JP2009014838A - 走査型共焦点顕微鏡 - Google Patents
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Abstract
【課題】入射光切り替え機構による光源の切り替え、切り替え式光学部材の切り替えに伴って発生する、結像レンズの結像点の位置ずれを迅速に補正することが可能な走査型共焦点顕微鏡を提供する。
【解決手段】入射切り替え部3の光学部材、及び励起光・信号光(蛍光)分離用ダイクロイックミラー切り替え部5の各ポジションでの集光位置のズレ量を装置出荷前に求め、その補正値をCPU20のメモリ21に記憶させておく。そして、入射切り替え部3の光学部材、及び励起光・信号光(蛍光)分離用ダイクロイックミラー部切り替え部5がある所定のポジションとされたら、CPU20が対応する補正値に基づいてモータ13、14を駆動し、集光レンズ10をx軸方向、y軸方向に2次元的に移動させる。このことにより、常に、集光レンズ10の焦点位置が遮光板11上の開口中心と一致するようにすることができる。これにより、光量ロスのない共焦点顕微鏡とすることができる。
【選択図】 図1
【解決手段】入射切り替え部3の光学部材、及び励起光・信号光(蛍光)分離用ダイクロイックミラー切り替え部5の各ポジションでの集光位置のズレ量を装置出荷前に求め、その補正値をCPU20のメモリ21に記憶させておく。そして、入射切り替え部3の光学部材、及び励起光・信号光(蛍光)分離用ダイクロイックミラー部切り替え部5がある所定のポジションとされたら、CPU20が対応する補正値に基づいてモータ13、14を駆動し、集光レンズ10をx軸方向、y軸方向に2次元的に移動させる。このことにより、常に、集光レンズ10の焦点位置が遮光板11上の開口中心と一致するようにすることができる。これにより、光量ロスのない共焦点顕微鏡とすることができる。
【選択図】 図1
Description
本発明は、走査型共焦点顕微鏡に関するものである。
走査型共焦点顕微鏡においては、点光源からの光をスキャナにより走査光に変換して、点光源と共役な位置に置かれた標本上に集光させ、その際に標本から発生する反射光や蛍光を、前記スキャナを逆に通過させることにより非走査光に変換し、これを集光レンズにより、標本と共役な位置(点光源とも共役な位置)におかれたピンホール上に集光させ、ピンホールを通過した光を受光装置で受光して、スキャナの動きを勘案して2次元画像を形成している。
このような走査型共焦点顕微鏡においては、使用する照明光の波長を変えるために複数の光源を有し、入射光切り替え機構の光学部材によりにより選択された波長の光により照明を行うものがある。又、試料から発生する反射光を除去し、試料から発生する蛍光のみによる像を得たいときは、ダイクロイックミラー等を使用して波長の分離を行っているが、照明光の波長が変わったとき、又は観察したい蛍光の波長が変わったときには、異なるダイクロイックミラーを使用しなければならないことがあり、この場合はダイクロイックミラー切り替え機構により、使用するダイクロイックミラーを切り替えて使用している。
ところが、入射光切り替え機構による光学部材の切り替え、ダイクロイックミラー切り替え機構によるダイクロイックミラーの切り替えの際に、光学部材、ダイクロイックミラーの微妙な位置ずれ等のために光軸がずれ、それに起因して、集光レンズによる光の集光点がピンホールの中心からずれてしまうという問題点があった。
この問題に対処する方法として、特開2002−267933号公報(特許文献1)には、集光レンズを光軸に直交する方向に移動させることにより、ピンホールと集光点を合わせる方式が記載されている。
特開2002−267933号公報
しかしながら、この方式は、調整方法が、取得画像を目視しながら、手動で輝度が最大となる点を探すという方法であったため、再現性が良くなかった。又、試行錯誤的な調整方法であるため、調整時間がかかるという問題点もあった。
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、入射光切り替え機構による光学部材の切り替え、ダイクロイックミラー切り替え機構によるダイクロイックミラーの切り替えに伴って発生する、集光レンズの集光点の位置ずれを迅速に補正することが可能な走査型共焦点顕微鏡を提供することを課題とする。
前記課題を解決するための第1の手段は、
複数の光源と、
前記光源からの光を試料に集光する照明光学系と、
前記試料からの光を集光する集光光学系と、
前記集光光学系の集光位置に配置されたピンホール板とを備えた走査型共焦点顕微鏡であって、
前記照明光学系及び前記集光光学系のうち少なくとも一方は、透過する光の波長を選択する光学部材を備えた波長選択切り替え機構を有し、
前記波長選択切り替え機構の切り替えに伴って発生する、前記集光光学系の集光位置の位置ずれ量を予め記憶しておく記憶手段と、
前記記憶手段に記憶された前記位置ずれ量に基づいて、前記集光光学系のうち前記ピンホール板の前に配置された集光レンズの位置を移動させることにより前記集光位置の位置ずれを補正する補正機構とを備えたことを特徴とする走査型共焦点顕微鏡である。
複数の光源と、
前記光源からの光を試料に集光する照明光学系と、
前記試料からの光を集光する集光光学系と、
前記集光光学系の集光位置に配置されたピンホール板とを備えた走査型共焦点顕微鏡であって、
前記照明光学系及び前記集光光学系のうち少なくとも一方は、透過する光の波長を選択する光学部材を備えた波長選択切り替え機構を有し、
前記波長選択切り替え機構の切り替えに伴って発生する、前記集光光学系の集光位置の位置ずれ量を予め記憶しておく記憶手段と、
前記記憶手段に記憶された前記位置ずれ量に基づいて、前記集光光学系のうち前記ピンホール板の前に配置された集光レンズの位置を移動させることにより前記集光位置の位置ずれを補正する補正機構とを備えたことを特徴とする走査型共焦点顕微鏡である。
前記課題を解決するための第2の手段は、前記第1の手段であって、前記波長選択切り替え機構は、前記複数の光源からの複数波長の光のうち前記試料へ入射させる波長を選択する光学部材を備えたもの、及び前記試料から発生する光のうち蛍光の波長を選択する光学部材を供えたもののうち、少なくとも一方であることを特徴とするものである。
前記課題を解決するための第3の手段は、前記第1の手段又は第2の手段の補正機構を、前記記憶手段に記憶された前記位置ずれ量に基づいて、前記ピンホール板を移動させることにより前記集光位置の位置ずれを補正する補正機構に置き換えたことを特徴とする走査型共焦点顕微鏡である。
本発明によれば、入射光切り替え機構による光学部材の切り替え、ダイクロイックミラー切り替え機構によるダイクロイックミラーの切り替えに伴って発生する、集光レンズの集光点の位置ずれを迅速に補正することが可能な走査型共焦点顕微鏡を提供することができる。
以下、本発明の実施の形態の例を、図を用いて説明する。図1は、本発明の実施の形態の1例である走査型共焦点顕微鏡の光学系の概要図を示す図である。光源1、2から出射したレーザ光は、入射切り替え部3で選択されたものが通過し、ビームエキスパンダ4で拡大され、励起光・信号光(蛍光)分離用ダイクロイックミラー部切り替え部5(切り替え式光学部材)で反射される。
励起光・信号光(蛍光)分離用ダイクロイックミラー切り替え部5の分光特性は励起レーザ光の波長を反射し、観察する蛍光試薬・蛋白に対応した蛍光波長を透過させるものであり、異なる波長特性のものが複数装着されている。本ユニットも入射切り替え部3と同様に電動で切り替えることが可能である。
励起光・信号光(蛍光)分離用ダイクロイックミラー切り替え部5のダイクロイックミラー5aで反射されたレーザ光は2つのガルバノメータで構成された走査部6に導入され、2次元走査光に変換される。2次元走査光とされたレーザ光は走査光学系7を通り、対物レンズ8によって標本9上に結像され、標本9を2次元的に走査する。点光源である光源と、標本9の表面は共役とされており、走査光は点状の照射光となる。
標本9上の照射領域から発した蛍光は再び対物レンズ8で集められ、励起レーザ光と逆の順路を進み、走査部6を逆に通って非走査光に変えられ、ダイクロイックミラー5aに入射する。蛍光はダイクロイックミラー5aを透過し、集光レンズ10で開口(ピンホール)11aを有する遮光板11上に集光される。標本9の表面と遮光板11の開口11aとは共役な位置関係にある。遮光板11上の開口11aを通過した光のみが光検出器12で検出され、輝度データとして使われる。
ところで、前述のように、入射切り替え部3の光学部材、または励起光・信号光(蛍光)分離用ダイクロイックミラー切り替え部5のダイクロイックミラー5aを切り替えるごとに光学部材自身の角度精度、装置の切り替え精度に起因する角度誤差により、集光レンズ10の焦点位置が遮光板11上の開口11a中心と一致しなくなると云う問題が生じてしまう。本実施の形態の集光レンズ10は光軸と直交する方向に電動で移動できる機構を備えている。すなわち、集光レンズ10は、光軸をz軸方向とする3次元直交座標系において、x軸方向、y軸方向に、それぞれモータ13、14によって、移動される。移動機構の詳細については後述する。
入射切り替え部3の光学部材、及び励起光・信号光(蛍光)分離用ダイクロイックミラー切り替え部5の光学部材の各ポジションでの集光位置のズレ量を装置出荷前に求め、その補正値をCPU20のメモリ21に記憶させておく。そして、入射切り替え部3の光学部材3a、及び励起光・信号光(蛍光)分離用ダイクロイックミラー切り替え部5のダイクロイックミラー5aがある所定のポジションとされたら、CPU20が対応する補正値に基づいてモータ13、14を駆動し、集光レンズ10をx軸方向、y軸方向に2次元的に移動させる。このことにより、常に、集光レンズ10の焦点位置が遮光板11上の開口11aの中心と一致するようにすることができる。これにより、光量ロスのない共焦点顕微鏡とすることができる。
図2に、本発明の実施の形態である走査型共焦点顕微鏡に用いられる集光レンズ10の駆動部の例を示す。集光レンズ10はX方向駆動ステージ51上にあり、X方向駆動ステージ51は、X方向ガイド52、53上を、モータ13、カップリング55、送りねじ56により、X方向に移動することができる。このX方向駆動ステージはY方向駆動ステージ58上にある。また、Y方向駆動ステージ58も同様に、Y方向ガイド59、60上を、モータ14、カップリング62、送りねじ63により、Y方向に駆動することができる、上述の集光レンズ駆動機構には座標原点を求めるためにX、Y各軸にリミットセンサ57、64が取り付けられている。
CPU部20は電源投入時に、以下の方法で原点検知を行う。X方向駆動ステージ51のリミットセンサ57方向に駆動し、X方向駆動ステージ51とリミットセンサ57が接触することにより、リミットセンサ57はCPU部20にリミット状態であることを通知する。この通知を受けたCPU部20はリミットセンサ57からある一定のパルス分駆動した位置をX方向の原点とする。Y方向も同様にY方向駆動ステージ58とリミットセンサ64が接触状態にあることを検知し、CPU部20はリミットセンサ64から一定のパルス分駆動した位置をY方向の原点とする。原点検知後はパルスモータのパルス数のみを制御することでX、Yの位置を高い再現性で制御することが可能となる。
図1の集光レンズ駆動機構を備えた共焦点顕微鏡において、装置出荷前にダイクロイックミラー部5と入射切り替え部3のポジション毎の全ての組み合わせにおいて、集光レンズ10の焦点位置が遮光板11上の開口11aの中心と一致する集光レンズ位置(X,Y)をあらかじめ計測し、CPU20にあるメモリ21に格納する。CPU20では、図3に示す形式でメモリに格納する(図3は、入射切り替え部3ポジション、ダイクロイックミラー切り替え部5のポジションにおける参照表である)。このときの補正値はパルスモータのパルス数としているため制御が簡単である。
上述した集光レンズ10の補正値がメモリに格納されている場合の本体部15のモータ制御は、図4に示すように以下のシーケンスで行う。
処理1…コンピュータ30内のソフトウェア31からの駆動指示により、CPU20は必要な駆動部材(入射切り替え部3、ダイクロイックミラー切り替え部5、集光レンズ10の駆動部等)の選択を行う。
処理2…処理1で駆動する部材に入射切り替え部3あるいはダイクロイックミラー切り替え部5を駆動する場合、メモリ21から集光レンズ補正パルス数を取得する。
処理3…処理1で選択された部材の駆動を開始する。集光レンズ10の駆動量は処理2で取得した集光レンズ補正パルス数とする。
処理4…処理1で選択された全ての駆動部が停止して処理が完了となる。
例えば、入射切り替え部3のポジションが図3の1でダイクロイックミラー切り替え部5のポジションが図3の4の場合、集光レンズ10はX方向にX4パルス、Y方向にY4パルス駆動させることにより、集光レンズ10の焦点位置が遮光板11上の開口11aの中心と一致する。
なお、以上の実施の形態では、走査型共焦点顕微鏡が、入射切り替え部3とダイクロイックミラー切り替え部5の駆動部の両方を有する場合について説明したが、入射切り替え部3しか有しない場合は、入射切り替え部3の駆動位置のみに対応した補正値によって集光レンズ10を駆動すればよく、ダイクロイックミラー切り替え部5の駆動部しか有しない場合には、ダイクロイックミラー切り替え部5の駆動部の駆動位置のみに対応した補正値によって集光レンズ10を駆動すればよい。
又、以上の実施の形態の説明においては、集光レンズ10の集光点と遮光板11上の開口11aの中心を合わせるのに、集光レンズ10の位置を移動させていたが、遮光板11を移動させるようにしてもよく、その移動機構も図2に示す方式が、そのまま採用可能である。
1…光源、2…光源、3…入射切り替え部、4…ビームエキスパンダ、5…ダイクロイックミラー切り替え部、6…走査部、7…走査光学系、8…対物レンズ、9…標本、10…集光レンズ、11…遮光板、12…光検出器、13…モータ、14…モータ、20…CPU、21…メモリ、30…コンピュータ、31…ソフトウェア、51…X方向駆動ステージ、52…X方向ガイド、53…X方向ガイド、55…カップリング、56…送りねじ、57…リミットセンサ、58…Y方向駆動ステージ、59…Y方向ガイド、60…Y方向ガイド、カップリング62…カップリング、63…送りねじ、64…リミットセンサ
Claims (3)
- 複数の光源と、
前記光源からの光を試料に集光する照明光学系と、
前記試料からの光を集光する集光光学系と、
前記集光光学系の集光位置に配置されたピンホール板とを備えた走査型共焦点顕微鏡であって、
前記照明光学系及び前記集光光学系のうち少なくとも一方は、透過する光の波長を選択する光学部材を備えた波長選択切り替え機構を有し、
前記波長選択切り替え機構の切り替えに伴って発生する、前記集光光学系の集光位置の位置ずれ量を予め記憶しておく記憶手段と、
前記記憶手段に記憶された前記位置ずれ量に基づいて、前記集光光学系のうち前記ピンホール板の前に配置された集光レンズの位置を移動させることにより前記集光位置の位置ずれを補正する補正機構とを備えたことを特徴とする走査型共焦点顕微鏡。 - 前記波長選択切り替え機構は、前記複数の光源からの複数波長の光のうち前記試料へ入射させる波長を選択する光学部材を備えたもの、及び前記試料から発生する光のうち蛍光の波長を選択する光学部材を供えたもののうち、少なくとも一方であることを特徴とする請求項1に記載の走査型共焦点顕微鏡。
- 請求項1又は請求項2に記載の補正機構を、前記記憶手段に記憶された前記位置ずれ量に基づいて、前記ピンホール板を移動させることにより前記集光位置の位置ずれを補正する補正機構に置き換えたことを特徴とする走査型共焦点顕微鏡。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2007174172A JP2009014838A (ja) | 2007-07-02 | 2007-07-02 | 走査型共焦点顕微鏡 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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Publications (1)
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2015138091A (ja) * | 2014-01-21 | 2015-07-30 | オリンパス株式会社 | 走査型レーザ顕微鏡 |
CN105445238A (zh) * | 2014-08-25 | 2016-03-30 | 中国科学院大连化学物理研究所 | 在激光扫描共聚焦显微镜上的单重态氧显微成像方法 |
-
2007
- 2007-07-02 JP JP2007174172A patent/JP2009014838A/ja active Pending
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CN105445238A (zh) * | 2014-08-25 | 2016-03-30 | 中国科学院大连化学物理研究所 | 在激光扫描共聚焦显微镜上的单重态氧显微成像方法 |
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