JP6375254B2 - 蛍光観察用ユニットおよび蛍光観察装置 - Google Patents
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Description
この特許文献1に記載された観察装置は、極短パルスレーザ光を標本において集光することにより、集光位置において多光子励起効果により発生した蛍光を対物レンズの直後において極短パルスレーザ光の光路から分岐し、光ファイバによって外部の光検出器まで導いて検出することとしている。このような多光子励起型の観察装置を用いれば、試料のより深部に極短パルスレーザ光を集光させて蛍光を発生させることができ、試料のより深部の蛍光像を取得することができる。
本発明の一態様は、光源からの極短パルスレーザ光を走査するスキャナと、該スキャナにより走査された極短パルスレーザ光を集光する瞳投影レンズと、該瞳投影レンズにより集光された極短パルスレーザ光を略平行光にして対物レンズに入射させる結像レンズと、前記対物レンズにより極短パルスレーザ光が試料に集光されることにより、集光位置において発生し、前記対物レンズにより集光された蛍光を極短パルスレーザ光の光路から分岐するダイクロイックミラーとを備え、前記結像レンズが、前記対物レンズに近接して配置され正の屈折力を有する第1光学系と、該第1光学系よりも前記瞳投影レンズ側に配置され負の屈折力を有する第2光学系とを備え、前記ダイクロイックミラーが、前記第1光学系と前記第2光学系との間に配置されている蛍光観察用ユニットを提供する。
また、焦点位置の周囲の比較的広い範囲から対物レンズに入射した蛍光も、正の屈折力を有する第1光学系を通過することにより、より光束径の小さい収斂光となってダイクロイックミラーによって極短パルスレーザ光の光路から分岐される。
第1光学系と第2光学系との間においては、蛍光は正の屈折力を有する第1光学系により収斂光となっているので、光軸に対して一方向に傾斜させて配置されたダイクロイックミラーを極短パルスレーザ光が透過する際の屈折によってその傾斜方向のみに光束がずれる。非点収差補正板を配置することで、ダイクロイックミラーによるズレ方向とは逆方向にズレを発生させることにより、極短パルスレーザの集光点のズレをなくすことができる。
本態様によれば、狭い振れ幅で変動し、かつ、試料における極短パルスレーザ光の集光位置の周辺の広い範囲において散乱された蛍光を集めた収斂光を光検出器により検出して、試料のより深い位置における明るく鮮明な蛍光像を取得することができる。
このようにすることで、光検出器を外部に固定しておき、光ファイバを湾曲させることにより、蛍光観察用ユニットを移動させることができ、試料を固定したままで蛍光観察用ユニットを移動させて、試料の種々の位置を種々の方向から観察することができる。
このようにすることで、カップリングレンズによって集光された蛍光の光路を光路偏向部材によって折り曲げて対物レンズの光軸に沿う方向に配置されている光ファイバに入射させることができる。すなわち、光ファイバを、蛍光観察用ユニットから対物レンズの光軸に沿う方向に延ばすことができる。これにより、蛍光観察用ユニットを対物レンズの焦点位置近傍の光軸に交差する軸線回りに揺動させても、光ファイバが動作の邪魔にならず、対物レンズの周辺空間をコンパクトに構成して、揺動角度を大きく確保することができる。
このようにすることで、光ファイバの一端に入射され、光ファイバにより導光された蛍光は、光ファイバの他端から射出される際に所定の拡散角度で広がるが、リレーレンズによって略平行光に変換された後、再度集光させられて光検出器に入射される。リレーレンズは、光検出器に入射する蛍光の光束径を光検出器の受光面の有効面積以内にするとともに、光検出器への入射NAが光検出器の許容範囲内となるように、光ファイバの他端から光検出器の受光面への投影倍率が設定されている。これにより、光検出器の角度依存性および入射位置依存性の影響を受けずに、蛍光を効率よく検出することができる。
このようにすることで、光ファイバを用いることなく、ダイクロイックミラーによって分岐された蛍光を、直接、または少ない光学素子を経由して光検出器により検出することができる。光学素子を通過する毎に発生する蛍光のロスを低減し、さらに明るい蛍光像を取得することができる。
このようにすることで、揺動機構の作動により、試料に対物レンズの焦点位置をほぼ固定したまま、対物レンズの光軸方向を変化させることができ、試料を固定したまま種々の方向から観察することができる。
また、上記態様においては、前記光ファイバが、リキッドファイバであってもよい。
このようにすることで、コアの大きなマルチモードファイバ、特に、リキッドファイバにより、狭い振れ幅で変動する蛍光の光ファイバへの入射時の損失を低減し、効率よく光検出器に入射させることができる。
このようにすることで、極短パルスレーザ光を発生する光源についても外部に固定し、光源用光ファイバを湾曲させることで蛍光観察用ユニットの移動を容易にして、試料を固定したまま種々の方向および種々の位置から観察することができる。
本実施形態に係る蛍光観察装置1は、図1に示されるように、多光子励起レーザ走査型顕微鏡であって、近赤外帯域の極短パルスレーザ光を発生する光源2と、該光源2から発せられた極短パルスレーザ光を試料Xに照射する一方試料Xにおいて発生した蛍光を集光する本実施形態に係る蛍光観察用ユニット3と、該蛍光観察用ユニット3により集光された蛍光を検出する光電子増倍管(光検出器)4と、光源2と蛍光観察用ユニット3とを接続する第1の光ファイバ5(光源用光ファイバ)と、蛍光観察用ユニット3からの蛍光を光電子増倍管4に導く第2の光ファイバ(光ファイバ)6と、リレー光学系(リレーレンズ)7と、蛍光観察用ユニット3を揺動可能な揺動機構25と、光源2および蛍光観察用ユニット3に動作指示を入力するコントローラ26と、モニタ27とを備えている。
また、蛍光観察用ユニット3には、対物レンズ15が交換可能に取り付けられるようになっている。
結像レンズ11は、瞳投影レンズ10により中間像を結像した極短パルスレーザ光を略平行光に変換して対物レンズ15に入射させるようになっている。
カップリングレンズ14は、ミラー13によって偏向された蛍光をさらに集光して、第2の光ファイバ6の入射端に入射させるようになっている。
モニタ27は、コンピュータが生成した2次元画像を表示するようになっている。
本実施形態に係る蛍光観察装置1を用いて試料Xの比較的深部の蛍光像を取得するには、コントローラ26からの動作指令により光源2において極短パルスレーザ光を発生させる。光源2において発生した極短パルスレーザ光を、第1の光ファイバ5を介して蛍光観察用ユニット3に導光する。
すなわち、極短パルスレーザ光の焦点位置において発生した蛍光は、周囲の試料X内部の散乱によって焦点位置の周囲にも広がるが、広がった蛍光も全て極短パルスレーザ光の焦点位置において発生したものであるため、可能な限り多くの蛍光を回収することが好ましい。
その結果、本実施形態に係る蛍光観察用ユニット3および蛍光観察装置1によれば、極短パルスレーザ光の焦点位置において発生した蛍光を効率よく回収することができる。
ダイクロイックミラー12によって分岐された蛍光はミラー13によって偏向され、カップリングレンズ14によってさらに集光されて第2の光ファイバ6に入射される。
すなわち、スキャナ9による走査範囲を超えたより広い範囲からの蛍光を第2の光ファイバ6に常に入射させる本実施形態に係る蛍光観察用ユニット3によれば、スキャナ9によって極短パルスレーザ光が走査されても、第2の光ファイバ6に入射される蛍光は変動せず、効率よく第2の光ファイバ6に入射させることができる。
撮像素子23は、コントローラ26に接続されている。メモリは、撮像素子23が取得したカメラ観察画像を記憶するようになっている。
同様に、ミラー22によって偏向した試料Xの表面からの反射光をミラー24によって偏向することとしたが、これに代えて、ミラー22によって偏向した後、直接、撮像素子23によって撮影することにしてもよい。
2 光源
3 蛍光観察用ユニット
4,4a,4b,4c 光電子増倍管(光検出器)
5 第1の光ファイバ(光源用光ファイバ)
6 第2の光ファイバ(光ファイバ)
7 リレー光学系(リレーレンズ)
8 筐体
9 スキャナ
10 瞳投影レンズ
11 結像レンズ
12 ダイクロイックミラー
13,24 ミラー(光路偏向部材)
14 カップリングレンズ
15 対物レンズ
17 第1光学系
18 第2光学系
20 分光用ダイクロイックミラー
21 非点収差補正板
22 ミラー(観察光偏向部材)
23 撮像素子
X 試料
S 光軸
Claims (13)
- 光源からの極短パルスレーザ光を走査するスキャナと、
該スキャナにより走査された極短パルスレーザ光を集光する瞳投影レンズと、
該瞳投影レンズにより集光された極短パルスレーザ光を略平行光にして対物レンズに入射させる結像レンズと、
前記対物レンズにより極短パルスレーザ光が試料に集光されることにより、集光位置において発生し、前記対物レンズにより集光された蛍光を極短パルスレーザ光の光路から分岐するダイクロイックミラーとを備え、
前記結像レンズが、前記対物レンズに近接して配置され正の屈折力を有する第1光学系と、該第1光学系よりも前記瞳投影レンズ側に配置され負の屈折力を有する第2光学系とを備え、
前記ダイクロイックミラーが、前記第1光学系と前記第2光学系との間に配置されている蛍光観察用ユニット。 - 前記第1光学系と前記第2光学系との間に、非点収差補正板を備える請求項1に記載の蛍光観察用ユニット。
- 請求項1または請求項2に記載の蛍光観察用ユニットと、
前記ダイクロイックミラーによって分岐された蛍光を検出する光検出器とを備える蛍光観察装置。 - 前記蛍光観察用ユニットと前記光検出器とを接続する光ファイバを備え、
前記蛍光観察用ユニットが、前記ダイクロイックミラーによって分岐された蛍光を前記光ファイバの一端に集光させるカップリングレンズを備える請求項3に記載の蛍光観察装置。 - 前記蛍光観察用ユニットが、前記ダイクロイックミラーにより分岐された蛍光を前記対物レンズの光軸に沿う方向に偏向して前記カップリングレンズに入射させる光路偏向部材を備える請求項4に記載の蛍光観察装置。
- 前記光ファイバにより導光され、該光ファイバの他端から射出された蛍光を前記光検出器にリレーするリレーレンズを備える請求項4または請求項5に記載の蛍光観察装置。
- 前記リレーレンズが、前記光ファイバの射出端から射出された蛍光を略平行光束に変換し、
前記リレーレンズにより変換された前記略平行光束を波長毎に分岐する分光用ダイクロイックミラーを備え、
前記光検出器が、前記分光用ダイクロイックミラーによって分岐された蛍光をそれぞれ検出するように複数備えられている請求項6に記載の蛍光観察装置。 - 前記蛍光観察用ユニットが、前記スキャナ、前記瞳投影レンズ、前記結像レンズおよび前記ダイクロイックミラーを取り付ける筐体を備え、
前記光検出器が前記筐体に固定されている請求項3に記載の蛍光観察装置。 - 前記蛍光観察用ユニットが、前記対物レンズによって集光された前記試料からの光を前記ダイクロイックミラーとは異なる方向に偏向する観察光偏向部材と、該観察光偏向部材により偏向された光を撮影する撮像素子と、前記ダイクロイックミラーと前記観察光偏向部材とを択一的に前記極短パルスレーザ光の光路上に配置する挿脱機構とを備える請求項3から請求項8のいずれかに記載の蛍光観察装置。
- 前記蛍光観察用ユニットを前記対物レンズの焦点位置近傍において該対物レンズの光軸に交差する軸線回りに揺動させる揺動機構を備える請求項3から請求項9のいずれかに記載の蛍光観察装置。
- 前記光ファイバが、マルチモードファイバである請求項3から請求項10のいずれかに記載の蛍光観察装置。
- 前記光ファイバが、リキッドファイバである請求項11に記載の蛍光観察装置。
- 極短パルスレーザ光を発生する光源と前記蛍光観察用ユニットとを接続し、前記光源から発せられた極短パルスレーザ光を前記蛍光観察用ユニットに導光する光源用光ファイバを備える請求項3から請求項12のいずれかに記載の蛍光観察装置。
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