JP2006195390A - レーザ走査型蛍光顕微鏡および検出光学系ユニット - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 光源ユニット3と、コリメート光学系12と、スキャナ13と、瞳投影光学系14と、結像光学系15と、対物光学系16と、第1のリレー光学系20と、第2のリレー光学系21と、光検出器23とを備え、
D≧2×(|EX×tanθ|+Φ×F2/F1/2) (1)
を満足するレーザ走査型蛍光顕微鏡1を提供する。
ここで、Dは受光部23aの寸法、EXは第2のリレー光学系21の射出瞳から受光部23aまでの距離、θは第1のリレー光学系20の前段の蛍光像の最外縁からの主光線の射出瞳位置における光軸に対する角度、Φは第1のリレー光学系20に入射する蛍光の入射瞳径、F1、F2は第1、第2のリレー光学系20,21の焦点距離である。
【選択図】 図1
Description
このレーザ走査型共焦点顕微鏡によれば、対物レンズ前方のレーザ光の結像位置から発せられた蛍光のみを共焦点ピンホールに通過させ、他の位置から発せられた蛍光を共焦点ピンホールによって排除する。したがって、試料の所定の深さに2次元的に広がる極めて薄い領域の蛍光画像を得ることができ、しかも、他の位置からの蛍光がノイズとして含まれない鮮明な蛍光画像を得ることができるという利点がある。
すなわち、第1に、検出器に入射される蛍光が、共焦点ピンホールによって極端に制限されるため、光量が少なく、得られる蛍光画像が非常に暗い画像となってしまうという問題がある。
第2に、試料が静止している場合はよいが、マウス等の実験動物を生きたまま観察する場合のように、試料が脈動等によって変動する場合には、試料に対するレーザ光の結像位置がずれてしまい、観察したい深さ位置の蛍光画像を取得し続けることが困難になるという問題がある。
本発明は、レーザ光を出射するレーザ光源と、該レーザ光源からのレーザ光を略平行光にするコリメート光学系と、該コリメート光学系により略平行光にされたレーザ光を走査させるスキャナと、該スキャナにより走査させられたレーザ光を集光して第1中間像を結像させる瞳投影光学系と、該瞳投影光学系により第1中間像を結像したレーザ光を集光する結像光学系と、該結像光学系により集光されたレーザ光を集光して試料に再結像させる対物光学系と、試料から発せられ、対物光学系、結像光学系、瞳投影光学系およびスキャナを介して戻る蛍光を集光して第2中間像を結像する第1のリレー光学系と、該第1のリレー光学系により第2中間像を結像した蛍光を集光して略平行光に変換する第2のリレー光学系と、該第2のリレー光学系により略平行光にされた蛍光を検出する光検出器とを備え、以下の条件式(1)を満足するレーザ走査型蛍光顕微鏡を提供する。
D≧2×(|EX×tanθ|+Φ×F2/F1/2) (1)
tanθ≦0.2 (2)
ここで、Dは、光検出器の受光部の寸法、EXは、第2のリレー光学系の射出瞳から光検出器の受光部までの距離、θは、第1のリレー光学系の前段に配される蛍光像の最外縁からの主光線の前記射出瞳位置における光軸に対する角度、Φは、第1のリレー光学系に入射する蛍光の入射瞳径、F1は、第1のリレー光学系の焦点距離、F2は、第2のリレー光学系の焦点距離である。
tanθ≦0.2 (2)
この条件式(2)の関係を満たすことにより、光検出器の受光部への蛍光の入射角度を小さく抑えることができる。これにより、光検出器に入射される蛍光を効率的に検出することができる。
このように構成することで、試料において発せられスキャナを介して光検出器に向かう蛍光を可変絞りによって制限することができる。これにより、光検出器によって検出される蛍光の試料における発光深さ範囲を限定でき、また、可変絞りの開口径を変更することで、発光深さ範囲を調節することができる。
このように構成することで、集光レンズにより蛍光が集光させられる光ファイバの一端をピンホールとして機能させ、光検出器により検出される蛍光の発光深さ範囲を制限することができる。光ファイバとしてコア径の小さいシングルモードファイバを採用することとすれば、その一端を共焦点ピンホールとして機能させ、分解能の高い共焦点画像を得ることができる。
この場合に、前記第1レンズが、メニスカスレンズからなることとしてもよく、また、前記第2リレー光学系が、第1レンズと第2レンズとの接合レンズからなることとしてもよい。
D≧2×(|EX×tanθ|+Φ×F2/F1/2) (1)
ここで、Dは、光検出器の受光部の寸法、EXは、第2のリレー光学系の射出瞳から光検出器の受光部までの距離、θは、第1のリレー光学系の前段に配される蛍光像の最外縁からの主光線の前記射出瞳位置における光軸に対する角度、Φは、第1のリレー光学系に入射する蛍光の入射瞳径、F1は、第1のリレー光学系の焦点距離、F2は、第2のリレー光学系の焦点距離である。
tanθ≦0.2 (2)
この条件式(2)の関係を満たすことにより、光検出器の受光部への蛍光の入射角度を小さく抑えることができる。これにより、光検出器に入射される蛍光を効率的に検出することができる。
本実施形態に係るレーザ走査型蛍光顕微鏡1は、図1に示されるように、光源ユニット3と、装置本体4と、検出光学系ユニット2と、これらを接続する光ファイバ5,6とを備えている。
D≧2×(|EX×tanθ|+Φ×F2/F1/2) (1)
tanθ≦0.2 (2)
ここで、Dは、光検出器23の受光部の直径寸法(受光部が非円形の場合その最小幅寸法)、EXは、第2コリメート光学系21の射出瞳B(図2参照。)から光検出器23の受光部23aまでの距離、θは、第1コリメート光学系19の前段に配される蛍光像、すなわち、第2の光ファイバ6の出射端6bにおける最外縁からの主光線の第2コリメート光学系21の射出瞳位置における光軸に対する角度、Φは、第1コリメート光学系19に入射する蛍光の入射瞳C(図2参照。)の直径、F1は、集光光学系20の焦点距離、F2は、第2コリメート光学系21の焦点距離である。
第1の光ファイバ5および第2の光ファイバ6は、それぞれ、マルチモードファイバにより構成されている。
光源ユニット3の複数のレーザ光源7から発せられた異なる波長の複数のレーザ光は、ミラー9およびダイクロイックミラー10を介して合波された状態でカップリングレンズ11により第1の光ファイバ5の端面5aに入射される。
本実施形態の説明において、上述した第1の実施形態に係るレーザ走査型蛍光顕微鏡1および検出光学系ユニット2と構成を共通とする箇所に同一符号を付して説明を省略する。
装置本体33は、略平行光の形態で入射されたレーザ光を試料Aに結像させ、試料Aから発せられた蛍光をダイクロイックミラー17によって分岐して略平行光の状態で検出光学系ユニット31に引き渡すようになっている。
D≧2×(|EX×tanθ|+Φ×F2/F1/2) (1)
tanθ≦0.2 (2)
ここで、Dは、光検出器23の受光部23aの直径寸法、EXは、コリメート光学系38の射出瞳から光検出器23の受光部23aまでの距離、θは、試料Aにおけるレーザ光の照明範囲の最外縁からの主光線のコリメート光学系38の射出瞳位置における光軸に対する角度、Φは、集光光学系36に入射する蛍光の入射瞳径、F1は、集光光学系36の焦点距離、F2は、コリメート光学系38の焦点距離である。
光源ユニット32のレーザダイオード34から発せられたレーザ光は、コリメート光学系35によって略平行光とされた状態で、光源ユニット32から出射され、装置本体33内に入射される。装置本体33においては、入射されたレーザ光がダイクロイックミラー17を通過させられた後に、スキャナ13によって2次元的に走査され、瞳投影レンズ14、結像レンズ15および対物レンズ16を経て試料Aに照射される。試料Aにおいて発生した蛍光は、対物レンズ16、結像レンズ15、瞳投影レンズ14およびスキャナ13を介して戻り、ダイクロイックミラー17によってレーザ光から分岐され、略平行光の状態で検出光学系ユニット31に入射される。
また、可変ピンホール37を絞ることにより、蛍光画像の明るさと、深度とを調節することができ、いずれの場合においても、蛍光を光検出器23の受光部23aにケラレることなく、かつ、同一の入射角度で入射させることができる。
第1〜第4実施例において、図4〜図7に示されるように、第1コリメート光学系19は、両凸レンズL1と、第2光ファイバ6側に平面部を配する平凹レンズL2および両凸レンズL3の接合レンズとから構成されている。また、集光光学系20は、第2光ファイバ6側からみて両凸レンズL4および両凹レンズL5の接合レンズにより構成されている。
第2実施例において、第2コリメート光学系21は、図5に示されるように、第2光ファイバ6側に平面を向けた負のパワーを有する平凹レンズL6と両凸レンズL7とから構成されている。
第3実施例において、第2コリメート光学系21は、図6に示されるように、第2光ファイバ6側に平面を向けた負のパワーを有する平凹レンズL6と両凸レンズL7とから構成されている。
第4実施例において、第2コリメート光学系21は、図7に示されるように、第2光ファイバ6側に配置された両凹レンズL6と両凸レンズL7との接合レンズにより構成されている。
2 検出光学系ユニット
6 第2の光ファイバ(光ファイバ)
6a 一端
6b 出射端(他端)
7 レーザ光源
12 コリメート光学系
13 スキャナ
14 瞳投影レンズ(瞳投影光学系)
15 結像レンズ(結像光学系)
16 対物レンズ(対物光学系)
18 集光レンズ
19 第1コリメート光学系(他のコリメート光学系)
20 集光光学系(第1のリレー光学系)
21 第2コリメート光学系(第2のリレー光学系)
23 光検出器
23a 受光部
37 可変ピンホール(可変絞り)
A 試料
B 射出瞳
C 入射瞳
L6 メニスカスレンズ、平凹レンズ、両凹レンズ(第1レンズ)
L7 両凸レンズ(第2レンズ)
Claims (9)
- レーザ光を出射するレーザ光源と、
該レーザ光源からのレーザ光を略平行光にするコリメート光学系と、
該コリメート光学系により略平行光にされたレーザ光を走査させるスキャナと、
該スキャナにより走査させられたレーザ光を集光して第1中間像を結像させる瞳投影光学系と、
該瞳投影光学系により第1中間像を結像したレーザ光を集光する結像光学系と、
該結像光学系により集光されたレーザ光を集光して試料に再結像させる対物光学系と、
試料から発せられ、対物光学系、結像光学系、瞳投影光学系およびスキャナを介して戻る蛍光を集光して第2中間像を結像する第1のリレー光学系と、
該第1のリレー光学系により第2中間像を結像した蛍光を集光して略平行光に変換する第2のリレー光学系と、
該第2のリレー光学系により略平行光にされた蛍光を検出する光検出器とを備え、
以下の条件式(1)を満足するレーザ走査型蛍光顕微鏡。
D≧2×(|EX×tanθ|+Φ×F2/F1/2) (1)
ここで、
Dは、光検出器の受光部の寸法、
EXは、第2のリレー光学系の射出瞳から光検出器の受光部までの距離、
θは、第1のリレー光学系の前段に配される蛍光像の最外縁からの主光線の前記射出瞳位置における光軸に対する角度、
Φは、第1のリレー光学系に入射する蛍光の入射瞳径、
F1は、第1のリレー光学系の焦点距離、
F2は、第2のリレー光学系の焦点距離
である。 - 以下の条件式(2)を満足する請求項1に記載のレーザ走査型蛍光顕微鏡。
tanθ≦0.2 (2) - 前記スキャナから前記光検出器までの間の中間像位置近傍に配置される可変絞りを備える請求項1または請求項2に記載のレーザ走査型蛍光顕微鏡。
- スキャナを介して戻る蛍光を集光する集光レンズと、
該集光レンズの焦点位置近傍に一端を配置する光ファイバと、
該光ファイバの他端から出射された蛍光を略平行光にして第1のリレーレンズに入射させる他のコリメート光学系とを備える請求項1から請求項3のいずれかに記載のレーザ走査型蛍光顕微鏡。 - 前記第2リレー光学系が、第2中間像側から、負のパワーを有する第1レンズと、正のパワーを有する第2レンズとを備える請求項1から請求項4のいずれかに記載のレーザ走査型蛍光顕微鏡。
- 前記第1レンズが、メニスカスレンズからなる請求項5に記載のレーザ走査型蛍光顕微鏡。
- 前記第2リレー光学系が、第1レンズと第2レンズとの接合レンズからなる請求項5または請求項6に記載のレーザ走査型蛍光顕微鏡。
- 試料から発せられた蛍光を集光して中間像を結像する第1のリレー光学系と、
該第1のリレー光学系により中間像を結像した蛍光を集光して略平行光に変換する第2のリレー光学系と、
該第2のリレー光学系により略平行光にされた蛍光を検出する光検出器とを備え、
以下の条件式(1)を満足するレーザ走査型蛍光顕微鏡の検出光学系ユニット。
D≧2×(|EX×tanθ|+Φ×F2/F1/2) (1)
ここで、
Dは、光検出器の受光部の寸法、
EXは、第2のリレー光学系の射出瞳から光検出器の受光部までの距離、
θは、第1のリレー光学系の前段に配される蛍光像の最外縁からの主光線の前記射出瞳位置における光軸に対する角度、
Φは、第1のリレー光学系に入射する蛍光の入射瞳径、
F1は、第1のリレー光学系の焦点距離、
F2は、第2のリレー光学系の焦点距離
である。 - 以下の条件式(2)を満足する請求項8に記載の検出光学系ユニット。
tanθ≦0.2 (2)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2005009586A JP2006195390A (ja) | 2005-01-17 | 2005-01-17 | レーザ走査型蛍光顕微鏡および検出光学系ユニット |
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2005009586A JP2006195390A (ja) | 2005-01-17 | 2005-01-17 | レーザ走査型蛍光顕微鏡および検出光学系ユニット |
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Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2006195390A true JP2006195390A (ja) | 2006-07-27 |
Family
ID=36801503
Family Applications (1)
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JP2005009586A Pending JP2006195390A (ja) | 2005-01-17 | 2005-01-17 | レーザ走査型蛍光顕微鏡および検出光学系ユニット |
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-
2005
- 2005-01-17 JP JP2005009586A patent/JP2006195390A/ja active Pending
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