JPH11258512A - 蛍光顕微鏡 - Google Patents

蛍光顕微鏡

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JPH11258512A
JPH11258512A JP10078555A JP7855598A JPH11258512A JP H11258512 A JPH11258512 A JP H11258512A JP 10078555 A JP10078555 A JP 10078555A JP 7855598 A JP7855598 A JP 7855598A JP H11258512 A JPH11258512 A JP H11258512A
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JP
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sample
excitation light
light
intensity
detector
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JP10078555A
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Tatsu Nakamura
竜 中村
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Nikon Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 励起光の正確な計測が可能な蛍光顕微鏡を提
供すること。 【解決手段】 レーザ光源11からの励起光ELは、制
御装置30によって所望の強度に調節されてピント面1
8上に投影される。ピント面18上に投影された励起光
ELは、走査光学系14によってサンプルSP上で走査
される。試料本体17から発生した蛍光は、対物レンズ
15を逆行し、検出器23にて検出される。制御装置3
0は、検出器23の検出信号と走査光学系14の制御信
号とに基づいて、試料本体17のピント面18における
蛍光画像を作成する。励起光ELのうち顕微鏡ステージ
20上の観察位置を透過した通過光PLは、コンデンサ
レンズ24によって集光され、検出器26によって検出
される。検出器26の検出出力は、制御装置30に入力
されて、顕微鏡ステージ20上の観察位置に照射される
励起光ELの強度を調節するためモニタ信号として利用
されたり、サンプルSPの透過画像の作成に利用され
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、励起光を照射した
試料の蛍光像を検出する蛍光顕微鏡に関する。
【0002】
【従来の技術】蛍光顕微鏡では、例えば観察下の細胞内
で起こる変化を経時的に変化する現象の画像として解析
する所謂顕微鏡画像解析実験が行われる。このような顕
微鏡画像解析実験おいては、複数回の実験を繰返して行
うことことが一般的である。その際、蛍光顕微鏡側で種
々の条件を予め設定して、このような条件設定の下で実
験に再現性を持たせることが重要になる。
【0003】例えば光走査型顕微鏡を用いて生きている
細胞試料を蛍光観察の対象とする場合、観察のために照
射する走査光(励起光)によって、試料を蛍光可視化す
るための蛍光色素の光退色のみならず、細胞試料自身に
対する光障害が現実的な問題となってしまう。つまり、
光走査型顕微鏡を用いた顕微鏡画像解析実験において、
試料に照射する励起光の光量等の条件設定を適切に行う
ことが、再現性のある結果を得るための必須の前提とな
る。
【0004】従来は、このような励起光の条件設定が、
光源から対物レンズまでの間の所謂中間光学系に光セン
サ等の光量モニタを導入し、この光量モニタの出力に基
づいて励起光の光量を調整することによって行われてい
た。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記のような
構成での光量モニタ及び光量の調整では、以下のような
間題がある。
【0006】(1)励起光の光量モニタとして受光面が
大きなものを用いることは、光学系を含む装置自体の大
型化につながってしまうので、小さな受光面を持つもの
(SPD等)を使用することが望ましい。しかし、受光
面の小さな光量モニタを用いた場合、例えば光源から対
物レンズに至る中間光学系の各光学素子の微妙な位置ズ
レや変更、或いは光学素子自身の劣化等の影響が大きく
なり、必ずしも高い精度で光量をモニタすることができ
なかった。
【0007】(2)光源から複数の波長の励起光が出射
する場合、検出感度のダイナミックレンジの限界から、
必ずしも同一の検出器ですべての励起光を検出可能とは
限らない。上記のような小型化の要求から複数の検出器
を切換可能に構成することも難しかった。
【0008】(3)光源から試料にかけての所謂光源側
の分割光を利用して励起光の光量をモニタするために、
試料に照射される励起光のロスが否めなかった。
【0009】(4)光源側の分割光を利用する際に、こ
の分割光が対物レンズに入射する励起光と干渉してしま
う危険性がある。これは直接顕微鏡画像に影響するの
で、干渉回避のための調整に難を要した。
【0010】(5)対物レンズまでの間で励起光を分割
してその強度を測定することから、対物レンズ下すなわ
ち試料面上での励起光の絶対強度を見積もることが難し
かった。
【0011】そこで、本発明は、励起光のロスが少な
く、調整が容易で、試料面上での絶対強度を見積もるこ
とが容易な蛍光顕微鏡を提供することを目的とする。
【0012】また、本発明は、励起光の光量モニタの受
光面が小さな場合であっても、励起光の正確な計測が可
能な蛍光顕微鏡を提供することを目的とする。
【0013】また、本発明は、光源から複数の波長の励
起光が出射する場合であっても、励起光の正確な計測が
可能な蛍光顕微鏡を提供することを目的とする。
【0014】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明の蛍光顕微鏡は、励起光を発生する光源と、
前記光源からの前記励起光を対物レンズを介して観察位
置に配置した試料に照射する照明光学系と、前記励起光
の照射により前記試料から発する蛍光を取得して試料像
を得る観察系と、前記試料を前記観察位置から退避させ
た状態で当該観察位置を通過した励起光の強度を検出す
る強度検出装置とを備えることを特徴とする。
【0015】また、好ましい態様では、前記強度検出装
置の検出信号に基づいて前記光源から発生させる励起光
の強度を調整する調整装置をさらに備えることを特徴と
する。
【0016】また、好ましい態様では、前記試料を透過
した励起光の一部分を分割する分割装置と、当該分割装
置によって分割された前記励起光の一部分を検出して前
記試料の透過像を得る透過像検出装置とをさらに備える
ことを特徴とする。
【0017】
【発明の実施の形態】以下、本発明に係る蛍光顕微鏡の
一実施形態である光走査型顕微鏡を図面を参照しつつ説
明する。
【0018】図1は、光走査型顕微鏡の概略構成図であ
る。この光走査型顕微鏡は、励起光EL含む所定波長の
光を発生するレーザ光源11と、特定波長の励起光EL
を選択する波長選択フィルタ12と、サンプルSPに照
射する励起光ELとサンプルSPから発生する蛍光とを
分離するためのビームスプリッタ13と、励起光ELを
サンプルSP位置でX−Y方向に走査するための走査光
学系14と、励起光ELをサンプルSP位置に集光する
対物レンズ15と、サンプルSPを支持して3次元に移
動可能な顕微鏡ステージ20と、サンプルSPから発生
して対物レンズ15及び走査光学系14を逆行してビー
ムスプリッタ13を透過した蛍光を集光する集光レンズ
21と、共焦点効果を発生するピンホール22と、ピン
ホール22を通過した蛍光のみを検出する検出器23と
を備える。
【0019】また、この光走査型顕微鏡は、サンプルS
Pに照射される励起光ELの強度を検出するための強度
検出装置として、サンプルSPが配置される顕微鏡ステ
ージ20上の観察位置を挟んで対物レンズ15の反対側
に配置されるコンデンサレンズ24と、観察位置を通過
してコンデンサレンズ24によって集められた励起光E
Lを光電変換して検出する検出器26とを備える。ここ
で、検出器26の受光面は、コンデンサレンズ24に関
しサンプルSP中のピント面18と光学的に共役な位置
に配置されている。
【0020】なお、サンプルSPは、例えば蛍光色素で
染色されている試料本体17と、試料本体17を支持す
るスライドグラス19と、試料本体17上に載置される
カバーグラス16とから構成されている。
【0021】制御装置30は、走査光学系14を駆動し
つつ検出器23の検出信号を読み取って試料本体17の
ピント面18における蛍光画像を構成する。また、制御
装置30は、検出器26の検出出力に基づいてレーザ光
源11の出力を制御し、サンプルSPが配置される顕微
鏡ステージ20上の観察位置に照射される励起光ELの
強度を予め設定された強度に調節する。なお、レーザ光
源11自体の出力を制御する代わりに、レーザ光源11
と波長選択フィルタ12との間等に調光フィルタを介在
させて励起光ELの強度を調節することもできる。励起
光の強度は、操作者が予め制御装置に対して任意の値に
設定することができる。
【0022】以下、図1の装置の動作について説明す
る。レーザ光源11からの励起光ELは、制御装置30
によって所望の強度に調節されてピント面18上に集光
される。ピント面18上に集光された励起光ELは、走
査光学系14によってサンプルSP上をX−Y方向に2
次元的に走査される。試料本体17から発生した蛍光
は、対物レンズ15、走査光学系14及びビームスプリ
ッタ13を逆行し、集光レンズ21によって集光され、
ピンホール22を通過して検出器23にて検出される。
制御装置30は、検出器23の検出信号と走査光学系1
4の制御信号とに基づいて、試料本体17のピント面1
8における蛍光画像を作成する。なお、ここまでの光路
で励起光ELの強度を検出する検出器26はどこにも配
置されていない。すなわち、検出器26は、レーザ光源
11や、波長選択フィルタ12、ビームスプリッタ1
3、走査光学系14及び対物レンズ15からなる照明光
学系と一切干渉しない。また、検出器26は、対物レン
ズ15、走査光学系14、ビームスプリッタ13、集光
レンズ21、ピンホール22及び検出器23からなる検
出系とも一切干渉しない。
【0023】一方、励起光ELのうち顕微鏡ステージ2
0上の観察位置を透過した通過光PLは、コンデンサレ
ンズ24によって集光され、検出器26によって検出さ
れる。検出器26の検出出力は、制御装置30に入力さ
れて、顕微鏡ステージ20上の観察位置に照射される励
起光ELの強度を調節するためモニタ信号として利用さ
れたり、サンプルSPの透過画像の作成に利用される。
【0024】以下、図2を参照して、サンプルSPに照
射する励起光ELの強度を制御する方法を説明する。
【0025】まず、図2(a)を参照して、サンプルS
Pに照射する励起光ELの強度を一定値に制御する方法
を説明する。図示のように、顕微鏡ステージ20上にサ
ンプルSPを載せない状態で通過光PLを検出器26に
入射させてその出力を測定する。この時の測定値をAと
して制御装置30内に設けた記憶装置に保存する。波長
選択フィルタ12から対物レンズ15にかけてのいずれ
かの光学素子を変更・交換した場合には、この測定値A
を基準として、サンプルSPを観測位置から退避させた
状態で検出器26の出力が再度測定値Aを示すようにレ
ーザ光源11の出力を再調整する。これにより、サンプ
ルSPに照射する励起光ELの強度を常に一定に保つこ
とができる。
【0026】次に、図2(b)及び(c)を参照して、
試料本体17のピント面18での励起光ELの強度を見
積もる方法を説明する。予め、図1に示すようにサンプ
ルSPを顕微鏡ステージ20に載せた状態で顕微鏡ステ
ージ20を移動させてピント面18を試料17内に設定
しておく。次に、図2(b)に示すように、顕微鏡ステ
ージ20やサンプルSP自体を水平方向に移動させてス
ライドグラス19のみでカバーグラス16及び試料本体
17が存在しない部位において通過光PLの強度を検出
器で測定する。この際の測定値をBとし制御装置30内
の記憶装置に保存する。さらに、図2(c)に示すよう
に、顕微鏡ステージ20等を再度水平方向に移動させて
カバーグラス16及びスライドグラス19のみで試料本
体17が存在しない部位において通過光PLの強度を検
出器26で測定する。この際の測定値をCとし制御装置
30内の記憶装置に保存する。
【0027】以上のようにして得られた測定値Aと測定
値Bから、スライドグラス19による励起光の減衰率
(A−B)/Aが得られる。また、測定値Bと測定値C
から、カバーグラス16による励起光の減衰率(B−
C)/Bが得られる。したがって、試料本体17のピン
ト面18における励起光ELの強度の絶対値は、コンデ
ンサレンズの減衰率をαとし、試料本体17による減光
を無視して、A・(B−C)/B・(1−α)と推測さ
れる。なお、試料本体17は何らかの溶媒に封入されて
いる場合が多いので、ピント面18までの励起光ELの
減衰は必ずしも一様であるとは限らない。したがって、
試料本体17表面からピント面18までの距離を考慮し
てピント面18における励起光ELの強度の絶対値を推
定することもできる。
【0028】なお、カバーグラス16は単体で扱うより
も、試料本体17及びスライドグラス19を一体として
サンプルSPの形で取り扱った方が一般に取り扱いが楽
であるが、カバーグラス16単体で扱えるような場合も
ある。このような場合は、図2(a)のような状態で検
出器26の出力を測定してその測定値Aをピント面18
における励起光ELの強度の絶対値としても良い。
【0029】また、以上では、空気を介して所謂サンプ
ルSPを観察する通常の対物レンズ15を用いる場合に
ついて説明したが、オイルや水といった液浸系の対物レ
ンズを用いる場合も上記同様と同様の方法で励起光EL
の絶対値を見積もることができる。
【0030】以上の説明から明らかなように、上記実施
形態の光走査型顕微鏡では、サンプルSPを照明する励
起光ELの損失が少ない。また、上記実施形態によれ
ば、励起光ELの強度を簡易に制御することができ、試
料に照射されている励起光ELの絶対強度を見積もるこ
とも可能である。また、上記実施形態によれば、励起光
ELの監視用の検出器26の受光面の大小に拘わらず、
励起光の正確な計測が可能である。また、レーザ光源1
1から複数の波長の励起光ELが出射する場合であって
も、励起光ELの帯域に応じて検出器26を選択し或い
は交換することが容易であるので、励起光ELの正確な
計測が可能になる。
【0031】以上、実施形態に即してこの発明を説明し
たが、この発明は上記実施形態に限定されるものではな
い。例えば、試料本体17が蛍光色素で染色されている
場合、試料本体17から出射して下方のコンデンサレン
ズ24で集められる通過光PLの中には、サンプルSP
を透過する励起光のほかに試料本体17から発生した蛍
光が含まれる。このような蛍光を遮断して透過励起光の
みを観察したい場合には、図3に示されるように、コン
デンサレンズ24と検出器26との間に適当な波長選択
フィルタ12を挿入してこれを通過した透過励起光のみ
を検出器26によって検出する。前述した試料本体17
における強度を見積もる際には、この波長選択フィルタ
12を挿入することによる光量のロスを事前に測定して
おけば良い。
【0032】また、観察位置を通過した通過光PLを検
出するためのコンデンサレンズ24や検出器26の配置
構成は、目的や用途に応じて適宜変更することができ
る。例えば、図4に示すように、サンプルSPの下方側
にサンプルSPから発生した蛍光を画像化するための検
出器28を配置することもできる。この場合、同図に示
すように、光分割用のハーフミラー27によって波長選
択フィルタ12を通過した通過光PLを分割して、一方
の反射光を励起光ELの強度監視用の検出器26に導
き、他方の透過光を上述のような蛍光検出用の検出器2
8に導くこともできる。また、図1おいてコンデンサレ
ンズ24を取り除き、検出器26をステージ20の直下
に配置することも可能である。この場合、コンデンサレ
ンズ24による励起光の減衰を考慮する必要がなくな
る。
【0033】なお、図4の場合において、ハーフミラー
27に代えて波長選択用のダイクロイックミラーを用い
れば、効果的な光検出が可能になる。また、以上の場合
において、ハーフミラー27の透過率もしくは反射率を
事前に計測しておけば、レーザ光源11からの励起光E
Lをキャリブレートすることが可能になる。
【0034】また、上記実施形態では、光走査型顕微鏡
について説明したが、走査を行わないでサンプル上の観
察領域を一度に照明するタイプの蛍光顕微鏡であって
も、上記光走査型顕微鏡の場合と同様に、サンプルに照
射される励起光の強度をある程度の精度で見積もって制
御することができる。
【0035】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
の蛍光顕微鏡によれば、前記試料を観察位置から退避さ
せた状態で当該観察位置を通過した励起光の強度を検出
する強度検出装置を備えるので、前記試料に照射される
励起光の絶対強度を簡易に見積もることができ、励起光
の簡易で正確で効率的な計測が可能になる。
【0036】また、好ましい態様によれば、前記強度検
出装置の検出信号に基づいて前記光源から発生させる励
起光の強度を調整する調整装置をさらに備えるので、前
記試料に照射される励起光の強度を所望の値に適宜調節
することができる。
【0037】また、好ましい態様によれば、前記試料を
透過した励起光の一部分を分割する分割装置と、当該分
割装置によって分割された前記励起光の一部分を検出し
て前記試料の透過像を得る透過像検出装置とをさらに備
えるので、前記試料に照射される励起光の強度を調節し
つつ励起光による試料の透過像を観察することができる
ようになる。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施形態の光走査型顕微鏡の構成を説明する図
である。
【図2】図1の光走査型顕微鏡における励起光の光量調
節を説明する図である。
【図3】図1の光走査型顕微鏡の変形例を説明する図で
ある。
【図4】図1の光走査型顕微鏡の変形例を説明する図で
ある。
【符号の説明】
11 レーザ光源 12 波長選択フィルタ 13 ビームスプリッタ 14 走査光学系 15 対物レンズ 17 試料本体 18 ピント面 19 スライドグラス 20 顕微鏡ステージ 21 集光レンズ 22 ピンホール 23 検出器 24 コンデンサレンズ 26 検出器 27 ハーフミラー 30 制御装置 SP サンプル EL 励起光

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 励起光を発生する光源と、 前記光源からの前記励起光を対物レンズを介して観察位
    置に配置した試料に照射する照明光学系と、 前記励起光の照射により前記試料から発する蛍光を取得
    して試料像を得る観察系と、 前記試料を前記観察位置から退避させた状態で当該観察
    位置を通過した励起光の強度を検出する強度検出装置
    と、を備えることを特徴とする蛍光顕微鏡。
  2. 【請求項2】 前記強度検出装置の検出信号に基づいて
    前記光源から発生させる励起光の強度を調整する調整装
    置をさらに備えることを特徴とする請求項1記載の蛍光
    顕微鏡。
  3. 【請求項3】 前記試料を透過した励起光の一部分を分
    割する分割装置と、当該分割装置によって分割された前
    記励起光の一部分を検出して前記試料の透過像を得る透
    過像検出装置とをさらに備えることを特徴とする請求項
    1記載の蛍光顕微鏡。
JP10078555A 1998-03-12 1998-03-12 蛍光顕微鏡 Withdrawn JPH11258512A (ja)

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