JPH09152554A - 走査型光学顕微鏡 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 特別な光路を設けることなく、且つ操作箇所
を少なくし、同一の光源を利用することができる走査型
光学顕微鏡を提供する。 【解決手段】 本発明は、光源から出射した光を光路上
に配置された複数の光学素子のうち、少なくとも１つの
光学素子によりスポット光線にし、このスポット光線を
標本Ｏ上で走査することにより標本を観察する走査型光
学顕微鏡において、光源と標本とを結ぶ１つの光路上に
標本Ｏ上で走査されるスポット光線の光束の幅を標本が
肉眼観察することができるよう拡幅する光束拡幅手段
（３５）を付加したことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、スポット光で標本
を走査することにより標本像を得る走査型光学顕微鏡に
関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の走査型光学顕微鏡においては、標
本の蛍光観察像のコントラストを最適なものとするため
に、励起波長の選択フィルタや吸収フィルタ、ダイクロ
イックミラーなどを標本に応じて適当に選択する必要が
ある。

【０００３】このフィルタ等の設定条件を見つける場
合、モニターで観察標本画像を確認してコントラストの
良くなる条件を決めるよりも、肉眼視によって蛍光の明
るさと色とを確認しながら設定条件を決定する方が容
易、かつ迅速である。

【０００４】このような理由から、従来の走査型光学顕
微鏡は、肉眼視での蛍光観察が可能となっていた。しか
し、このためにレーザによる励起光学系とは別の肉眼観
察用の蛍光照明系が必要であり、また励起光と観察光と
では異なる分光特性を持っているために、肉眼では正確
に蛍光観察像を認識することができないという欠点があ
った。

【０００５】このような問題を解決するためのものとし
て、特開平６−２７３８６公報には、スポット走査に使
用する光源をそのまま肉眼観察に使用することのできる
走査型光学顕微鏡が開示されている。

【０００６】図６は、従来の走査型光学顕微鏡の構成を
示す図である。同図に示すように、この走査型光学顕微
鏡は、レーザ光源１から出射し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２を備えて
おり、このビームエクスパンダー２により所定径に拡大
されたレーザビームは、コレクタレンズ３により平行光
束に変換される。

【０００７】コレクタレンズ３は、光路に対して着脱自
在に設けられた第１のスライダー４に保持されている。
この第１のスライダー４には、コレクタレンズ３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５が固定されている。

【０００８】また、スキャナー６に近接する光源側の光
路上には、第２のスライダー７が光路に対して着脱自在
に設けられている。この第２のスライダー７には、反射
ミラー８が固定されている。

【０００９】この反射ミラー８は、第２のスライダー７
が光路に配置された状態のときに、第１のスライダー４
からのレーザビームをスキャナー６側へ反射させるとと
もに、スキャナー６からの光を第１の光路側へ反射させ
ている。すなわち、上記第１のスライダー４及び第２の
スライダー７により光路選択手段が構成される。

【００１０】そして、光路上に配置された第１のスライ
ダー４と第２のスライダー７とからのレーザビームを、
第１の光路上に配置された固定ミラー９、１０により光
学的に結合する。また、固定ミラー９、１０間の光路上
には、ダイクロイックミラー１１が配置されており、第
２のスライダー７から入射する蛍光を取り出している。

【００１１】一方、レーザ光源１とスキャナー６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レンズ１２
が配置されている。

【００１２】このコレクタレンズ１２は、第１のスライ
ダー４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２よりも倍率の大きなビームエクスパン
ダー２′の一部を構成している。

【００１３】また、コレクタレンズ１２と同じ大きさの
開口を有するコレクタレンズ１３が同一光路上のスキャ
ナー側に配置されており、コレクタレンズ１３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６
上に集光させている。

【００１４】さらに、瞳投影レンズ１４と対物レンズ１
５との間の光路には、観察光路プリズム１６が挿脱可能
になっており、この観察光路プリズム１６の反射面は、
ダイクロイック面となっている。なお、この観察光路プ
リズム１６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１１と同一特性のものとする。

【００１５】観察光路プリズム１６で分離された蛍光
は、吸収フィルタ１７を介して、蛍光観察像として取り
出されるようになっている。この吸収フィルタ１７は、
光電子倍増管１８の手前に配置された吸収フィルタ１９
と同一特性を有するものとなっている。

【００１６】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４、７を光路上に挿入する
とともに、観察光路プリズム１６を光路から脱して図７
に示すような光学系とする。

【００１７】この場合、レーザ光源１から出射したレー
ザ光は、ビームエクスパンダー２を通り、励起フィルタ
２０、コレクタレンズ３によって、任意径ならびに任意
波長の平行光束となる。

【００１８】そして、ミラー５、８、９、１０によっ
て、平行光束を保ちながら、スキャナー６に導光され、
瞳レンズ４、及び対物レンズ１５により走査用のスポッ
ト光となる。

【００１９】この走査用のスポット光により得られた蛍
光像は、この光路を逆に進みダイクロイックミラー１１
から、スポット投影レンズ２１、標本面上の走査スポッ
トと共役な位置に設定されたピンホール２２、吸収フィ
ルタ１９を介して、光電子像倍管９に出力され電気信号
に変換された後に、画像として出力される。

【００２０】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をする場
合には、第１、第２のスライダー４、７を光路から脱
し、観察光路プリズム１６を光路内に挿入し、図８に示
すような光学系とする。

【００２１】第１のスライダー４を光路から脱すること
により、ビームエクスパンダー２′が構成される。この
ビームエクスパンダー２′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。

【００２２】したがって、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、コレクタレンズ１３によってスキャナー６の光軸上
に集光してスポットを形成する。

【００２３】そして、スキャナー６で反射したレーザビ
ームが、瞳投影レンズ１４により、観察光路プリズム１
６のダイクロイック面を通った後、対物レンズ１５の瞳
面に収束する。

【００２４】対物レンズ１５の瞳面に収束したレーザビ
ームは、対物レンズ１５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。

【００２５】そして、標本Ｏが発する蛍光は、観察光路
プリズム１６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１７を透過した蛍光像が肉
眼観察される。

【００２６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
ような構成の走査型光学顕微鏡においては、スポット走
査に使用するレーザ光源１を、そのまま肉眼観察にも利
用するために、第１、第２のスライダー４、７、観察光
路プリズム１６を光路から挿脱することが必要である。
そのため、光路選択時の操作箇所が多く、その操作が複
雑になってしまうという問題があった。

【００２７】また、複数の光学機器を操作するために、
光学機器の取付位置がずれる場合があり、精度上の問題
が生ずる場合があった。さらに、第１、第２のスライダ
ー４、７を光路上に挿脱し、且つ異なる光路を構成する
ことから走査型光学顕微鏡の構成が複雑となりコストが
高くなってしまうという問題もあった。

【００２８】本発明は、上記実情に鑑みてなされたもの
であり、スポット光及び肉眼観察用の観察光を同一の光
源により併用することができ、且つ特別な光路を設ける
ことなく操作箇所を少なくした走査型光学顕微鏡を提供
することを目的とする。

【００２９】

【課題を解決するための手段】従って、まず、上記目的
を達成するために請求項１に係る発明は、光源から出射
した光を光路上に配置された複数の光学素子のうち、少
なくとも１つの光学素子によりスポット光線にし、この
スポット光線を観察標本上で走査することにより標本を
観察する走査型光学顕微鏡において、前記光源と前記標
本とを結ぶ１つの光路上に、前記標本上で走査されるス
ポット光線の光束の幅を前記標本が肉眼観察することが
できるよう拡幅する光束拡幅手段を付加したことを特徴
とする。

【００３０】また、請求項２に係る発明は、請求項１記
載の走査型光学顕微鏡において、前記光束拡幅手段は、
前記スポット光線の光束の幅を拡幅する光束拡幅素子を
前記光路上に挿脱することにより行なわれることを特徴
とする。

【００３１】さらに、請求項３に係る発明は、請求項１
記載の走査型光学顕微鏡において、前記光束拡幅手段
は、前記複数の光学素子のうち、少なくとも１つの光学
素子の光路上の位置を変更することにより行なわれるこ
とを特徴とする。

【００３２】請求項１に係る発明は、光源と標本とを結
ぶ１つの光路上に設けられた光束拡幅手段により、標本
上で走査されるスポット光線の光束の幅を標本が肉眼観
察することができるよう拡幅するので、特別な光路を設
けずに肉眼観察を行なうことができる。

【００３３】請求項２に係る発明は、請求項１記載の走
査型光学顕微鏡の光束拡幅手段をスポット光線の光束の
幅を拡幅する光束拡幅素子を光路上に挿脱することに行
なうので、簡易な構成の走査型光学顕微鏡を提供するこ
とができる。

【００３４】請求項３に係る発明は、請求項１記載の走
査型光学顕微鏡の光束拡幅手段を複数の光学素子のう
ち、少なくとも１つの光学素子の光路上の位置を変更す
ることにより行なうので、簡易な構成の走査型光学顕微
鏡を提供することができる。

【００３５】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態について説明する。 ＜第１の実施の形態＞図１は、本発明の第１の実施の形
態に係る走査型光学顕微鏡の光学系の構成を示す図であ
る。また、図２は、同実施の形態における走査型光学顕
微鏡のスポット光による標本面上走査時の光学系を示
し、図３は、同実施の形態における走査型光学顕微鏡の
肉眼観察時における光学系を示している。

【００３６】同図に示すように、レーザ光源３１から出
射するレーザビームのビーム光路上には、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３
２が配置されている。このビームエクスパンダ３２は、
コレクタレンズ３２ａ，３２ｂ、ピンホール３２ｃ、励
起フィルタ３２ｄを備えている。

【００３７】コレクタレンズ３２ａは、レーザ光源１か
ら出射したレーザビームを集光する。ピンホール３２ｃ
は、コレクタレンズ３２ａにより集光されたレーザビー
ムのうち、所定の位置のレーザビームを通過させる。

【００３８】励起フィルタ３２ｄは、ピンホール３２ｃ
を通過したレーザビームのうち、任意の励起波長のレー
ザビームのみを通過させる。コレクタレンズ３２ｂは、
励起フィルタ３２ｄを通過した任意の波長のレーザビー
ムを平行光束に変換する。

【００３９】ビームエクスパンダ３２により所定の径に
拡大されたレーザビームのビーム光路上には、ダイクロ
イックミラー３３及び標本Ｏ面上でスポット光を走査す
るスキャナー３４が配置されている。

【００４０】ダイクロイックミラー３３とスキャナー３
４との間のＡ部には、光路に対して挿脱可能に配置され
た集光系のレンズ３５が設けられる。このレンズ３５を
光路に対して挿脱させる方法は、例えば、スライダーに
レンズ３５を取り付けることにより行なわれる。

【００４１】そして、スキャナー３４から照射されるレ
ーザビームのビーム光路上には、レーザビームを集光す
る瞳投影レンズ３６、対物レンズ３７が配置されてい
る。また、瞳投影レンズ３６と対物レンズ３７との間に
は、光路に対して挿脱可能に配置された観察光路プリズ
ム３８が配置されている。

【００４２】この観察光路プリズム３８の反射面は、ダ
イクロイック面になっており、標本Ｏからの蛍光は、そ
のまま観察光路に導光される。この観察光路上には、吸
収フィルタ３９が配置されており、この吸収フィルタ３
９通過後の蛍光により肉眼観察が可能となる。

【００４３】一方、ダイクロイックミラー３３の反射光
路上には、集光系のコレクタレンズ４０、ピンホール４
１、特定の波長を通過させる吸収フィルタ４２が配置さ
れており、この吸収フィルタ４２を通過したレーザ光を
光電子倍増管４３により検出する構成となっている。

【００４４】次に、上述の如く構成された走査型光学顕
微鏡の動作を説明する。まず、レーザ光源１から出射し
たレーザ光は、レーザ光源１の出射端に配置されたビー
ムエクスパンダ３２のコレクタレンズ３２ａによりビー
ム径が所定の径にまで拡大され、励起フィルタ３２ｄに
より任意の励起波長が選択された後、コレクタレンズ３
２ｂにより平行光束に変換される。

【００４５】ダイクロイックミラー３３とスキャナー３
４との間の光路上にレンズ３５が配置されていない場
合、図２に示すように、レーザ光は、平行光束を保った
ままスキャナー３４に照射され、瞳投影レンズ３６で収
束された後、対物レンズ３７に入射する。

【００４６】対物レンズ３７は、この瞳投影レンズ３６
から入射した光を集光し、スポット光として標本Ｏ面上
で走査する。この標本Ｏ面上でのスポット光の走査は、
スキャナー３４を駆動することにより行なわれる。

【００４７】スポット光を走査することにより、標本Ｏ
から得られる蛍光発光は、対物レンズ３７ならびに瞳投
影レンズ３６を通過した後、スキャナー３４まで戻り、
偏向が打ち消された後、光路上に配置されたダイクロイ
ックミラー３３によって光路が分離される。

【００４８】そして、コレクタレンズ４０、ピンホール
４１、吸収フィルタ４２を通過して、光電子倍増管４３
に導光された後に電気信号に変換される。この光電子倍
増管４により電気信号に変換された電気信号は、スキャ
ナー３４の動作に同期して画像メモリに蓄積され、ビデ
オ信号に同期させて読み出すことにより、画像モニタ上
での蛍光像が得られることになる。

【００４９】次に、肉眼観察を行なう場合について説明
する。この場合、図３に示すように、ダイクロイックミ
ラー３３とスキャナー３４との間のＡ部に集光系のレン
ズ３５を挿入する。

【００５０】レーザ光源１から出射したレーザ光は、レ
ーザ光源１の出射端に配置されたビームエクスパンダ３
２のコレクタレンズ３２ａによりビーム径が所定の径に
まで拡大され、励起フィルタ３２ｄにより任意の励起波
長が選択された後、コレクタレンズ３２ｂにより平行光
束に変換される。

【００５１】そして、ダイクロイックミラー３３、光路
上に挿入された集光系のレンズ３５を通過した後、スキ
ャナー３４の光軸上に集光してスポットを形成する。ス
キャナー３４で反射したレーザ光は、瞳投影レンズ３６
によって対物レンズ３７の瞳面に集光し、その後、対物
レンズ３７で平行光束に変換され標本Ｏ面上を観察視野
に応じた広い光束径で照明する。

【００５２】得られた標本Ｏの蛍光は、対物レンズ３７
を通り、光路上に挿入された観察光路プリズム３８に入
射する。この観察光路プリズ３８の反射面は、ダイクロ
イック面となっていることから、標本Ｏからの蛍光は、
そのまま観察光路へと導光され、吸収フィルタ３９を通
り、蛍光像の肉眼観察が可能になる。

【００５３】なお、上述の説明においては、ダイクロイ
ックミラー３３とスキャナー３４との間のＡ部にレンズ
３５を挿入することにより標本上に走査される光束の幅
を変化させたが、レンズ３５を挿入する位置は、この位
置に限られるものではない。

【００５４】また、光路上に挿入する光学素子は、必ず
しもレンズである必要はなく、回折格子、ＡＯＤ（光偏
向器）等であってもよい。さらに、光束を変化させるた
めの手段は、光路上に光学素子を挿脱する方法に限ら
ず、走査型光学顕微鏡のレーザ光源１から標本Ｏまでの
光路上において用いられている光学素子の位置をずらす
ことにより光束の幅を変化させてもよい。

【００５５】さらに、レーザ光源１から標本Ｏまでの光
路上において用いられている各光学素子に代えて異なる
特性を有する光学素子を光路上に挿入することによって
も光束の幅を変化させることができる。

【００５６】図４は、瞳投影レンズ３６に代えて、異な
る特性を有する瞳投影レンズ５１を光路上に挿入した場
合を示す図である。同図に示すように、瞳投影レンズ５
１を挿入することにより、標本Ｏ上に照射されるレーザ
光が観察視野に応じた広い光束径で照明され、肉眼観察
を行なうことができる。

【００５７】したがって、本実施の形態に係る走査型光
学顕微鏡によれば、スポット走査と同一の分光特性のも
とでの肉眼による蛍光観察が可能となり、蛍光の明るさ
や色を肉眼視によって正確に認識することができる。

【００５８】また、肉眼観察用の光路を特別に設ける必
要がないことから、走査型光学顕微鏡の構成自体を小型
化することができ、その結果、コストを低減することが
できる。 ＜第２の実施の形態＞図５は、本発明の第２の実施の形
態に係る走査型光学顕微鏡の光学系の構成を示す図であ
る。なお、図１と同一部分には、同一符号を付し、その
説明を省略し、ここでは異なる部分についてのみ述べ
る。

【００５９】上述の第１の実施の形態に係る走査型光学
顕微鏡の構成と第２の実施の形態に係る走査型光学顕微
鏡の構成と異なる点は、光路上に挿入されるレンズの位
置にある。

【００６０】すなわち、本実施の形態に係る走査型光学
顕微鏡の特徴は、上述の第１の実施の形態に係る走査型
光学顕微鏡において述べたように、ダイクロイックミラ
ー３３とスキャナー３４との間のＡ部に集光系レンズ３
６を挿入する代わりに、スキャナー３４と観察光路プリ
ズム３８との間の光路上のＢ部に拡大光学系のレンズ５
５を挿脱可能に設けることにある。

【００６１】このような構成を採用することにより、Ｂ
部に拡大光学系のレンズ５５を挿入した場合、スキャナ
ー３４からの平行光束は、レンズ５５により、その光束
が拡大された後に、集光系レンズ３６に入射する、そし
て、この集光系レンズ３６により、拡大された光束が集
光される。

【００６２】このとき、レンズ５５を挿入したことによ
り、レンズ５５を挿入しない場合に比べて異なる位置に
集光位置が定まり、その結果、標本Ｏ上に観察視野に応
じた広い光束径で照明が行なわれることになる。

【００６３】従って、このような構成を採用しても、上
述の第１の実施の形態に係る走査型光学顕微鏡と同様
に、スポット走査と同一の分光特性のもとでの肉眼によ
る蛍光観察が可能となり、蛍光の明るさや色を肉眼視に
よって正確に認識することができる。

【００６４】また、肉眼観察用の光路を特別に設ける必
要がないことから、走査型光学顕微鏡の構成自体を小型
化することができ、その結果、コストを低減することが
できる。

【００６５】

【発明の効果】以上詳記したように、本発明によれば、
スポット光及び肉眼観察用の観察光を同一の光源により
併用することができ、且つ特別な光路を設けることなく
操作箇所を少なくした走査型光学顕微鏡を提供すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態に係る走査型光学顕
微鏡の光学系の構成を示す図である。

【図２】同実施の形態における走査型光学顕微鏡のスポ
ット光による標本面上走査時の光学系を示す図である。

【図３】同実施の形態における走査型光学顕微鏡の肉眼
観察時における光学系を示す図である。

【図４】同実施の形態における走査型光学顕微鏡におけ
る光学系の変形例を示す図である。

【図５】本発明の第２の実施の形態に係る走査型光学顕
微鏡の光学系の構成を示す図である

【図６】従来の走査型光学顕微鏡の構成を示す図であ
る。

【図７】従来の走査型光学顕微鏡における観察画像を得
るための光路を説明するための図である。

【図８】従来の走査型光学顕微鏡における肉眼観察を行
なう場合の光路を説明するための図である。

【符号の説明】

３１…レーザ光源、３２…ビームエクスパンダー、３２
ａ，３２ｂ…コレクタレンズ、３２ｃ…ピンホール、３
２ｄ…励起フィルタ、３３…ダイクロイックミラー、３
４…スキャナー、３５…集光系のレンズ、３６…瞳投影
レンズ、３７…対物レンズ、３８…観察光路プリズム、
３９…吸収フィルタ、４０…集光系のコレクタレンズ、
４１…ピンホール、４２…吸収フィルタ、４３…光電子
倍増管、５１…瞳投影レンズ、５５…拡大光学系のレン
ズ。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光源から出射した光を光路上に配置され
   た複数の光学素子のうち、少なくとも１つの光学素子に
   よりスポット光線にし、このスポット光線を標本上で走
   査することにより標本を観察する走査型光学顕微鏡にお
   いて、 前記光源と前記標本とを結ぶ１つの光路上に、前記標本
   上で走査されるスポット光線の光束の幅を前記標本が肉
   眼観察することができるよう拡幅する光束拡幅手段を付
   加したことを特徴とする走査型光学顕微鏡。
2. 【請求項２】 前記光束拡幅手段は、 前記スポット光線の光束の幅を拡幅する光束拡幅素子を
   前記光路上に挿脱することにより行なわれることを特徴
   とする請求項１記載の走査型光学顕微鏡。
3. 【請求項３】 前記光束拡幅手段は、 前記複数の光学素子のうち、少なくとも１つの光学素子
   の光路上の位置を変更することにより行なわれることを
   特徴とする請求項１記載の走査型光学顕微鏡。