JP2007193213A - Total reflection fluorescence microscope - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、全反射蛍光顕微鏡に関する。 The present invention relates to a total reflection fluorescent microscope.
近年、生体細胞の機能解析等において、特に、細胞膜の機能を観察するための顕微鏡として、細胞膜およびその近傍からの全反射蛍光画像を取得する全反射蛍光顕微鏡(TIRFM:Total Internal Reflection Fluorescence Microscopy)が注目されている。 In recent years, as a microscope for observing the function of a cell membrane in a function analysis of a living cell, a total reflection fluorescence microscope (TIRFM: Total Internal Fluorescence Microscope) that acquires a total reflection fluorescence image from the cell membrane and its vicinity has been used. Attention has been paid.
全反射蛍光顕微鏡では、レーザ光を、集光レンズを介して対物レンズ内の瞳(後側焦点位置の領域)における極く一部の所定領域に集光させ、対物レンズを介してガラス表面近傍の試料のみを対象に局所的に斜めに全反射照明させる。そして、このときにガラスと試料の境界面で試料側に数100nm以下の僅かな範囲にしみ出すエバネッセント光を用いて試料からの蛍光を励起する。全反射蛍光顕微鏡によれば、バックグラウンド・ノイズ(散乱光など)が極めて低いため、微弱な蛍光での観察を行うことができる。
従来、この種の全反射蛍光顕微鏡としては、例えば、次の特許文献1に記載のように、ダイクロイックミラーを用いた全反射蛍光顕微鏡がある。
In a total reflection fluorescent microscope, laser light is condensed on a very small part of the pupil (region at the rear focal position) in the objective lens through a condenser lens, and near the glass surface through the objective lens. Only the sample of the sample is locally totally reflected and illuminated obliquely. At this time, the fluorescence from the sample is excited using evanescent light that oozes out to a slight range of several hundred nm or less on the sample side at the interface between the glass and the sample. According to the total reflection fluorescence microscope, since background noise (scattered light or the like) is extremely low, observation with weak fluorescence can be performed.
Conventionally, as this type of total reflection fluorescent microscope, there is a total reflection fluorescent microscope using a dichroic mirror, for example, as described in Patent Document 1 below.
図7は従来の特許文献1に記載されているタイプの全反射蛍光顕微鏡の要部概略構成図である。
図7に示した全反射蛍光顕微鏡は、光源51と、集光レンズ52と、対物レンズ53と、バリアフィルタ54を有している。
集光レンズ52は、光源51から出射されたレーザ光を対物レンズ53内の瞳(後側焦点位置の領域)における光軸からシフトした極く一部のスポット状の所定領域P1に集光させるように設けられている。対物レンズ53は、集光レンズ52を介して集光されたレーザ光をガラス55表面近傍の試料(標本)56のみを対象に局所的に斜めに全反射照明するように構成されている。
FIG. 7 is a schematic configuration diagram of the main part of a total reflection fluorescent microscope of the type described in Patent Document 1.
The total reflection fluorescent microscope shown in FIG. 7 includes a
The
また、集光レンズ52と対物レンズ53との間には、集光レンズ52を経たレーザ光を対物レンズ53に導くとともに、全反射照明により励起され、対物レンズ53を経た蛍光の有効光束領域をカバーする大きさの入射面を有し、標本56からの入射光のうち、標本56で全反射され、対物レンズ53を経た発散途中の戻り光をカットし、所望の蛍光を透過するダイクロイックミラー57が設けられている。
バリアフィルタ54は、ダイクロイックミラー57を透過した光のうち、僅かに残る蛍光以外の光を反射し、蛍光のみを撮像素子等の蛍光検出手段58側に透過するように構成されている。
In addition, between the
The
このように構成された全反射蛍光顕微鏡では、光源51から出射したレーザ光は、集光レンズ52を介して収束光となり、途中、ダイクロイックミラー57で反射され、対物レンズ53内の瞳におけるスポット状の所定領域P1に集光し、対物レンズ53を介して標本56を全反射照明する。すると、全反射照明する際にしみ出したエバネッセント光により標本56から蛍光が励起される。励起された蛍光は、対物レンズ53を経てダイクロイックミラー57を透過し、バリアフィルタ54を介して僅かに残る所望の蛍光波長以外の光が除去され、結像レンズ62、蛍光検出手段58を介して取得される。また、標本56で全反射された戻り光は、対物レンズ53内の瞳におけるスポット状の所定領域P1とは異なる所定領域P2に集光し、対物レンズ53を経てダイクロイックミラー57で反射されて、蛍光検出手段58への入射が阻止される。
これにより、全反射照明によって励起された所望の蛍光のみが取得される。
In the total reflection fluorescent microscope configured as described above, the laser light emitted from the
Thereby, only the desired fluorescence excited by the total reflection illumination is acquired.
しかし、ダイクロイックミラーは、分光特性の立ち上がりの波長幅がある程度広くなる。
このため、図7に示したタイプの全反射蛍光顕微鏡の場合、所望波長領域以外の光の透過を完全に阻止するような透過率特性を有するダイクロイックミラーを用いると、全反射された戻り光とともに観察に必要な蛍光も相当量カットされてしまう。これでは、得られる微弱な蛍光の光量がより少なくなり、観察画像が暗くなって観察し難くなる。
一方、所望波長領域の光を極力透過させるような透過率特性を有するダイクロイックミラーを用いると、所望波長領域以外の不要な光も相当量透過させてしまう。これでは、微弱な蛍光に対して他の強い光がノイズとなって観察画像が白っぽくなり観察し難くなる。
このように、ダイクロイックミラーを用いた、特許文献1に記載されているようなタイプの全反射蛍光顕微鏡には、得られる微弱な蛍光の光量のロスが大きく、或いは、不要な光が混入する度合いが高く観察に難くなるという問題があった。
However, in the dichroic mirror, the wavelength width at which the spectral characteristics rise is widened to some extent.
For this reason, in the case of the total reflection fluorescent microscope of the type shown in FIG. 7, when a dichroic mirror having a transmittance characteristic that completely blocks transmission of light outside the desired wavelength region is used, together with the totally reflected return light, A considerable amount of fluorescence necessary for observation is also cut off. This reduces the amount of weak fluorescent light obtained and makes the observation image dark and difficult to observe.
On the other hand, when a dichroic mirror having a transmittance characteristic that transmits light in a desired wavelength region as much as possible is used, a considerable amount of unnecessary light outside the desired wavelength region is transmitted. In this case, other strong light with respect to weak fluorescence becomes noise, and the observation image becomes whitish and difficult to observe.
As described above, the total reflection fluorescent microscope of the type described in Patent Document 1 using the dichroic mirror has a large loss of the amount of weak fluorescent light obtained or a degree in which unnecessary light is mixed. There was a problem that it was difficult to observe.
しかるに、ダイクロイックミラーを用いない全反射蛍光顕微鏡が、例えば、次の特許文献2に提案されている。
図8は従来の特許文献2に記載されているタイプの全反射蛍光顕微鏡の要部概略構成図である。
図8に示した全反射蛍光顕微鏡では、集光レンズ52と対物レンズ53との間に、集光レンズ52を経た収束途中のレーザ光を対物レンズ53の瞳(後側焦点位置の領域)における光軸からシフトした極く一部のスポット状の所定領域P1に導くミラー59と、標本56からの入射光のうち、標本56で全反射され、対物レンズ53を経た発散途中の戻り光をカットするためのミラー60とが、全反射照明により励起され対物レンズ53を経た蛍光の有効光束領域内の一部の所定領域P2に、それぞれ別個に配置して構成されている。
However, a total reflection fluorescence microscope that does not use a dichroic mirror is proposed in, for example, the following
FIG. 8 is a schematic configuration diagram of a main part of a total reflection fluorescent microscope of the type described in
In the total reflection fluorescence microscope shown in FIG. 8, the laser beam that is in the process of convergence after passing through the
このように構成された全反射蛍光顕微鏡では、光源51から出射したレーザ光は、集光レンズ52を介して収束光となり、途中、ミラー59で反射され、対物レンズ53内の瞳におけるスポット状の所定領域P1に集光し、対物レンズ53を介して標本56を全反射照明する。すると、全反射照明する際にしみ出したエバネッセント光により標本56から蛍光が励起される。励起された蛍光は、対物レンズ53を経て、ミラー59,60で遮断される以外、バリアフィルタ54に入射し、バリアフィルア54を介して僅かに残る所望の蛍光波長以外の光が除去され、結像レンズ62、蛍光検出手段58を介して取得される。また、標本56で全反射された戻り光は、対物レンズ53内の瞳におけるスポット状の所定領域P1とは異なる所定領域P2に集光し、対物レンズ53を経てミラー60で反射されることによって蛍光検出手段58とは異なる方向に偏向されて、蛍光検出手段58への入射が阻止される。
従って、図8に示した特許文献2に記載されたようなタイプの全反射蛍光顕微鏡によれば、全反射照明により励起された蛍光の光束有効領域全体に図7に示したようなダイクロイックミラーを配置しないで済むので、その分、観察に必要な蛍光がカットされずに済み、微弱な蛍光の観察に有利となる。
Therefore, according to the total reflection fluorescent microscope of the type described in
しかし、図8に示したような特許文献2に記載されたタイプの全反射顕微鏡では、集光レンズ52を介して対物レンズ53の瞳におけるスポット状の所定領域P1に結像させるまでの途中の収束光路と、全反射照明により励起され対物レンズ53を経た蛍光の有効光束領域内とが重なる所定領域にミラー59,60が配置されている。そして、ミラー59は、集光レンズ52を経た収束途中のレーザ光束を、対物レンズ53の瞳におけるスポット状の所定領域P1に導くために相当量の面積を必要とする。また、ミラー60は、標本56で全反射され対物レンズ53内の瞳の所定領域P2で集光され、対物レンズ53を経た発散途中の戻り光をカットするために相当量の面積を必要とする。このため、全反射照明により励起された蛍光の有効光束領域において相当面積の光束領域が、ミラー59やミラー60によって遮られてしまうことになる。このため、特許文献2に記載された全反射顕微鏡を用いても、観察に必要な蛍光が相当量カットされ、光量のロスが多く出てしまい、微弱な蛍光を効率良く取得することが出来なかった。
However, in the total reflection microscope of the type described in
本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、全反射照明により励起された蛍光のロスを極力無くして、蛍光を効率よく取得可能な全反射蛍光顕微鏡を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a total reflection fluorescence microscope capable of efficiently acquiring fluorescence while minimizing loss of fluorescence excited by total reflection illumination.
上記目的を達成するため、本発明による全反射蛍光顕微鏡は、光源と、前記光源からの光を集光させる集光レンズと、対物レンズと、標本からの光から蛍光を抽出するバリアフィルタと、前記バリアフィルタを透過した光の像を撮像する撮像素子を有する全反射蛍光顕微鏡において、前記対物レンズの後側焦点位置をリレーし、該対物レンズの後側焦点位置と共役な位置が前記集光レンズによる光源からの集光点に一致するように配置されたリレーレンズと、前記集光点に配置され、該集光点に集光された光線を反射する反射部材と、前記反射部材の配置位置近傍に、前記リレーレンズを経た前記標本からの光を前記撮像素子に向けて通過させる開口部材を有することを特徴としている。 In order to achieve the above object, a total reflection fluorescence microscope according to the present invention includes a light source, a condensing lens for condensing light from the light source, an objective lens, and a barrier filter for extracting fluorescence from light from a specimen, In a total reflection fluorescent microscope having an image sensor that captures an image of light that has passed through the barrier filter, a rear focal position of the objective lens is relayed, and a position conjugate with the rear focal position of the objective lens is the condensing light. A relay lens arranged so as to coincide with a condensing point from a light source by the lens, a reflecting member arranged at the condensing point and reflecting a light beam condensed at the condensing point, and an arrangement of the reflecting member In the vicinity of the position, there is provided an opening member that allows light from the sample that has passed through the relay lens to pass toward the imaging element.
また、本発明の全反射蛍光顕微鏡においては、前記開口部材が、透過率90%以上のガラスで構成され、前記反射部材が、前記開口部材のガラス面上に設けられているのが好ましい。 Moreover, in the total reflection fluorescence microscope of this invention, it is preferable that the said opening member is comprised with the glass of 90% or more of transmittance | permeability, and the said reflection member is provided on the glass surface of the said opening member.
また、本発明の全反射蛍光顕微鏡においては、標本で全反射された光の前記撮像素子への到達を阻止する阻止手段を、該標本で全反射された光が集光する位置又は該集光する位置と共役な位置に備えるのが好ましい。 In the total reflection fluorescent microscope of the present invention, the blocking means for blocking the light totally reflected by the specimen from reaching the image sensor is a position where the light totally reflected by the specimen is collected or the light collection. It is preferable to provide at a position conjugate with the position to be performed.
また、本発明の全反射蛍光顕微鏡においては、前記反射部材が、前記集光点に対応した大きさの径を持つ点状の反射面を有しているのが好ましい。 In the total reflection fluorescent microscope of the present invention, it is preferable that the reflecting member has a point-like reflecting surface having a diameter corresponding to the condensing point.
また、本発明の全反射蛍光顕微鏡においては、前記反射部材が、前記集光点に対応した大きさの径を持ち、かつ、前記集光点の位置から通常の落射照明をする場合における光軸にかけて延びたライン状の反射面を有しているのが好ましい。 In the total reflection fluorescent microscope of the present invention, the reflecting member has a diameter corresponding to the condensing point, and an optical axis in the case of normal epi-illumination from the position of the condensing point. It is preferable to have a line-like reflecting surface extending over the distance.
また、本発明の全反射蛍光顕微鏡においては、前記反射部材が、ダイクロイックミラーであるのが好ましい。 In the total reflection fluorescent microscope of the present invention, it is preferable that the reflecting member is a dichroic mirror.
また、本発明の全反射蛍光顕微鏡においては、前記阻止手段が、遮光部材であるのが好ましい。 In the total reflection fluorescent microscope of the present invention, it is preferable that the blocking means is a light shielding member.
また、本発明の全反射蛍光顕微鏡においては、前記阻止手段が、ダイクロイックミラーであるのが好ましい。 In the total reflection fluorescent microscope of the present invention, it is preferable that the blocking means is a dichroic mirror.
本発明の全反射蛍光顕微鏡によれば、全反射照明により励起された蛍光のロスを極力無くして、蛍光を効率よく取得可能な全反射蛍光顕微鏡が得られる。 According to the total reflection fluorescence microscope of the present invention, it is possible to obtain a total reflection fluorescence microscope capable of efficiently acquiring fluorescence while minimizing the loss of fluorescence excited by total reflection illumination.
図1は本発明の一実施形態にかかる全反射蛍光顕微鏡の概略構成図、図2は図1の全反射蛍光顕微鏡に用いられる開口部材と開口部材近傍に設けられる反射部材とを示す説明図である。 FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a total reflection fluorescence microscope according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is an explanatory view showing an opening member used in the total reflection fluorescence microscope of FIG. 1 and a reflection member provided in the vicinity of the opening member. is there.
本実施形態の全反射蛍光顕微鏡は、光源11と、集光レンズ12と、対物レンズ13と、バリアフィルタ14と、撮像素子を備えた撮像手段18と、リレーレンズ17と、ミラー19と、反射部材20と、開口部材21と、阻止手段22を有している。なお、図中、15はカバーガラス、16は標本、61はイマージョンオイル、23は標本16で励起された蛍光を撮像素子上に結像するための撮像レンズである。
光源11は、レーザ装置で構成されている。なお、レーザ装置は、所定波長を出力するように構成されたもの、所望の波長のレーザを適宜選択して出力されるように構成されたもののいずれも適用できる。
集光レンズ12は、光源11からのレーザ光を対物レンズ13内の瞳(後側焦点位置の領域)における光軸からシフトした極く一部のスポット状の所定領域P1と共役な所定位置P1’に集光するように配置されている。
対物レンズ13は、瞳面におけるスポット状の所定領域P1に集光された光源11からの入射光をカバーガラス15表面近傍の標本16のみを対象に局所的に斜めに全反射照射するとともに、標本16で全反射された戻り光を瞳面における所定のスポット状の所定領域P1とは異なる所定領域P2に集光する。また、リレーレンズ17、撮像レンズ23と相俟って、標本16で励起された蛍光を撮像素子18の撮像面上で結像するように配置されている。
バリアフィルタ14は、標本16からの光のうち所望の蛍光波長のみを透過し、それ以外の波長の光を除去するように構成されている。
The total reflection fluorescent microscope of the present embodiment includes a
The
The condensing
The
The
リレーレンズ17は、対物レンズ13内の瞳(後側焦点位置の領域)を、集光レンズ23による光源11からの集光点にリレーし、対物レンズ13内の瞳におけるスポット状の所定領域P1と共役な位置P1’が、集光レンズ12により集光される、光源11からの集光点に一致するように配置されている。
反射部材20は、リレーレンズ17を介した対物レンズ13内の瞳におけるスポット状の所定領域P1と共役な位置P1’(即ち、上記光源11からの集光点に一致した位置)に配置され、集光レンズ12により集光される、光源11からの集光点に集光された光線を反射するように構成されている。そして、反射部材20は、図2に示すように、前記集光点に対応した大きさの径を持ち、且つ、集光点の位置から光軸の中心にかけて延びたライン状に形成されたミラー面を有している。
開口部材21は、透過率90%以上のガラスで構成されており、リレーレンズ17を経た標本16からの光を撮像素子18に向けて透過させるようになっている。また、反射部材20は、開口部材21のガラス面に配置されている。
阻止部材22は、遮光部材で構成されており、標本16で全反射された戻り光が集光される対物レンズ13の瞳における所定領域P2に配置されている。なお、遮光部材22の配置は、対物レンズ内に限定されるものではなく、対物レンズ13内の瞳における所定領域P2と共役な位置であれば、どこに配置してもよい。例えば、開口部材21のガラス面上又はその近傍に、対物レンズ13内の瞳における所定領域P2と共役な位置が位置する場合には、遮光部材22を開口部材21のガラス面上又はその近傍に配置してもよい。
The
The reflecting
The opening
The blocking
このように構成された本実施形態の全反射蛍光顕微鏡によれば、光源11から出射したレーザ光は、集光レンズ12を介して、反射部材20上の所定スポットP2に集光し、反射部材20で反射される。反射部材20で反射された光は、リレーレンズ17を介して収束光となり、ミラー19で反射された後、対物レンズ13の瞳におけるスポット状の所定領域P1に集光する。集光した光は、対物レンズ13を介して、カバーガラス15の表面近傍の標本16を局所的に斜めに全反射照明する。標本16に照射された光のほとんどは、標本16で全反射される。また、照射された光のうち、僅かな光が、カバーガラス15と標本16の境界面で標本16側に数100nm以下の僅かな範囲にエバネッセント光としてしみ出して標本16を励起する。励起された標本16からは蛍光が発する。標本16で全反射された戻り光は、対物レンズ13の瞳における所定領域P2に集光され、所定領域P2に設けられた遮光部材22で遮光される。標本16から発した蛍光は、対物レンズ13、ミラー19、リレーレンズ17を経て、開口部材20に到達する。開口部材20に到達した光は、ミラー19が設けられたライン状の領域を除いて開口部材20を透過し、バリアフィルタ14を介して所望の蛍光波長以外の光が除去されるとともに、所望の蛍光のみが抽出され、撮像レンズ23を経て、撮像素子18の撮像面上に結像される。撮像素子18は結像された蛍光像を撮像する。撮像した蛍光画像は、全反射顕微鏡において一般的に用いられている画像処理手段、画像表示装置等(図示省略)を介して観察される。
According to the total reflection fluorescence microscope of the present embodiment configured as described above, the laser light emitted from the
このとき、本実施形態の全反射蛍光顕微鏡によれば、対物レンズ13の瞳位置と共役な位置が、集光レンズ12の集光点と一致するようにリレーレンズ17を設け、且つ、その集光点に集光された光線を反射するように反射部材20を配置したので、反射部材20の径を集光レンズ12の回折限界程度にまで最小限に小さくすることができる。そして、反射部材20の配置位置近傍に開口部材20を設けてリレーレンズ17を経た試料16からの光を通過させるようにしたので、試料からの光のうちミラー19で遮られる光量のロスを最小にして、ほぼ最大光量の蛍光を取得することができる。
At this time, according to the total reflection fluorescent microscope of the present embodiment, the
この点に関し、従来の特許文献2に記載のようなタイプの全反射蛍光顕微鏡における全反射蛍光の有効光束径に対するミラーで遮光される面積の割合をシミュレートして、本発明と比較説明する。
ここでは、図8に示した全反射蛍光顕微鏡の構成において、対物レンズ53、ミラー59,60、集光レンズ52は、それぞれ次のような諸元値とした。これらの値は、この種の全反射蛍光顕微鏡において一般的に用いられる値である。
(1)対物レンズ53の焦点距離:3mm(無限遠対物レンズとし、焦点距離が180mmの結像レンズ(ここでは、集光レンズ52)と組み合わせたときに倍率が60倍となる対物レンズ)、
(2)対物レンズ53の瞳位置からミラー59,60までの距離:60mm、
(3)対物レンズ53の開口数NA:1.45、
(4)対物レンズ53の視野数:Φ11mm(半径で5.5mm)、
(5)集光レンズ52の焦点距離:180mm
In this regard, the ratio of the area shielded by the mirror with respect to the effective luminous flux diameter of the total reflection fluorescence in the type of total reflection fluorescence microscope of the type described in
Here, in the configuration of the total reflection fluorescent microscope shown in FIG. 8, the
(1) Focal length of the objective lens 53: 3 mm (an objective lens having an infinite objective and a magnification of 60 times when combined with an imaging lens having a focal length of 180 mm (here, the condenser lens 52)),
(2) Distance from the pupil position of the
(3) Numerical aperture NA of the objective lens 53: 1.45,
(4) Number of fields of the objective lens 53: Φ11 mm (radius is 5.5 mm),
(5) Focal length of condenser lens 52: 180 mm
対物レンズ53の瞳径は、上記(1)と(3)より、
3mm(対物レンズの焦点距離)×1.45(NA)×2=Φ8.7mm
である。
従って、ミラー59,60の位置での対物レンズ53の有効光束径は、上記(2)、(4)、(5)より、
Φ8.7mm(対物レンズ53の瞳径)+2×5.5mm(最大像高)/180mm(集光レンズ52の焦点距離)×60mm(ミラー59,60までの距離)
=Φ12.37mm
となる。
これを図4に概念的に示す。
なお、ここでのミラー59,60の位置での対物レンズ53の有効光束径は、便宜上、光軸に対し垂直な面でのものとして算出してある。実際には、ミラー59,60は、夫々光軸に対し45の角度で傾斜して設けられている。
From the above (1) and (3), the pupil diameter of the
3 mm (focal length of objective lens) × 1.45 (NA) × 2 = Φ8.7 mm
It is.
Therefore, the effective luminous flux diameter of the
Φ8.7 mm (pupil diameter of the objective lens 53) + 2 × 5.5 mm (maximum image height) / 180 mm (focal length of the condenser lens 52) × 60 mm (distance to the
= Φ12.37mm
It becomes.
This is conceptually illustrated in FIG.
Note that the effective luminous flux diameter of the
次に、ミラー59,60の位置での全反射照明光の光線径及び全反射照明された戻り光の光線径は、それぞれ、
2×5.5mm(最大像高)/180mm(集光レンズ52の焦点距離)×60mm(ミラー59,60までの距離)=Φ3.67mm
となる。
これを図5に概念的に示す。
Next, the light beam diameter of the total reflection illumination light at the positions of the
2 × 5.5 mm (maximum image height) / 180 mm (focal length of condenser lens 52) × 60 mm (distance to
It becomes.
This is conceptually illustrated in FIG.
これらのことから、ミラー59,60の位置での全反射照明光線径及び全反射照明された戻り光の光線径の対物レンズ53の有効光束径に対する比率は、
2×(3.67/12.37)2=0.176
となる。
ここで、ミラー59,60は全反射照明されて励起された蛍光のみを観察し、それ以外の光を除去するためにミラー面に入射した光を透過させることはない。
このため、図8の全反射蛍光顕微鏡を基にシミュレートした図4,図5の構成では、ミラー59,60により約18%もの光量ロスが生じることになる。
また、対物レンズ53の瞳位置とは異なる位置であって、対物レンズ53の有効光束径内にミラー59,60を配置するため、ミラー59,60により視野の欠け、解像力の劣化も生じる。
From these facts, the ratio of the total reflection illumination light beam diameter at the positions of the
2 × (3.67 / 12.37) 2 = 0.176
It becomes.
Here, the
For this reason, in the configuration of FIGS. 4 and 5 simulated based on the total reflection fluorescence microscope of FIG.
In addition, since the
また、実際には、全反射照明観察を行う顕微鏡においては、照明光の標本面への入射角度を変えることにより、全反射照明と通常の落射照明とに切り替えることができるようにすることが望まれる。通常の落射照明を行うためには、照明光を対物レンズに向けて反射する反射部材を対物レンズの光軸上に配置されていることが必要となる。このため、図6(a)に示す2つのミラー59,60に変えて、図6(b)に示すように、全反射照明光線径a及び全反射照明された戻り光の光線径bに加えて、対物レンズの有効光束径の中心領域cをもカバー可能な細長形状のミラー61を備える必要がある。
このようにすると、ミラーによる光量の損失の割合が更に大きくなり、視野の欠けもより一層大きくなってしまう。
In fact, in a microscope that performs total reflection illumination observation, it is desirable to be able to switch between total reflection illumination and normal epi-illumination by changing the angle of incidence of illumination light on the specimen surface. It is. In order to perform normal epi-illumination, it is necessary that a reflecting member that reflects the illumination light toward the objective lens is disposed on the optical axis of the objective lens. Therefore, instead of the two
If it does in this way, the ratio of the loss of the light quantity by a mirror will become still larger, and the loss of visual field will become still larger.
これに対し、本実施形態の全反射蛍光顕微鏡では、対物レンズ13の瞳位置と共役な位置に前記集光点に集光された光線を反射するように反射部材20を配置したので、図3(a)に示すように、反射部材20の径を集光レンズ12の回折限界程度(例えば、Φ20μm程度)まで最小限に小さくすることができる。その場合、通常の落射照明を考慮せずに全反射照明のみを考慮すれば、反射部材20はほぼ点状の大きさで足り、反射部材20の位置での全反射照明光線径の対物レンズ13の有効光束径に対する比率を、2%程度に抑えることができる。
しかも、本実施形態の全反射蛍光顕微鏡によれば、標本16で全反射された光の撮像素子への到達を阻止する阻止手段としての遮光部材22を、標本16で全反射された光が集光する位置(所定領域P2)に備えたので、開口部材21のガラス面上には反射部材20以外に設けずに済ますことができ、より一層光量のロスを抑えることができ、かつ、視野かけのない観察像を得ることができる。
また、全反射照明と通常の落射照明とに切り替えることができるように顕微鏡を構成したとしても、反射部材20は、集光点に対応した大きさの径を持つライン形状に形成すれば足りるので、図4〜図6、図8を用いて説明した特許文献2に記載されたタイプの全反射蛍光顕微鏡と比較して、光量のロスを格段と抑えることができ、かつ、視野かけのない観察像を得ることができる(図3(b))。
なお、本実施形態の全反射蛍光顕微鏡において、遮光部材22を、開口部材21近傍における、標本16で全反射された光が集光する位置(所定領域P2)と共役な位置に設けた場合も、遮光部材22の径を、反射部材20と同様、対物レンズ13の回折限界程度(例えば、Φ20μm程度)まで最小限に小さくすることができる。
On the other hand, in the total reflection fluorescent microscope of the present embodiment, the reflecting
Moreover, according to the total reflection fluorescence microscope of the present embodiment, the light totally reflected by the
Further, even if the microscope is configured so that it can be switched between total reflection illumination and normal epi-illumination, the
In the total reflection fluorescent microscope of the present embodiment, the
さらに、本実施形態の全反射蛍光顕微鏡において、反射部材20を、ダイクロイックミラーで構成するとさらに好ましい。例えば、ダイクロイックミラーを、全反射照明により励起された蛍光波長のみを透過し、それ以外の波長の透過を阻止するような透過率特性を有するように構成する。そのようにすれば、全反射された戻り光とともに観察に必要な蛍光もダイクロイックミラーで相当量カットされたとしても、ダイクロイックミラーを透過した蛍光の光量分が、反射部材20を通常のミラーで構成した場合に比べてより多く撮像素子18で得られる。このため、蛍光光量のロスをより一層少なくすることができる。
Furthermore, in the total reflection fluorescent microscope of the present embodiment, it is more preferable that the
本発明の全反射蛍光顕微鏡は、全反射照明による生体細胞からの非常に微弱な蛍光を極力明るく観察することが求められる生物学、医学、薬学の分野において有用である。 The total reflection fluorescence microscope of the present invention is useful in the fields of biology, medicine, and pharmacology where it is required to observe extremely weak fluorescence from living cells by total reflection illumination as much as possible.
11 光源
12 集光レンズ
13 対物レンズ
14 バリアフィルタ
15 ガラス
16 標本
17 リレーレンズ
18 蛍光検出手段
19 ミラー
20 反射部材
21 開口部材(ガラス板)
22 遮光部材
23 撮像レンズ
51 光源
52 集光レンズ
53 対物レンズ
54 バリアフィルタ
55 ガラス
56 標本
57 ダイクロイックミラー
58 蛍光検出手段
59,60 ミラー
61 イマージョンオイル
62 結像レンズ
DESCRIPTION OF
22
Claims (8)
前記対物レンズの後側焦点位置をリレーし、該対物レンズの後側焦点位置と共役な位置が前記集光レンズによる光源からの集光点に一致するように配置されたリレーレンズと、
前記集光点に配置され、該集光点に集光された光線を反射する反射部材と、前記反射部材の配置位置近傍に、前記リレーレンズを経た前記標本からの光を前記撮像素子に向けて通過させる開口部材を有することを特徴とする全反射蛍光顕微鏡。 A light source, a condensing lens for condensing light from the light source, an objective lens, a barrier filter for extracting fluorescence from the light from the sample, and an image sensor for capturing an image of the light transmitted through the barrier filter In a total reflection fluorescence microscope,
Relay the rear focal position of the objective lens, and a relay lens arranged such that a position conjugate with the rear focal position of the objective lens coincides with a condensing point from a light source by the condenser lens;
A reflecting member that is disposed at the condensing point and reflects a light beam condensed at the condensing point, and light from the sample that has passed through the relay lens is directed toward the imaging element in the vicinity of the arrangement position of the reflecting member. And a total reflection fluorescent microscope characterized by having an opening member that allows the light to pass through.
前記反射部材が、前記開口部材のガラス面上に設けられていることを特徴とする請求項1に記載の全反射蛍光顕微鏡。 The opening member is made of glass having a transmittance of 90% or more,
The total reflection fluorescence microscope according to claim 1, wherein the reflection member is provided on a glass surface of the opening member.
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JP2017522603A (en) * | 2014-07-22 | 2017-08-10 | ライカ マイクロシステムズ シーエムエス ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツングLeica Microsystems CMS GmbH | Method and apparatus for microscopic examination of a sample |
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