JPH05506318A - 共焦点顕微鏡 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 発明によれば、以下の構成を備えた走査型共焦点エビ照明顕微鏡か提供される、 光源、 光源から照明光を受けて伝搬する光フアイバ手段、光フアイバ手段を介して伝搬 される照明光を受け、照明光を対象物に集光して、対象物上またはその内部の観 察場を照明し、そして観察場から発する光を受け、発した光を照明光と逆の方向 に戻る光として光フアイバ手段に沿って戻すための集光手段、 戻り光を照明光から分離するための光分離手段、光分離手段から戻る光を受け、 感光手段を戻り光に露光するための戻り光受は手段、そして 走査路において前記対象物に対して照明光を移動させると同時に、対応する走査 路において感光手段に対して戻り光を移動させることによって、感光手段に戻り 光から走査対象物の像を生成させる走査手段。

走査手段は、光フアイバ手段から伝送された照明光を対象物へ移動させる第１ス キヤナと、光分離手段から伝送された戻り光を光受は手段へ移動させる第２スキ ヤナと、第１および第２スキヤナの走査動きを調整するスキャナ制御手段とから なるものでもよい。

別構成では、光分離手段か、光源と光フアイバ手段の間に設けられたビームスプ リッタからなり、光フアイバ手段が、光源から照明光を受ける第１束端から、照 明光か集光器へ伝搬され、かつ対象物から発する光が集光器によって集光される 第２ファイバ束端へ、並んで長さ方向に延びた光ファイバの束からなり、走査手 段か、ビームスプリッタと光ファイバの束の間の中間像焦点面に位置するアパー チャ手段を備えた光スクリーンからなり、照明光と戻り光の両方がアパーチャ手 段とスキャン発生器を通ってスクリーンとアパーチャ手段を照明および戻り光を 横切って移動させる。

発明をより完全に説明するために、い（つかの具体的実施例を添付図を参照しな がら詳細に説明する。

図面の簡単な説明 図１は、発明に従って構成されたタンデム走査型共焦点顕微鏡を示し、 図２は、比較的安価な非干渉性光源の使用を可能にする、発明に従って構成され た走査型共焦点顕微鏡の別形態を示し、 図３は、スリットまたは一連のピンホールを備えた単一の光スクリーンの動きに よって走査が行われる、発明に従って構成された顕微鏡の更に別の形態を示し、 そして 図４は、図３に示されたものと同様だか、特に内視鏡として作用するよう設計さ れた顕微鏡を示す。

図１は、発明に従って構成された走査型共焦点顕微鏡システムを示す。この顕微 鏡は、光ビーム２を供給するレーザ発生器ｌの形の高強度光源を備え、光ビーム はレンズ３によってフレキシブルな光ファイバ４の一端内へ集束される。光ファ イバ４の他端は方向性カプラー５の一例内に延びているが、これは反対方向に進 む光線を分離する接合双円錐テーバカプラーまたは他の接合器でもよい。カプラ ーの他側の一方の出力肢６に入る光は、屈折率整合媒体７によって最少限のフレ ネル反射で吸収され、カプラーの同じ側の他の脚に入る光は、フレキシブルな光 ファイバ８によってファイバ端９へ伝えられ、そこから１０として概略が示され た光学顕微鏡の光学系へと伝えられる。

光学顕微鏡ＩＯは脚１１を備え、その上に、機械的に調節可能な標本支持ステー ジ１２と、顕微鏡の光学系を構成する部品を収容した顕微鏡本体１３が取り付け られている。これら光学部品はファイバ８の端部９から広かる光１５を受けるレ ンズ１４と、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を 含み、光はビーム集束レンズ１９を通ってレンズ１８の形の集光器に達し、これ が、ステージ１２に支持された標本２０内のスポットないしポイント観察場へ光 を集光ないし集束する。

ミラーＩ６．１７は、反射光ビームのＸおよびＹ方向の移動によって照明スポッ トが走査パターンで標本を横切るように、電気接続２３．２４を介して電子走査 信号発生器２５から供給される信号に応答して、トランスジューサ２１，２２に よって動かすことができる。この種の走査手段は従来の走査型共焦点顕微鏡で使 用されている。

高強度光を標本へ集束して照明スポットを生成することに加えて、集光レンズ１ ８は標本から発する光をも受けとり、これは顕微鏡１０の光学系を逆方向に透過 して光ファイバ８へ到達する。標本の性質次第で、標本から発するこの光は、反 射光、ラマン散乱光、または蛍光光であり得る。本明細書て使用する「発するＪ という言葉は、対象物から集光器を通して逆方向に伝えられるいかなる光をも含 む、広い意味を持つものと理解されたい。

戻り光は光ファイバ８の端部９で再集束し、そのファイバを逆方向にカプラー５ へ進み、この光の一部かカプラーの第４の脚と更に別の光ファイバ３１を通って ファイバ端３２へ伝えられる。

分離された戻り光は、レンズ３３によって端部３２から集められ、一対の走査ミ ラー３４．３５によって、写真フィルム３８を保持する公知手段が備えられたカ メラ本体３７からなるカメラの形の戻り先受は手段３６へ偏向される。

走査ミラー３４．３５は、ミラー４１，４２がミラー１６．１７と正確に同期し て動くように、電気接続４３．４４を介して電子走査信号発生器２５から供給さ れる信号に応答して、トランスジューサ４１１４２によって動かされる。従って 、分離された戻り光はフィルム３８上のスポットとして集束され、これは、写真 フィルム上に対して調整された走査パターンで移動される。フィルム上の投影ス ポットが顕微鏡ステージとまったく同じシーケンスでラスターするように、２組 の走査ミラーができるだけ正確に同期される。フライバック光と、２組のミラー １６．１７および３４．３５の速い走査動のわずかな位相差によって生じる二重 イメージの可能性とを排除するために、走査ミラーと同期するが約９０”位相を ずらせてレーザービーム２を間欠的に遮断するビームチョッパ４５を設けること ができる。

図２は、水銀球等の比較的安価な非干渉性光源を採用することのできる、別の顕 微鏡システムを示す。照明源５１からの光はレンズ５２．５３によって集光され 、ビームスプリッタ立方体５４によって光ファイバ束５５の端部へ反射される。

束５５は、東端５５から、反射防止ガラスシート５８が取り付けられた遠隔東端 ５７へ、互いに並んで長さ方向に延びた多数の単一モードファイバ５６からなる 。

ファイバ５６のコアは照明光を干渉状態で伝搬し、照明光は反射防止ガラスシー ト５８を通って、各ファイバコアごとに１本づつの錘体光として出てくる。これ らの錘体光はレンズ６１．６２．６３によって、顕微鏡ステージ、６Ｇ上の標本 ６５内の回折制限スポット６４（より正確にはガウシアンウェイスト）に集束さ れる。レンズ６１および６２の間で、照明光は、照明スポット６４をラスターパ ターンで走査させるスキャナ６７を通過する。

スキャナ６７は、図１に示された顕微鏡の走査ミラーおよびトランスジューサと 同様に配置された１対の反射ミラーおよびトランスジューサで構成することかで き、走査信号発生器６８から電気接続６９．７０を介して走査制御信号を受ける 。

各照明スポットないしガウシアンウェイストエリア６４内から発生した蛍光は、 レンズ６３．６２．６１を通って共焦点状に逆行し、照明光が当初に出てきたの と同じファイバ束のコアへ進む。そして、この戻り光はファイバのコアを逆行し てビームスプリッタ立方体６４（これはダイクロイックミラー型でもよい）に入 射し、レーザー光は取り除くがストークスシフト蛍光は通すフィルタ７エを通過 し、レンズ７２によってカメラヘッド７４内の感光フィルム７３上に集束される 。

カメラヘッド７４にはスキャナ７５が取り付けられ、これはスキャナ６７と大体 同じで、信号発生器６８から接続７６．７７を介して走査移動信号を受ける。ス キャナ７５は、フィルム７３に集束される戻り光を、標本内のスポットと同期し て走査させ、走査移動はファイバ束の各端部の２組のファイバコアに対して同一 の向きにされる。

図２に示された顕微鏡は、複数の光ファイバを使用することによって、より安価 な非干渉性光源の採用を可能にする点を除いて、光学的にも機械的にも図１に示 されたもとの非常に類似している。標本タイプの特定のセットに対して焦点面の 最適な分離を達成するために、コア面積とクラディング面積のベストの比率を得 るよう、ファイバのクラディングサイズを選定することが望ましい。

図３は、通常の内視鏡で使用されるような公知の干渉性ファイバ束を採用した顕 微鏡システムを示す。従って、ファイバは、図２の実施例で使用された束のファ イバより、クラディング面積がずっと小さい。これにより、非レーザー光源が使 用でき、通常の内視鏡が共焦点顕微鏡に変換できる。共焦点焦点面の分離を可能 にする、中間焦点面に設けられた薄い不透明膜の１つ以上のピンホールまたはス リットの移動によって走査が行われる。

図３に示された顕微鏡システムは光源８１を備え、これは短いアーク水銀ランプ でよい。光源８Ｉからの光はレンズ８２とフィルタ８３を通り、フィルタは、ダ イクロイックミラー８５を備えたビームスプリッタ８４へ所期のスペクトル線を 分離する。光源８１からの光は、ミラー８５によって、アパーチャ手段８７を持 った光スクリーン８６へ向けて屈折される。アパーチャ手段は１個以上のスリッ トか１個以上の個々のピンホールの形でよい。アパーチャ手段８７を通過する光 は、別のレンズ８８によって、従来の内視鏡に使用されるものと同じ種類でよい 干渉性ファイバ撮像束９Ｉの端部８９へ集束される。

レンズ８８は、スクリーン８６のスリットまたはピンホール８７の像を、ファイ バ束９１の端部８９へ投影し、この光は束の他端９２へ伝搬され、そこから出る と、顕微鏡レンズ９３．９４．９５によって、顕微鏡ステージ９７に載置された 標本９６上またはその内部の１つ以上のラインまたはスポットに再集束される。

対物レンズ９５の焦点面からの蛍光または反射光は、レンズ９５．９４および９ ３を通って戻り、照明光が出てきたのと同じファイバに再入射する。焦点はずれ 部分からの光は、実質的に東向の他のファイバ通ってファイバ束に戻る。

ファイバ束９１の端部８９から出ると、戻り光は光スクリーン８６が位置する中 間焦点面９ｏで再集束される。

共焦点状の戻り光はアパーチャ手段８７を逆方向に通過するが、標本の焦点ずれ 部分から戻る光はスクリーン８６が遮断する。アパーチャ手段８７を通った戻り 光はビームスプリッタ８４を通過し、レンズ９８によって、カメラヘッド１０１ 内に保持されたフ゛イルム９９上に集束される。

図３に示された実施例では、標本とカメラ内のフィル３　ムの両者に対する走査 は、矢印１０２で示すような光スクリーン８６の走査動によって行われる。つま り、スクリーン８６は照明および戻り光路を横切る方向に往復する。中間焦点面 ９ｏにアパーチャ手段８７を支持するスクリーン８６の走査運動は、標本の焦点 面全体の可視化を可能にする。蛍光を結像する場合は、光路にロングパス光学フ ィルタ１０３を介在させることかできる。

図４は、図３に示されたものと本質的に同じ顕微鏡システムを示し、同じ部材に は同じ参照番号が付されている。この場合、顕微鏡は、図３に示された顕微鏡の 多レンズ撮像システムの代わりに、単一の対物レンズ１１１か取り付けられた内 視鏡ヘッド１１０が、光ファイバ束９１の外方端に取り付けられるという改変が なされている。これはヘッドと内視鏡の作用を小型化を可能にする。

それ以外では、顕微鏡は図３に示されたものと同様に作用する。

要約書 レンズでもよい集光器（１８）へ光ビーム（２）を供給するためのレーザーでも よい光源（１）を備えた走査型共焦点エビ照明顕微鏡。集光器（１８）は検査対 象物（２０）へ光を集束させ、対象物上またはその内部のポイント観察場を照明 する。照明されたポイント場から反射する蛍光または散乱光が集光器（１８）に 集められ、写真フィルム（３８）を保持したカメラ（３７）でもよい戻り光レシ ーバ（３６）へ伝搬される。光源（１）から集光器（１８）へ進む出力光と戻り 光は、光ファイバと、戻り光をレシーバ（３６）へ向ける光分離器（５）とを介 して伝搬される。出力された照明光は対象物を走査する走査移動に付され、戻り 光は写真フィルム（３８）を走査する同様なあるいはタンデム走査移動に付され る。

一実施例では、照明および戻り光の走査移動が２組の走査ミラー（１６、Ｉ７お よび３４．３５）によって実行される。他の構成では、中間焦点面に設けられた 光スクリーンのピンホールまたはスリットによって、タンデム走査が行われる。

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Claims (15)

【特許請求の範囲】
1. １．以下の構成を備えた走査型共焦点エピ照明顕微鏡光源、 光源から照明光を受けて伝搬する光ファイバ手段、光ファイバ手段を介して伝搬 される照明光を受け、照明光を対象物に集光して、対象物上またはその内部の観 察場を照明し、そして観察場から発する光を受け、発した光を照明光と逆の方向 に戻る光として光ファイバ手段に沿って戻すための集光手段、 戻り光を照明光から分離するための光分離手段、光分離手段から戻る光を受け、 感光手段を戻り光に露光するための戻り光受け手段、そして走査路において前記 対象物に対して照明光を移動させると同時に、対応する走査路において感光手段 に対して戻り光を移動させることによって、感光手段に戻り光から走査対象物の 像を生成させる走査手段。
2. ２．走査手段が、光ファイバ手段から伝送された照明光を対象物へ移動させる第 １スキャナと、光分離手段から伝送された戻り光を光受け手段へ移動させる第２ スキャナと、第１および第２スキャナの走査動きを調整するスキャナ制御手段と からなる請求項１に記載の顕微鏡。
3. ３．光ファイバ手段が、照明光を光源から光分離手段へ伝搬する第１光ファイバ と、戻り光を光分離手段から戻り光受け手段へ伝搬する第２光ファイバとからな る、請求項２に記載の顕微鏡。
4. ４．光分離手段が、光源から集光手段への照明光の伝搬と集光手段からカプラー への戻り光の伝搬ための光路を形成する第３光ファイバに前記第１および第２フ ァイバを結合させる光ファイバカプラーからなる、請求項３に記載の顕微鏡。
5. ５．第１走査手段が第３光ファイバから集光器へ伝搬される照明光を移動させ、 第２走査手段が第３光ファイバから光受け手段へ伝搬される戻り光を移動させる 請求項４に記載の顕微鏡。
6. ６．第１および第２走査手段が可動光反射器からなる請求項５に記載の顕微鏡。
7. ７．光分離手段が、光源と光ファイバ手段の間に設けられたビームスプリッタか らなる請求項１または請求項２に記載の顕微鏡。
8. ８．光ファイバ手段が、光源から照明光を受ける第１束端から、照明光が集光器 へ伝搬され、かつ対象物から発する光が集光器によって集光される第２ファイバ 束端へ、並んで長さ方向に延びた光ファイバの束からなる請求項７に記載の顕微 鏡。
9. ９．光ファイバが単一モードファイバである請求項８に記載の顕微鏡。
10. １０．光分離手段が、光源と光ファイバ手段の間に設けられたビームスプリッタ からなり、光ファイバ手段が、光源から照明光を受ける第１束端から、照明光が 集光器へ伝搬され、かつ対象物から発する光が集光器によって集光される第２フ ァイバ束端へ、並んで長さ方向に延びた光ファイバの束からなり、走査手段が、 ビームスプリッタと光ファイバの束の間の中間像焦点面に位置するアパーチャ手 段を備えた光スクリーンからなり、照明光と戻り光の両方がアパーチャ手段とス キャン発生器を通って走査動をアパーチャ手段を含むスクリーンへ与える請求項 １に記載の顕微鏡。
11. １１．前記走査動が照明および戻り光を横切る請求項１０に記載の顕微鏡。
12. １２．アパーチャ手段が、照明光と反射光の両方が集束される中間焦点面に位置 する、請求項１０または１１に記載の顕微鏡。
13. １３．アパーチャ手段が、ファイバ束を横切る方向に間隔をあけた複数の照明光 ビームと、対象物から発する補完的複数の戻り光を生成する複数の個々のアパー チャからなり、スキャン発生器がスクリーンを往復動させる、請求項１０〜１２ のいずれかに記載の顕微鏡。
14. １４．集光器が、光ファイバ手段の第２ファイバ束端に取り付けられた内視鏡ヘ ッド内に設けられたレンズ手段からなる請求項１０〜１３のいずれかに記載の顕 微鏡。
15. １５．戻り光受け手段が、前記像を写真像として生成する感光手段としての写真 フィルムを保持する構成のカメラレシーバからなる、前出の請求項のいずれかに 記載の顕微鏡。