JPH0627386A - 走査型光学顕微鏡 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】本発明の目的は、スポット走査観察と同一の分
光特性で肉眼観察を可能にし、しかも装置の小型化を図
ることにある。 【構成】本発明の走査型光学顕微鏡は、光源１からの光
を対物レンズ５を通して標本上にスポット照明する第１
の光路と、光源１からの光を対物レンズ５の瞳面付近に
集光して標本視野を太い光束で照明する第２の光路と、
光源１と対物レンズ５との間の光路上に配置され光た偏
向手段３と、光源１からの光を第１の光路を通して対物
レンズ５へ入射させる第１の状態と光源１からの光を第
２の光路を通して対物レンズ５へ入射させる第２の状態
とに選択的に配置される光路選択手段１７，２０とを具
備してなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、標本をスポット光で走
査して標本観察像を得る走査型光学顕微鏡に関する。

【０００２】

【従来の技術】最近、生物，医学の分野等では、蛍光標
本をスポット光で走査して、その標本が発する蛍光を検
出することにより蛍光観察像を得る走査型光学顕微鏡が
用いられている。

【０００３】図５には、蛍光観察を可能にした走査型光
学顕微鏡の構成例が示されている。この走査型光学顕微
鏡は、レーザ光源１から出たレーザビームが、ビームエ
クスパンダー２で所定径に拡大されて反射鏡からなるス
キャナー３に入射する。スキャナー３は光軸に直交した
回転軸を中心に回転可能になっており、光源側から入射
するレーザビームを偏向させる作用がある。このスキャ
ナー３で偏向されたレーザビームは瞳投影レンズ４によ
って収束され対物レンズ５の像位置にスポットを形成す
る。

【０００４】ここで瞳投影レンズ４は、スキャナー３と
対物レンズ５の瞳とを光学的に共役に結合しており、ス
キャナー３の振れ角に応じて、上記スポットが像位置を
走査するものとなる。そして上記走査スポットは対物レ
ンズ５によって標本Ｏの上面に投影される。蛍光観察の
場合であれば、標本上に投影された走査スポットによっ
て、標本を励起して蛍光放射を起こさせる。

【０００５】標本Ｏからの蛍光は、対物レンズ５、瞳投
影レンズ４、スキャナー３を逆上り、スキャナー３によ
って偏向が打ち消された後、ダイクロイックミラー６に
よって照明光路（励起光路）から分離される。

【０００６】ダイクロイックミラー６によって分離され
た光の進行路には、スポット投影レンズ７及び標本面上
の走査スポットと共役な位置に設定されたコンフォーカ
ルピンホール８が設置されており、このコンフォーカル
ピンホール８を通過した光が光電子増倍管９に入射す
る。

【０００７】そして光電子増倍管９によって光電変換さ
れた電気信号を、スキャナー３の動作に同期して画像メ
モリに蓄積し、ビデオ信号に同期して読み出すことによ
り、映像モニタ上に蛍光観察像を映し出すことができ
る。

【０００８】また上記走査型光学顕微鏡には、瞳投影レ
ンズ４と対物レンズ５との間の光路上にダイクロイック
ミラー１０及び観察光路プリズム１１が挿脱可能に配置
されている。光路上に配置されたダイクロイックミラー
１０に落射投光管１２を介して水銀ランプ１３からの照
明光を入射し、水銀ランプ１３の光で励起した標本の蛍
光像を観察光路プリズム１１で肉眼視できるようにして
いる。これらの光学系は、予め標本の位置を確認した
り、レーザ光による褪色の影響を確認したりするのに用
いられる。

【０００９】レーザ光源１は、通常複数の発振波長を持
つマルチラインレーザが用いられており、レーザライン
選択フィルター１４により励起波長を選択できるように
なっている。また光電子増倍管９の手前には、蛍光の分
光特性に応じて適当な波長域を持つ吸収フィルター１５
を挿脱できるようになっている。さらに、ダイクロイッ
クミラー６は、標本Ｏの持つ蛍光特性に合わせて、適当
なカットオフ波長のものに交換可能になっている。

【００１０】上述した走査型光学顕微鏡では、蛍光観察
像のコントラストを最適にするために、レーザライン選
択フィルター、吸収フィルター、ダイクロイックミラー
を、標本に合わせて適当に選択する必要がある。

【００１１】実際に、従来の走査型光学顕微鏡において
最適な設定条件を見つける場合、上記各フィルター等の
設定条件を変えながら走査型顕微鏡で画像を確認してコ
ントラストの良くなる設定条件を決めるよりも、肉眼視
によって蛍光の明るさと色を確認して設定を決めるほう
が容易かつ迅速に設定できる。この様なことから従来の
走査型光学顕微鏡は肉眼で蛍光観察を確認できるように
構成されていた。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、走査型
光学顕微鏡を肉眼で蛍光観察を確認できるように構成す
ると、レーザによる励起光学系とは別に、肉眼観察用の
蛍光照明光学系を備える必要があることから、装置の構
成が複雑化する欠点がある。

【００１３】しかも、水銀ランプ等を用いた励起光の分
光特性は、レーザ光の分光特性とは異なるため、実際に
観察される蛍光の明るさや色の程度を肉眼視で正確に確
認することはできないという欠点がある。

【００１４】本発明は以上のような実情に鑑みてなされ
たもので、スポット走査に使用する光源と同一の光源を
用いて、肉眼による蛍光観察を可能にし、蛍光の明るさ
や色の程度を肉眼視で正確に確認でき、しかも装置の小
型化を図ることのできる走査型光学顕微鏡を提供するこ
とを目的とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明の走査型光学顕微鏡は、光源からの光を対物レ
ンズを通して標本上に集光して当該標本をスポット照明
する第１の光路と、前記光源からの光を前記対物レンズ
の瞳面付近に集光して前記標本の視野を前記スポット照
明に比べて太い光束で照明する第２の光路と、前記光源
と前記対物レンズとの間の光路上に配置され光源からの
光を所定方向へ偏向させる偏向手段と、前記光源からの
光を前記第１の光路を通して前記対物レンズへ入射させ
る第１の状態と前記光源からの光を前記第２の光路を通
して前記対物レンズへ入射させる第２の状態とに選択的
に配置される光路選択手段とを具備してなるものとし
た。

【００１６】

【作用】本発明の走査型光学顕微鏡では、光路選択手段
によって第１の光路が選択されると、光源からの光が対
物レンズにより標本上に集光してスポットを形成する。
そして偏向手段により標本がスポットで走査され、走査
範囲の標本像が取込まれるものとなる。

【００１７】また光路選択手段によって第２の光路が選
択されると、上記スポット照明と同一の光源からの光が
対物レンズの瞳面付近に集光し、標本の視野がスポット
照明に比べて十分に太い光束で照明される。スポット照
明では標本上の一点しか見られないが、第２の光路を使
って太い光束で例えば励起した場合には、光束径に対応
する標本上の広い範囲が励起されるので、肉眼観察に適
した照明となる。

【００１８】

【実施例】以下、図面を参照しながら本発明の実施例を
説明する。

【００１９】図１には、本発明の第１実施例に係る走査
型光学顕微鏡の光学系の構成が示されている。なお、図
５に示す走査型光学顕微鏡の構成と同一部分については
同一符号を付している。

【００２０】本実施例の走査型光学顕微鏡は、レーザ光
源１から出たレーザビームのビーム径を所定径に拡大す
るビームエクスパンダー１６を備えており、このビーム
エクスパンダー１６は所定径に拡大したレーザビームを
コレクタレンズ１８により平行光束に変換している。コ
レクタレンズ１８は光路に対して挿脱自在に設けられた
第１のスライダー１７に保持されており、さらに第１の
スライダー１７にはコレクタレンズ１８により平行光束
とされたレーザビームを第１の光路側へ反射させる反射
ミラー１９が固定されている。

【００２１】またスキャナー３に近接する光源側の光路
上には、第２のスライダー２０が光路に対して挿脱自在
に設けられている。この第２のスライダー２０には反射
ミラー２１が固定されている。この反射ミラー２１は、
第２のスライダー２０が光路に配置された状態のとき
に、第１のスライダー１７からのレーザビームをスキャ
ナー側へ反射させると共に、スキャナー３からの光を第
１の光路側へ反射させている。上記第１のスライダー１
７及び第２のスライダー２０から光路選択手段を構成し
ている。

【００２２】そして光路上に配置された第１のスライダ
ー１７と第２のスライダー２０とを、第１の光路上に配
置された固定ミラー２２，２３で光学的に結合してい
る。また固定ミラー２２，２３間の光路上には、ダイク
ロイックミラー６が配置されており、第２のスライダー
２０から入射する蛍光を取出している。

【００２３】一方、レーザ光源１とスキャナー３との間
の光路上であって、第１のスライダー挿入位置から所定
距離だけ離れたところに、ビーム径が大きく拡大された
レーザビームを平行光束に変換するコレクターレンズ２
４が配置されている。このコレクターレンズ２４は、第
１のスライダー１７が光路上に挿入されていないとき
に、上記ビームエクスパンダー１６よりも倍率の大きな
ビームエクスパンダー１６′の一部を構成している。ま
たコレクターレンズ２４と同じ大きさの開口を有するコ
レクターレンズ２５が同一光路上のスキャナー側に配置
されており、コレクターレンズ２５により大きなビーム
径に拡大されたレーザビームをスキャナー３上に集光さ
せている。

【００２４】また瞳投影レンズ４と対物レンズ５との間
の光路には、観察光路プリズム１１が挿脱可能になって
おり、この観察光路プリズム１１の反射面はダイクロイ
ック面になっている。この観察光路プリズム１１の反射
面は、第１の光路に配置されたダイクロイックミラー６
と同一特性のものにする。

【００２５】観察光路プリズム１１で分離された蛍光
は、吸収フィルター２６を介して蛍光観察像として取出
されるようになっている。この吸収フィルター２６は、
光電子増倍管９の手前に配置された吸収フィルター１５
と同一の特性を有するものを使っている。次に、以上の
ように構成された本実施例の動作について落射蛍光観察
を例にして説明する。

【００２６】標本を光走査して蛍光観察像を得る場合
は、第１，第２のスライダー１７，２０を光路上に挿入
する第１の状態にし、観察光路プリズム１１を光路から
脱して図２に示す光学系とする。この様にして、第１の
光路が選択されたときには、前述した図５における光学
系と基本的には同じ動作となる。

【００２７】すなわち、レーザ光源１のレーザビームか
らレーザライン選択フィルター１４で励起波長が取り出
され、ビームエクスパンダー２によって所定径の平行光
束に変換され、第１のスライダー１７で第１の光路側へ
反射される。第１の光路に導かれたレーザビームは固定
ミラー２２、ダイクロイックミラー６、固定ミラー２３
を介して第２のスライダー２１に入射し、そこで反射さ
れたスキャナー３に入射する。そして瞳投影レンズ４に
よって収束されて対物レンズ５の像位置にスポットを形
成する。

【００２８】スキャナー３を駆動して像面でのスポット
形成位置を移動させると、それに対応して対物レンズ５
によって標本上に集光しているスポット光が標本Ｏを走
査することになる。

【００２９】励起光の照射によって蛍光発光した標本の
蛍光は、対物レンズ５、瞳投影レンズ４、スキャナー３
を逆上り、スキャナー３によって偏向が打ち消された
後、ダイクロイックミラー６によって第１の光路から分
離されて、光電子増倍管９で電気信号に変換される。

【００３０】そして光電子増倍管９によって光電変換さ
れた電気信号を、スキャナー３の動作に同期して画像メ
モリに蓄積し、ビデオ信号に同期して読み出すことによ
り、映像モニタ上に蛍光観察像を映し出すことができ
る。

【００３１】一方、蛍光観察像の最適なコントラストを
得るための設定条件を見つけるために肉眼観察する場合
は、第１，第２のスライダー１７，２０を光路から脱し
て第２の状態にし、観察光路プリズム１１を光路内に挿
入して、図３に示す光学系とする。

【００３２】第１のスライダー１７を光路から脱するこ
とにより、ビームエクスパンダー１６′が構成される。
このビームエクスパンダー１６′は第１の光路を選択し
た場合に比べて拡大率が大きくなっている。従って、レ
ーザ光源１からのレーザビームは太いビーム径に変換さ
れる。このレーザビームはコレクターレンズ２５によっ
てスキャナー３の光軸上に集光してスポットを形成す
る。そしてスキャナー３で反射したレーザビームが、瞳
投影レンズ４により、観察光路プリズム１１のダイクロ
イック面を通った後、対物レンズ５の瞳面に収束する。
対物レンズ５の瞳面に収束したレーザビームは、対物レ
ンズ５で平行光束にされて標本Ｏに入射する。その結
果、標本Ｏは観察視野の光束径に応じた領域が照明され
る。

【００３３】標本Ｏが発する蛍光は、観察光路プリズム
１１のダイクロイックとなっている反射面によって分離
され、吸収フィルター２６を透過した蛍光像が肉眼観察
されるものとなる。

【００３４】この様に本実施例によれば、レーザ光源１
からの光を標本上に集光してスポット照明する第１の光
路と、同じレーザ光源１からの光を対物レンズ５の瞳面
付近に集光して標本Ｏの視野を太い光束で照明する第２
の光路とを、第１，第２のスライダー１７，２０によっ
て選択可能にしたので、走査型光学顕微鏡と同一の励起
光を用いて肉眼で蛍光観察することができ、蛍光の明る
さや色の程度を肉眼視で正確に確認することができる。
また、肉眼観察のための水銀ランプや、その照明光を光
路内に導くための落射投光管などの部品を削減できるこ
とから、装置の小型化を実現することができる。

【００３５】また、肉眼観察で使用する観察光路プリズ
ム１１のダイクロイック面及び吸収フィルター２６を、
スポット走査観察で使用するダイクロイックミラー６及
び吸収フィルター１５と同一の光学特性としたので、ス
ポット走査観察と同一の分光特性で肉眼観察が可能にな
る。

【００３６】なお、上記第１実施例では、観察視野は、
平行光束の口径の大きさ、すなわちコレクタレンズ２５
の開口の大きさで決まり、コレクタレンズ２５の位置に
絞りを配置して視野絞りとしても良い。

【００３７】また上記実施例では照明光束のＮ／Ａはゼ
ロとなるが、蛍光観察の場合には標本が発光するために
結像系はインコヒーレントとなり、観察像にリンギング
が発生するようにことはない。

【００３８】しかし、照明光が標本に到達するまでに、
その途中の光学系によってスペックル等のノイズを発生
する可能性がある。このノイズ発生に関する対策として
は、コレクタレンズ２５の開口付近、あるいはビームエ
クスパンダー１６′の光路内に位相拡散板を挿入するこ
とが考えられる。また吸収フィルター２６を介して取出
される肉眼観察像をＴＶカメラで撮像したり、測光装置
に導いて顕微測光を行うことも可能である。

【００３９】次に、図４を参照して本発明の第２実施例
について説明する。なお、本実施例は前記第１実施例と
主要部は同じであるので、ここでは異なる部分について
説明する。

【００４０】本実施例の走査型光学顕微鏡は、スキャナ
ー３と対物レンズ５との間の光路上に第３のスライダー
３０が設けられている。この第３のスライダー３０は、
スキャナー３からのレーザビームを対物レンズ側へ反射
させると共に、対物レンズ５から入射する全ての光をス
キャナー側へ反射させる反射ミラー３１と、スキャナー
３からのレーザビームを対物レンズ側へ反射させると共
に、対物レンズ５から入射する蛍光のみを透過するダイ
クロイックミラー３２とを有する。第３のスライダー３
０は、光軸と直交する方向に移動可能に保持されてお
り、上記反射ミラー３１とダイクロイックミラー３２と
を選択的に光路上に配置できるようになっている。

【００４１】上記ダイクロイックミラー３２を光路上に
配置したときに、対物レンズ５から見て透過側の光路上
には、吸収フィルター３３、観察光路プリズム３４が配
置されている。なお、ダイクロイックミラー３２、吸収
フィルター３３は、ダイクロイックミラー６、吸収フィ
ルター１５の特性と同じ特性となるように設定してい
る。ダイクロイックミラー３２は蛍光が透過するため反
射／透過の分光特性がダイクロイックミラー６（蛍光が
反射）と反転関係をなす。

【００４２】以上のように構成された本実施例では、第
３のスライダー３０をスライドさせて反射ミラー３１を
光路上に配置し、第１，第２のスライダー１７，２０に
よって第１の光路を選択することにより、図２と同様の
光路を構成することになり、スポット走査による走査型
光学顕微鏡としての観察が可能になる。また第３のスラ
イダー３０をスライドさせてダイクロイックミラー３２
を光路上に配置し、第１，第２のスライダー１７，２０
によって第２の光路を選択することにより、図３と同様
の光路を構成することになり、肉眼観察が可能になる。

【００４３】この様な本実施例によれば、全ての光学系
を、対物レンズ５と観察光路プリズム３４との中間に挿
入されるユニット内に構成することができるので、装置
をコンパクトにできると共に、中間アダプターとして、
通常の顕微鏡に容易に追加できる。

【００４４】特に、上記中間アダプター構造を倒立顕微
鏡に適用した場合には、標本よりも低い位置に光学系を
収納することができ、機械的な安定を確保することがで
きる利点がある。

【００４５】また前記第１，第２実施例において、肉眼
観察像を分光測光したり画像処理したりして蛍光条件を
分析し、その分析結果を、走査型光学顕微鏡の分光特性
を各標本に応じて最適化するためのデータとして用いる
ようにしても良い。

【００４６】

【発明の効果】以上詳記したように本発明によれば、ス
ポット走査観察と同一の分光特性で、肉眼による蛍光観
察を可能にし、蛍光の明るさや色の程度を肉眼視で正確
に確認でき、装置の小型化を図ることのできる走査型光
学顕微鏡を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例に係る走査型光学顕微鏡の
構成図。

【図２】上記第１実施例の走査型光学顕微鏡で第１の光
路を選択した状態の構成図。

【図３】上記第１実施例の走査型光学顕微鏡で第２の光
路を選択した状態の構成図。

【図４】本発明の第２実施例に係る走査型光学顕微鏡の
構成図。

【図５】従来より在る走査型光学顕微鏡の構成図。

【符号の説明】

１…レーザ光源、３…スキャナー、４…瞳投影レンズ、
５…対物レンズ、６…ダイクロイックミラー、９…光電
子増倍管、１６，１６′…ビームエクスパンダー、１７
…第１のスライダー、２０…第２のスライダー、３０…
第３のスライダー。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光源からの光を対物レンズを通して標本
   上に集光して当該標本をスポット照明する第１の光路
   と、前記光源からの光を前記対物レンズの瞳面付近に集
   光して前記標本の視野を前記スポット照明に比べて太い
   光束で照明する第２の光路と、前記光源と前記対物レン
   ズとの間の光路上に配置され光源からの光を所定方向へ
   偏向させる偏向手段と、前記光源からの光を前記第１の
   光路を通して前記対物レンズへ入射させる第１の状態と
   前記光源からの光を前記第２の光路を通して前記対物レ
   ンズへ入射させる第２の状態とに選択的に配置される光
   路選択手段とを具備したことを特徴とする走査型光学顕
   微鏡。