JPH0862123A - 走査型光学測定装置 - Google Patents

走査型光学測定装置

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JPH0862123A
JPH0862123A JP19835694A JP19835694A JPH0862123A JP H0862123 A JPH0862123 A JP H0862123A JP 19835694 A JP19835694 A JP 19835694A JP 19835694 A JP19835694 A JP 19835694A JP H0862123 A JPH0862123 A JP H0862123A
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light
scanning
sample
light beam
measuring device
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JP19835694A
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Hisao Kitagawa
久雄 北川
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 異種の蛍光チャンネル間のクロストークのな
い多波長励起多波長検出光学系を備えた走査型レーザ顕
微鏡及び/又は走査型サイトメータ等の走査型光学測定
装置を提供すること。 【構成】 本発明の装置は、クリプトンレーザ光源3
1,アルゴンレーザ光源39とこれらに対応する赤色蛍
光検出器38,緑色蛍光検出器40と、ダイクロイック
ミラー32’,32”と、ガルバノメータミラー33
と、瞳投影レンズ34と、対物レンズ36とを有し、ク
リプトンレーザ光源31,ダイクロイックミラー32’
及び赤色蛍光検出器38に付随する光路と、アルゴンレ
ーザ光源39,ダイクロイックミラー32”及び緑色蛍
光検出器40に付随する光路とが、ガルバノメータミラ
ー33上においてオフセット角度を有して交差するよう
に構成されている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、走査型レーザ顕微鏡,
走査型サイトメータ等の走査型光学測定装置に関する。
【0002】
【従来の技術】スライドガラス上の細胞集団を光ビーム
(レーザ光線)を収束させたスポットで走査し、この細
胞集団の個々の細胞が発する蛍光等を検出しデータ処理
する方法としては、「生物標本の複数の光学的特性を測
定する方法及び装置」(以下、走査型サイトメータと称
する)と題するものが、特開平3−255365号公報
において開示されている。この走査型サイトメータは、
蛍光色素で生化学的に標識された生物細胞集団の個々の
細胞にレーザスポットを照射,励起し、個々の細胞の発
する蛍光を測定し、得られたデータを細胞集団の免疫的
特性,遺伝的特性及び細胞増殖性を表す統計的なデータ
として解析し、提示することを目的としたものである。
【0003】又、装置構成上、前記走査型サイトメータ
に類似したものとして、走査型レーザ顕微鏡があるが、
これは個々の細胞の細胞内構造を明確にすることを目的
としたものであり、個々の細胞の画像を提示する装置で
ある点で異なる。しかし、光学装置としてみた場合に
は、走査型サイトメータは、非共焦点(ノンコンフォー
カル)の走査型レーザ顕微鏡と何等変わるところはな
い。
【0004】レーザ光源としては、空冷アルゴンレーザ
が広く用いられており、蛍光標識としては、通常の蛍光
顕微鏡において使用実績を有するFITC(Fluorescei
n isothiocyanate)が最も一般的に用いられている。し
かし、単一の蛍光標識では、細胞が有する細胞生物学的
な特性の一つしか測定することができない。これに対
し、より多くの細胞生物学的情報を得るために、分光特
性の異なる異種の蛍光色素をFITCと併用してマルチ
パラメータ測定を行う手法が細胞生物学の研究分野で盛
んに用いられている。
【0005】図5に、従来の走査型レーザ顕微鏡(又
は、走査型サイトメータ)のマルチパラメータ蛍光測光
光学系の構成図を示す。図のように、レーザ光源11よ
り出射された光ビームは、主ダイクロイックミラー12
で反射され、紙面に直交する図示しない回転軸を中心に
回動するガルバノメータミラー13で反射,偏向され
る。ガルバノメータミラー13により反射,偏向された
光ビームは、瞳投影レンズ14により対物レンズ像面1
5上に結像され、紙面上左右に走査される走査スポット
を形成する。この走査スポットは、対物レンズ16によ
って標本面17上に投影され、微小スポットとして標本
上の細胞を走査する。前記微小スポットによって励起さ
れた個々の細胞の蛍光標識からの蛍光は、ガルバノメー
タミラー13までの光路を遡る。ここで、ガルバノメー
タミラー13は、瞳投影レンズ14で対物レンズ16の
瞳と共役に結合されているため、標本からの蛍光は、ガ
ルバノメータミラー13の走査偏向角に影響されること
なく、主ダイクロイックミラー12へ向けて進行する。
【0006】そして、標本からの蛍光は、主ダイクロイ
ックミラー12を透過し、副ダイクロイックミラー18
に入射する。ここで、細胞からの蛍光のうち、短波長成
分は副ダイクロイックミラー18で反射され、第一検出
器19に入射し、光電検出される。一方、細胞からの蛍
光のうち、長波長成分は副ダイクロイックミラー18を
透過して第二検出器20に入射し、光電検出される。こ
れらの光電検出信号は、夫々図示しない電装系によりデ
ィジタル変換され、更に、図示しないコンピュータ及び
/又は画像処理装置によりデータ処理されて、二色合成
された画像や二成分の統計的データを表示することがで
きるようになる。これにより、分光学的に異なる二種類
の蛍光色素標識を併用した二成分測定が可能になる。
【0007】ここで、レーザ光源11が単波長出力の場
合には、主ダイクロイックミラー12は、レーザ波長及
びこのレーザ波長より長波長側の波長成分を反射する。
二成分又は多成分測光の場合、レーザ波長より長い波長
成分領域に複数の異種蛍光色素を適用するため、異種類
の蛍光スペクトルが互いに重なり合いやすい。又、長波
長成分の蛍光を発する蛍光色素に関しては、短波長成分
の蛍光スペクトルを挟んだ短波長側にレーザ波長があ
る。このため、励起波長と蛍光波長との波長差は大きく
なりすぎ、蛍光色素の発光効率を劣化させることにな
る。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】この欠点を解決するた
め、レーザ波長を二波長とし、短波長成分と長波長成分
とを夫々異なったレーザ光源によって励起する方法があ
る。このときの二波長励起の光源としては、マルチライ
ンレーザ光源を用いても良いし、図6に示すように、二
つの単波長レーザ光源11,23から発せられるレーザ
光をダイクロイックミラー24により同一光軸に合成し
ても良い。これら何れの場合にも、主ダイクロイックミ
ラー12においては、異なる二つのレーザ波長を反射
し、その中間波長と長波長側の波長帯域とを透過させる
必要がある。
【0009】前述の多成分蛍光測光は、前記二波長励起
による方法を応用し、更に多くの波長成分に適用して、
装置を複雑化させて発展させることが原理的には可能で
あり、蛍光の励起波長の数と検出波長の数とによって、
一波長励起二波長検出方式又は二波長励起三波長検出方
式と呼ばれている。特に、単一波長方式との区別におい
ては、一波長励起多波長検出方式又は他波長励起多波長
検出方式と呼ばれている。
【0010】しかしながら、図6に示したような構成を
有する二波長励起二波長検出方式においては、波長の長
いレーザ光が迷光として短波長成分の検出器へ入射し易
いものであり、又、短波長側の蛍光色素の蛍光発光によ
る長波長側の蛍光色素の励起が発生する虞も十分にあ
る。このため、前記二波長励起二波長検出方式では、個
々の蛍光検出信号間のクロストークが避けられないとい
う重大な欠点を有していた。
【0011】そこで、本発明は、異種の蛍光チャンネル
間のクロストークのない多波長励起多波長検出光学系を
備えた走査型レーザ顕微鏡及び/又は走査型サイトメー
タ等の走査型光学測定装置を提供することを目的とす
る。
【0012】
【課題を解決するための手段及び作用】上記目的を達成
するため、本発明による走査型光学測定装置は、光ビー
ムを標本上で二次元走査し、この光ビーム光源へ戻る照
明光路から光分割手段を用いて前記標本からの反射光
(後方散乱光を含む)及び/又は蛍光を分離して検出す
る検出光路を有する走査型光学測定装置において、複数
の光ビーム光源と夫々の光ビーム光源へ戻る各照明光路
から光分割手段を用いて前記標本からの反射光(後方散
乱光を含む)及び/又は蛍光を分離して検出する光検出
器を夫々の光ビーム光源へ戻る各照明光路毎に設け、夫
々の光ビーム光源による標本からの反射光(後方散乱光
を含む)及び/又は蛍光が互いに異なる照明光路の検出
器へ戻らないように、夫々の光ビーム光源照明光路を、
これに付随する検出光路と共に光学的偏向手段上でオフ
セット角度を与え、偏芯せしめるようにしたことを特徴
とする。
【0013】このように、本発明の装置では、多波長励
起多波長検出光学系において、異なる波長のレーザ光
を、主走査方向と直行する副走査方向にオフセット角度
を与え互いに偏芯させている。即ち、異なる波長の光ビ
ーム光源毎に設けられたレーザ照明光学系とこれに付随
する蛍光検出光学系とを空間的に相互に分離させ、標本
上の異なる領域を照明,励起し、検出せしめるようにな
っている。又、異なる領域から得られた信号を、画像化
の際に電気式処理によって座標補正を行い、画像上での
重ね合わせを可能にしている。
【0014】従って、本発明の装置によれば、異なる蛍
光色素を励起するレーザ光源からの迷光がなく、又、異
なる蛍光色素の発する蛍光によって励起された別の蛍光
色素の蛍光を検出するような不具合もない。このため、
異なる蛍光色素の励起や検出光学系相互間のクロストー
クを排除することができる。
【0015】
【実施例】以下、図示した実施例に基づき、本発明を詳
細に説明する。図1は、本発明による走査型光学測定装
置の構成図であり、(a)は装置の上面図,(b)は装
置の側面図である。
【0016】ここで、本発明の装置を説明する前提とし
て、図2及び図3に基づき、本発明の装置を構成する走
査光学系について説明する。図2は本発明の装置を構成
する走査光学系の主走査方向を側面から見た図である。
この走査光学系では、まず、図示しないレーザ光源より
出射された光ビームは、ダイクロイックミラー32によ
り反射され、ガルバノメータミラー33に入射する。ガ
ルバノメータミラー33は、紙面と直交する図示されて
いない軸を中心として回動し、反射光線を紙面上で左右
方向に走査できるようになっている。又、瞳投影レンズ
34は、一次元走査スポットを対物レンズ36の一次像
面35上に形成すると共に、ガルバノメータミラー33
を対物レンズ36の瞳と共役の位置に結像せしている。
このため、標本の反射光(後方散乱を含む)又は蛍光
は、ガルバノメータミラー33による走査角度に影響さ
れず、ダイクロイックミラー32へ到達することができ
る。
【0017】対物レンズ36の一次像面35上に形成さ
れた一次元走査スポットは、顕微鏡対物レンズ36によ
り試料面37上に結像し、スライドガラス上の蛍光標識
された細胞を励起する。この細胞からの蛍光は、前述の
光路をダイクロイックミラー32まで遡った後、ダイク
ロイックミラー32を透過して図示しない蛍光検出器へ
到達するようになっている。
【0018】副走査については、図示しないが、もう一
つのガルバノメータミラーを図2に示した光学系の近接
した位置か或いは瞳リレー光学系を介して配置する方
法、又は、走査ステージで紙面と垂直な方向に標本を移
動することで標本上の二次元走査が行われるようになっ
ている。図示されていない、走査ステージ,ガルバノメ
ータを制御する走査制御系及び検出器から送出される信
号を処理する信号処理系等の電気系は、図示しないコン
ピュータによって走査及びデータ取り込みが制御され、
二次元走査画像の記録,表示が行われる。
【0019】ここで、本発明の装置の特徴は、レーザ光
源とこれに対応する検出器とを複数組有し、夫々の組に
付随する光路相互間が、夫々主走査方向と直交する方向
にオフセット角度を有するように構成したことにある。
【0020】分かりやすくするために、図2において示
した光学系を側面から見た展開図を図3に示す。ここで
は、図示しない検出器,ダイクロイックミラー32は、
ガルバノメータミラー33,瞳投影レンズ34及び対物
レンズ36と一直線上に配置されている。本発明の装置
は、図3に示した光学系と同方向から見た場合、図4に
示すように、レーザ光源(クリプトンレーザ光源31,
アルゴンレーザ光源39)とこれに対応する検出器(赤
色蛍光検出器38,緑色蛍光検出器40)とを複数組有
し、夫々の組に付随する光路相互間が、ガルバノメータ
ミラー33上においてオフセット角度を有するように構
成されている。これにより、標本面上では夫々のレーザ
光源から出射された光ビームは、夫々異なる場所にスポ
ットを結び、前記夫々の検出器は、夫々のレーザ光源か
ら出射された光ビームが形成するスポットの周辺のみに
検出感度を有するようになる。即ち、光学的なクロスト
ークを全く生じない状態となる。
【0021】ここでは標本の異なる部分を観察している
という問題はあるが、コンピュータによる走査及びデー
タ取り込みの制御と走査画像とが記録,表示されるシス
テムであり、このような観察部のずれを補正することは
既に公知となっているため、実施することは容易であ
る。又、図4において示したように、瞳投影レンズ16
からの反射フレアが検出器に戻らないという利点も有し
ている。もし、反射光に敏感な蛍光検出がさほど必要で
ないならば、光軸上にレーザ,検出器及びダイクロイッ
クミラーを更に追加して配置することも可能になる。
【0022】以上の概念に基づいて、本発明の実施例を
図1により説明する。図1(b)に示すように、本発明
の装置を主走査方向を側面から見た場合、図中の括弧内
に簡略化して示したレーザ光源,検出器及びダイクロイ
ックミラー32と、ガルバノメータミラー33,瞳投影
レンズ34,対物レンズ36及び試料面37との位置関
係は、図2に基づいた前述の説明の通りである。又、図
1(a)に示すように、主走査方向を上面から見た場
合、クリプトンレーザ光源31,ダイクロイックミラー
32’及び赤色蛍光検出器38に付随する光路と、アル
ゴンレーザ光源39,ダイクロイックミラー32”及び
緑色蛍光検出器40に付随する光路とが、ガルバノメー
タミラー33上においてオフセット角度を有して交差す
るように構成されている。このように構成されることに
より、本発明の装置は、図4に基づいて説明したよう
に、標本面上において、クリプトンレーザ光源31及び
アルゴンレーザ光源39から夫々出射された光ビーム
が、夫々異なる場所にスポットを結び、夫々のレーザ光
源に対応して配置された赤色蛍光検出器38及び緑色蛍
光検出器40は、夫々の検出器に対応するレーザ光源か
ら出射された光ビームが形成するスポットの周辺のみに
検出感度を有するようになるため、光学的なクロストー
クを全く生じない状態となる。
【0023】
【発明の効果】上述のように、本発明の走査型光学測定
装置は、走査型レーザ顕微鏡及び/又は走査型サイトメ
ータによる多波長励起多波長検出において、異種の蛍光
チャンネル間のクロストークを排除することができると
いう利点を有する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による走査型光学測定装置の構成図であ
り、(a)は装置の上面図,(b)は装置の側面図であ
る。
【図2】本発明の装置を構成する走査光学系の主走査方
向を側面から見た図である。
【図3】図2に示した光学系を側面から見た展開図であ
る。
【図4】本発明の装置を側面から見た展開図である。
【図5】従来の走査型レーザ顕微鏡(又は走査型サイト
メータ)のマルチパラメータ蛍光測光光学系の構成図で
ある。
【図6】従来の二波長励起二波長検出方式の測定装置の
構成図である。
【符号の説明】
31 クリプトンレーザ光源 32,32’,32” ダイクロイックミラー 33 ガルバノメータミラー 34 瞳投影レンズ 35 対物レンズ一次結像面 36 対物レンズ 37 標本面 38 赤色蛍光検出器 39 アルゴンレーザ光源 40 緑色蛍光検出器

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 光ビームを標本上で二次元走査し、該光
    ビーム光源へ戻る照明光路から光分割手段を用いて前記
    標本からの反射光(後方散乱光を含む)及び/又は蛍光
    を分離して検出する検出光路を有する走査型光学測定装
    置において、複数の光ビーム光源と夫々の光ビーム光源
    へ戻る各照明光路から光分割手段を用いて前記標本から
    の反射光(後方散乱光を含む)及び/又は蛍光を分離し
    て検出する光検出器を夫々の光ビーム光源へ戻る各照明
    光路毎に設け、夫々の光ビーム光源による前記標本から
    の反射光(後方散乱光りを含む)及び/又は蛍光が互い
    に異なる照明光路の検出器へ戻らないように、夫々の光
    ビーム光源照明光路を、これに付随する検出光路と共に
    光学的偏向手段上でオフセット角度を与え、偏芯せしめ
    るようにしたことを特徴とする走査型光学測定装置。
  2. 【請求項2】 前記標本は細胞標本であり、分光特性の
    異なる複数の蛍光色素で生化学的に蛍光標識された細胞
    集団を、波長の異なる複数の光学的ビーム光源で励起さ
    せ、個々の細胞毎の蛍光を測定する、多成分(マルチパ
    ラメータ)測定細胞計測装置(サイトメータ)として構
    成されていることを特徴とする請求項1に記載の走査型
    光学測定装置。
  3. 【請求項3】 複数の光学的ビーム光源として波長の異
    なる複数のレーザ光源を使用し得るようにしたことを特
    徴とする請求項2に記載の走査型光学測定装置。
  4. 【請求項4】 波長の異なる複数の光学的ビーム光源と
    しては、488nmの波長を有するアルゴンレーザの青
    色レーザと、568nmの波長を有するクリプトンレー
    ザ,543.5nmの波長を有するヘリウムネオンレー
    ザ又は514.5nmの波長を有するアルゴンレーザの
    何れかの緑色レーザとを用い、又、蛍光標識としては、
    フルオレッセイン系の緑色蛍光色素と、ローダミン系又
    はシアニン系の橙赤色蛍光色素とを用いるようにしたこ
    とを特徴とする請求項3に記載の走査型光学測定装置。
  5. 【請求項5】 オフセット角度を与えられ偏芯せしめら
    れた前記複数の光ビーム光源照明光路のうち、少なくと
    も一つの光ビーム光源照明光路の偏芯が、前記走査型光
    学測定装置の光学系に対して規定され、光ビームの光学
    系レンズ表面での反射が前記検出光路へ戻らないように
    したことを特徴とする請求項1に記載の走査型光学測定
    装置。
  6. 【請求項6】 光ビームを標本上で二次元走査し、該光
    ビーム光源へ戻る照明光路から光分割手段を用いて前記
    標本からの反射光(後方散乱光を含む)及び/又は蛍光
    を分離して検出する検出光路を有する走査型光学測定装
    置において、少なくとも一次元の走査は前記標本を物理
    的に移動させるようにしたことを特徴とする請求項1に
    記載の走査型光学測定装置。
JP19835694A 1994-08-23 1994-08-23 走査型光学測定装置 Withdrawn JPH0862123A (ja)

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