JPH0627385A - 走査型光学顕微鏡 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】構成が複雑とはならず、かつ標本からの蛍光の
明るさや色の程度を正確に肉眼視で観察することのでき
る走査型光学顕微鏡を提供する。 【構成】レーザ光源１からのレーザビームを標本０上に
対物レンズ５を介して集光して標本をスポット照明する
第１の光路と、上記レーザ光源１からのレーザビームを
前記対物レンズの瞳面付近に集光して標本の視野を前記
スポットよりも太い光束で照明する第２の光路とを設定
し、これら第１の光路と第２の光路とを、スライダ１
６，１７の移動により切換えて使用することにより、光
電子増倍管９による顕微鏡観察と観察光学プリズム１１
を介する肉眼用観察とを選択的にするようにしている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、特に生物や医学等の用
途に用いられ、レーザ走査により標本の蛍光を検出する
走査型光学顕微鏡に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のこの種顕微鏡に使用されている光
学系を図５を参照して以下に説明する。

【０００３】レーザ光源１から発振されたレーザビーム
は、ビームエクスパンダーで径が拡大されてガルバノメ
ータスキヤンナ３に入射し、ここでＸ−Ｙ方向に偏向さ
れる。この偏向されたレーザビームは、前記スキヤンナ
３と対物レンズ５の瞳を共軛に結合する瞳投影レンズ４
によって収束されて、対物レンズ５の像位置にスポット
を形成する。このスポットにより、スキヤンナ３の振れ
角に応じて、対物レンズ５の像位置はＸ−Ｙ方向に二次
元的に走査される。そして、この走査スポットは、対物
レンズ５によって標本０上に投影され、標本０を励起し
て蛍光放射を起こさせる。この標本０からの蛍光は、対
物レンズ５、瞳投影レンズ４並びにスキヤンナ３を順次
遡り、スキヤンナ３によって偏向がキヤンセルされた
後、ダイクロイックミラー６によって照明光路（励起光
路）から分離され、スポット投影レンズ７及び標本０上
の走査スポットと共軛な位置に設定されたコンフォーカ
ルピンホール８を通過して光電子増倍管９に入射し、こ
の入射光量に応じた電気信号に光電変換される。そし
て、この電気信号は、前記スキヤンナ３の駆動と同期し
て画像メモリに蓄積され、ビデオ信号に同期して読み出
されて映像モニタ上に画像を表示する。

【０００４】上記のような光学系においては、さらにダ
イクロイックミラー１０と観察光学プリズム１１とが光
路中に挿脱可能に設けられている。これらダイクロイッ
クミラー１０と観察光学プリズム１１とは、水銀ランプ
１３を装着した落射投光管１２と共に、標本０の肉眼視
を可能にするものであり、予め標本０の位置を確認した
り、レーザビームによる褪色の影響を確認したりする等
の観察のために使用される。

【０００５】上記走査型光学顕微鏡においては、レーザ
光源１として通常、複数の発振波長を持つマルチライン
レーザ光源が用いられ、この光源からのレーザビームの
励起波長を特定のものに選定できるように、レーザライ
ンフィルター１４が挿脱可能に配置されている。また、
光電子増倍管９の受光部付近にも蛍光の分光特性に応じ
て適当に選定された吸収なフィルター１５が挿脱可能に
配置されている。そして、前記ダイクロイックミラー６
も標本０の持つ蛍光特性に合わせて適当なカットオフ波
長のものに交換可能となっている。

【０００６】上記のような構成の走査型光学顕微鏡の実
際の使用に際しては、蛍光観察像のコントラストを最適
にするために、前記ラインフィルター１４と、吸収フィ
ルター１５とダイクロイックミラー６とを、夫々標本０
に合わせて適当な特性のものに選択する必要がある。こ
の場合、最適な設定条件を見出す際に、いちいち設定条
件を変えながら走査型光学顕微鏡でコントラストの良く
なる設定を見出すのでは、その操作が非常に面倒なの
で、一般には、肉眼視によって標本からの蛍光の明るさ
と色とを目視で観察して上記設定を決める方が容易かつ
迅速に最適条件を見出すことができるために、前述した
ような肉眼視を可能とする光学系が付加されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の走査型光学顕微鏡においては、レーザ光による励起
光学系とは別に肉眼視用の蛍光照明装置を用いており全
体の構成が複雑化しているばかりではなく、水銀ランプ
等を用いた励起光の分光特性はレーザ光の分光特性とは
異なるために、標本からの蛍光の明るさや色の程度を肉
眼視で正確には観察することができない。

【０００８】従って、本発明の目的は、構成が複雑とは
ならず、かつ標本からの蛍光の明るさや色の程度を正確
に肉眼視で観察することのできる走査型光学顕微鏡を提
供することである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の走査型光学顕微鏡は、光源からの光を標本
上に対物レンズを介して集光して標本をスポット照明す
る第１の光路と、上記光源からの光を前記対物レンズの
瞳面付近に集光して標本の視野を前記スポットよりも太
い光束で照明する第２の光路とを設定し、これら第１の
光路と第２の光路とを選択的に切換えて使用するように
している。

【００１０】

【作用】例えば、標本の蛍光を観察する場合、第１の光
路を選択することにより、スポット照明により標本から
励起された蛍光は顕微鏡観察され、第２の光路を選択す
ることにより、太い光束での照明により励起された比較
的広い範囲の蛍光は肉眼視観察される。

【００１１】

【実施例】以下に、本発明の一実施例に係わる走査型光
学顕微鏡を添付図面を参照して説明する。

【００１２】図１は、切替え可能な第１の光路（顕微鏡
観察用光路）と第２の光路（肉眼視観察用光路）とを重
複させて示し、図２は第１の光路のみを、そして図３は
第２の光路のみを、夫々示す。また、これら図にて、図
５にて説明したのと同じ光学要素は、同一符号を付し説
明を省略する。

【００１３】図中符号１６並びに１７は、レーザ光源１
からガルバノメータスキヤンナ３までの光路中に、挿脱
可能に挿入された第１並びに第２のスライダを示す。こ
れらスライダは光路に対して第１の部分が挿入される第
１の位置と、第２の部分が挿入される第２の位置との間
を選択的に移動可能に、顕微鏡の本体に装着されてい
る。また、このスライダの移動は、手動でも、例えば電
気的駆動機構による移動でも良い。また、これらスライ
ダは、共に同じ位置に同時に移動されるように互いに接
続されることが望ましい。

【００１４】前記第１のスライダ１６は、第１の部分
に、ミラー１６ａと小径のコリメータレンズ１６ｂとを
有する。この小径のコリメータレンズ１６ｂは、レーザ
光源１の射出側に順次設けられた収束レンズ２２並びに
ピンホール２１と組をなして、第１のビームエクスパン
ダー２を構成している（図２参照）。また第１のスライ
ダ１６の第２の部分には大径のコリメータレンズ１６ｃ
が設けられ、前記収束レンズ２２並びにピンホール２１
と組をなして、第２のビームエクスパンダー２´を構成
しているている（図３参照）。この大径のコリメータレ
ンズ１６ｃは前記小径のコリメータレンズ１６ｂよりも
レーザ光源１より離れており、この結果、第２のビーム
エクスパンダー２´は第１のビームエクスパンダー２よ
りもレーザ光源１からのレーザビームを大径にして射出
するようになっている。一方、第２のスライダ１７は、
第１の部分にミラー１７ａが設けられ（図２参照）、第
２の部分には何も設けられていない（図３参照）。

【００１５】また、第２のスライダ１７とスキヤンナ３
との間にはコレクターレンズ１８が設けられ、そして瞳
投影レンズ４と対物レンズ５との間の光路中には、観察
光学プリズム１１が挿脱可能に配設されている。この観
察光学プリズム１１の透過側には吸収フイルター２０
が、適宜の特性のものに交換可能に配置されている。こ
の吸収フイルター２０としては、光電子増倍管９の入射
側に挿入される吸収フィルター１５と、同一の特性のも
のを選定して使用することが好ましい。また、ダイクロ
イックコーテングが施された観察光学プリズム１１も、
ダイクロイックミラー６と同一の特性のものを設定する
ことができるように交換可能に配設されることが好まし
い。このように顕微鏡観察と肉眼視観察とで特性の同じ
光学部材を使用することにより、顕微鏡観察で設定する
蛍光観察と同一の分光特性で肉眼視観察が可能となる。
また、肉眼観察像を分光測光したり、画像処理したりし
て蛍光条件を分析し、この結果を走査型光学顕微鏡の分
光特性を各標本の蛍光に応じて最適化するためのデータ
として用いることも可能となる。

【００１６】上記構成の走査型光学顕微鏡において、顕
微鏡観察をする場合には、図２に示すように両スライダ
１６，１７を第１の位置に移動させることにより従来と
同様の顕微鏡観察用光学系を構成し、標本０からの励起
光が光電子増倍管９により測定され得る。なお、図２に
示す光学系では、図５に示す従来の光学系に比してビー
ムエクスパンター２からスキヤンナ３までの平行光路が
長くなっているが、動作上はこれらは全く同じである。

【００１７】一方、標本０の肉眼視は、図３に示すよう
に、両スライダ１６，１７を第２の位置に移動させるこ
とにより可能となる。このような状態では、第２のビー
ムエクスパンダー２´により太い径に変換されたレーザ
ビームはコレクターレンズ１８により収束されてスキヤ
ンナ３の光軸上にスポツトを形成する。この場合には、
スキヤンナ３を駆動させる必要はなく、ほぼ画角中心の
位置で静止させておけば良い。なお、このスキヤンナ３
の画角中心での静止は、例えば、スキヤンナ３の駆動を
停止させたときに自動的にこの位置で静止するようにス
キヤンナ３を制御しても良いし、またスライダ１６，１
７を第２の位置に移動させるのと連動してスキヤンナ３
を画角中心の位置に回動させるようにしても良い。この
ようにしてスキヤンナ３に入射したレーザビームは瞳投
影レンズ４によって対物レンズ５の瞳面に収束し、これ
により平行光束となって標本０に入射する。このように
して標本０に入射した、顕微鏡観察の場合と比較して太
い光束のレーザビームにより励起された標本０からの蛍
光は、反射面がダイクロイックに構成された観察光学プ
リズム１１によって入射光路から分離され、肉眼視によ
り、この蛍光像が観察される。なお、このときの観察視
野は、標本０への入射平行光束（照明光束）の太さ、即
ちコレクターレンズ１８の開口の大きさで決定される
が、この位置に絞りを置いて、この絞りにより観察視野
を決めても良い。

【００１８】以上説明したように、上記構成の走査型光
学顕微鏡においては、２つのスライダ１６，１７の第１
の位置と第２の位置との間の移動により、同一のレーザ
光源１を顕微鏡用の光源としても、また肉眼視観察用の
光源としても使用できる。この結果、肉眼視観察用の光
源、例えば水銀ランプ等が不要となり、構成上簡単とな
る。また、これら両観察は同一のレーザビーム、即ち同
一の分光特性の光により行うので、蛍光の明るさや色の
程度を肉眼視で正確に観察することができる。

【００１９】なお、上記実施例においては、照明光束の
開口数ＮＡはゼロになるが、蛍光観察の場合には、標本
が発光するために結像はインコヒーレントとなり、観察
像にリンギングが発生するようなことはない。しかし、
照明光が標本に到達するまでに途中の光学系によってス
ペクトル等のノイズを発生する場合がある。しかし、こ
のような場合には、コレクターレンズ１８の開口付近や
ビームエクスパンダ２´の光路内に位相拡散板を挿入す
る等して可干渉性を低下させれば良い。

【００２０】また、上記構成の走査型光学顕微鏡の観察
光学プリズム１１からのビーム射出側に、ＴＶカメラを
設けて肉眼観察像を撮像したり、測光装置に導いて画像
上で顕微測光を行うようにしても良い。

【００２１】次に、図４を参照して、本発明に係わる走
査型光学顕微鏡の他の実施例を説明する。尚、この実施
例にて前記実施例と実質的に同一部材は同一符号を付し
て説明を省略する。

【００２２】この実施例では、前記観察光学プリズム１
１の代わりに、第３のスライダ１９が瞳投影レンズ４と
対物レンズ５との間の光学路に設けられている。このス
ライダ１９は光路に対して第１の部分が挿入される第１
の位置と、第２の部分が挿入される第２の位置との間を
選択的に移動可能に、顕微鏡の本体に装着されている。
このスライダ１９は、第１の部分にミラーを、また第２
の部分にダイクロイックミラーを夫々有する。この第３
のスライダ１９も前記第１並びに第２のスライダ１６，
１７と同様にこれらと連動して移動されるように構成す
ることが望ましい。また、この第３のスライダに設けら
れたまたダイクロイックミラーは顕微鏡観察に使用され
るダイクロイックミラー６と同一の特性のものを設定で
きるように交換可能に装着するのが、第１の実施例で説
明したのと同様の効果を得るために好ましい。そして、
第３のスライダ１９に設けられたダイクロイックミラー
の透過側である肉眼視観察側には、吸収フイルター２０
を介して観察光学プリズム１１（これには、第１の実施
例とは異なりダイクロイックコーテングは施されていな
い）が設けられている。

【００２３】上記第２の実施例の走査型光学顕微鏡にお
いては、顕微鏡観察時には、第１並びに第２のスライダ
１６，１７と同様に第３のスライダ１９も第１の位置に
移動させて、ミラーを光路上に位置させる。この結果、
光路がこのミラーにより偏向される以外は前記第１の実
施例と同様にしてレーザビームのスポットが標本０に形
成され、蛍光を励起させ、これを顕微鏡観察することが
できる。一方、肉眼視観察時には、第１並びに第２のス
ライダ１６，１７と共に第３のスライダ１９を第２の位
置に移動させて、ダイクロイックミラーを光路上に位置
させる。この結果、太いレーザビームが標本０に入射
し、この標本からの蛍光がダイクロイックミラー並びに
観察光学プリズム１１を透過して肉眼視により観察でき
る。上記第２の実施例に係わる走査型光学顕微鏡は、第
１の実施例のものと同様の効果を奏することができると
共に、さらに以下のような効果を有する。

【００２４】対物レンズ５と観察光学プリズム１１との
間に挿入するユニットとして光学系を構成することがで
きるので、装置全体の小形化が図れると共に、中間アダ
プターとして通常の顕微鏡に追加できるように構成する
ことも可能となる。特に、倒立型顕微鏡に対してこの実
施例のものを応用する場合には、標本より低い位置に光
学系を収納することができ、機械的安定性を確保するこ
とが可能となる。

【００２５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係わる走
査型光学顕微鏡においては、顕微鏡観察用の光源と肉眼
視観察用の光源として、共通のレーザ光源が使用されて
いるので、構成が複雑とはならず、かつ標本からの蛍光
の明るさや色の程度を正確に肉眼視で観察することので
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例に係る走査型光学顕微鏡
の光学系を示す図である。

【図２】図１に示す光学系のうち顕微鏡観察用光学系を
示す図である。

【図３】図１に示す光学系のうち肉眼観察用光学系を示
す図である。

【図４】本発明の第２の実施例に係る走査型光学顕微鏡
の光学系を示す図である。

【図５】従来の走査型光学顕微鏡の光学系を示す図であ
る。

【符号の説明】

０…標本、１…レーザ光源、２，２´…ビームエクスパ
ンダー、３…スキヤンナ、５…対物レンズ、１１…観察
光学プリズム、１６，１７，１９…スライダ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光源からの光を標本上に対物レンズを介
   して集光して標本をスポット照明する第１の光路と、上
   記光源からの光を前記対物レンズの瞳面付近に集光して
   標本の視野を前記スポットよりも太い光束で照明する第
   ２の光路とを設定し、これら第１の光路と第２の光路と
   を選択的に切換えて使用するようにした走査型光学顕微
   鏡。