(57)【要約】【課題】本発明の目的は、スポット走査観察と同一の分光特性で肉眼観察を可能にし、しかも装置の小型化を図ることにある。【解決手段】本発明の走査型光学顕微鏡は、光源１からの光を対物レンズ５を通して標本上にスポット照明する第１の光路と、光源１からの光を対物レンズ５の瞳面付近に集光して標本視野を太い光束で照明する第２の光路と、光源１と対物レンズ５との間の光路上に配置され光た偏向手段３と、光源１からの光を第１の光路を通して対物レンズ５へ入射させる第１の状態と光源１からの光を第２の光路を通して対物レンズ５へ入射させる第２の状態とに選択的に配置される光路選択手段１７，２０とを具備してなる。【選択図】　　　　　図１
2004038191.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源からの光を対物レンズを通して標本上に集光して当該標本をスポット照明する第１の光路と、前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前記標本の視野を前記スポット照明に比べて太い光束で照明する第２の光路と、前記光源と前記対物レンズとの間の光路上に配置され光源からの光を所定方向へ偏向させる偏向手段と、前記光源からの光を前記第１の光路を通して前記対物レンズへ入射させる第１の状態と前記光源からの光を前記第２の光路を通して前記対物レンズへ入射させる第２の状態とに選択的に配置される光路選択手段とを具備したことを特徴とする走査型光学顕微鏡。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
　本発明は、標本をスポット光で走査して標本観察像を得る走査型光学顕微鏡に関する。
【背景技術】
【０００２】
　最近、生物，医学の分野等では、蛍光標本をスポット光で走査して、その標本が発する蛍光を検出することにより蛍光観察像を得る走査型光学顕微鏡が用いられている。
【０００３】
　図５には、蛍光観察を可能にした走査型光学顕微鏡の構成例が示されている。この走査型光学顕微鏡は、レーザ光源１から出たレーザビームが、ビームエクスパンダー２で所定径に拡大されて反射鏡からなるスキャナー３に入射する。スキャナー３は光軸に直交した回転軸を中心に回転可能になっており、光源側から入射するレーザビームを偏向させる作用がある。このスキャナー３で偏向されたレーザビームは瞳投影レンズ４によって収束され対物レンズ５の像位置にスポットを形成する。
【０００４】
　ここで瞳投影レンズ４は、スキャナー３と対物レンズ５の瞳とを光学的に共役に結合しており、スキャナー３の振れ角に応じて、上記スポットが像位置を走査するものとなる。そして上記走査スポットは対物レンズ５によって標本Ｏの上面に投影される。蛍光観察の場合であれば、標本上に投影された走査スポットによって、標本を励起して蛍光放射を起こさせる。
【０００５】
　標本Ｏからの蛍光は、対物レンズ５、瞳投影レンズ４、スキャナー３を逆上り、スキャナー３によって偏向が打ち消された後、ダイクロイックミラー６によって照明光路（励起光路）から分離される。
【０００６】
　ダイクロイックミラー６によって分離された光の進行路には、スポット投影レンズ７及び標本面上の走査スポットと共役な位置に設定されたコンフォーカルピンホール８が設置されており、このコンフォーカルピンホール８を通過した光が光電子増倍管９に入射する。
【０００７】
　そして光電子増倍管９によって光電変換された電気信号を、スキャナー３の動作に同期して画像メモリに蓄積し、ビデオ信号に同期して読み出すことにより、映像モニタ上に蛍光観察像を映し出すことができる。
【０００８】
　また上記走査型光学顕微鏡には、瞳投影レンズ４と対物レンズ５との間の光路上にダイクロイックミラー１０及び観察光路プリズム１１が挿脱可能に配置されている。光路上に配置されたダイクロイックミラー１０に落射投光管１２を介して水銀ランプ１３からの照明光を入射し、水銀ランプ１３の光で励起した標本の蛍光像を観察光路プリズム１１で肉眼視できるようにしている。これらの光学系は、予め標本の位置を確認したり、レーザ光による褪色の影響を確認したりするのに用いられる。
【０００９】
　レーザ光源１は、通常複数の発振波長を持つマルチラインレーザが用いられており、レーザライン選択フィルター１４により励起波長を選択できるようになっている。また光電子増倍管９の手前には、蛍光の分光特性に応じて適当な波長域を持つ吸収フィルター１５を挿脱できるようになっている。さらに、ダイクロイックミラー６は、標本Ｏ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になっている。
【００１０】
　上述した走査型光学顕微鏡では、蛍光観察像のコントラストを最適にするために、レーザライン選択フィルター、吸収フィルター、ダイクロイックミラーを、標本に合わせて適当に選択する必要がある。
【００１１】
　実際に、従来の走査型光学顕微鏡において最適な設定条件を見つける場合、上記各フィルター等の設定条件を変えながら走査型顕微鏡で画像を確認してコントラストの良くなる設定条件を決めるよりも、肉眼視によって蛍光の明るさと色を確認して設定を決めるほうが容易かつ迅速に設定できる。この様なことから従来の走査型光学顕微鏡は肉眼で蛍光観察を確認できるように構成されていた。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
　しかしながら、走査型光学顕微鏡を肉眼で蛍光観察を確認できるように構成すると、レーザによる励起光学系とは別に、肉眼観察用の蛍光照明光学系を備える必要があることから、装置の構成が複雑化する欠点がある。
【００１３】
　しかも、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、実際に観察される蛍光の明るさや色の程度を肉眼視で正確に確認することはできないという欠点がある。
【００１４】
　本発明は以上のような実情に鑑みてなされたもので、スポット走査に使用する光源と同一の光源を用いて、肉眼による蛍光観察を可能にし、蛍光の明るさや色の程度を肉眼視で正確に確認でき、しかも装置の小型化を図ることのできる走査型光学顕微鏡を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
　上記目的を達成するために本発明の走査型光学顕微鏡は、光源からの光を対物レンズを通して標本上に集光して当該標本をスポット照明する第１の光路と、前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前記標本の視野を前記スポット照明に比べて太い光束で照明する第２の光路と、前記光源と前記対物レンズとの間の光路上に配置され光源からの光を所定方向へ偏向させる偏向手段と、前記光源からの光を前記第１の光路を通して前記対物レンズへ入射させる第１の状態と前記光源からの光を前記第２の光路を通して前記対物レンズへ入射させる第２の状態とに選択的に配置される光路選択手段とを具備してなるものとした。
【発明の効果】
【００１６】
　以上詳記したように本発明によれば、スポット走査観察と同一の分光特性で、肉眼による蛍光観察を可能にし、蛍光の明るさや色の程度を肉眼視で正確に確認でき、装置の小型化を図ることのできる走査型光学顕微鏡を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
　本発明の走査型光学顕微鏡では、光路選択手段によって第１の光路が選択されると、光源からの光が対物レンズにより標本上に集光してスポットを形成する。そして偏向手段により標本がスポットで走査され、走査範囲の標本像が取込まれるものとなる。
【００１８】
　また光路選択手段によって第２の光路が選択されると、上記スポット照明と同一の光源からの光が対物レンズの瞳面付近に集光し、標本の視野がスポット照明に比べて十分に太い光束で照明される。スポット照明では標本上の一点しか見られないが、第２の光路を使って太い光束で例えば励起した場合には、光束径に対応する標本上の広い範囲が励起されるので、肉眼観察に適した照明となる。
【００１９】
　　　以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態を説明する。
【００２０】
　図１には、本発明の第１の実施の形態に係る走査型光学顕微鏡の光学系の構成が示されている。なお、図５に示す走査型光学顕微鏡の構成と同一部分については同一符号を付している。
【００２１】
　本実施の形態の走査型光学顕微鏡は、レーザ光源１から出たレーザビームのビーム径を所定径に拡大するビームエクスパンダー１６を備えており、このビームエクスパンダー１６は所定径に拡大したレーザビームをコレクタレンズ１８により平行光束に変換している。コレクタレンズ１８は光路に対して挿脱自在に設けられた第１のスライダー１７に保持されており、さらに第１のスライダー１７にはコレクタレンズ１８により平行光束とされたレーザビームを第１の光路側へ反射させる反射ミラー１９が固定されている。
【００２２】
　またスキャナー３に近接する光源側の光路上には、第２のスライダー２０が光路に対して挿脱自在に設けられている。この第２のスライダー２０には反射ミラー２１が固定されている。この反射ミラー２１は、第２のスライダー２０が光路に配置された状態のときに、第１のスライダー１７からのレーザビームをスキャナー側へ反射させると共に、スキャナー３からの光を第１の光路側へ反射させている。上記第１のスライダー１７及び第２のスライダー２０から光路選択手段を構成している。
【００２３】
　そして光路上に配置された第１のスライダー１７と第２のスライダー２０とを、第１の光路上に配置された固定ミラー２２，２３で光学的に結合している。また固定ミラー２２，２３間の光路上には、ダイクロイックミラー６が配置されており、第２のスライダー２０から入射する蛍光を取出している。
【００２４】
　一方、レーザ光源１とスキャナー３との間の光路上であって、第１のスライダー挿入位置から所定距離だけ離れたところに、ビーム径が大きく拡大されたレーザビームを平行光束に変換するコレクターレンズ２４が配置されている。このコレクターレンズ２４は、第１のスライダー１７が光路上に挿入されていないときに、上記ビームエクスパンダー１６よりも倍率の大きなビームエクスパンダー１６′の一部を構成している。またコレクターレンズ２４と同じ大きさの開口を有するコレクターレンズ２５が同一光路上のスキャナー側に配置されており、コレクターレンズ２５により大きなビーム径に拡大されたレーザビームをスキャナー３上に集光させている。
【００２５】
　また瞳投影レンズ４と対物レンズ５との間の光路には、観察光路プリズム１１が挿脱可能になっており、この観察光路プリズム１１の反射面はダイクロイック面になっている。この観察光路プリズム１１の反射面は、第１の光路に配置されたダイクロイックミラー６と同一特性のものにする。
【００２６】
　観察光路プリズム１１で分離された蛍光は、吸収フィルター２６を介して蛍光観察像として取出されるようになっている。この吸収フィルター２６は、光電子増倍管９の手前に配置された吸収フィルター１５と同一の特性を有するものを使っている。次に、以上のように構成された本実施の形態の動作について落射蛍光観察を例にして説明する。
【００２７】
　標本を光走査して蛍光観察像を得る場合は、第１，第２のスライダー１７，２０を光路上に挿入する第１の状態にし、観察光路プリズム１１を光路から脱して図２に示す光学系とする。この様にして、第１の光路が選択されたときには、前述した図５における光学系と基本的には同じ動作となる。
【００２８】
　すなわち、レーザ光源１のレーザビームからレーザライン選択フィルター１４で励起波長が取り出され、ビームエクスパンダー２によって所定径の平行光束に変換され、第１のスライダー１７で第１の光路側へ反射される。第１の光路に導かれたレーザビームは固定ミラー２２、ダイクロイックミラー６、固定ミラー２３を介して第２のスライダー２１に入射し、そこで反射されたスキャナー３に入射する。そして瞳投影レンズ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。
【００２９】
　スキャナー３を駆動して像面でのスポット形成位置を移動させると、それに対応して対物レンズ５によって標本上に集光しているスポット光が標本Ｏを走査することになる。
【００３０】
　励起光の照射によって蛍光発光した標本の蛍光は、対物レンズ５、瞳投影レンズ４、スキャナー３を逆上り、スキャナー３によって偏向が打ち消された後、ダイクロイックミラー６によって第１の光路から分離されて、光電子増倍管９で電気信号に変換される。
【００３１】
　そして光電子増倍管９によって光電変換された電気信号を、スキャナー３の動作に同期して画像メモリに蓄積し、ビデオ信号に同期して読み出すことにより、映像モニタ上に蛍光観察像を映し出すことができる。
【００３２】
　一方、蛍光観察像の最適なコントラストを得るための設定条件を見つけるために肉眼観察する場合は、第１，第２のスライダー１７，２０を光路から脱して第２の状態にし、観察光路プリズム１１を光路内に挿入して、図３に示す光学系とする。
【００３３】
　第１のスライダー１７を光路から脱することにより、ビームエクスパンダー１６′が構成される。このビームエクスパンダー１６′は第１の光路を選択した場合に比べて拡大率が大きくなっている。従って、レーザ光源１からのレーザビームは太いビーム径に変換される。このレーザビームはコレクターレンズ２５によってスキャナー３の光軸上に集光してスポットを形成する。そしてスキャナー３で反射したレーザビームが、瞳投影レンズ４により、観察光路プリズム１１のダイクロイック面を通った後、対物レンズ５の瞳面に収束する。対物レンズ５の瞳面に収束したレーザビームは、対物レンズ５で平行光束にされて標本Ｏに入射する。その結果、標本Ｏは観察視野の光束径に応じた領域が照明される。
【００３４】
　標本Ｏが発する蛍光は、観察光路プリズム１１のダイクロイックとなっている反射面によって分離され、吸収フィルター２６を透過した蛍光像が肉眼観察されるものとなる。
【００３５】
　この様に本実施の形態によれば、レーザ光源１からの光を標本上に集光してスポット照明する第１の光路と、同じレーザ光源１からの光を対物レンズ５の瞳面付近に集光して標本Ｏの視野を太い光束で照明する第２の光路とを、第１，第２のスライダー１７，２０によって選択可能にしたので、走査型光学顕微鏡と同一の励起光を用いて肉眼で蛍光観察することができ、蛍光の明るさや色の程度を肉眼視で正確に確認することができる。また、肉眼観察のための水銀ランプや、その照明光を光路内に導くための落射投光管などの部品を削減できることから、装置の小型化を実現することができる。
【００３６】
　また、肉眼観察で使用する観察光路プリズム１１のダイクロイック面及び吸収フィルター２６を、スポット走査観察で使用するダイクロイックミラー６及び吸収フィルター１５と同一の光学特性としたので、スポット走査観察と同一の分光特性で肉眼観察が可能になる。
【００３７】
　なお、上記第１の実施の形態では、観察視野は、平行光束の口径の大きさ、すなわちコレクタレンズ２５の開口の大きさで決まり、コレクタレンズ２５の位置に絞りを配置して視野絞りとしても良い。
【００３８】
　また上記実施の形態では照明光束のＮ／Ａはゼロとなるが、蛍光観察の場合には標本が発光するために結像系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にことはない。
【００３９】
　しかし、照明光が標本に到達するまでに、その途中の光学系によってスペックル等のノイズを発生する可能性がある。このノイズ発生に関する対策としては、コレクタレンズ２５の開口付近、あるいはビームエクスパンダー１６′の光路内に位相拡散板を挿入することが考えられる。また吸収フィルター２６を介して取出される肉眼観察像をＴＶカメラで撮像したり、測光装置に導いて顕微測光を行うことも可能である。
【００４０】
　次に、図４を参照して本発明の第２の実施の形態について説明する。なお、本実施の形態は前記第１の実施の形態と主要部は同じであるので、ここでは異なる部分について説明する。
【００４１】
　本実施の形態の走査型光学顕微鏡は、スキャナー３と対物レンズ５との間の光路上に第３のスライダー３０が設けられている。この第３のスライダー３０は、スキャナー３からのレーザビームを対物レンズ側へ反射させると共に、対物レンズ５から入射する全ての光をスキャナー側へ反射させる反射ミラー３１と、スキャナー３からのレーザビームを対物レンズ側へ反射させると共に、対物レンズ５から入射する蛍光のみを透過するダイクロイックミラー３２とを有する。第３のスライダー３０は、光軸と直交する方向に移動可能に保持されており、上記反射ミラー３１とダイクロイックミラー３２とを選択的に光路上に配置できるようになっている。
【００４２】
　上記ダイクロイックミラー３２を光路上に配置したときに、対物レンズ５から見て透過側の光路上には、吸収フィルター３３、観察光路プリズム３４が配置されている。なお、ダイクロイックミラー３２、吸収フィルター３３は、ダイクロイックミラー６、吸収フィルター１５の特性と同じ特性となるように設定している。ダイクロイックミラー３２は蛍光が透過するため反射／透過の分光特性がダイクロイックミラー６（蛍光が反射）と反転関係をなす。
【００４３】
　以上のように構成された本実施の形態では、第３のスライダー３０をスライドさせて反射ミラー３１を光路上に配置し、第１，第２のスライダー１７，２０によって第１の光路を選択することにより、図２と同様の光路を構成することになり、スポット走査による走査型光学顕微鏡としての観察が可能になる。また第３のスライダー３０をスライドさせてダイクロイックミラー３２を光路上に配置し、第１，第２のスライダー１７，２０によって第２の光路を選択することにより、図３と同様の光路を構成することになり、肉眼観察が可能になる。
【００４４】
　この様な本実施の形態によれば、全ての光学系を、対物レンズ５と観察光路プリズム３４との中間に挿入されるユニット内に構成することができるので、装置をコンパクトにできると共に、中間アダプターとして、通常の顕微鏡に容易に追加できる。
【００４５】
　特に、上記中間アダプター構造を倒立顕微鏡に適用した場合には、標本よりも低い位置に光学系を収納することができ、機械的な安定を確保することができる利点がある。
【００４６】
　また前記第１，第２の実施の形態において、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、その分析結果を、走査型光学顕微鏡の分光特性を各標本に応じて最適化するためのデータとして用いるようにしても良い。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る走査型光学顕微鏡の構成図。
【図２】上記第１の実施の形態の走査型光学顕微鏡で第１の光路を選択した状態の構成図。
【図３】上記第１の実施の形態の走査型光学顕微鏡で第２の光路を選択した状態の構成図。
【図４】本発明の第２の実施の形態に係る走査型光学顕微鏡の構成図。
【図５】従来より在る走査型光学顕微鏡の構成図。
【符号の説明】
【００４８】
１　レーザ光源、
３　スキャナー、
４　瞳投影レンズ、
５　対物レンズ、
６　ダイクロイックミラー、
９　光電子増倍管、
１６，１６′　ビームエクスパンダー、
１７　第１のスライダー、
２０　第２のスライダー、
３０　第３のスライダー。
【図１】
2004038191.tif 000003
【図２】
2004038191.tif 000004
【図３】
2004038191.tif 000005
【図４】
2004038191.tif 000006
【図５】
2004038191.tif 000007
【手続補正書】
【提出日】平成15年9月8日(2003.9.8)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光源と、
　対物レンズの瞳位置と共役な近傍位置に配置され、前記レーザ光源からの光を偏向させるスキャナと、
　前記レーザ光源からの光を対物レンズにより標本上に集光してスポットを形成し、当該標本を前記レーザ光源からの光でスポット照明する第１の照明手段と、
　前記レーザ光源からの光を前記対物レンズの瞳面付近に集光して、前記スポット照明に比べて太い光束にされた前記レーザ光源からの光で前記標本を照明する第２の照明手段と、
　前記レーザ光源と前記スキャナとの間に配置され、前記第１の照明手段による照明状態と前記第２の照明手段による照明状態とを選択的に切換える照明状態選択手段と、
　前記標本を通常の顕微鏡観察するために前記対物レンズと前記スキャナの間で分岐して設けられた観察光学系と、
　前記標本からの光をピンホールを介して検出する光検出器と、を具備し、
　前記第１の照明状態の時には前記光検出器の出力を用いてスポット走査観察を行い、前記第２の照明状態の時には前記観察光学系により通常の顕微鏡観察を行うことを特徴とする走査型光学顕微鏡。
【請求項２】
前記観察光学系に、前記標本の観察像を撮像する撮像手段を備えたことを特徴とする請求項１記載の走査型光学顕微鏡。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１５】
　上記目的を達成するために本発明の走査型光学顕微鏡は、レーザ光源と、対物レンズの瞳位置と共役な近傍位置に配置され、前記レーザ光源からの光を偏向させるスキャナと、前記レーザ光源からの光を対物レンズにより標本上に集光してスポットを形成し、当該標本を前記レーザ光源からの光でスポット照明する第１の照明手段と、前記レーザ光源からの光を前記対物レンズの瞳面付近に集光して、前記スポット照明に比べて太い光束にされた前記レーザ光源からの光で前記標本を照明する第２の照明手段と、前記レーザ光源と前記スキャナとの間に配置され、前記第１の照明手段による照明状態と前記第２の照明手段による照明状態とを選択的に切換える照明状態選択手段と、前記標本を通常の顕微鏡観察するために前記対物レンズと前記スキャナの間で分岐して設けられた観察光学系と、前記標本からの光をピンホールを介して検出する光検出器と、を具備し、前記第１の照明状態の時には前記光検出器の出力を用いてスポット走査観察を行い、前記第２の照明状態の時には前記観察光学系により通常の顕微鏡観察を行うものとした。ここで、前記観察光学系に標本の観察像を撮像する撮像手段を備えることが好ましい。