TW201303355A - 共焦掃描器單元及共焦顯微鏡 - Google Patents

Abstract

本發明之共焦掃描器單元包含：準直透鏡，其使自多模光纖出射之光予以準直；微透鏡陣列盤，其包含對準直光進行聚光之複數個微透鏡；及尼普科夫盤，其相對於微透鏡陣列盤而平行地配置，且在與複數個微透鏡之聚光點對應之位置上具有複數個針孔。於將準直透鏡之焦距設為f(mm)，將多模光纖之芯之半徑設為y1(mm)，將微透鏡陣列盤與尼普科夫盤之中心間距離設為D1(mm)，及將尼普科夫盤上之針孔間之中心間距離設為D2(mm)時，滿足下式(1)□

Description

共焦掃描器單元及共焦顯微鏡

本發明係關於一種使用有微透鏡陣列盤及尼普科夫盤(Nipkow disc)之多光束方式之共焦掃描器單元、以及包含上述共焦掃描器單元之共焦顯微鏡。

螢光顯微鏡係作為用以觀察生物體內之蛋白質或分子等之不可或缺之必要之工具而被使用於生命科學領域之研究中。尤其是共焦(螢光)顯微鏡對於具有厚度之生物體樣本可獲得一連串之斷層像，故而成為瞭解生物體功能所必要之工具。先前之共焦顯微鏡中，係使用雷射作為光源(共焦雷射顯微鏡)。

共焦顯微鏡中，必需對激發光之焦點進行掃描。共焦顯微鏡之掃描方式可大致分為檢流計鏡方式與尼普科夫(Nipkow)盤方式。檢流計鏡方式中，將光束聚光於試樣中之1點，對該光束進行光柵掃描(單光束掃描)。該方式中，為獲得1張共焦圖像(1000×1000像素)需要1秒左右之時間。另一方面，尼普科夫盤方式中，使用被稱為尼普科夫盤之形成有複數個針孔之圓板。並且，尼普科夫盤方式中，以面照射之方式將激發光照射至旋轉之尼普科夫盤，生成多數(例如，1000條)之光束。然後，利用所生成之多數之光束並行地掃描試樣(多光束掃描)。該方式中，例如可以1/2000秒而獲得1張共焦圖像(1000×1000像素)。

於尼普科夫盤方式之共焦顯微鏡中，若對尼普科夫盤直 接照射激發光，則可通過針孔之激發光之比例成為1%左右，無法獲得明亮的共焦圖像。為了解決該問題，已開發出一種將微透鏡陣列盤與尼普科夫盤組合使用之共焦掃描器單元。

圖1係表示先前之共焦顯微鏡之構成之模式圖。如圖1所示，先前之共焦顯微鏡10包含：雷射光源20、單模光纖30、先前之共焦掃描器單元40、第1成像透鏡50、物鏡60及CCD相機70。共焦掃描器單元40包含：準直透鏡41、鏡42、微透鏡陣列盤43、雙向色鏡44、尼普科夫盤45及第2成像透鏡46。

如圖1所示，先前之共焦顯微鏡10中，自雷射光源20出射之激發光於單模光纖30內傳播，且藉由準直透鏡41予以準直。經準直之激發光藉由微透鏡陣列盤43之微透鏡而聚光，並通過尼普科夫盤45之針孔。通過針孔後之激發光通過第1成像透鏡50及物鏡60而照射至試樣80之焦點面上。自試樣80發出之螢光再次通過尼普科夫盤45之針孔，由雙向色鏡44反射。反射後之螢光通過第2成像透鏡46，且藉由CCD相機70而檢測。

於如圖1所示之先前之共焦顯微鏡中，使用雷射作為光源，故而可選擇之激發光之波長受到限制。因此，先前之共焦顯微鏡存在以下問題：必需按照所使用之雷射之波長來選擇螢光探針。又，於先前之共焦顯微鏡中，使用雷射作為光源，故而亦存在以下問題：建立(setup)及維護時所需之時間、勞力及金錢之負擔非常大。為了解決該等問 題，提出使用白色光源(例如，水銀弧光燈或鹵素燈等)作為光源之方案(例如，參照非專利文獻1、2)。

例如，於非專利文獻1中，記載有包含雷射及白色光源(水銀弧光燈或鹵素燈)之兩者作為光源的共焦顯微鏡。非專利文獻1所記載之共焦顯微鏡中，於使用雷射作為光源之情形時，使用尼普科夫盤對試樣照射激發光(共焦觀察)。另一方面，於以水銀弧光燈或鹵素燈作為光源之情形時，為了避免螢光圖像變暗，不使用尼普科夫盤對試樣照射激發光(非共焦觀察)。因此，非專利文獻1所記載之共焦顯微鏡中，於使用白色光源之情形時，無法進行使用有尼普科夫盤之高速觀察。

於非專利文獻2中，記載有使用水銀弧光燈作為光源之共焦顯微鏡。圖2係表示非專利文獻2中記載之先前之共焦顯微鏡之構成的模式圖。如圖2所示，非專利文獻2中記載之共焦顯微鏡10'包含白色光源20'(水銀弧光燈)代替雷射光源20(參照圖1)。又，為了消除白色光之光強度之不均，共焦顯微鏡10'中包含多模光纖30'來代替單模光纖30(參照圖1)。進而，共焦顯微鏡10'為了僅檢測出特定波長之螢光而包含濾色輪90。非專利文獻2所記載之共焦顯微鏡中，於使用水銀弧光燈作為光源之情形時，亦使用尼普科夫盤對試樣照射激發光(共焦觀察)。

藉由使用非專利文獻2中記載之共焦顯微鏡，可以高速進行螢光觀察，而不會限制可使用之螢光探針之種類。然而，於非專利文獻2所記載之共焦顯微鏡中，激發效率會 變低，於高速觀察時有時無法獲得充分之信號(下述)。

先前技術文獻 非專利文獻

非專利文獻1：蛭川英男及另外3人，「支持已實現功能提高之共焦掃描器CSU-X1之新技術(New technologies for CSU-X1 confocal scanner unit)」，橫河科技報告(Yokogawa technical report)，VoL.52，Na.1，pp.13-18.

非專利文獻2：Saito K,et al.，「A mercury arc lamp-based multi-color confocal real time imaging system for cellular structure and function」,Cell Struct. Funct.,Vol.33,N0.1,pp.133-141.

如上所述，於尼普科夫盤方式之共焦掃描器單元中，當使用白色光源作為光源之情形時，存在以下問題：無法對試樣充分地照射光，於高速觀察時無法獲得充分之信號。

本發明之目的在於提供一種即便於使用白色光源作為光源之情形時，在高速觀察時亦可獲得充分之信號的尼普科夫盤方式之共焦掃描器單元、及包含上述共焦掃描器單元之共焦顯微鏡。

本發明者發現，藉由以使多模光纖之芯之半徑、準直透鏡之焦距、微透鏡陣列盤與尼普科夫盤之中心間距離、及尼普科夫盤上之針孔間之中心間距離滿足特定之條件之方 式而選擇準直透鏡，可解決上述課題，進而進行研討而完成本發明。

即，本發明係關於以下之共焦掃描器單元。

[1]一種共焦掃描器單元，其包含：準直透鏡，其使自多模光纖出射之光予以準直；微透鏡陣列盤，其包含對藉由上述準直透鏡而準直之光進行聚光之複數個微透鏡；及尼普科夫盤，其相對於上述微透鏡陣列盤而平行地配置，且在與上述複數個微透鏡之聚光點對應之位置上具有複數個針孔；上述準直透鏡係配置成使上述多模光纖之出射端之中心部與上述準直透鏡之中心部的距離成為上述準直透鏡之焦距f，於將上述準直透鏡之焦距設為f(mm)、將上述多模光纖之芯之半徑設為y₁(mm)、將上述微透鏡陣列盤與上述尼普科夫盤之中心間距離設為D1(mm)、且將上述尼普科夫盤上之上述針孔間之中心間距離設為D2(mm)時，滿足下式(1)

又，本發明係關於以下之共焦顯微鏡。

[2]一種共焦顯微鏡，其包含：如[1]之共焦掃描器單元；出射激發光之光源；及將上述激發光傳播至上述共焦掃描器單元之多模光纖。

[3]如[2]之共焦顯微鏡，其中上述光源為白色光源。

[4]如[3]之共焦顯微鏡，其中上述光源為LED光源、水 銀弧光燈、氙弧光燈或鹵素燈。

本發明之共焦掃描器單元即便於使用白色光源作為光源之情形時，在高速觀察時亦可獲得充分之信號。

以下，參照圖式對本發明之實施形態進行詳細地說明。於以下之說明中，對包含本發明之共焦掃描器單元之共焦顯微鏡進行說明。

圖3係表示本發明之一實施形態之共焦顯微鏡之構成的模式圖。如圖3所示，本實施形態之共焦顯微鏡100包含：光源110、多模光纖120、本發明之共焦掃描器單元130、第1成像透鏡140、物鏡150、濾色輪160及CCD相機170。

光源110將激發光出射至多模光纖120。光源110之種類並無特別限定，不僅可使用一直以來使用之雷射光源，亦可使用白色光源等。於白色光源之示例中，包含LED光源、水銀弧光燈、氙弧光燈、及鹵素燈。

多模光纖120將自光源110出射之激發光傳播至共焦掃描器單元130。本發明之共焦顯微鏡中，為了消除激發光之光強度之不均，使用多模光纖而非單模光纖(參照非專利文獻2)。

共焦掃描器單元130包含：準直透鏡131、微透鏡陣列盤132、雙向色鏡133、尼普科夫盤134及第2成像透鏡135。

準直透鏡131使自多模光纖120出射之激發光予以準直。準直透鏡131係配置成使多模光纖120之出射端之中心部與 準直透鏡之中心部的距離成為準直透鏡之焦距f(參照圖6)。

微透鏡陣列盤132係配置有複數個微透鏡之圓形狀之基板。複數個微透鏡以與尼普科夫盤134之針孔相同之圖案而配置。微透鏡陣列盤132及尼普科夫盤134係以相互平行之方式由連結滾筒連結，且可以旋轉軸為中心而一體地旋轉。

尼普科夫盤134係包含複數個針孔之圓形狀之遮光基板(針孔陣列盤)。尼普科夫盤134在與微透鏡陣列盤132之微透鏡之聚光點對應之位置上具有針孔。遮光基板之種類並無特別限定。例如，遮光基板係於其表面上形成有遮光膜之玻璃基板。針孔之配置方式並無特別限制，但自防止照度不均及掃描不均之觀點而言，較佳為等間距螺旋配置。於以等間距螺旋配置之方式來配置針孔之情形時，相互鄰接之針孔間之中心間距離成為相同距離(下述之「中心間距離D2」)。

雙向色鏡133係配置於微透鏡陣列盤132與尼普科夫盤134之間。雙向色鏡133使自微透鏡陣列盤132側入射之激發光通過尼普科夫盤134側。另一方面，雙向色鏡133使自尼普科夫盤134側入射之螢光反射至第2成像透鏡135側。

第2成像透鏡135使經雙向色鏡133反射後之螢光成像於CCD相機170中。

第1成像透鏡140及物鏡150構成無限修正光學系統。第1成像透鏡140及物鏡150使通過尼普科夫盤134之針孔後的 激發光聚光於試樣180之焦點面上。又，第1成像透鏡140及物鏡150使自試樣180發出之螢光聚光於尼普科夫盤134之針孔內。

濾色輪160包含各種濾光片，僅使來自試樣180之螢光中的特定波長之螢光通過。

CCD相機170檢測通過濾色輪160之濾光片後之螢光。

其次，參照圖3，對共焦顯微鏡100之動作進行說明。

自光源110出射之激發光於多模光纖120內傳播，且自多模光纖120之出射端出射。於共焦掃描器單元130內，激發光藉由準直透鏡131予以準直，並照射至微透鏡陣列盤132。激發光藉由微透鏡陣列盤132之各微透鏡之作用而在尼普科夫盤134之對應之針孔中聚焦。通過針孔後之激發光通過第1成像透鏡140及物鏡150而於試樣180之焦點面上聚焦。

接受了激發光之試樣180發出螢光。自試樣180發出之螢光通過第1成像透鏡140及物鏡150後返回至共焦掃描器單元130內。螢光再次通過尼普科夫盤134之針孔，由雙向色鏡133反射。反射後之螢光通過第2成像透鏡135及濾色輪160，藉由CCD相機170而檢測。

此處，若使微透鏡陣列盤132及尼普科夫盤134旋轉，則通過針孔之複數之光束(激發光)並行地掃描試樣180之焦點面(多光束掃描器)。又，自試樣180發出之螢光通過相同針孔之後，掃描CCD相機170之攝像面。藉此，試樣180之焦點面之螢光藉由CCD相機170而檢測。焦點面以外之光幾 乎無法通過針孔，故而無法到達CCD相機170。因此，CCD相機170可拍攝僅包含試樣180之焦點面之螢光的共焦圖像。

本發明之共焦掃描器單元130之特徵在於：於將準直透鏡131之焦距設為f(mm)，將多模光纖120之芯之半徑設為y₁(mm)，將微透鏡陣列盤132與尼普科夫盤134之中心間距離設為D1(mm)，且將尼普科夫盤134上之針孔間之中心間距離設為D2(mm)時，滿足下式(1)

於上式(1)中，左邊之「y₁(mm)/f(mm)」係指藉由準直透鏡131予以準直之激發光之擴散角θ₁(rad)。如圖4A所示，於準直透鏡131之焦點面上設置有半徑為y₁(mm)之光源之情形時，擴散角θ₁成為y₁/f(rad)。

另一方面，於上式(1)中，右邊之「D2(mm)/D1(mm)」係指圖4B所示之角度θ₂(rad)。如圖4B所示，角度θ₂(rad)係微透鏡之中心與和對應之針孔鄰接之針孔之中心連成之線相對於微透鏡之中心與對應之針孔之中心連成之線(光軸)的角度。

因此，上式(1)與下式(2)為相同含意。如上所述，θ₁為經準直之激發光之擴散角θ₁(rad)。又，θ₂係用以使通過微透鏡後之激發光通過與對應之針孔鄰接之針孔的角度。

圖5係表示圖2所示之先前之共焦顯微鏡10'之光學系統之構成的模式圖。如圖5所示，於使用多模光纖30'將激發光導入至先前之共焦掃描器單元40之情形時，當自多模光纖30'之芯之端部(外周附近)出射之光A通過準直透鏡41之後，相對於光軸傾斜地前進，故而無法通過尼普科夫盤45之針孔。即，自芯之端部出射之光A無法用作激發光。其原因在於，先前之共焦掃描器單元40之光學系統係為了用於理想的點光源即雷射而設計。於先前之共焦掃描器單元40中，使用焦距較長(例如，100 mm)、數值孔徑較小(例如，0.1以下)之透鏡作為準直透鏡41。如此於使用焦距較長之準直透鏡之情形時，難以滿足上式(1)。

本發明者認為，若可將自該多模光纖之芯之端部出射之光亦用作激發光，則可提高激發效率。因此，本發明者經努力研討後發現，若以滿足上式(1)之方式構建光學系統，則可將自多模光纖之芯之端部出射之光亦用作激發光。

圖6係表示圖3所示之本發明之共焦顯微鏡100之光學系統之構成的模式圖。如圖6所示，若以滿足上式(1)之方式構建光學系統(例如，若選擇焦距較短之準直透鏡131)，則自多模光纖120之芯之端部出射之光A亦可於通過準直透鏡131之後，通過尼普科夫盤134之針孔。此時，自芯之端部出射之光A於通過微透鏡之後，傾斜地通過與和該微透鏡 對應之針孔鄰接之針孔。傾斜地通過針孔後之光與筆直地通過針孔後之光同樣地，於試樣180之焦點面上聚焦。因此，自芯之端部出射之光A亦有助於作為激發光。

如上所述，本發明之共焦掃描器單元可將自多模光纖之芯之端部出射之光亦用作激發光，故而較先前之共焦掃描器單元而言，激發效率更加優異。

再者，上述說明中，已對將本發明之共焦掃描器單元應用於共焦顯微鏡之例進行了說明，但本發明之共焦掃描器單元之用途並不限定於共焦顯微鏡。例如，本發明之共焦掃描器單元可應用於共焦內視鏡或光學干涉斷層拍攝(optical coherence tomography；OCT，光學同調斷層掃描)裝置等。

以下，參照實施例對本發明進行詳細說明，但本發明並不受該等實施例之限定。

實施例

本實施例中，顯示出對包含本發明之共焦掃描器單元之共焦顯微鏡之性能進行評估後的結果。

1.光學系統之構建

使用白色光源、多模光纖(APCH1000；芯之直徑為1 mm，數值孔徑為0.39，長度為2 m；Fiberguide industries Inc.)、準直透鏡、共焦掃描器單元(CSU10；橫河電機股份有限公司)、電動倒立顯微鏡(ECLIPSE Ti-E；Nikon股份有限公司)、濾色輪(Ludl Electronic Products Ltd.)及EM-CCD相機(ImagEM；浜松光子學股份有限公司)，構建光學系 統。

圖7係表示已構建之光學系統之構成之模式圖。於圖7中，符號110表示光源(白色光源)，符號120表示多模光纖，符號131表示準直透鏡，符號40表示市售之共焦掃描器單元(參照圖1)，符號140表示第1成像透鏡，符號150表示物鏡，符號160表示濾色輪，符號170表示CCD相機，符號180表示試樣。

如圖7所示，本實施例中，代替市售之共焦掃描器單元40中包含之準直透鏡41(焦距100 mm以上)，而使用倍率為4~20倍(焦距為10~50 mm)之透鏡作為準直透鏡131。比較圖1與圖7可知，卸除共焦掃描器單元40之鏡42，且以使通過另外設置之準直透鏡131之激發光照射至共焦掃描器單元40之微透鏡陣列盤43之方式而調整光學系統。於使用任一透鏡之情形時，多模光纖120之出射端均設置於準直透鏡131(或準直透鏡41)之焦點位置上。

準直透鏡131係使用倍率為4倍之透鏡(Plan Apo 4x；焦距為50 mm，數值孔徑為0.20；Nikon股份有限公司)、倍率為10倍之透鏡(Plan Apo 10x；焦距為20 mm，數值孔徑為0.45；Nikon股份有限公司)或者倍率為20倍之透鏡(Plan Fluor 20x；焦距為10 mm，數值孔徑為0.50；Nikon股份有限公司)。又，顯微鏡之物鏡150係使用倍率為40倍之油浸透鏡(Plan Fluor 40x；數值孔徑為1.30；Nikon股份有限公司)。

如上所述，本實施例中係使用芯之直徑為1 mm之多模 光纖。因此，於使用倍率為4倍之透鏡(焦距為50 mm)之情形時，擴散角θ₁成為0.010 rad。同樣地，於使用倍率為10倍之透鏡(焦距為20 mm)之情形時，擴散角θ₁成為0.025 rad，於使用倍率為20倍之透鏡(焦距為10 mm)之情形時，擴散角θ₁成為0.050 rad。又，於使用共焦掃描器單元40中包含之準直透鏡41(焦距為100 mm以上)之情形時，擴散角θ₁成為0.005 rad以下。

另一方面，共焦掃描器單元40中所含之微透鏡陣列盤43與尼普科夫盤45之中心間距離D1為10 mm。又，尼普科夫盤45之鄰接之針孔之中心間距離D2為0.25 mm。因此，圖4B所示之角度θ2(=D2/D1)成為0.025 rad。

2.激發光之強度之評估

對於本發明之共焦顯微鏡，為了評估激發光量而測定物鏡150前端之激發光之強度。光源係使用白色光源(SPECTRA7 Light Engine；Lumencor，Inc.)。將來自光源110之波長為475/28 nm(透射中心波長/半值寬)之激發光導入至多模光纖120中。將於多模光纖120中傳播之激發光導入至倍率為4~20倍(焦距為10~50 mm)之準直透鏡131、或者共焦掃描器單元之雷射用光纖埠(圖7中「B」所示)。激發光之強度係使用光功率計(3664；日置電機股份有限公司)而測定。

圖8係表示激發光之強度之測定結果之圖表。如圖8所示，與將激發光導入至雷射用光纖埠(準直透鏡之焦距為100 mm以上)之情形相比，於使用倍率為10倍(焦距為20 mm)或倍率為20倍(焦距為10 mm)之準直透鏡之情形時，各自之激發光之強度顯著提高3.7倍、3.6倍。另一方面，於使用倍率為4倍(焦距為50 mm)之準直透鏡之情形時，激發光之強度幾乎未提高(1.3倍)。根據該結果可知，藉由使用滿足θ₁ θ₂之準直透鏡而使激發光之強度顯著變高。

3.空間分辨率之評估

對於本發明之共焦顯微鏡，為了評估空間分辨率而測定來自螢光顆粒之螢光強度。試樣係使用直徑為0.2 μm之螢光顆粒(Tetraspeck；Invitrogen Corporation)。激發光係使用來自白色光源(SPECTRA7 Light Engine；Lumencor，Inc.)之波長為475/28 nm之光；來自100 W水銀弧光燈(OSRAM GmbH)之波長為470/40 nm之光；或者來自氬離子雷射(Sapphier 488 LP；Coherent,Inc)之波長為488 nm之光。來自白色光源之波長為475/28 nm之光被導入至倍率為10倍之準直透鏡(焦距為20 mm)中。另一方面，來自水銀弧光燈之波長為470/40 nm之光、或者來自氬離子雷射之波長為488 nm之光被導入至共焦掃描器單元之雷射用光纖埠(準直透鏡之焦距為100 mm以上)中。

測定各條件下來自照射有激發光之螢光顆粒之螢光強度之分佈(x軸、y軸及z軸方向)，求出10個顆粒之平均值。

圖9係表示各條件下之螢光強度之分佈之圖表。於照射來自白色光源之光之情形時，x軸方向之半值全寬為0.31 μm，y軸方向之半值全寬為0.31 μm，z軸方向之半值全寬為0.63 μm。又，於照射來自水銀弧光燈之光之情形時，x 軸方向之半值全寬為0.32 μm，y軸方向之半值全寬為0.33 μm，z軸方向之半值全寬為0.84 μm。又，於照射來自氬離子雷射之光之情形時，x軸方向之半值全寬為0.28 μm，y軸方向之半值全寬為0.29 μm，z軸方向之半值全寬為0.61 μm。

根據該等結果可知，本發明之共焦顯微鏡具有與先前之共焦顯微鏡之空間分辨率相同程度之空間分辨率。

4.共焦螢光圖像之拍攝

使用本發明之共焦顯微鏡(參照圖7)及先前之共焦顯微鏡(參照圖2)，實時拍攝已顯現yellow cameleon(包含CFP(青色螢光蛋白)及YFP(黃色螢光蛋白)之Ca²⁺探針)之HeLa細胞之共焦螢光圖像。

本發明之共焦顯微鏡中，將來自白色光源(SPECTRA7 Light Engine)之波長為440 nm之光導入至多模光纖，且藉由倍率為10倍之準直透鏡(焦距為20 mm)予以準直(參照圖7)。另一方面，先前之共焦顯微鏡中，使來自100 W水銀弧光燈之波長為440 nm之光通過多模光纖，並導入至共焦掃描器單元之雷射用光纖埠(準直透鏡之焦距為100 mm以上)中(參照圖2)。

圖10A係使用本發明之共焦顯微鏡所拍攝之比例圖像(YFP/CFP；組胺刺激後1~3秒)。圖10D係使用先前之共焦顯微鏡所拍攝之比例圖像(YFP/CFP；組胺刺激後1~3秒)。圖10A及圖10D係對同一細胞所拍攝之圖像。比例圖像係藉由使用已獲得之YFP圖像(535 nm)及CFP圖像(480 nm)， 針對各像素將YFP之螢光強度除以CFP之螢光強度而製成。

圖10B係表示圖10A所示之關注區域(由四角包圍之區域)中之平均比例值之經時變化的圖表。圖10E係表示圖10D所示之關注區域中之平均比例值之經時變化的圖表。又，圖10C係表示圖10A所示之關注區域中之YFP及CFP之平均螢光強度之經時變化的圖表。圖10F係表示圖10D所示之關注區域中之YFP及CFP之平均螢光強度之經時變化的圖表。圖10F之內插圖係將圖10F之圖表之縱軸放大後之圖表。

於使用先前之共焦顯微鏡之情形時，如圖10D~F所示，激發光之強度不充分，故而無法獲得鮮明之圖像。其結果為，無法詳細地觀察Ca²⁺之濃度變化。另一方面，於使用本發明之共焦顯微鏡之情形時，如圖10A~C所示，可照射強度充分之激發光，故而可獲得鮮明之圖像。其結果為，可詳細地觀察Ca²⁺之濃度變化。

本申請案係主張基於2011年6月1日申請之特願2011-123041之優先權。該申請案之說明書及圖式中記載之內容全部被引用至本說明書中。

產業上之可利用性

本發明之共焦掃描器單元可應用於例如共焦顯微鏡、共焦內視鏡、光學干涉斷層拍攝裝置等。

10、10'‧‧‧共焦顯微鏡

20‧‧‧雷射光源

20'‧‧‧白色光源

30‧‧‧單模光纖

30'‧‧‧多模光纖

40‧‧‧共焦掃描器單元

41‧‧‧準直透鏡

42‧‧‧鏡

43‧‧‧微透鏡陣列盤

44‧‧‧雙向色鏡

45‧‧‧尼普科夫盤

46‧‧‧第2成像透鏡

50‧‧‧第1成像透鏡

60‧‧‧物鏡

70‧‧‧CCD相機

80‧‧‧試樣

90‧‧‧濾色輪

100‧‧‧共焦顯微鏡

110‧‧‧光源

120‧‧‧多模光纖

130‧‧‧共焦掃描器單元

131‧‧‧準直透鏡

132‧‧‧微透鏡陣列盤

133‧‧‧雙向色鏡

134‧‧‧尼普科夫盤

135‧‧‧第2成像透鏡

140‧‧‧第1成像透鏡

150‧‧‧物鏡

160‧‧‧濾色輪

170‧‧‧CCD相機

180‧‧‧試樣

A‧‧‧光

B‧‧‧雷射用光纖埠

D1、D2‧‧‧距離

f‧‧‧焦距

y₁‧‧‧半徑

θ₁‧‧‧擴散角

θ₂‧‧‧角度

圖1係表示市售之先前之共焦顯微鏡之構成的模式圖。

圖2係表示非專利文獻2中記載之先前之共焦顯微鏡之構成的模式圖。

圖3係表示本發明之一實施形態之共焦顯微鏡之構成的模式圖。

圖4A、B係用以說明式(1)之內容之模式圖。

圖5係表示圖2所示之先前之共焦顯微鏡之光學系統之構成的模式圖。

圖6係表示圖3所示之本發明之共焦顯微鏡之光學系統之構成的模式圖。

圖7係表示實施例中構建之光學系統之構成的模式圖。

圖8係表示激發光強度之測定結果之圖表。

圖9係表示螢光顆粒之螢光強度之測定結果之圖表。

圖10A~F係HeLa細胞之共焦螢光圖像之拍攝結果。

120‧‧‧多模光纖

130‧‧‧共焦掃描器單元

131‧‧‧準直透鏡

132‧‧‧微透鏡陣列盤

134‧‧‧尼普科夫盤

140‧‧‧第1成像透鏡

150‧‧‧物鏡

180‧‧‧試樣

A‧‧‧光

D1、D2‧‧‧距離

f‧‧‧焦距

y₁‧‧‧半徑

Claims (4)

1. 一種共焦掃描器單元，其包含：準直透鏡，其使自多模光纖出射之光予以準直；微透鏡陣列盤，其包含對由上述準直透鏡而準直之光進行聚光之複數個微透鏡；及尼普科夫盤，其相對於上述微透鏡陣列盤而平行地配置，且在與上述複數個微透鏡之聚光點對應之位置上具有複數個針孔；上述準直透鏡係配置成使上述多模光纖之出射端之中心部與上述準直透鏡之中心部的距離成為上述準直透鏡之焦距f，於將上述準直透鏡之焦距設為f(mm)，將上述多模光纖之芯之半徑設為y₁(mm)，將上述微透鏡陣列盤與上述尼普科夫盤之中心間距離設為D1(mm)，且將上述尼普科夫盤上之上述針孔間之中心間距離設為D2(mm)時，滿足下式(1)
2. 一種共焦顯微鏡，其包含：如請求項1之共焦掃描器單元；出射激發光之光源；及將上述激發光傳播至上述共焦掃描器單元之多模光纖。
3. 如請求項2之共焦顯微鏡，其中上述光源為白色光源。
4. 如請求項3之共焦顯微鏡，其中上述光源為LED光源、水銀弧光燈、氙弧光燈或鹵素燈。