JPH0843739A - 走査型光学顕微鏡 - Google Patents
走査型光学顕微鏡Info
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- JPH0843739A JPH0843739A JP12515095A JP12515095A JPH0843739A JP H0843739 A JPH0843739 A JP H0843739A JP 12515095 A JP12515095 A JP 12515095A JP 12515095 A JP12515095 A JP 12515095A JP H0843739 A JPH0843739 A JP H0843739A
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Abstract
類を使用することなく、多重染色時の蛍光クロスオーバ
のないS/Nのよい蛍光検出の可能な走査型光学顕微鏡
を得る。 【構成】少なくとも単一波長以上のレーザビームを出射
し標本19に照射するレーザ光源手段(レーザ光源1,
ビームエクスパンダ2,ダイクロイックミラー4,XY
走査光学系5,瞳投影レンズ6,顕微鏡7)と、標本1
9より発せられる蛍光を測光用光路上に配置されたグレ
ーティング9と単一以上の可変幅スリット(10,1
1,12)を経由してこのスリット10〜12に該当す
る光検出器13,14,15に導く測光分離手段を具備
したことを特徴とする走査型光学顕微鏡。
Description
系と蛍光観察光学系を具備した走査型光学顕微鏡に関す
る。
鏡として、米国特許4997242号明細書に開示され
ており、これは単一波長のレーザ光源を用いて単一、あ
るいは二つの蛍光観察を行うもので、図7はその第1従
来例を説明するための図である。図7に示すように、レ
ーザ発振器24から射出されたレーザビームは、以下に
述べる光学走査部材25により走査される。
射され、第1ガルバノメータスキャナを構成するガルバ
ノメータ46aと平面鏡35a、および凹面鏡42a,
42bならびにガルバノメータスキャナを構成するガル
バノメータ46bと平面鏡35bにより2次元走査した
のち顕微鏡を通して標本上に照射される。これによって
標本に発した蛍光は逆の光路をたどり、ビームスプリッ
タ32を通過したのち、単一蛍光時はフォトマルチプラ
イヤ30へ、また二つの蛍光時はビームスプリッタ32
により分光され、各々フォトマルチプライヤ30、フォ
トマルチプライヤ34によって検出される。なお、以上
述べた構成以外に、接眼レンズ27、アイリス用ダイヤ
フラム31,33を備えている。
い標本からの蛍光は、接眼レンズ27、平面鏡35b、
凹面鏡42a,42bを反射した後、平行光線となり、
平面鏡35aで反射され、アイリス用ダイヤフラム3
1,33を通過してフォトマルチプライヤ30,34で
検出される。
イヤフラム31,33から凹面鏡42aまでの光路を大
きくとることによって、共焦点効果が得られる。対物レ
ンズが焦点位置の時に標本からの蛍光は、凹面鏡42a
からフォトマルチプライヤ34までの間で平行光線にな
るので、フォトマルチプライヤ34に導かれる光ビーム
直径は、ダイヤフラム31,33の直径で決定される。
光源1からのレーザビームは、適宜なるビーム直径に拡
大するための光学系であるビームエキスパンダ2を通
り、ビーム直径を拡大した後、レーザ波長を選択するた
めのレーザラインフィルタ3でレーザ波長を選択してダ
イクロイックミラー4で反射され、ガルバノミラー等の
XーY走査光学系5でXY偏光され、瞳レンズ6、顕微
鏡7を介してレーザビームは標本19上に照射され、標
本19をビーム走査することになる。
は、顕微鏡7からのダイクロイックミラー4に至る経路
を戻り、ダイクロイックミラー4を通過した光は、ダイ
クロイックミラー64で分光され、一方は結像レンズ7
1を通り、共焦点絞り74を通って光検出器15で検出
される。
で分光され、結像レンズ72を通り、共焦点絞り75を
通って光検出器14で検出され、またダイクロイックミ
ラー65を通過した蛍光は、ミラー66で反射され、結
像レンズ73を通り、共焦点絞り76を通って光検出器
13で検出される。
の焦点距離fと共焦点絞り74へ光検出器15までの距
離lを適当に設定することにより、光検出器15の受光
領域に標本19からの蛍光を導くことができる。同様
に、結像レンズ72,73の焦点距離fと共焦点絞り7
5,76へ光検出器14,13までの距離lを適当に設
定することにより、光検出器14,13の受光領域に標
本19からの蛍光を導くことができる。
構成したものである。すなわち、図8のダイクロイック
ミラー64,65と光検出器15,14の間にそれぞれ
配設されている結像レンズ71,72と共焦点絞り7
4,75ならびにミラー66と光検出器13の間に配設
されている結像レンズ73と共焦点絞り76を設けず、
ダイクロイックミラー4と64の間に結像レンズ77と
共焦点絞り78を設けたものである。
と、図8と同様な機能が得られると共に、図8の従来例
に比べて装置が簡単になり、コストダウンとなる。 <第4従来例>また、従来、蛍光検出が可能な走査型光
学顕微鏡として、米国特許5127730号明細書に開
示されており、これは複数の波長のレーザ光源を用い
て、2つの蛍光を検出するもので、図10はその第4従
来例を説明するための図である。レーザ光源50とし
て、488nm,568nm,647nmのレーザ光を
同時発振するKr−Arレーザ光源50を用いている。
のレーザ光51は、励起フィルタ52のデュアルバンド
パスフィルタ52aで488nmと568nmの2つと
なり、デュアルダイクロイックミラー54により図の下
方の対物レンズ(図示せず)を介して蛍光標本55に導
かれる。標本55から蛍光として発光された2種類の波
長は、前記対物レンズ、デュアルダイクロイックミラー
54を透過し反射鏡56で反射され、フィルタブロック
57に導かれる。そして、フィルタブロック57に有す
る測光用ダイクロイックミラー57aにより、1つ1つ
の波長に分光されフィルタ57bおよび57cをそれぞ
れ介してフォトマルチプライヤ(PMT)58及び59
により検出される。
鏡によれば、複数の波長を発振するマルチラインレーザ
光源を組み合わせて、2重励起観察を行うことができ
る。 <第5従来例>一方、第5従来例には、3つの蛍光を検
出する走査型光学顕微鏡が開示され、図11はこれを説
明するための図である。レーザ光源160より発振され
た488nmと514nmのレーザビーム161は、エ
クスターナルフィルタ162により、どちらか1つの波
長のみが透過される。
図示下方に反射されXYスキャニングユニット164を
通り、光学顕微鏡内の接眼レンズ166および対物レン
ズ167を通り標本165に集光される。この場合、標
本165面はスキャニングユニット164で、標本16
5面を2次元に走査される。すると、標本165より発
光した蛍光は、対物レンズ167、接眼レンズ166、
スキャニングユニット164を通る。
し、2波長測光の場合はビームスプリッタ168により
分光され、この一方はフォトマルチプライヤ174に導
かれ、ビームスプリッタ168の他方の分光はビームス
プリッタ169により分光され、この一方はフィルタ1
72を介してフォトマルチプライヤ173により検出さ
れ、ビームスプリッタ169の分光の他方はフィルタ1
70を介してフォトマルチプライヤ171により検出さ
れる。
れたレーザ光161からの蛍光はビームスプリッタ16
3を通過し、ビームスプリッタ168及び169により
分光され、各々、フォトマルチプライヤ171,17
3,174によって検出される。
らず、多重染色が多用されている。もとより蛍光染色は
細胞、組織内の特定対象を可視化(特異性)する為に行
う。故に多重染色時は各々の染色部位が明確な色の差、
即ち蛍光波長の違いとして標識されなければならない。
あり、多重染色を行うと蛍光波長に部分的な重なり部分
(クロスオーバ部分)が生じることがあり、図12はそ
れを示している。
は、凹面鏡42a,42bからダイアフラム31,33
までの光路長を、共焦点効果を得るために、大きく取ら
ねばならないので、装置が大型化する。さらに第1従来
例を小型化するために、図7のミラー100a,100
b,100cのように反射させねばならないが、これは
光量をロスする原因になる。
焦点絞り74〜76および結像レンズ15,14,13
を必要とするので、装置が複雑になり、コスト高とな
る。図9の第3従来例では、ダイクロイックミラー6
4,65を配置し、3チャンネル構成となっているの
で、光検出器14は15よりも光路長が大きくなり、ま
た光検出器13は14よりも光路長が大きくなる。従っ
て、光検出器13,14の受光領域に光ビームが完全に
導かれなくなる。
4,13の受光領域にロスなく標本19からの蛍光を導
くには、結像レンズ77の焦点距離fを大きくしなけれ
ばならない。しかし、焦点距離fを大きくすると、装置
が大型化するという欠点がある。
5従来例では、これら多重染色による複数の蛍光波長を
分割する手段として、ビームスプリッタ(ダイクロイッ
クミラー)54または163を使用し、更に検出する蛍
光波長を限定する為に、様々な種類のシャープカットフ
ィルタやバンドパスフィルタ52a,52b,52c、
57a,57b,57cまたは168,169,17
0,172を使用する必要がある。これらは使用するレ
ーザ波長や蛍光染色に合わせ、その都度準備する必要も
ある。
ルタ類52a〜52c、57a〜57c、168〜17
0,172は非線形性であり、蛍光波長のクロスオーバ
を取り除こうとすると、蛍光量のかなりの部分を検出す
る前に捨て去ることとなる。このことにより、検出のS
/Nが落ちる。また染色の種類によっては蛍光波長のク
ロスオーバが大きいものも存在する。従って、前述した
第4従来例または第5従来例では該検出そのものが不可
能となる。
し、多重染色時の各々の蛍光波長を検出するための波長
依存性のあるフィルタ類を使用することなく、S/Nの
良い検出を行うことができる走査型光学顕微鏡を提供す
ることにある。
し、標本を反射して得られる蛍光を光検出器にロスなく
導くことができ、しかも小型で安価となる走査型光学顕
微鏡を提供することにある。
め、請求項1に対応する発明は、少なくとも単一波長の
レーザビームを走査して標本に照射するレーザ光源手段
と、前記標本からの光を検出する検出光学系と、前記標
本からの光を結像する結像光学系と、この結像光学系の
焦点位置に配置された共焦点絞りと、この共焦点絞りを
通過した蛍光を複数の波長に分ける少なくとも1個のグ
レーティングと、このグレーティングにより分光された
前記標本からの光を検出する光検出器と、この光検出器
に前記グレーティングからの導入される光の幅を可変可
能な少なくとも1個のスリットと、を具備したことを特
徴とする走査型光学顕微鏡である。
する発明は、前記レーザ光源手段として少なくとも二波
長以上のレーザビームを出射し標本に照射することを特
徴とする請求項1記載の走査型光学顕微鏡である。
する発明は、少なくとも単一波長のレーザビームを走査
して標本に照射するレーザ光源手段と、前記標本からの
光を検出する検出光学系と、前記標本からの光を結像す
る結像光学系と、この結像光学系の焦点位置に配置され
た共焦点絞りと、この共焦点絞りを通過した発散光を平
行光線にするコリメート光学系と、このコリメート光学
系の後方に配置され、所定の分光特性で前記標本からの
蛍光を分光する少なくとも1個のダイクロイックミラー
と、このダイクロイックミラーで分光された標本からの
光を検出する光検出器を具備したことを特徴とする走査
型光学顕微鏡である。
レーザビームを標本に照射し、標本からくる蛍光が測光
分離手段により分離され、かつ光検出器によって検出さ
れるので、S/Nが良く、蛍光波長の分離ができる。
以上のレーザビームを標本に照射し、標本からくる蛍光
が測光分離手段により分離され、光検出器によって検出
されるので、請求項1に対応する発明に比べて更に多様
な蛍光波長の分離ができる。
とも1つのダイクロイックミラーで標本を反射して得ら
れる蛍光を光検出器にロスなく導くことができ、しかも
小型で安価となる。
て説明する。 <第1実施例>図1は本発明の走査型光学顕微鏡の第1
実施例の光学系を示す図である。本実施例は、レーザ光
源1は単一波長例えば488nmのレーザビームを出射
し、標本19に照射する。レーザ光源1からのレーザ光
は、後述するレーザ光源手段および測光分離手段に導か
れる。レーザ光源手段はビームエクスパンダ2、ダイク
ロイックミラー4、X−Y走査光学系5、瞳投影レンズ
6、顕微鏡7を順次介して標本19に導くように構成さ
れている。
をダイクロイックミラー4にて分離したのち、共焦点光
学系8、グレーティング9、幅を変更可能なスリット1
0,11,12、集光レンズ16,17,18、光検出
器13,14,15からなっている。
から発した蛍光は、顕微鏡7から共焦点光学系8を通過
したのち、グレーティング9に至る。勿論この時、共焦
点光学系8をバイパスさせることも可能である。グレー
ティング9に至った蛍光はその波長に合わせ、0次〜n
次光に分けられる。これらの各次光には各々スリット1
0,11,12、集光レンズ16,17,18、光検出
器13,14,15が対応する。各々、スリット10,
11,12の幅を変化させることで、検出する各々の蛍
光波長範囲が変更可能となる。
手段としてダイクロイックミラー、シャープカットフィ
ルタ、パンドパスフィルタ等の波長依存性のあるフィル
タ類を使用することがないので、多重染色時の蛍光クロ
スオーバのないS/Nのよい検出が可能になる。
例の光学系を示す図であり、前述の第1実施例のビーム
エクスパンダ2とダイクロイックミラー4の間の光路上
に、新たにダイクロイックミラー22およびレーザライ
ンフィルタ3を設け、さらにダイクロイックミラー22
には、単一あるいは複数波長同時発振レーザ光源20か
らのレーザ光をビームエクスパンダ2に拡大して照射す
る構成ように構成されている。これ以外のダイクロイッ
クミラー4で反射された後、検出器13,14,15に
至るまでの構成は第1実施例と同一である。
68nmのArーKrレーザ光源、351nmのArレ
ーザ光源を組合わせたものを用いる。以上述べた第2実
施例も、前述の第1実施例と同様な作用効果が得られ
る。すなわち、レーザ光源1,20からの二波長以上の
レーザビームを標本19に照射し、標本19からくる蛍
光がグレーティング9により分離され、光検出器13,
14,15によって検出されるので、S/Nが良く、第
1実施例に比べて更に多様な蛍光波長の分離ができる。
例の光学系を示す図であり、前述の第1実施例のレーザ
光源1を、例えば351nm,458nm,488n
m,514.5nmのマルチラインArレーザ光源から
なる複数波長同時発振レーザ光源21に変更し、ビーム
エクスパンダ2とダイクロイックミラー4の間に、レー
ザラインフィルタ3を設けたものであり、これ以外の構
成は前述の第1実施例と同一である。
の二波長以上のレーザビームを標本19に照射し、標本
19からくる蛍光がグレーティング9により分離され、
光検出器13,14,15によって検出されるので、S
/Nが良く、第1実施例に比べて更に多様な蛍光波長の
分離ができる。
例の光学系を示す図であり、図1の実施例と異なる点
は、以下のように構成したものである。すなわち、標本
19からの反射光を集光する結像レンズ61と、結像レ
ンズ61の結像位置に配置された共焦点絞り62と、こ
の共焦点絞り62を通過する発散光(拡がり角をもつビ
ーム)を平行光線にするコリメート光学系63と、この
コリメート光学系63の後方に配置され、所定の分光特
性で標本19からの蛍光を分光する2個のダイクロイッ
クミラー64,65と、ダイクロイックミラー65の後
方に配置され、ダイクロイックミラー65から得られる
分光を反射して光検出器13に導くミラー66を設けた
ものである。
ト光学系63により、共焦点絞り62を通過した光(拡
散光)は平行光に変換される。従って、共焦点絞り62
を通過した後の光を所定の波長毎に分光して異なる複数
の波長の光をそれぞれの光検出器15,14ならびに1
3によって測光することができる。
距離に光検出器15,14,13を配置しても、測定光
束はコリメート光学系63により平行光に変換されるこ
とから、全光量がロスなく、ダイクロイックミラー6
4,65、ミラー66を介して光検出器15,14なら
びに13に入射する。従って、ダイクロイックミラー6
4,65、光検出器15,14ならびに13は、光学上
の制約を受けることなく、自由に配置できる。
例の光学系を示す図であり、図4のコリメート光学系6
3を、以下のようなコリメート光学系67としたもので
ある。すなわち、コリメート光学系67は、片面が平面
の凸レンズ、片面が球面上の凸レンズとし、かつこの凸
レンズの平面側の面に図示しない蒸着膜にピンホールを
形成したものである。
ト光学系67を通過した光ビームは平行光線になり、ダ
イクロイックミラー64,65で分光され、光検出器1
5,14ならびに13に受光領域から外れることなく導
かれる。
ねているので、小型でかつ安価にできる。 <第6実施例>図6(a)は、本発明の第6実施例の光
学系を示す図であり、図5の実施例のコリメート光学系
67を、凸レンズ67aと凹レンズ67bの組み合わせ
たものとし、測光分離手段はグレーティング9で構成
し、さらに光の幅を変更可能なスリット10,11,1
2、集光レンズ16,17,18、光検出器13,1
4,15から構成したものである。
い標本から発した蛍光は、図示しない顕微鏡、瞳投影レ
ンズ、XーY走査光学系、ダイクロイックミラーを通過
し、結合レンズ61、共焦点絞り62、コリメート光学
系67を通ってグレーティング9に至る。蛍光は、その
波長に合わせ、0次〜n次光に分けられる。これらの各
次元には、各々スリット10〜12、集光レンズ16〜
18、光検出器13〜15が対応する。各々、スリット
10〜12の幅を変化させることで、検出する各々の蛍
光波長範囲が変更可能となる。
を、凸レンズ67aと凹レンズ67bの組み合わせたも
のとすることにより、目的のビーム直径にするのに小型
化ができる。これは、図6(b)に示すように、コリメ
ート光学系67として凸レンズのみで構成した場合に比
べてである。なお、ビーム直径は、グレーティング9の
格子間隔に対して十分に大きくする必要がある。
長依存性のあるフィルタ類を使用することなく、多重染
色時の蛍光クロスオーバのないS/Nのよい蛍光検出の
可能な走査型光学顕微鏡を提供できる。また、本発明に
よれば、標本を反射して得られる蛍光を光検出器にロス
なく導くことができ、しかも小型で安価となる走査型光
学顕微鏡を提供できる。
図。
図。
図。
図。
図。
図。
ダ、4…ダイクロイックミラー、5…XY走査光学系、
6…瞳上投影レンズ、7…顕微鏡、8…共焦点光学系、
9…グレーティング、10,11,12…可変スリッ
ト、13,14,15…光検出器、16,17,18…
集光レンズ、19…標本、21,29…レーザ光源、6
1…結像レンズ、62…共焦点絞り、63,67…コリ
メータ光学系、64,65…ダイクロイックミラー、6
6…ミラー。
Claims (3)
- 【請求項1】 少なくとも単一波長のレーザビームを走
査して標本に照射するレーザ光源手段と、 前記標本からの光を検出する検出光学系と、 前記標本からの光を結像する結像光学系と、 この結像光学系の焦点位置に配置された共焦点絞りと、 この共焦点絞りを通過した蛍光を複数の波長に分ける少
なくとも1個のグレーティングと、 このグレーティングにより分光された前記標本からの光
を検出する光検出器と、 この光検出器に前記グレーティングからの導入される光
の幅を可変可能な少なくとも1個のスリットと、 を具備したことを特徴とする走査型光学顕微鏡。 - 【請求項2】 前記レーザ光源手段は少なくとも二波長
以上のレーザビームを出射し標本に照射することを特徴
とする請求項1記載の走査型光学顕微鏡。 - 【請求項3】 少なくとも単一波長のレーザビームを走
査して標本に照射するレーザ光源手段と、 前記標本からの光を検出する検出光学系と、 前記標本からの光を結像する結像光学系と、 この結像光学系の焦点位置に配置された共焦点絞りと、 この共焦点絞りを通過した発散光を平行光線にするコリ
メート光学系と、 このコリメート光学系の後方に配置され、所定の分光特
性で前記標本からの蛍光を分光する少なくとも1個のダ
イクロイックミラーと、 このダイクロイックミラーで分光された標本からの光を
検出する光検出器と、 を具備したことを特徴とする走査型光学顕微鏡。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP12515095A JP3568626B2 (ja) | 1994-05-24 | 1995-05-24 | 走査型光学顕微鏡 |
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP6-109678 | 1994-05-24 | ||
JP10967894 | 1994-05-24 | ||
JP12515095A JP3568626B2 (ja) | 1994-05-24 | 1995-05-24 | 走査型光学顕微鏡 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0843739A true JPH0843739A (ja) | 1996-02-16 |
JP3568626B2 JP3568626B2 (ja) | 2004-09-22 |
Family
ID=26449409
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP12515095A Expired - Lifetime JP3568626B2 (ja) | 1994-05-24 | 1995-05-24 | 走査型光学顕微鏡 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3568626B2 (ja) |
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