JPH05173077A - 走査型レーザー顕微鏡 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】レーザービームの走査に要する時間の短い走査
型レーザー顕微鏡を提供する。 【構成】光源１２から射出されたレーザービームは、こ
れをｘ方向とｙ方向に走査する走査ユニット１６に入射
する。走査ユニット１６からのレーザービームはシャッ
ター１８を介してレンズ２０に入射し試料２２に集光さ
れる。シャッター１８の開閉は、走査開始後に開いてビ
ームを通過させ、走査終了前に閉じてビームを遮断する
よう走査コントローラー４４により制御される。試料２
２からの光はレンズ２４に入射し、補正ユニット２６で
光軸ずれが補正された後、レンズ２８で集光され、ピン
ホール３０を通過して光検出器３２に入射する。コント
ローラー４６は光検出器３２の出力と走査コントローラ
ー４４からの位置情報とに基づいて試料観察像を構築
し、ＴＶモニター５０に表示する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は走査型レーザー顕微鏡に
関する。

【０００２】

【従来の技術】走査型レーザー顕微鏡はレーザービーム
を走査して試料を観察する装置で、その一つが例えば特
開昭６３−３０６４１４号に開示されている。このよう
な走査型レーザー顕微鏡は蛍光顕微鏡として利用される
ことが多い。

【０００３】蛍光顕微鏡は、強力な光（励起光）を試料
に照射し、試料の発する蛍光を利用して、試料の構造を
観察したり、蛍光の有無を調べて物質を判別したりす
る。この蛍光顕微鏡では生物試料の動的な観察も行なわ
れ、近年では生体イオンの刺激に対する時間的応答の解
析等にも応用されている。特にｉｎｄｏ−１を用いたカ
ルシウムイオンの解析などに多く用いられるようになっ
ている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】このように走査型レー
ザー顕微鏡で生細胞を蛍光観察する場合、励起光と蛍光
の波長が異なるため、走査機構にはガルバノスキャナー
等のミラーを用いた機械的なものを使用する必要があ
る。このような機械的な走査機構では初期駆動時に応答
遅れが生じるため、取り込み画像の歪みが発生する。こ
れを防止するため通常は、例えばｘ方向のスキャナーに
対して４〜６回の予備駆動を行なった後に画像を入力し
ている。このため、生体イオンの解析において刺激に対
する試料の反応を観察することが難しい。つまり、これ
を観察するには刺激を与えるタイミングに合わせて画像
を取り込まなければならず、これを行なうことは上述し
たように難しいためである。

【０００５】また、走査型レーザー顕微鏡では、蛍光顕
微鏡で照射する光に比べて遥かに光強度の高いレーザー
光を試料に照射するので、試料に与えるダメージが大き
く褪色を引き起こし易いため、長時間に亙って試料の観
察を行なうことができない。

【０００６】本発明は、レーザービームの走査に要する
時間が短く、比較的長い時間に亙って試料を観察できる
走査型レーザー顕微鏡を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の走査型レーザー
顕微鏡は、レーザービームを射出する光源と、反射面を
機械的に駆動してレーザービームを走査する走査手段
と、レーザービームを試料に照射する照射手段と、試料
と共役な位置に置かれたピンホールと、ピンホールを通
過した光を受光する光検出器と、光検出器の出力を取り
込み画像を形成する画像形成手段とを備え、照射手段が
レーザービームを適宜遮断するシャッターとシャッター
の開閉を制御する手段とを備えており、走査手段は、シ
ャッターが開く前にビームの走査を開始し、シャッター
が閉じた後も走査を続けることを特徴とする。

【０００８】

【作用】本発明では、シャッターが開かれてレーザービ
ームが試料に照射される以前にレーザービームの走査が
開始される。レーザービームの走査速度はシャッターが
開かれるまでの間に所定の速度に達する。従って、機械
的な機構に起因する走査開始時の応答遅れがなくなる。
走査手段はシャッターが閉じられた後もレーザービーム
の走査を続ける。シャッターが開いている間、実質的に
画像形成に必要な情報すなわち光検出器の出力が画像形
成手段に取り込まれ、これに基づいて画像が形成され
る。

【０００９】

【実施例】本発明による走査型レーザー顕微鏡の一実施
例の構成を図１に示す。図には透過型の光学系を示して
いる。

【００１０】光源１２から射出されたレーザー光はレン
ズ１４により平行ビームとなり走査ユニット１６に入射
する。走査ユニット１６は、ガルバノスキャナー等で構
成したｘスキャナー１６ａとｙスキャナー１６ｂとを有
し、これらのスキャナー１６ａと１６ｂはそれぞれこれ
に入射したレーザービームをｘ方向とｙ方向に走査す
る。走査ユニット１６からのレーザービームは、開閉動
作によりこれを適宜遮断するシャッター１８に入射す
る。シャッター１８の開閉はシャッター駆動回路３８に
より行なわれる。シャッター１８を通過したレーザービ
ームはレンズ２０に入射し試料２２に集光される。試料
２２の表面または内部に形成されるビームスポットは、
走査ユニット１６によるレーザービームの走査に応じ
て、光軸に直交する面方向（すなわちｘｙ方向）に走査
される。試料２２からの光（例えば蛍光）はレンズ２４
に入射し、走査ユニット１６により生じた光軸中心から
のずれを補正する補正ユニット２６に入射する。補正ユ
ニット２６は、ガルバノスキャナー等で構成したｙスキ
ャナー２６ａとｘスキャナー２６ｂとを有し、ｙスキャ
ナー２６ａが走査ユニット１６のｙスキャナー１６ｂに
より生じたｙ方向のずれを、ｘスキャナー２６ｂが走査
ユニット１６のｘスキャナー１６ａにより生じたｘ方向
のずれを補正する。補正ユニット２６からの光はレンズ
２８により集光され、ピンホール３０を通過して光検出
器３２に入射する。

【００１１】走査ユニット１６のｘスキャナー１６ａと
ｙスキャナー１６ｂはそれぞれｘスキャナー駆動回路３
４とｙスキャナー駆動回路３６によって制御され、補正
ユニット２６のｙスキャナー２６ａとｘスキャナー２６
ｂはそれぞれｙスキャナー駆動回路４０とｘスキャナー
駆動回路４２によって制御される。これらのスキャナー
駆動回路３４と３６と４０と４２は走査コントローラー
４４からの信号に応じて駆動される。また、シャッター
駆動回路３８は走査コントローラー４４からの信号に応
じてシャッター１８を開閉させる。コントローラー４６
は、操作パネル４８からの命令に応じて走査範囲の決定
した上で走査コントローラー４４に走査開始や終了など
の指令を出す。さらにコントローラー４６は、走査コン
トローラー４４からビームスポットの位置情報を入力す
ると共に、光検出器の出力信号を入力し、これらの情報
に基づいて試料２２の観察像を構築してＴＶモニター５
０に表示する。

【００１２】次に本実施例の動作について説明する。そ
のタイミングチャートを図２に示す。また図３に試料上
における走査時のビームスポットの座標を示す。

【００１３】図２（Ｃ）に示すように、パルス状の走査
開始信号がコントローラー４６から走査コントローラー
４４に入力されると、スキャナー駆動回路３４と３６が
駆動され走査が開始される。このとき、試料の表面また
は内部に形成されるビームスポットの位置のｘ座標とｙ
座標は図２の（Ａ）と（Ｂ）に仮想的に示される。ここ
で、仮想的と表現したのは、シャッターが閉じられてい
てレーザービームが実際に試料に照射されていない場合
も含めているからである。最初、ビームスポットはＸ
０，Ｙ０の位置を始点として、図２（Ｂ）の区間Ａに示
すように、ｙ座標は変わらずｘ方向のみに往復移動され
る。

【００１４】続いて、図２（Ｄ）に示すように、パルス
状の画像読み取り信号が走査コントローラー４４に入力
されると、丁度ｘ方向の往復移動が終了した時にビーム
スポットが図３のＸ１，Ｙ１の位置に移動されると同時
にシャッター１８が開かれる。図２（Ｂ）の区間Ｂに示
されるように、ビームスポットはｘ方向に一往復する度
にｙ座標が一画素分だけ移動される。この動作はビーム
スポットが図３のＸｎ，Ｙｎの位置に達するまで続けら
れる。その間、コントローラー４６は、光検出器３２の
出力を入力するとともに、そのときのビームスポットの
位置信号を走査コントローラー４４から取り込み、これ
らの情報を基に観察像を構築し、走査終了後（ビームス
ポットがＸｎ，Ｙｎに達した後）に観察像をＴＶモニタ
ー５０に表示する。

【００１５】ビームスポットがＸｎ，Ｙｎの位置に達す
ると、シャッター１８が閉じられるとともに、図２
（Ｂ）の区間Ａ’に示されるように、ビームスポットの
ｙ座標は図３のＹ０に戻り、再び画像取り込み待ちの状
態になる。

【００１６】このように画像取り込み開始前にｘスキャ
ナーを駆動させているので、従来では反応遅れ防止のた
めに必要であった４〜６回の予備駆動が不要となり、レ
ーザービームの走査に要する時間の短縮することができ
る。

【００１７】以上は走査範囲の全部を画像として取り込
むときの説明であるが、走査範囲の一部分のみを画像と
して取り込んでもよい。この場合、画像の取り込み開始
位置を図３のＸ０’，Ｙ０’に、終了位置をＸｎ’，Ｙ
ｎ’に変えてもよい。このときのタイミングチャートを
図４に示す。画像取り込み待ちの状態において、ビーム
スポットはそのｙ座標がＹ０’の位置でｘ方向に往復移
動している。画像取り込み信号が入力されると、シャッ
ター１８が開くとともに、上述したのと同じ動作でビー
ムスポットがＸｎ’，Ｙｎ’の位置に達するまで走査が
続けられる。走査が終了すると、ビームスポットは再び
Ｘ０’，Ｙ０’の位置に戻り、画像取り込み待ちの状態
になる。このように画像入力範囲の取り込み開始位置と
終了位置を適当に設定することにより、任意幅の画像入
力が可能である。

【００１８】上述した画像入力では、ビームスポットが
ｘ方向に往復移動する際の往路の時のみに画像を取り込
んでいる。従って、復路時のレーザー照射は不要であ
る。と言うよりは、レーザー照射は試料にダメージを与
えるので、この様な不要なレーザー照射は無い方が好ま
しい。このため、シャッターに反応速度の早い光音響素
子で構成したものを用い、ビームスポットのｘ方向の走
査の復路時にはシャッターを閉じて試料にレーザー光が
照射されないようにすることもできる。画像取り込み時
のビームスポットのｘ座標を拡大したものを図５に示
す。図に示すように、ｘ座標が最大になったときにシャ
ッターが閉じられ、復路の間は不要なレーザーは遮断さ
れる。ただし、復路の残り３〜４ステップとなった段階
で、次のラインの入力に備えてシャッターが開かれる。

【００１９】この一連の動作により試料に照射される不
要なレーザー光は遮断され、試料に与えるダメージを少
なくでき、観察可能な時間を長くすることができる。

【００２０】

【発明の効果】本発明によれば、従来では必要であった
ｘスキャナーの４〜６回の予備駆動が不要となり、レー
ザービームの走査に要する時間の短縮することができ
る。さらに、不要なレーザー光は遮断されるので、試料
の受けるダメージが少なくなり、従って試料の観察可能
な時間を長くすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】走査型レーザー顕微鏡の一実施例の構成を示
す。

【図２】図１の走査型レーザー顕微鏡の動作を説明する
ためのタイミングチャートである。

【図３】試料上でのビームスポットの位置を示す。

【図４】画像を部分的に取り込むときのタイミングチャ
ートである。

【図５】ｘ方向に一往復する間のビームスポットのｘ座
標を示す。

【符号の説明】

１２…光源、１６…走査ユニット、１８…シャッター、
３０…ピンホール、３２…光検出器。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 レーザービームを射出する光源と、反射
   面を機械的に駆動してレーザービームを走査する走査手
   段と、レーザービームを試料に照射する照射手段と、試
   料と共役な位置に置かれたピンホールと、ピンホールを
   通過した光を受光する光検出器と、光検出器の出力を取
   り込み画像を形成する画像形成手段とを備えている走査
   型レーザー顕微鏡において、 照射手段がレーザービームを適宜遮断するシャッターと
   シャッターの開閉を制御する手段とを有し、 走査手段は、シャッターが開く前にビームの走査を開始
   し、シャッターが閉じた後も走査を続けることを特徴と
   する走査型レーザー顕微鏡。
2. 【請求項２】 シャッターは光音響素子を用いて作られ
   ていることを特徴とする請求項１記載の走査型レーザー
   顕微鏡。