JP2002501215A - 複数の走査ビームを有する共焦点顕微鏡 - Google Patents

複数の走査ビームを有する共焦点顕微鏡

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JP2002501215A JP2000527855A JP2000527855A JP2002501215A JP 2002501215 A JP2002501215 A JP 2002501215A JP 2000527855 A JP2000527855 A JP 2000527855A JP 2000527855 A JP2000527855 A JP 2000527855A JP 2002501215 A JP2002501215 A JP 2002501215A
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Abstract

(57)【要約】 共焦点走査顕微鏡は可変波長光源と、前記光源から複数の走査光ビームを生成し前記光ビームを用いてサンプルを照射するための手段とを有する。別の手段は、前記サンプルから反射された光を受けて用い、これにより出力画像を生成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 本発明は、共焦点の顕微鏡検査(microscopy)に関する。従来の共焦点顕微鏡は
、サンプルを通して単一波長の光源（通常はレーザ）からの光ビームをスキャン
し、このサンプルから反射したり蛍光により放射された光を光電子増倍管によっ
て集めて反射光の強さを決定することで動作する。
【０００２】 このような共焦点顕微鏡は相応の価値あるものとはいえ、これらに伴ういくつ
かの問題を有する。第一に、光電子増倍管からの画像を迅速に生成するのに足る
ほどの高速で照射される光ビームをスキャンするのは困難である。加えて、光電
子増倍管装置は高価かつ不便であり、画像を生成するために相当の補助回路部品
を必要とする。
【０００３】 さらなる問題は、レーザ光を用いることで、この装置が単一の操作波長ないし
顕微鏡検査に利用可能な、あまり広くない範囲の蛍光体(poorly the wide range
of fluorphore)に適合する数少ない波長のみにしか用いられないことである。 これが一般的に意味するのは、異なる波長のレーザを費用をかけて設けない限り
、二つ以上の波長の反射ないし照射光から画像を生成できないということである
。
【０００４】 本発明は上記及びその他の問題を克服しようとする。 本発明によれば、共焦点顕微鏡であって： 可変波長の光源と； 光源から複数の走査用の光ビームを生成し、この光ビームを用いてサンプルを
照射する手段と； サンプルから反射された光を受けて用い、これにより出力画像を生成するため
の手段とを有するものが提供される。
【０００５】 単一の光源から複数の走査ビームを生成することで、従来技術の構成に比べて
顕微鏡の走査速度を相当程度向上することができる。さらに、複数のビーム手段
を備えたことは、反射光を受け画像を生成するための手段がCCDカメラ等の手段 、ないし光電性素子を用いて光を検出する任意の二次元画像システムによって提
供可能であり、これにより直接画像を生成し取得する回路が提供されることを意
味する。
【０００６】 加えて、可変波長光源を用いたことで、異なる波長の画像を生成可能であり、
顕微鏡の使いやすさを増し、先行技術で可能であったよりも広い領域で使用する
ことを可能とする。
【０００７】 複数の光ビームを発生する手段は、光源によって照射される多孔回転ディスク
であってよく、これはディスクに一体化されたレンズないしミラーのような追加
的合焦素子を有しても有しなくてもよく、または補助的な光学素子を有する複数
の光ファイバ素子を有してもよく、これら全ては一端から光源によって照射され
る。あるいは、単一のビームから複数の光ビームを発生するビームスプリッティ
ング格子を設けても良い。
【０００８】 可変波長光源は白色光源と適切な回折格子、反射・光フィルタ光学素子(refle
cting and light filtering optical component)、ないし光学干渉フィルタない
しバリアフィルタその他類似の光濾過(filtration)装置を利用するフィルタホイ
ールないしフィルタチェンジャによって設けることが可能である。可変波長光源
は、共焦点スキャナ及び／又は上記に参照された結像装置と光との同期に影響す
る手段をも含んでも含まなくてもよい。
【０００９】 以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。 図１は標準的な顕微鏡の基本形状を示す。レーザ光源１はハーフミラー３及び
対物レンズ４を介してサンプル２上に向けられる単色ビームを発生する。サンプ
ル２から反射された光は対物レンズ４及びハーフミラー３を再び通過(pass back
)する。この反射光はその後ピンホール構造５によりスクリーンされ、光検出器 ６（通常、光電子増倍管）に至る。このような構造は、以前の顕微鏡に比べ、ポ
イント照射及びポイント検出を行うことで高解像度が得られるという利点を有し
、単一の平面から反射された光のみが一回のスキャンでピックアップされるため
にこの構造は三次元画像を解像可能である。
【００１０】 図２は本発明の一例を示す。図１に対応する部品は同一の番号が付される。図
２に示される装置では、走査用モノクロメータないしフィルタホイールないしフ
ィルタチェンジャないし前記のその他の装置による可変波長の光源１が設けられ
、連続したインボリュート曲線に配された一連のマイクロレンズを有する第一光
学回転ディスク１０を照射する。光源１からの光はディスク１０上のマイクロレ
ンズを有するか有していない(may or may not have)空隙及びハーフミラープリ ズム３を通過する。ディスク１０は設けられなくてはならないわけではないが、
光源１からの光が集光され所望の位置にフォーカスされ、光源１の輝度要件を減
らすために非常に効率的な構成となることが注意されるべきである。光がハーフ
ミラープリズム３を通過した後、この光は第二ディスク５中の一連のピンホール
を通過する。第二ディスク中のピンホールは、第一ディスク１０中のマイクロレ
ンズに対応する位置に配置され、使用に際して、これらの二つのディスクは同調
して(in unison)回転し走査効果を発生する。任意の時点で二つ以上のマイクロ レンズが照射される際に、任意の時点で二つ以上のピンホールを光が通過し、サ
ンプル２の表面に複数の光ビームがもたらされる。サンプル２から反射された光
はハーフミラー３によってレンズ１１を介してCCDカメラ６の表面に反射される 。ディスク１０，５が高速回転可能であり、複数の光ビームが任意の時点でサン
プル２の表面に透過されるため、CCDカメラ６を用いるのに十分な速さの走査速 度が可能となる。
【００１１】 回転ディスクの構成の代替例を設けることが可能であることが認識されるべき
である。例えば、光源１は複数の光ファイバであって、出力がハーフミラー３を
介してサンプル２に伝えられるものに設けられてもよい。単一の光源から複数の
ビームを伝えるため、ビームスプリッティング格子を設けてもよい。
【００１２】 図３は本発明において使用可能な光源１の内部構造を示す。光源１は可動ミラ
ー２１に光を伝える高輝度白色光源２０を有する。ミラー２１の位置は、検流計
のような自動手段、モータ、音響光学デフレクタないし移動及び正確な位置決め
が可能なその他の装置のいずれかによりユーザによって制御可能である。ミラー
２１から反射された光は固定回折格子の表面とミラー２１と回折格子２２との相
対位置に基づき一定の波長のみを第二ミラー２３の表面に反射するミラー構造と
に伝えられる。選択された波長の光のみがその後第二ミラー２３から光源構造の
外(out of the light source arrangement)に反射されるため、本発明に十分な 輝度の光の単一波長光源を提供することができる。波長がミラー２１の移動によ
り選択されるため、これは適切な波長ないし波長群での走査を可能とするため、
ユーザないし電気的手段のいずれかにより制御可能である。同様の操作原理は回
折格子２２とミラー２１を切替えて回折格子が移動しミラーが固定されることで
も得られる。
【００１３】 共焦点顕微鏡構造は、単一の検出器ないしカメラの代わりにCCDカメラの形態 での複数の光検出器ないしその他の電気的二次元画像装置を含んでも良い。この
例では、サンプルから発せられた光は、サンプル中に存在する別々の波長の光を
、この光が検出器ないし検出器群上に画像を形成するのに用いられる前に光学フ
ィルタ構造を通過するその波長成分ないし波長群に分離するため追加的ビームス
プリッタないし二色性フィルタを通過しても良い。この光はフィルタホイールな
いしフィルタチェンジャなどの別の波長変換器を用いて分離されてもよく、また
は一つ以上の連続したフィルタにより分離されてもよく、または手動で交換可能
なフィルタによっても良い。
【００１４】 前記実施形態の他の変形として、この共焦点顕微鏡はサンプルの異なる光学セ
クションでデータを収集する手動ないし電動式の手段を有しても良い。これはサ
ンプルと観察対物レンズ(viewing objective) ないし共焦点画像平面との関係が
、共焦点画像が観察されるサンプルの異なる光学セクションないし平面でとらえ
られるように空間的に変えられる手動ないし自動の顕微鏡焦点合わせ機構の動作
であってもよい。焦点ないし光学収集平面を自動で動かすことは、対物レンズ、
顕微鏡の焦点合わせ機構、ないし標本が戴置されるメカニカルステージを含む関
連する任意の光学素子を電動式ないし機械的に動かすことを含むいくつかの異な
る手段により達成可能であることが認識されるべきである。このようにして、一
連の光学セクションは、焦点平面を順次(progressively)移動し、必要な光学セ クションをここに説明した共焦点顕微鏡を画像装置とともに用いて各深さでの光
学セクションを露出するために用いられる複数のビームが各光学セクションでの
画像となるようにキャプチャすることによって取得することができる。これらの
セクションは、その後適切なボリュームレンダリングないしボリューム投影ソフ
トウェアを用いてサンプルの三次元表示を生成するのに用いられる。
【００１５】 さらなる変形は、経過時間画像プロシージャを用いて所定のないしランダムの
時間間隔で光学セクションのスタックを収集することで四次元の画像ケイパビリ
ティ(four dimensional imaging capability)を生成するようにできる(can be e
ffected)。本例では、四つの次元はＸ、Ｙ及びＺの空間軸と時間と規定される。
四次元画像処理のさらなる変形は、Ｘ、Ｙ及びＺの空間軸をキャプチャ（取得）
することと各空間次元で照射される光の複数の波長を追加してキャプチャするこ
とである。光学データの複数の波長をキャプチャする事で、サンプルの特徴を視
覚化するのに使用可能な複数の光学プローブをキャプチャする事が可能となる。
このようにして、複数の光学プローブの三次元画像スタックを取得し再構築可能
であり、レンダリングされたボリュームないし光学的に再構築された画像として
見た三次元コンテクスト中の各プローブが表示される。
【００１６】 このさらなる変形では、所定のないしランダムの時間間隔での一連の光学セク
ションを集めるのみならず、各光学セクションのレベル及び各時間間隔での複数
波長の光学データのキャプチャを導入することにより五次元画像を生成するよう
にされる。複数波長の光学データをキャプチャすることによりサンプルの特徴を
視覚化するのに使用可能な複数の光学プローブをキャプチャすることができるこ
とが認識されるべきである。このようにして、Ｘ、Ｙ及びＺの空間軸、時間及び
色ないし波長がキャプチャされる。
【００１７】 本共焦点顕微鏡は画像データをキャプチャし、分析し観察するのを自動化する
ためにソフトウェア及びハードウェアを利用するのが便宜であることが認識され
るべきである。ソフトウェア及びハードウェアは焦点制御、フィルタホイールな
いしモノクロメータないし単一の顕微鏡上の複数の制御ユニット等の複数波長コ
ントロールユニットの各種機械的アスペクトを制御するのにも必要である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１は従来の共焦点顕微鏡の模式光学図である。
【図２】 図２は本発明の一実施形態の模式光学図である。
【図３】 図３は本発明に用いる可変波長光源の模式光学図である。
【符号の説明】
１ 光源 ２ サンプル ３ ハーフミラー ４ 対物レンズ ５ 第二ディスク ６ 光検出器 １０ 第一ディスク ２０ 白色光源 ２１ ミラー ２２ 回折格子 ２３ 第二ミラー
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ， ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，Ｋ Ｅ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ) ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ， ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，Ｄ Ｋ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ， ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，Ｌ Ｔ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ， ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，Ｕ Ａ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＷ (71)出願人 Ｐ．Ｂ．10 ＦＩＮ−20101 Ｔｕｒｋｕ Ｆｉｎｌａｎｄ Ｆターム(参考） 2H052 AA08 AA09 AA13 AC04 AC14 AC15 AC18 AC26 AC27 AC29 AC31 AD16 AD35 AF07 AF21 AF25

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 共焦点顕微鏡であって： 可変波長光源と； 光源から複数の走査用の光ビームを発生し、この光ビームを用いてサンプルを
    照射する手段と； サンプルから反射された光を受けて用い、これにより出力画像を生成するため
    の手段とを有する共焦点顕微鏡。
  2. 【請求項２】 請求項１に記載の顕微鏡であって、前記複数の光ビームを発
    生する手段は前記光源によって照射される多孔回転ディスクであることを特徴と
    するもの。
  3. 【請求項３】 請求項１に記載の顕微鏡であって、前記複数の光ビームを発
    生する手段は一端から光源によって照射される複数の光学ファイバ素子を有する
    ことを特徴とするもの。
  4. 【請求項４】 請求項１に記載の顕微鏡であって、前記複数の光ビームを発
    生する手段は単一の光ビームから複数の光ビームを生成するビームスプリッティ
    ング格子であることを特徴とするもの。
  5. 【請求項５】 請求項１から４のいずれかに記載の顕微鏡であって、前記可
    変波長抗原は白色光源、回折格子、及び反射・光フィルタ光学素子により提供さ
    れることを特徴とするもの。
  6. 【請求項６】 前記いずれかの請求項に記載の顕微鏡であって、前記受光手
    段によって光が受けられる平面を変化させる手段を有することを特徴とするもの
    。
  7. 【請求項７】 請求項６に記載の顕微鏡であって、複数の平面から受けられ
    た光から前記サンプルの画像を提供する出力画像生成手段を有することを特徴と
    するもの。
  8. 【請求項８】 前記いずれかの請求項に記載の顕微鏡であって、前記可変波
    長光源及び走査光ビーム生成手段を制御して前記受光手段によって受けられた光
    から多色の画像を生成可能とする手段を有することを特徴とするもの。
  9. 【請求項９】 前記いずれかの請求項に記載の顕微鏡であって、前記サンプ
    ルから反射された光を異なる時間で受け、前記受けられた光に基づき画像を生成
    するための手段を含むことを特徴とするもの。
  10. 【請求項１０】 前記いずれかの請求項に記載の顕微鏡であって、前記生成
    手段、可変波長光源及び受光及び出力発生画像生成手段は、全て中央制御ユニッ
    トによって制御されることを特徴とするもの。
  11. 【請求項１１】 請求項１０に記載の顕微鏡であって、前記中央制御ユニッ
    トはユーザからの入力を受けて前記光源の前記波長、光が受けられる回数、光が
    受けられる前記平面ないしこれらの組み合わせを変化させることを特徴とするも
    の。
JP2000527855A 1998-01-12 1999-01-08 複数の走査ビームを有する共焦点顕微鏡 Pending JP2002501215A (ja)

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EP98300179 1998-01-12
EP98300179.3 1998-01-12
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KR (1) KR20010034046A (ja)
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