕
微鏡システムを示す図、第6ないし8図は特に内視鏡と
して使用される小型遠隔ヘッドを採用した改変された共
焦点顕微鏡システムを示す図、第9図は改変された内視
鏡ヘッドを使用した第6ないし8図と同様な別のシステ
ムを示す図、第10図は特に歯の検査に使用される小型
の光学ヘッドを使用した更に別のシステムを示す図、第
11図は集光器としてレンズ系ではなく凹面鏡を使用し
た共焦点システムを示す図、第12図は顕微鏡ヘッドを
二つ備えた共焦点システムを示す図である。
1.1A、IB、IC,ID、IE、IF。
IG、IH・・・・・・光源。
n夕A。
′:Mg、2&
手
続
補
正
書
平成2年10月11日
平成2年
特
許
願第187003号
2゜
発明の名称
スキャニング共焦点顕微鏡
3゜
補正をする者
事件との関係Fig. 1 shows a confocal microscope of the present invention in which the separation of output light and return light is performed by a fiber optic directional coupler, and Fig. 2 shows a confocal microscope in which the separation of the light is performed between the light source and the flexible optical transmission means. FIG. 3 shows a modified microscope system in which light separation is performed by a beam splitter provided between a flexible optical transmission means and a condenser. , 4.5A and 5B show another confocal microscopy system similar to the system of FIG. 1 in which scanning is performed by moving the tip of an optical fiber of a flexible light transmission means, figures 6 to 8. Figure 9 shows a modified confocal microscope system employing a small remote head specifically used as an endoscope; Figure 9 is a diagram similar to Figures 6 to 8 using a modified endoscope head; Figure 10 shows a further system using a small optical head, especially used for dental examinations, and Figure 11 shows a system using a concave mirror instead of a lens system as the condenser. FIG. 12 shows a confocal system with two microscope heads. 1.1A, IB, IC, ID, IE, IF. IG, IH... light source. Night A. ': Mg, 2& Procedural Amendment October 11, 1990 1990 Patent Application No. 187003 2゜Name of Invention Scanning Confocal Microscope 3゜Relationship with the case
Claims (1)
の点観察範囲を照明し、物体の前記点観察範囲から発す
る光を受ける集光器と、物体から発して集光器によって
受けられた光を検出する検出器と、光源から集光器へ光
線を伝送し、物体から発して集光器によって受けられた
光を検出器へ伝送する光伝送手段と、点観察範囲が物体
を走査パターンで横切るよう物体と点観察範囲の相対移
動をもたらす走査手段とを備えたスキャニング共焦点エ
ピ照明顕微鏡であって、前記光伝送手段が光源と集光器
の間で光線を伝送するフレキシブルな光伝送手段と、物
体から発した光を前記光線から分離する光分離手段とか
らなる顕微鏡。a light source that provides a light beam; a concentrator that focuses the light of the light beam onto an object to illuminate a point observation area of the object; and a concentrator that receives light emitted from the point observation area of the object; a detector that detects the received light; a light transmission means that transmits the light from the light source to the condenser; and a light transmission means that transmits the light emitted from the object and received by the condenser to the detector; a scanning confocal epi-illumination microscope comprising scanning means for effecting a relative movement of an object and a point observation field across the object in a scanning pattern, the light transmission means being flexible for transmitting a beam of light between a light source and a condenser; 1. A microscope comprising a light transmission means, and a light separation means for separating light emitted from an object from the light beam.
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