(57)【要約】【課題】本発明の課題は、深紫外線などの特殊光のスポット照射と、結像性能を犠牲にしない光学観察の二つを、同時に実行できる顕微鏡システムを提供することである。【解決手段】試料４を挟んで対向する位置に第一対物レンズ１４と第二対物レンズ１６を備える顕微鏡システムにおいて、第一対物レンズ１４は深紫外線を透過する対物レンズであり、第二対物レンズ１６は試料４からの観察光を収集する構成とした。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料を挟んで対向する位置に第一対物レンズと第二対物レンズを備える顕微鏡システムにおいて、
前記第一対物レンズは深紫外線を透過する対物レンズであり、
前記第二対物レンズは前記試料からの観察光を収集する
ことを特徴とする顕微鏡システム。
【請求項２】
前記第一対物レンズを通して前記試料を光刺激する光刺激用光源と、
前記第一対物レンズを通して前記試料を照明する透過照明用光源と、
前記第二対物レンズを通して前記試料を撮像する撮像装置と、
をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の顕微鏡システム。
【請求項３】
前記第一対物レンズを通して前記試料を光刺激する光刺激用光源と、
前記光刺激用光源からの刺激光の照射位置を指し示すガイド光を発するガイド光源と、
前記第二対物レンズを通して前記試料を撮像する撮像装置と、
をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の顕微鏡システム。
【請求項４】
前記第一対物レンズを通して前記試料を照明する透過照明用光源をさらに備えることを特徴とする請求項３に記載の顕微鏡システム。
【請求項５】
前記第二対物レンズを通じて前記試料内の蛍光物質を励起する励起光を発する励起光源をさらに備えることを特徴とする請求項３に記載の顕微鏡システム。
【請求項６】
前記第一対物レンズを通して前記試料を照明する透過照明用光源をさらに備えることを特徴とする請求項５に記載の顕微鏡システム。
【請求項７】
前記刺激光の照射位置と前記ガイド光の照射位置は、光学的に共役な位置に配置されたピンホールによって制御されることを特徴とする請求項３から請求項６の何れかに記載の顕微鏡システム。
【請求項８】
前記ガイド光は赤色であることを特徴とする請求項３から請求項７の何れかに記載の顕微鏡システム。
【請求項９】
前記第一対物レンズは鏡面反射を利用して光線を収斂させることを特徴とする請求項１から請求項８の何れかに記載の顕微鏡システム。
【請求項１０】
前記第一対物レンズは石英と蛍石のみを光学素子の素材にしたことを特徴とする請求項１から請求項８の何れかに記載の顕微鏡システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光刺激可能な顕微鏡の技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、生物細胞内の蛋白や小器官の動態及び機能を解析する研究において、生物細胞内に紫外線を照射し、その反応を観察する研究方法が広く知られている。
【０００３】
この研究方法の一つに癌細胞等の生体物質の活動を観察する方法がある。例えばこの研究方法ではDNAに紫外線を照射して壊すか或いは傷をつけることで、修復しようとする生体活動を観察する。もし、この修復活動に異常が見られた場合はその細胞が癌化しているなどの判断が出来るのである。
【０００４】
従来はこのような観察をする方法として、紫外線を生体物質の全体に照射し、所望の反応が起きたところだけを選択して観察をしていた。当然ながら、この様な観察方法は非常に効率が悪く、また観察結果の信頼性も満足いくものではなかった。
【０００５】
つまり、紫外線を制御しながら目的の試料の点に照射しながら観察も行える顕微鏡に対する需要は大きい。しかし、顕微鏡において紫外線を扱うには大きな問題があった。なぜなら、多くのガラスは紫外線を通すことが出来ないという事情が存在するからである。そのことは、通常の顕微鏡で使われるレンズが、紫外線照射の妨げになることを意味する。
【０００６】
ガラスが紫外線を通さないという問題に対しての解決法として、以下の二つがある。一つは、紫外線を通すガラスのみを使って光学系を構成するというものである。例えば特許文献１では、石英と蛍石だけを使って顕微鏡の対物レンズを構成している。もう一つの方法は反射対物レンズと呼ばれる対物レンズを利用するものである。この対物レンズはその名が示すように、ガラスを一切使わずに鏡面の反射のみで対物レンズを構成している。その結果、深紫外線から可視光を含む広い波長帯域で利用可能である。
【０００７】
実はこれら二つの方法にも欠点がある。深紫外線を通すガラスのみを使った対物レンズは、利用するガラスを制限しているために、色収差などの結像性能を犠牲にしている。また、反射対物レンズは、反射面の面精度の問題や輪帯照射になるために、結像性能を犠牲にしている。
【０００８】
一方、紫外線刺激による生体反応の主役は蛋白質などの微小な対象であるので、結像性能を犠牲にしてしまっていけないという大きなジレンマを抱えていた。
【特許文献１】特許第３２４２４２６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明では、上記の問題を鑑み、深紫外線などの特殊光のスポット照射と、結像性能を犠牲にしない光学観察の二つを、同時に実行できる顕微鏡システムを提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の上記課題は、試料を挟んで対向する位置に第一対物レンズと第二対物レンズを備える顕微鏡システムにおいて、上記第一対物レンズは深紫外線を透過する対物レンズであり、上記第二対物レンズは上記試料からの観察光を収集することを特徴とする顕微鏡システムによって解決される。
【００１１】
上述した顕微鏡システムにおいて、上記第一対物レンズを通して上記試料を光刺激する光刺激用光源と、上記第一対物レンズを通して上記試料を照明する透過照明用光源と、上記第二対物レンズを通して上記試料を撮像する撮像装置とをさらに備えることが考えられる。
【００１２】
上述した顕微鏡システムにおいて、上記第一対物レンズを通して上記試料を光刺激する光刺激用光源と、上記光刺激用光源からの刺激光の照射位置を指し示すガイド光を発するガイド光源と、上記第二対物レンズを通して上記試料を撮像する撮像装置とをさらに備えることが考えられる。
【００１３】
また、上記第一対物レンズを通して上記試料を照明する透過照明用光源をさらに備えることが考えられる。
あるいは、上記第二対物レンズを通じて上記試料内の蛍光物質を励起する励起光を発する励起光源をさらに備えることが考えられる。
【００１４】
また、上記第一対物レンズを通して上記試料を照明する透過照明用光源をさらに備えることが考えられる。
【００１５】
また、上記刺激光の照射位置と上記ガイド光の照射位置は、光学的に共役な位置に配置されたピンホールによって制御されることが考えられる。
【００１６】
また、上記ガイド光は赤色であることが望ましい。
【００１７】
また、上記第一対物レンズは鏡面反射を利用して光線を収斂させる反射対物レンズを利用することが考えられる。
【００１８】
また、上記第一対物レンズは石英と蛍石のみを光学素子の素材にした対物レンズを利用することが考えられる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、紫外線などの特殊光のスポット照射と光学観察を同時に実行できる顕微鏡システムが提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明の実施の形態に係わる顕微鏡について、図を用いて説明を行う。
図１は、第一の実施の形態の顕微鏡システムの構成を示した図である。本実施の形態の顕微鏡システムはステージ３を境に正立側顕微鏡１と倒立側顕微鏡２を備えた顕微鏡システムである。
【００２１】
正立側顕微鏡１の構成は光刺激用光源１１とピンホール１２とハーフミラー等の光線分離手段１３と第一対物レンズ１４と透過照明装置１５によって代表される。また、倒立側顕微鏡２の構成は第二対物レンズ１６と結像レンズ１７と撮像素子１８によって代表される。それぞれ、正立側顕微鏡１は光刺激と照明に利用され、倒立側顕微鏡２は観察に利用される。
【００２２】
まず、本構成における光刺激に関する機能を説明する。本構成例では、光刺激用光源１１で発した刺激光はピンホール１２で照射領域を絞られ、光線分離手段１３によって反射され、第一対物レンズ１４に入射される。このとき、ピンホール１２と第一対物レンズ１４の焦点面とは光学的に共役の位置に配置されているので、試料４内のスポットに刺激光を照射できる。ここで、光刺激用光源１１は深紫外線などの特殊光を発光できるものを利用する。
【００２３】
なお、第一対物レンズ１４としては紫外線を通すガラスのみを使った対物レンズ、あるいは反射対物レンズを利用する。こうすることによって、深紫外線などの特殊光が妨げられずに試料４に到達する。
【００２４】
次に、本構成における観察に関する機能を説明する。本構成例では、透過照明用光源１５から発射された照明光は第一対物レンズ１４を通して試料４に照射される。そして、試料を透過した照明光を第二対物レンズ１６で収集し、観察光とする。第二対物レンズ１６から平行光束となって射出された観察光は、結像レンズ１７によって、撮像素子１８の受光面に結像される。なお、第二対物レンズ１６では可視光しか扱わないので、通常の対物レンズを利用してかまわない。それにより、観察像の劣化はしない。
【００２５】
また、撮像素子１８は第二対物レンズ１６を通して試料４を撮像する。尚、撮像素子１８は静止画像用の撮像素子でも動画撮像用の撮像素子でもかまわない。動画撮像用の撮像素子を利用すれば、刺激光を照射された試料の時間変化を観察する際に好適である。
【００２６】
本発明を実施する第一の実施の形態は第一対物レンズ１４を通して試料４を光刺激する光刺激用光源１１と、第一対物レンズ１４を通して試料４を照明する透過照明用光源１５と、第二対物レンズ１６を通して試料４を撮像する撮像装置１８とを備える構成とした。この構成によれば、透過光観察によって試料を観察しながら、紫外線などの刺激光を試料に照射することが出来る。
【００２７】
図２は、第二の実施の形態の顕微鏡システムの構成を示した図である。本実施の形態の顕微鏡システムもステージ３を境に正立側顕微鏡１と倒立側顕微鏡２を備えた顕微鏡システムである。
【００２８】
正立側顕微鏡１の構成は光刺激用光源１１とピンホール１２とハーフミラー等の光線分離手段１３と第一対物レンズ１４とガイド用光源１９とピンホール２０によって代表される。また、倒立側顕微鏡２の構成は第二対物レンズ１６と結像レンズ１７と撮像素子１８によって代表される。それぞれ主に、正立側顕微鏡１は光刺激とその照射位置ガイドに利用され、倒立側顕微鏡２は観察に利用される。
【００２９】
まず、本構成における光刺激に関する機能を説明する。本構成例では、光刺激用光源１１で発した刺激光はピンホール１２で照射領域を絞られ、光線分離手段１３によって反射され、第一対物レンズ１４に入射される。このとき、ピンホール１２と第一対物レンズ１４の焦点面と光学的に共役の位置に配置されているので、試料４内のスポットに刺激光を照射できる。また、光線分離手段１３によって分離されたもう一つの光路に配置されたガイド用光源１９の前段には、同じく焦点面と光学的に共役の位置に配置されたピンホール２０が配置されている。この構成により、ガイド用光源１９から発せられたガイド光と光刺激用光源１１から発せられた刺激光は試料４内の同じ点を照射することになる。
【００３０】
なお、刺激光とガイド光の光路を共通にして光源の切り替えによって、刺激光とガイド光の切り替えを行う構成も考えられる。また、光路の切り替えに関してもピンホールよりも光源側に配置する構成も考えられる。これらの構成によっても本発明と同様の効果をもたらす。
【００３１】
このとき、ガイド光は赤色であることが好ましい。赤色光は可視光の中でエネルギーが低いので、試料を傷つけずにガイドをすることが出来る。なお、本構成における観察に対する構成は第一の実施の形態と重複しているので説明を省略する。
【００３２】
本発明を実施する第二の実施の形態によれば、第一対物レンズ１４を通して試料４を光刺激する光刺激用光源１１と、光刺激用光源１１からの刺激光の照射位置を指し示すガイド光を発するガイド用光源１９と、第二対物レンズ１６を通して試料４を撮像する撮像装置１８とをさらに備える構成とすることで、紫外線などの不可視の刺激光を試料４に正確に照射することが出来る。
【００３３】
また、更に刺激光の照射位置とガイド光の照射位置は、光学的に共役な位置に配置されたピンホール１２、２０によって制御される構成とすることで、的確に刺激光とガイド光との照射位置を合わせることが出来る。
【００３４】
また、更にガイド光は赤色であることとすることで、赤色光は可視光の中ではエネルギーが最も低いので、生体標本などの試料を傷つけることが少なくガイド光を照射できる。
【００３５】
図３は、第三の実施の形態の顕微鏡システムの構成を示した図である。本実施の形態の顕微鏡システムも第一の実施の形態と同様にステージ３を境に正立側顕微鏡１と倒立側顕微鏡２を備えた顕微鏡システムである。
【００３６】
正立側顕微鏡１の構成は光刺激用光源１１とピンホール１２とハーフミラー等の光線分離手段１３と第一対物レンズ１４とガイド用光源１９とピンホール２０と透過照明用光源１５と光線分離手段２１によって代表される。また、倒立側顕微鏡２の構成は第二対物レンズ１６と結像レンズ１７と撮像素子１８によって代表される。それぞれ主に、正立側顕微鏡１は光刺激とその照射位置ガイドと透過照明に利用され、倒立側顕微鏡２は観察に利用される。つまり、第三の実施の形態は第一の実施の形態と第二の実施の形態を結合させた構成例とみなすことが出来る。
【００３７】
本発明を実施する第三実施の形態によれば、第二の実施の形態の構成に第一対物レンズ１４を通して試料４を照明する透過照明用光源１５をさらに備える構成とすることで、透過光観察によって試料４を観察しながら、ガイド光に従い紫外線などの刺激光を試料４に正確に照射することが出来る。
【００３８】
図４は、第四の実施の形態の顕微鏡システムの構成を示した図である。本実施の形態の顕微鏡システムも第一の実施の形態と同様にステージ３を境に正立側顕微鏡１と倒立側顕微鏡２を備えた顕微鏡システムである。
【００３９】
正立側顕微鏡１の構成は光刺激用光源１１とピンホール１２と光線分離手段１３と第一対物レンズ１４とガイド用光源１９とピンホール２０によって代表される。また、倒立側顕微鏡２の構成は第二対物レンズ１６と結像レンズ１７と撮像素子１８と蛍光キューブ２３と落射照明用光源２２によって代表される。それぞれ主に、正立側顕微鏡１は光刺激とその照射位置ガイドに利用され、倒立側顕微鏡２は観察に利用される。
【００４０】
正立側顕微鏡１による光刺激とその照射位置ガイドの機能は図２で示された正立側顕微鏡と同じであるので省略をする。倒立側顕微鏡２による観察の機能は、主に蛍光観察に利用されることが想定されている。本発明の利用が見込まれる細胞などの生体観察では蛍光観察が利用されることが多い。特に、刺激光を照射してたんぱく質の移動など生体反応を観察する場合は、蛍光観察がよく利用される。
【００４１】
落射照明用光源２２から発せられた照明光は蛍光キューブ２３によって試料４内の蛍光物質を励起するために必要な波長を選択し第二対物レンズ１６に入射される。そして第二対物レンズ１６から試料４へ射出された照明光は、試料４内の蛍光物質を励起し、発散された蛍光を第二対物レンズ１６によって収集する。蛍光と励起光では波長が異なるので、第二対物レンズ１６にから射出された観察光は蛍光キューブ２３によって分離され、結像レンズ１７によって撮像素子１８の受光面に結像される。
【００４２】
本発明を実施する第四の実施の形態によれば、第三の実施の形態に第二対物レンズ１６を通じて試料４内の蛍光物質を励起する励起光を発する励起光源をさらに備える構成とすることで、蛍光観察によって試料４を観察しながら、ガイド光に従い紫外線などの刺激光を試料４に正確に照射することが出来る。
【００４３】
図５は、第五の実施の形態の顕微鏡システムの構成を示した図である。本実施の形態の顕微鏡システムも第一の実施の形態と同様にステージ３を境に正立側顕微鏡１と倒立側顕微鏡２を備えた顕微鏡システムである。
【００４４】
正立側顕微鏡１の構成は光刺激用光源１１とピンホール１２と光線分離手段１３と第一対物レンズ１４とガイド用光源１９とピンホール２０と透過照明用光源１５と光線分離手段２１によって代表される。また、倒立側顕微鏡２の構成は第二対物レンズ１６と結像レンズ１７と撮像素子１８と蛍光キューブ２３と落射照明用光源２２によって代表される。それぞれ主に、正立側顕微鏡１は光刺激とその照射位置ガイドと透過照明に利用され、倒立側顕微鏡２は観察に利用される。
【００４５】
正立側顕微鏡１による光刺激とその照射位置ガイドの機能は図３で示された正立側顕微鏡と同じである。また、倒立側顕微鏡２による光刺激とその照射位置ガイドの機能は図４で示された倒立側顕微鏡と同じである。すなわち、本構成例は第三の構成例と第４の構成例の特性を兼ね備えた構成である。
【００４６】
本発明の第五の実施の形態によれば、第四の実施の形態に第一対物レンズ１４を通して試料４を照明する透過照明用光源１５をさらに備える構成とすることで、蛍光観察と透過光観察を選択し実施できる。
【００４７】
次に図６を使って反射対物レンズの典型的な形態について説明する。この反射対物レンズはレンズの代わりに鏡面反射を用いて光線を収斂させる。反射対物レンズにも、有限補正型と無限遠補正型の二種類がある。そして、本発明の実施に利用されるものは有限補正型であることが好ましい。無限遠補正型を利用した場合は結像レンズも必要となってしまい、そこで紫外線を透過させることに困難が生じるからである。
【００４８】
図６における光路図は、反射対物レンズ２７の内部の光路を透過して記載している。同図に示されるように、反射対物レンズ２７に入射された光線は凸面鏡２９によって反射される。その後、凸面鏡２９に対峙させて配置した凹面鏡２８によって反射することによって、すべての光線を一点に収斂させる。
【００４９】
同図から理解されるように、反射対物レンズ２７にはレンズが一切使われていない。つまり、色収差などのガラスに固有の特性には無縁である。
反射対物レンズはガラスを使っていないので、深紫外線を利用する際の問題が生じない。
【００５０】
別の方法として対物レンズを石英と蛍石のみで光学素子の素材にした構成とすることで、石英と蛍石は深紫外線に対して透過性を持っているので、深紫外線を利用できる対物レンズが出来る。
【００５１】
この反射対物レンズあるいは紫外線を透過させるガラスのみを使った対物レンズを、本発明の実施の形態の１から５における第一対物レンズ１４に利用することにより、深紫外線を刺激光として利用できる顕微鏡システムが実現される。
【００５２】
上述した本発明を実施する構成は試料を挟んで対向する位置に第一対物レンズと第二対物レンズを備える顕微鏡システムにおいて、上記第一対物レンズは深紫外線を透過する対物レンズであり、上記第二対物レンズは上記試料からの観察光を収集する構成とした。この構成によれば、深紫外線などの照射と光学観察が独立しているので、観察に利用する光学性能を犠牲にすることなく、深紫外線などの特殊光刺激も行うことが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明の第一の実施の形態を示した構成図である。
【図２】本発明の第二の実施の形態を示した構成図である。
【図３】本発明の第三の実施の形態を示した構成図である。
【図４】本発明の第四の実施の形態を示した構成図である。
【図５】本発明の第五の実施の形態を示した構成図である。
【図６】反射対物レンズの構成図である。
【符号の説明】
【００５４】
１      正立側顕微鏡
２      倒立側顕微鏡
３      ステージ
４      試料
１１      光刺激用光源
１２      ピンホール
１３      光線分離手段
１４      第一対物レンズ
１５      透過照明用光源
１６      第二対物レンズ
１７      結像レンズ
１８      撮像素子
１９      ガイド用光源
２０      ピンホール
２１      光線分離手段
２２      落射照明用光源
２３      蛍光キューブ
２７      反射対物レンズ
２８      凹面鏡
２９      凸面鏡
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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