JPH09502269A - 光束の少なくとも２つのスペクトル範囲を選択、検知する装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 選択装置（２５）および検知装置（２６）を有し光束（１４）の少なくとも２つのスペクトル範囲を選択、検知する装置（１６）は、簡単な構造で且つ高い収率で各スペクトル範囲を同時に確実に選択、検知するため、選択装置（２５）が、光束（１４）のスペクトル分解手段（２７）と、一方では第１スペクトル範囲（２９）を絞込み、他方では絞りを通過しないスペクトル範囲の少なくとも一部分（３０）を反射する手段（２９）とを含み、検知装置（２６）が、絞込まれた第１スペクトル範囲（２９）の光路に設置された第１検知器（３１）と、反射されたスペクトル範囲（３０）の光路に設置された第２検知器（３２）とを含むよう構成される。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の名称］ 光束の少なくとも２つのスペクトル範囲を選択、検知する装置 ［技術分野］ 本発明は、選択装置および検知装置を有し、光束の少なくとも２つのスペクト ル範囲を選択、検知する装置に関する。更に詳細に云えば、本発明は、共焦点蛍 光検鏡に使用するのに適する当該の種類の装置に関する。 ［背景技術］ 色素のスペクトル範囲を検知できる共焦点蛍光顕微鏡は、文献“Proceeding o f Scanning，Vol，13，Supplement I，1991，pI-76およびI-77”から公知である 。レーザによって発生されるレーザ光は、光学的要素によって、被検対象に導か れ、上記対象によって反射されるか、上記対象の蛍光物質を励起する。反射光束 または蛍光光束は、分光器によってスペクトル分離され、光学フィルタを介して 検知器に送られる。フィルタは、色素のスペクトル範囲を絞込むという役割を果 たす。関連の色素が被検対象に含まれている場合、この色素は、高い強度にもと づき、検知器によって識別される。従って、かくして、例えば生体臨床医学的 用途の場合、対象内の染色された細胞ないし細胞構造を検証できる。 更に、上述の検鏡技術を拡張された範囲に使用することも、既に、知られてい る。即ち、例えば、細胞成分の立体的関係を決定または検討するため、異なる細 胞成分を２つまたはより多数の色素（ないし染料）で同時に染色する。しかしな がら、この用途の枠内において、総体的に反射された光束から各色素の異なるス ペクトル範囲を絞込む必要がある。 このため、従来は、当該スペクトル範囲に正確に調和させた分光器および光学 フィルタを使用する。次いで、絞込まれた各光束を、それ自体は公知の態様で、 このために設けた固有の検知器に導く。 光束の少なくとも２つのスペクトル範囲を選択、検知するための、本発明の出 発点をなす上述の装置には、各色素について特殊なフィルタが必要であるという 大きな欠点がある。かくして、特に、異なる色素または色素組合せの検知の可能 性に鑑みて、多数のフィルタを−システムに応じて−用意しなければならないこ とになる。公知の装置の別の欠点は、対象から反射された光束の強さがフィルタ によって減少されるという点にある。かくして、スペクトル範囲の確実な選択お よび検知のため、検知器には、高度の光学的要求が課せられ、場合によっては、 更に、電子的要求も課せられ ることになる。 ［発明の開示］ 従って、本発明の課題は、光束の少なくとも２つのスペクトル範囲を選択、検 知するための装置であって、構造が極めて簡単で、しかも、異なる（種々の）ス ペクトル範囲の確実な選択および検知に適した形式の装置を提供することにある 。異なるスペクトル範囲の選択および検知は、同時に且つ高い収率で行うべきも のである。 光束の少なくとも２つのスペクトル範囲を選択、検知するための本発明に係る 装置は、請求の範囲（請求項）第１項の特徴によって上記課題を解決する。上記 特徴にもとづき、選択装置が、光束のスペクトル分解手段と、一方では第１スペ クトル範囲を絞込み（絞りを通過せしめ）、他方では絞込まれてない（絞りを通 過しない）スペクトル範囲の少なくとも一部分を反射する手段とを含み、絞込ま れた第１スペクトル範囲の光路に設置された第１検知器と、反射されたスペクト ル範囲の光路に設置された第２検知器とを有するよう、当該の装置を構成する。 本発明に係る方式の場合、スペクトル分解した光束から第１スペクトル範囲を 絞込む（絞りを通過させる）。絞込まれてない（絞りを通過しない）スペクトル 範囲は、同時に、少なくとも部分的に反射され、この場 合、当該の光路に検知器を設置したことによって、絞込まれた第１スペクトル範 囲も反射されたスペクトル範囲も夫々当該光路に配された検知器によって検知さ れる。従って、本発明に係る態様の場合、第１スペクトル範囲の絞込と絞りを通 過しないスペクトル範囲の反射との組合せによって、明確な分離が達成され、従 って、このように分離された各スペクトル範囲を個々に検知できるということが 認識される。即ち、かくて各スペクトル範囲に適合したフィルタは不要である。 既述の如く、スペクトル分解された光束から第１スペクトル範囲を絞込み、絞 りを通過しないスペクトル範囲を反射する。この場合、絞込に使用する手段は、 絞込まれた第１スペクトル範囲が検出すべき被検知スペクトル範囲に正確に対応 するよう、設計されている。反射面の特殊な構成によって規定できる反射スペク トル範囲についても同様である。この反射スペクトル範囲は、特に有利な実施形 態の枠内において、反射スペクトル範囲の光路に設置された手段によって第２の −規定された−スペクトル範囲に絞込むことができる。この場合、第２検知器は 、絞込まれた第２スペクトル範囲の光路に設置することになり、この場合も、選 択（分離）は−第２検知器によって−行うことができる。 さらに別のスペクトル範囲の選択および検知が必要である場合は、第２スペク トル範囲の絞込手段が、− 第１スペクトル範囲の絞込手段と同様−絞りを通過しないスペクトル範囲の少な くとも一部分を反射する機能を含むことができる。この場合も、第２検知器は、 絞込まれた第２スペクトル反射の光路に設置される。この場合、更に反射される スペクトル範囲の光路には、第３検知器が設置され、従って、合計で３つのスペ クトル範囲を検知できる。更に反射される別のスペクトル範囲の光路にも、第３ スペクトル範囲の絞込手段を設けることができ、従って、この場合、絞込まれた 第３スペクトル範囲の光路に第３検知器を設ける。その都度絞込まれた各スペク トル範囲を検知し、反射された各スペクトル範囲を、場合によっては、反復して 絞込み、同じく検知できるよう、上述の装置、即ち、スペクトル範囲を絞込み反 射する複数の手段および検知器の機能をカスケード状に（各段階に）組合せるこ とができる。 絞込を行い、場合によっては、更に、反射を行う手段および上記手段に関連す る各検知器を一体のコンポーネントとして構成すれば、本発明に係る装置の特に コンパクトな構成に関して特に有利である。この場合、カスケード化のため、配 置および寸法に関してのみ相互に適合させる対応する構造グループを組合せる。 本発明に係る装置の具体的な構成に関して、簡単な構造に鑑みて、光束のスペ クトル分解手段をプリズム として構成すれば有利である。この場合、更に、光学格子またはホログラムも対 象となる。いずれにせよ、発散光線が得られるよう入射光束をスペクトル分解す るのが本質的である。 選択され、最終的に検知されるスペクトル範囲に作用するため、入射光束に好 ましくは直角に延びる軸線のまわりに旋回自在にプリズムまたは格子またはホロ グラムを配置できる。この限りにおいて、絞込手段が不動であっても、スペクト ル範囲に極めて簡単に影響（調節）を及ぼすことができる。 スペクトル範囲の絞込手段は、絞り（特に、スリット形絞り）として構成でき る。この場合、一方ではスペクトル範囲を絞込み、他方では絞りを通過しないス ペクトル範囲の少なくとも一部分を反射する手段を考える場合は、上記手段は、 少なくとも入射光束に向く表面に好ましくは全反射被覆層またはミラーを有する ミラー絞りとして構成できる。スリット形絞りのスリットの位置および／または 角度位置は、変更可能である。更に、上記変更は、好ましくは、電動駆動装置を 介して連続的に、即ち、無段階に実施できる。この場合も、例示のプリズムの調 節可能性の補足として、選択されるスペクトル範囲を調節ないし規定できる。こ の場合、一方のスペクトル分解手段と他方の絞込・反射手段との組合された調節 可能性によって、問題のス ペクトル範囲を特に正確に規定ないし調節できる。 迷光による影響の回避のためまたは１次励起光の抑制のため、スペクトル範囲 を絞込み、場合によっては、更に絞りを通過しないスペクトル範囲の少なくとも 一部分を反射する手段は、有利な態様として、スペクトル線の別の絞込手段を有 することができる。これは、好ましくは、いわゆる、光トラップである。このス ペクトル線絞込手段は、非反射範囲または吸光範囲として構成でき、この場合、 簡単な事例は、入射光が多重反射にもとづき“消滅”する袋穴である。スペクト ル線の絞込に役立つこれらの手段は、被検スペクトル範囲の絞込に役立つ手段の 一体の構成部材として構成できる。 更に、光トラップとして役立つ非反射性範囲の位置および／または角度位置を 可変に構成することも考えられ、かくして、この限りにおいて正確な調節可能性 も得られる。変更は、特定の迷光状態を補償できるよう、電動駆動装置を介して 連続的に行い得れば好ましい。 更に、絞込まれたスペクトル範囲および／または反射されたスペクトル範囲の 各光路に、基本的に、迷光減少手段を設置することも考えられ、かくして、迷光 起因の妨害因子が十分に回避される。 本発明に係る装置の正確な調整に関して、光束をス ペクトル分解する手段およびスペクトル範囲を絞込み、場合によっては更に、絞 りを通過しないスペクトル範囲の少なくとも一部分を反射する手段の相対位置お よび／または角度位置を相亙に変更できれば有利である。この限りにおいて、被 検知スペクトル範囲を規定するため、正確な調整を行うことができる。更に、ス ペクトル範囲を絞込み、場合によっては更に、絞りを通過しないスペクトル範囲 の少なくとも一部分を反射する様々の各手段の相対または相互位置および／また は相対または相互角度位置を相互に変更することもできる。従って、この限りに おいて、各種の“絞込段階”の正確な調節が可能である。更に、スペクトル範囲 を絞込み、場合によっては更に絞りを通過しないスペクトル範囲の少なくとも一 部分を反射する手段の相互位置および／または角度位置に関して検知器の相対位 置を変更できる。更に、この限りにおいて、絞込まれるスペクトル範囲および反 射されるスペクトル範囲を反復して制御または規定でき、この場合、位置および ／または角度位置の上述のすべての変更は、好ましくは、電動駆動装置を介して 行うことができる。 更に、本発明に係る上述の装置を共焦点蛍光顕微鏡の光路に使用できるという ことは特に明らかである。この場合、上記装置は、蛍光顕微鏡での反射光束また は蛍光光束を受光するべく、本来の蛍光顕微鏡に後置 する。 さて、本発明の教示を有利な態様で構成でき、更に展開できる。これに関して は、一方では、請求の範囲第１項に続く請求の範囲を挙げ、他方では、図面を参 照した本発明の３つの実施例の以下の説明を挙げる。図面を参照して好適な実施 例の説明に関連して、一般的に本発明の教示の好適な実施の形態及び展開が説明 される。 ［図面の簡単な説明］ 第１図は、本発明に係る装置を有する共焦点蛍光顕微鏡の図式的構成図であり 、 第２図は、光束の波長および強度をプロットした座標に２つの色素のスペクト ルのグラフであり、 第３図は、光束の２つのスペクトル範囲を選択、検知する本発明に係る装置の 第１実施例の図式的構成図であり、 第４図は、光束の２つのスペクトル範囲を選択、検知する本発明に係る装置の 第２実施例の図式的構成図であり、 第５図は、調節可能な選択装置を有する本発明に係る装置の第３実施例の図式 的構成図である。 ［発明を実施するための最良の形態］ 第１図に、レーザ２によって光束３を形成する共焦 点蛍光顕微鏡１の基本的構造の図式的構成図を示した。光束３は、方向変更ミラ ー４、励起フィルタ５、レンズ６および絞り７を介して分光器８に供給される。 光束３は、分光器８によって約９０°だけ方向変更され、別のレンズ９、旋回自 在の走査ミラー１０、アイピース１１および対物レンズ１２を経て顕微鏡被検物 体１３に達する。物体１３に入射した光束３の少なくとも一部分は、物体によっ て反射される。反射された光束１４は、対物レンズ１２、アイピース１１、走査 ミラー１０およびレンズ９を経て分光器８にもどる。反射された光束１４は、次 いで、分光器を真っすぐに通過し、絞り１５を介して、光束１４を光学的に処理 する本発明に係る装置に達する。 第２図に、座標系において２つの色素のスペクトルを示した。横軸に光の波長 （単位：ナノメータ（ｎｍ））をプロットし、縦軸に光の相対強度をプロットし た。 レーザ２が、例えば、アルゴン・クリプトン・混合ガスレーザである場合、上 記レーザによって、特に、４８８ｎｍのアルゴン線および５６８ｎｍのクリプト ン線１８が放射される。物体１３の別の構成部分を色素ＦＩＴＣ（フルオレセイ ンイソチオシアネート）および色素リサミン・ロダミンで染色した場合、ＦＩＴ Ｃ色素はアルゴン線１７によって励起され、リサミン・ロダミン色素はクリプト ン線１８によって励起され る。上記励起によって、ＦＩＴＣ色素に関して、ほぼ４９５ｎｍの範囲に吸収１ ９が現れ、５２８ｎｍの範囲に放射２０が現れる。リサミン・ロダミン色素の場 合、ほぼ５７４ｎｍの範囲に吸収２１が現れ、ほぼ６０２ｎｍの範囲に放射２２ が現れる。 物体１３の多様に染色された構成部分を検鏡で識別する場合、ＦＩＴＣ色素お よびリサミン・ロダミン色素の各放射２０、２２を検知する必要がある。かくて 各放射のＦＩＴＣスペクトル範囲２３及びリサミン・ロダミンスペクトル範囲２ ４を検知する必要がある。これは、第１図に示した蛍光顕微鏡１の場合、各種の スペクトル範囲を選択、検知する本発明に係る装置１６によって行う。 さて、第３図に、選択装置２５および検知装置２６を有し、光束１４の２つの スペクトル範囲を検知する本発明に係る装置１６の第１実施例を示す。 本発明に係る方式にもとづき、選択装置２５は、光束１４のスペクトル分解手 段２７と、一方では第１スペクトル範囲２９を絞込み、他方では絞りを通過しな いスペクトル範囲の少なくとも一部分３０を反射する手段２８とを有し、検知装 置２６は、絞込まれた第１スペクトル範囲２９の光路に設置された第１検知器３ １と、反射されたスペクトル範囲の光路に設置された第２検知器３２とを有する 。 更に、第３図から明らかな如く、選択装置２５は、反射されたスペクトル範囲 ３０の光路に設置され第２スペクトル範囲３４を絞込む手段３３を含み、第２検 知器３２は、絞込まれた第２スペクトル範囲３４の光路に設置されている。 第４図に示した本発明に係る装置１６の第２実施例の場合、選択装置２５は、 反射されたスペクトル範囲３０の光路に設置され、一方では第２スペクトル範囲 ３４を絞込み、他方では絞りを通過しないスペクトル範囲の少なくとも一部分３ ５を更に反射する手段３３を有する。第２検知器３２は、絞込まれた第２スペク トル範囲３４の光路に設置され、第３検知器３６は、更に反射されたスペクトル 範囲３５の光路に設置してある。 第４図に示した本発明に係る装置１６の実施例の選択装置２５は、更に、更に 反射されたスペクトル範囲の光路に設置され第３スペクトル範囲３９を絞込む手 段３８を含み、この場合、第３検知器３６は、絞込まれた第３スペクトル範囲３ ９の光路に設置されている。従って、図示の実施例によって、合計３つのスペク トル範囲２９、３４、３９を選択、検知する。概説的説明部分の記述に対応して 、複数のスペクトル範囲の絞込・反射手段および検知器をカスケード化でき、従 って、３よりも多数のスペクトル範囲を容易に同時に選 択、検知できる。 第３、４、５図に示した実施例の場合、光束１４をスペクトル分解する手段２ ７は、プリズムとして構成され、第５図に示した第３実施例の場合、プリズムは 、入射光束１４および紙面に直角に延びる軸線３７のまわりに第５図の矢印４０ にもとづき旋回できる。手段２８、３３、３８は、それぞれ、スリット形絞りと して構成され、この場合、絞りを通過しないスペクトル範囲の少なくとも一部分 を反射するため、入射光に向く表面には、それぞれ、全反射被覆層４１が設けて ある。 第５図に示した第３実施例にもとづき、スリット形絞りのスリット４２の位置 および寸法は、矢印４３、４４に示した如く、変更でき、かくして、規定のまた は調節可能なスペクトル範囲を絞込むことができる。反射被覆層４１を備えた面 の位置および角度位置を変更でき、かくして、反射されたスペクトル範囲に影響 を与える（を調節する）ことができる。 吸光範囲または光トラップの機能および迷光の回避または減少に関しては、反 復を回避するため、概説的説明部分を参照されたい。 第５図に示した実施例に関して、光束１４のスペクトル分解手段２７および第 １スペクトル範囲２９を絞込むまたは絞りを通過しないスペクトル範囲の少なく とも一部分３０を反射する手段２８の相対角度位置および位置を相互に変更でき るということを補足する。これは、単に矢印４５で示してある。矢印４６で示し た如く、スペクトル範囲２９ないし３４を絞込む手段２８、３３についても同様 である。更に、第５図に示してない検知器も、手段２８、３３の角度位置および 位置に関して相対的に変更できる。 更に、第３、４、５図を参照して説明した本発明に係る装置は、第１図に模式 的に示した蛍光顕微鏡１の光路に使用または設置できることを強調する。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．選択装置（２５）および検知装置（２６）を有し光束（１４）の少なくとも ２つのスペクトル範囲を選択、検知する装置において、 選択装置（２５）が、光束（１４）のスペクトル分解手段（２７）と、一方で は第１スペクトル範囲（２９）を絞込み、他方では絞りを通過しないスペクトル 範囲の少なくとも一部分（３０）を反射する手段（２９）とを含み、 検知装置（２６）が、絞込まれた第１スペクトル範囲（２９）の光路に設置さ れた第１検知器（３１）と、反射されたスペクトル範囲（３０）の光路に設置さ れた第２検知器（３２）とを含むことを特徴とする装置。 ２．選択装置（２５）が、反射されたスペクトル範囲（３０）の光路に設置され 第２スペクトル範囲（３４）を絞込む手段（３３）を含み、第２検知器（３２） が、絞込まれた第２スペクトル範囲（３４）の光路に設置されていることを特徴 とする請求の範囲第１項記載の装置。 ３．選択装置（２５）が、反射されたスペクトル範囲（３０）の光路に設置され 、一方では第２スペクトル範囲（３４）を絞込み、他方ではここで絞りを通過し ないスペクトル範囲の少なくとも一部分（３５）を更 に反射する手段（３３）を含み、 第２検知器（３２）が、絞込まれた第２スペクトル範囲（３４）の光路に設置 され、第３検知器（３６）が、更に反射されるスペクトル範囲（３５）の光路に 設置されていることを特徴とする請求の範囲第１項記載の装置。 ４．選択装置（２５）が、更に反射されるスペクトル範囲（３５）の光路に設置 され第３スペクトル範囲（３９）を絞込む手段（３８）を含み、第３検知器（３ ６）が、絞込まれた第３スペクトル範囲（３９）の光路に設置されていることを 特徴とする請求の範囲第３項記載の装置。 ５．スペクトル範囲（２９、３４、３９）の複数の絞込・反射手段（２８、３３ 、３８）および検知器（３１、３２、３６）が、相互にカスケード状態に配置さ れ、かくして、絞込まれた各スペクトル範囲（２９、３４、３９）が検知され、 その都度反射された各スペクトル範囲（３０、３５）が、場合によっては、反復 して絞込まれ、同じく検知されることを特徴とする請求の範囲第１〜４項の１つ に記載の装置。 ６．絞込に使用され、場合によっては更に、反射に役立つ手段（２８、３３、３ ８）および関連の各検知器（３１、３２、３６）が、一体の構造グループとして 構成されていることを特徴とする請求の範囲第１〜５ 項の１つに記載の装置。 ７．光束（１４）をスペクトル分解する手段（２７）が、プリズム、光学格子ま たはホログラムとして構成されていることを特徴とする請求の範囲第１〜６項の １つに記載の装置。 ８．プリズム、格子またはホログラムが、入射光束（１４）に対して好ましくは 直角に延びる軸のまわりに旋回可能に配されることを特徴とする請求の範囲第７ 項記載の装置。 ９．スペクトル範囲（２９、３４、３９）を絞込む手段（２８、３３、３８）が 、絞り（好ましくは、スリット形絞り）として構成されていることを特徴とする 請求の範囲第１〜８項の１つに記載の装置。 １０．一方ではスペクトル範囲（２９、３４、３９）を絞込み、他方では絞りを 通過しないスペクトル範囲の少なくとも部分（３０、３５）を反射する手段（２ ８、３３、３８）が、入射光に向く表面に好ましくは全反射を行う被覆層（４１ ）を有することを特徴とする請求の範囲第１〜８項の１つに記載の装置。 １１．スリット形絞りのスリット（４２）の位置および／または寸法を変更でき ることを特徴とする請求の範囲第９項または第１０項記載の装置。 １２．１つまたは複数の反射面の位置および／または角度位置を変更可能とした ことを特徴とする請求の範 囲第１０項記載の装置。 １３．変更は、好ましくは電動駆動装置を介して、連続的に行うことを特徴とす る請求の範囲第１１項または第１２項記載の装置。 １４．スペクトル範囲（２９、３４、３９）を絞込み、場合によっては更に、絞 りを通過しないスペクトル範囲の少なくとも一部分（３０、３５）を反射する手 段（２８、３３、３８）が、スペクトル線を絞込む別の手段（特に、光トラップ ）を有することを特徴とする請求の範囲第１〜１３項の１つに記載の装置。 １５．スペクトル線を絞込む手段が、非反射範囲または吸光範囲として且つまた 絞込を行い、場合によっては更に、反射を行う手段の一体の構成部分として構成 されていることを特徴とする請求の範囲第１４項記載の装置。 １６．非反射範囲の位置および／または角度位置を変更可能としたことを特徴と する請求の範囲第１５項記載の装置。 １７．変更は、好ましくは電動駆動装置を介して、連続的に行うことを特徴とす る請求の範囲第１６項記載の装置。 １８．絞込まれたおよび／または反射されたスペクトル範囲（２９、３４、３９ ）の各光路には、迷光を減少する手段が設けてあることを特徴とする請求の範囲 第１〜１７項の１つに記載の装置。 １９．光束（１４）をスペクトル分解する手段（２７）およびスペクトル範囲（ ２９、３４、３９）を絞込み、場合によっては更に、絞りを通過しないスペクト ル範囲の少なくとも一部分（３０、３５）を反射する手段の相対角度位置および ／または位置を相互に変更可能としたことを特徴とする請求の範囲第１〜１８項 の１つに記載の装置。 ２０．スペクトル範囲（２９、３４、３９）を絞込み、場合によっては更に、絞 込まれてないスペクトル範囲の少なくとも一部分（３０、３５）を反射する各手 段（２８、３３、３８）の相対角度位置および／または位置を相互に変更可能と したことを特徴とする請求の範囲第１〜１９の１つに記載の装置。 ２１．スペクトル範囲（２９、３４、３９）を絞込み、場合によっては更に、絞 りを通過しないスペクトル範囲の少なくとも部分（３０、３５）を反射する手段 （２８、３３、３８）の角度位置および／または位置に対する検知器（３１、３ ２、３６）の相対位置を相互に変更可能としたことを特徴とする請求の範囲第１ 〜２０項の１つに記載の装置。 ２２．変更は、好ましくは電動駆動装置を介して、連続的に行うことを特徴とす る請求の範囲第１９〜２１項の１つに記載の装置。 ２３．共焦点蛍光顕微鏡（１）の光路に使用することを特徴とする請求の範囲第 １〜２２の１つに記載の装置。