JPH07128596A - Confocal microscope - Google Patents

Confocal microscope

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JPH07128596A
JPH07128596A JP6181961A JP18196194A JPH07128596A JP H07128596 A JPH07128596 A JP H07128596A JP 6181961 A JP6181961 A JP 6181961A JP 18196194 A JP18196194 A JP 18196194A JP H07128596 A JPH07128596 A JP H07128596A
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JP
Japan
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light
optical path
optical system
sample
path deflecting
Prior art date
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Pending
Application number
JP6181961A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Satoru Kumagai
悟 熊谷
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Nikon Corp
Original Assignee
Nikon Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Nikon Corp filed Critical Nikon Corp
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Priority to US08/301,899 priority patent/US5612818A/en
Publication of JPH07128596A publication Critical patent/JPH07128596A/en
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  • Investigating, Analyzing Materials By Fluorescence Or Luminescence (AREA)
  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
  • Microscoopes, Condenser (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 軸上色収差や倍率色収差のある対物レンズを
使用してもシェーディングが発生しないコンフォーカル
顕微鏡を得る。 【構成】 光源から発せられた光束の光路を偏向して走
査する光路偏向部材を介して標本上に集光させ、この集
光スポットで照射された標本からの戻り光を、標本と互
いに共役な位置に配置されたピンホール付き遮光部材を
介して選択的に検出するコンフォーカル顕微鏡におい
て、遮光部材が光路偏向部材による光路の移動に伴って
生じる戻り光の集光点位置の移動範囲を含む大きさのピ
ンホールを備えているもの。
(57) [Summary] [Objective] To obtain a confocal microscope in which shading does not occur even when an objective lens having axial chromatic aberration and lateral chromatic aberration is used. [Structure] A light beam emitted from a light source is condensed on a sample through an optical path deflecting member that deflects and scans the optical path, and return light from the sample irradiated at this condensed spot is not conjugated with the sample. In a confocal microscope that selectively detects light through a pinhole-equipped light-shielding member, the size of the light-shielding member that includes the movement range of the condensing point position of the return light that occurs with the movement of the optical path by the optical-path deflecting member The one with a pinhole.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、例えば、生体試料等の
観察に用いるコンフォーカル顕微鏡に関するものであ
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a confocal microscope used for observing a biological sample or the like.

【0002】[0002]

【従来の技術】一般に、コンフォーカル顕微鏡は、光源
から発せられた光束を標本上に集光させ、この集光スポ
ットで照射された標本からの戻り光を、標本と互いに共
役な位置に配置されたピンホール付き遮光部材を介して
選択的に検出することにより画像情報を得る構成となっ
ている。
2. Description of the Related Art In general, a confocal microscope focuses a light beam emitted from a light source on a sample and arranges return light from the sample illuminated by the focused spot at a position conjugate with the sample. The image information is obtained by selectively detecting the light through the pinhole-equipped light shielding member.

【0003】ここで、従来のこの種のコンフォーカル顕
微鏡の概略構成を図2に示す。この図に示すコンフォー
カル顕微鏡は、大別して光源ユニット210、ビームス
プリッタ220、偏向光学系230、対物光学系240
及び検出系260とから構成されている。
FIG. 2 shows a schematic structure of a conventional confocal microscope of this type. The confocal microscope shown in this figure is roughly classified into a light source unit 210, a beam splitter 220, a deflection optical system 230, and an objective optical system 240.
And a detection system 260.

【0004】図2において実線で示したレーザ光は、レ
ーザ光源211及びビームエキスパンダ212を含む光
源ユニット210から発せられ、ダイクロイックミラー
220に反射されて、少なくとも一つの光偏向器を含む
偏向光学系230に入射する。
A laser beam shown by a solid line in FIG. 2 is emitted from a light source unit 210 including a laser light source 211 and a beam expander 212, reflected by a dichroic mirror 220, and a deflection optical system including at least one optical deflector. It is incident on 230.

【0005】ビームスプリッタ220は、光源ユニット
210から発せられたレーザー光束を反射することによ
り光路を折り曲げて偏向光学系230に導くと共に、標
本からの戻り光束を透過させて検出系に導く光路分割手
段の役割を果たしており、この従来例では蛍光を検出す
る蛍光顕微鏡の構成例であるため、励起光(レーザ光)
と検出戻り光(蛍光)とを分離するダイクロックミラー
が用いられている。
The beam splitter 220 reflects the laser light beam emitted from the light source unit 210 to bend the optical path and guide it to the deflection optical system 230, and at the same time transmits the return light beam from the sample and guides it to the detection system. Since this conventional example is a configuration example of a fluorescence microscope that detects fluorescence, excitation light (laser light)
A dichroic mirror that separates the detection light and the detection return light (fluorescence) is used.

【0006】ビームスプリッタ220により偏向光学系
230に導かれたレーザ光束は、偏向光学系230に設
けられた光路偏向部材により水平方向及び垂直方向(図
における紙面に対して)に任意量だけ偏向された後、対
物光学系240により集光されて標本250上にスポッ
ト状に照射される。
The laser light flux guided to the deflection optical system 230 by the beam splitter 220 is deflected by an arbitrary amount in the horizontal direction and the vertical direction (with respect to the paper surface in the drawing) by an optical path deflecting member provided in the deflection optical system 230. After that, the light is condensed by the objective optical system 240 and irradiated on the sample 250 in a spot shape.

【0007】前記集光スポットは、偏向光学系230の
水平方向及び垂直方向の偏向量(可変)に応じて標本2
50上を2次元走査するが、このとき集光スポットの照
射による標本250からの戻り光として、反射光、蛍光
発光、ラマン散乱光等が生じるので、標本250から発
せられた検出光は標本の2次元(画像)情報となる。
The focused spot is the sample 2 according to the deflection amount (variable) of the deflection optical system 230 in the horizontal and vertical directions.
Two-dimensional scanning is performed on 50. At this time, reflected light, fluorescence emission, Raman scattered light, and the like are generated as return light from the sample 250 due to irradiation of the focused spot, so that the detection light emitted from the sample 250 is It becomes two-dimensional (image) information.

【0008】これらの戻り光は、光源ユニット210か
ら発せられたレーザー光束が入射した時と逆の経路で再
度前記対物光学系240に入射する。さらに、この戻り
光束は偏向光学系230に入射して光軸に沿う(偏向し
ていない)光路に導かれる。
These return lights are re-incident on the objective optical system 240 through a route opposite to that when the laser light flux emitted from the light source unit 210 is incident. Further, this return light flux enters the deflection optical system 230 and is guided to the optical path along the optical axis (not deflected).

【0009】戻り光のうち蛍光等は、ビームスプリッタ
220を透過してその他の戻り光と分離された後、検出
光となって検出系260に入射する。ここでは、集光レ
ンズ群261により標本上と共役な位置に集光され、ピ
ンホール付の遮光板262を透過した光束のみが検出光
として光検出器263に入射する。
Of the return light, fluorescence or the like passes through the beam splitter 220 and is separated from the other return light, and then becomes detection light and enters the detection system 260. Here, only the light flux that has been condensed by the condenser lens group 261 at a position conjugate with the sample and transmitted through the light-shielding plate 262 with a pinhole enters the photodetector 263 as detection light.

【0010】検出系260に入射した戻り光束は、集光
レンズ群261によって標本250と共役な位置にある
遮光板262上のピンホール位置に光スポットを結ぶ
が、このとき不必要な戻り光成分は、ピンホール位置に
集光しないので遮光板により除かれ、走査点の像の必要
な戻り光成分のみが選択的にピンホールを通過する。
The return light beam incident on the detection system 260 forms a light spot at a pinhole position on the light shielding plate 262 at a position conjugate with the sample 250 by the condenser lens group 261, but at this time, an unnecessary return light component. Is not condensed at the pinhole position, so that it is removed by the light shielding plate, and only the necessary returning light component of the image at the scanning point passes selectively through the pinhole.

【0011】ピンホールを通過した光(戻り光のうち必
要な蛍光成分)は、光検出器263により電気信号に変
換され、さらに画像処理を施されて標本250の明瞭な
画像として表示される。
The light that has passed through the pinhole (a necessary fluorescent component of the returned light) is converted into an electric signal by the photodetector 263, and is further image-processed to be displayed as a clear image of the sample 250.

【0012】このようにコンフォーカル顕微鏡の特徴
は、光源から発せられた光束を標本上に照射してここか
らの戻り光を検出する際に、標本上の集光スポットの周
囲からの戻り光束や、ピントのズレた所からの戻り光束
等の不要光束がピンホール付き遮光部材により遮蔽され
るので、走査集光点の像の周囲にぼけた像が重なるのを
防ぐ点にある。
As described above, the characteristic of the confocal microscope is that when the light beam emitted from the light source is irradiated onto the sample and the return light from this is detected, the return light beam from the surroundings of the condensed spot on the sample and Since unnecessary light beams such as light beams returning from out of focus are blocked by the light-shielding member with the pinhole, it is to prevent the blurred image from overlapping around the image at the scanning condensing point.

【0013】また、前述した偏向光学系230は水平走
査用と垂直走査用の二つの光偏向器を含んでおり、これ
ら二つの光偏向器の配置方法として次に説明する二つの
方式がある。
The above-mentioned deflection optical system 230 includes two optical deflectors for horizontal scanning and vertical scanning, and there are two methods described below as a method of arranging these two optical deflectors.

【0014】図3に一方の方式の配置である焦点リレー
配置を示す。これは、対物光学系40aの光偏向器側焦
点と共役な位置に二つの光偏向器31a、33aを配置
する方式である。
FIG. 3 shows a focus relay arrangement which is one type of arrangement. This is a system in which two optical deflectors 31a and 33a are arranged at a position conjugate with the optical deflector side focus of the objective optical system 40a.

【0015】図4にもう一方の方式である焦点近配置を
示す。これは、これは走査光学系40bの光偏向器側焦
点に近接して二つの光偏向器31b、33bを配置する
方式であり、この図からも判るようにこの焦点近配置
は、全体の光学系が単純で小型化できるという利点があ
り多く採用されている。
FIG. 4 shows another method, that is, a near focus arrangement. This is a system in which the two optical deflectors 31b and 33b are arranged close to the focal point on the optical deflector side of the scanning optical system 40b. It has many advantages because it has the advantage that the system is simple and can be miniaturized.

【0016】また、図5に光偏向器としてガルバノメー
ターミラーを用いたコンフォーカル顕微鏡の該略図を示
す。但し、簡略化のため図では一つの光偏向器のみを描
いている。このような光偏向器として、ガルバノメータ
ーミラー、ポリゴンミラー等の光の反射を用いたものが
挙げられるが、このような光の反射を用いた光偏向器
は、偏向角が波長にかかわらず一定であり、使い易いた
めに多く使用されている。
FIG. 5 is a schematic view of a confocal microscope using a galvanometer mirror as an optical deflector. However, for simplification, only one optical deflector is drawn in the figure. Examples of such an optical deflector include those using light reflection such as a galvanometer mirror and a polygon mirror. An optical deflector using such light reflection has a constant deflection angle regardless of wavelength. It is often used because it is easy to use.

【0017】一般に、コンフォーカル顕微鏡の中でもコ
ンフォーカル走査型蛍光顕微鏡、すなわち光源ユニット
からのレーザ光を励起光として標本に照射し、この励起
光により標本から発生する蛍光を検出するコンフォーカ
ル走査型顕微鏡は光軸方向に良好な分解能を有してい
る。
In general, among confocal microscopes, a confocal scanning fluorescence microscope, that is, a confocal scanning microscope that irradiates a sample with laser light from a light source unit as excitation light and detects fluorescence generated from the sample by this excitation light Has a good resolution in the optical axis direction.

【0018】これは、通常の蛍光顕微鏡にはない大きな
特徴であり細胞や生態組織等を立体的に観察する必要の
ある医学、生物学の分野では非常に有用である。さら
に、遮光板のピンホールを小さくすれば、より良い光軸
方向分解能を得ることができる。
This is a great feature that ordinary fluorescence microscopes do not have, and it is very useful in the fields of medicine and biology, which require three-dimensional observation of cells, ecological tissues and the like. Further, if the pinhole of the light shielding plate is made smaller, better resolution in the optical axis direction can be obtained.

【0019】また、蛍光を使用するコンフォーカル走査
型顕微鏡においては、例えば、励起光が紫外光で戻り光
束が可視光の場合等のように、励起光の波長と戻り光束
の波長は異なっているため、対物レンズが軸上色収差及
び倍率収差を持つことがある。
Further, in a confocal scanning microscope using fluorescence, the wavelength of the excitation light and the wavelength of the return light beam are different, for example, when the excitation light is ultraviolet light and the return light beam is visible light. Therefore, the objective lens may have axial chromatic aberration and magnification aberration.

【0020】ここで、軸上色収差のある対物レンズ群を
コンフォーカル走査型蛍光顕微鏡に使用した時の励起光
及び蛍光の様子を図6(a)に示す。図6(a)中で励
起光は実線、蛍光は破線で示してある。
FIG. 6 (a) shows the states of excitation light and fluorescence when the objective lens group having axial chromatic aberration is used in a confocal scanning fluorescence microscope. In FIG. 6A, the excitation light is shown by a solid line and the fluorescence is shown by a broken line.

【0021】図6(a)において、光源ユニット410
から出た励起光は、ダイクロイックミラー420により
反射されて偏向光学系430、対物光学系440を通
り、標本450上に集光する。標本450から出た蛍光
は対物光学系440、偏向光学系430、ダイクロイッ
クミラー420を通って集光レンズ群461により集光
され光スポットを結ぶ。
In FIG. 6A, the light source unit 410
The excitation light emitted from the laser beam is reflected by the dichroic mirror 420, passes through the deflection optical system 430 and the objective optical system 440, and is condensed on the sample 450. The fluorescence emitted from the sample 450 passes through the objective optical system 440, the deflection optical system 430, and the dichroic mirror 420, and is condensed by the condenser lens group 461 to form a light spot.

【0022】しかし、軸上色収差のある対物レンズを用
いているため、蛍光の収束または発散の程度は励起光と
異なってしまい、スポット状に集光された光束は、図6
(b)に示したように遮光板462で大きく拡がってし
まう。図6(b)において破線で示した光スポット47
0は、遮光板462の斜線で示した遮光部462Aにま
で広がっている。
However, since the objective lens having the axial chromatic aberration is used, the degree of convergence or divergence of the fluorescence is different from that of the excitation light, and the light flux condensed in the spot shape is shown in FIG.
As shown in (b), the light-shielding plate 462 greatly expands. The light spot 47 indicated by the broken line in FIG.
0 extends to the shaded portion 462A of the shade plate 462 indicated by the diagonal lines.

【0023】このときの画像状態の模式図を図6(c)
に示す。遮光板462のピンホール462Bを通って光
検出器463に到達する蛍光は、標本450から発せら
れた蛍光の一部であり、結果として検出される光量が減
少してしまうため、全体として標本450の暗い画像し
か得られていない。
FIG. 6C shows a schematic diagram of the image state at this time.
Shown in. The fluorescence that reaches the photodetector 463 through the pinhole 462B of the light shielding plate 462 is a part of the fluorescence emitted from the sample 450, and as a result, the detected light amount decreases, so that the sample 450 as a whole. Only the dark image of is obtained.

【0024】この軸上色収差による光量の減少を防ぐに
は、対物光学系の軸上色収差を光学系以外の部分で補正
しなければならない。最も容易にこれを行うには、図7
(a)に示したように、レーザ光源511とダイクロイ
ックミラー520の間またはダイクロイックミラー52
0と遮光板562との間に軸上色収差補正レンズ513
を配置して標本550から出てくる蛍光が遮光板に集光
するように補正すればよい。
In order to prevent the reduction of the amount of light due to the axial chromatic aberration, the axial chromatic aberration of the objective optical system must be corrected by a part other than the optical system. The easiest way to do this is in Figure 7.
As shown in (a), between the laser light source 511 and the dichroic mirror 520 or the dichroic mirror 52.
0 and the light-shielding plate 562 between the axial chromatic aberration correction lens 513.
May be arranged and corrected so that the fluorescence emitted from the sample 550 is condensed on the light shielding plate.

【0025】図7(b)に、このときの集光レンズ群5
61側から見た遮光板上での蛍光の光スポット570を
示す。図において、破線で示した蛍光の光スポット57
0は、遮光板562のピンホール562Bの中にすべて
はいる程充分小さく集光している。そのため、標本55
0から発せられた蛍光の大部分が遮光板562のピンホ
ール562Bを通って光検出器563に到達するので検
出される光量は減少せず、図7(c)に示したように標
本550の明るい画像が得られる。
FIG. 7B shows the condenser lens group 5 at this time.
61 shows a fluorescent light spot 570 on the light shielding plate viewed from the 61 side. In the figure, a fluorescent light spot 57 indicated by a broken line
0 is sufficiently small and condensed so that all of it enters the pinhole 562B of the light shielding plate 562. Therefore, sample 55
Most of the fluorescence emitted from 0 reaches the photodetector 563 through the pinhole 562B of the light shielding plate 562, so that the detected light amount does not decrease, and as shown in FIG. A bright image is obtained.

【0026】[0026]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、軸上色
収差がある対物光学系を用いた場合の遮光板上での戻り
光のデフォーカスの問題は、上記のように補正レンズを
用いることで解決できるが、このようにして補正した場
合、光路偏向部材が瞳位置に配置されていないと図8に
示したような画像の中心部が長方形に明るくなり、それ
以外の部分は、暗くなるシェーディングが発生してしま
う。このシェーディングが激しいと、画像の周辺部は完
全に暗くなって観察できなくなる。
However, the problem of defocusing of the returning light on the light shielding plate when the objective optical system having the axial chromatic aberration is used can be solved by using the correction lens as described above. However, when corrected in this way, if the optical path deflecting member is not arranged at the pupil position, the central part of the image shown in FIG. 8 becomes bright in a rectangular shape, and the other parts become darker. Resulting in. When this shading is intense, the peripheral portion of the image is completely dark and cannot be observed.

【0027】また、対物光学系に倍率色収差がある場合
においても、同様にシェーディングが発生する。この場
合は、光偏向器の配置にかかわらず視野の周辺部が円形
に暗くなる状態になり、さらに軸上色収差によるシェー
ディングが激しい時と同様にシェーディングが激しい時
も画像の周辺が完全に暗くなって観察ができなくなる。
Shading also occurs when the objective optical system has a chromatic aberration of magnification. In this case, the peripheral part of the visual field becomes dark in a circular shape regardless of the arrangement of the optical deflector, and the peripheral portion of the image becomes completely dark even when the shading is severe as in the case where the shading due to the axial chromatic aberration is severe. It becomes impossible to observe.

【0028】本発明は、以上の問題点に鑑み、軸上色収
差や倍率色収差のある対物光学系を使用してもシェーデ
ィングが発生しないコンフォーカル顕微鏡を提供するこ
とを目的としている。
In view of the above problems, it is an object of the present invention to provide a confocal microscope in which shading does not occur even if an objective optical system having axial chromatic aberration and lateral chromatic aberration is used.

【0029】[0029]

【課題を解決するための手段】請求項1の発明では、光
源と、光源から発せられた光の光路を偏向する光路偏向
部材を備えた偏向光学系と、偏向された光を標本上に集
光する対物光学系と、標本からの戻り光を対物光学系と
偏向光学系とを介して標本上の集光点と共役な位置に集
光し、さらにピンホール付き遮光部材を介して検出する
検出系とを備えたコンフォーカル顕微鏡において、遮光
部材のピンホールの大きさを偏向光学系による光路の移
動に伴って生じる戻り光の集光点の移動範囲を含む大き
さとすることにより前述の課題を達成した。
According to a first aspect of the present invention, a light source, a deflection optical system including an optical path deflecting member for deflecting an optical path of light emitted from the light source, and the deflected light are collected on a sample. The objective optical system that emits light and the return light from the sample are condensed at a position conjugate with the condensing point on the sample through the objective optical system and the deflection optical system, and further detected through a light shielding member with a pinhole. In the confocal microscope equipped with the detection system, the size of the pinhole of the light shielding member is set to a size including the movement range of the condensing point of the return light caused by the movement of the optical path by the deflection optical system. Was achieved.

【0030】又、請求項2の発明では、請求項1のコン
フォーカル顕微鏡において、ピンホールの形状をスリッ
ト状とした。
Further, in the invention of claim 2, in the confocal microscope of claim 1, the pinhole is formed in a slit shape.

【0031】更に、請求項3の発明では、請求項1又は
2のコンフォーカル顕微鏡において、前記ピンホールの
長さを以下のように特定した。即ち、この発明によるコ
ンフォーカル顕微鏡は、励起光を発する光源と、光源か
ら発せられた励起光の光路を偏向する光路偏向部材を備
えた偏向光学系と、励起光を標本上に集光する対物光学
系と、励起光により励起されて標本から発せられた戻り
光を対物光学系と偏向光学系とを介して集光レンズ群に
より標本上の集光点と共役な位置に集光し、さらにピン
ホール付き遮光部材を介して検出する検出系とを備えて
いる。
Further, in the invention of claim 3, in the confocal microscope of claim 1 or 2, the length of the pinhole is specified as follows. That is, the confocal microscope according to the present invention includes a light source that emits excitation light, a deflection optical system that includes an optical path deflecting member that deflects the optical path of the excitation light emitted from the light source, and an objective that collects the excitation light on a sample. The optical system and the return light excited by the excitation light and emitted from the sample are condensed by the condensing lens group through the objective optical system and the deflection optical system to a position conjugate with the condensing point on the sample, and And a detection system for performing detection through a pinhole light-shielding member.

【0032】ここで、対物光学系の戻り光波長による焦
点距離をG、対物光学系の励起光波長による焦点距離を
F、対物光学系の戻り光波長による光路偏向部材側の焦
点面と標本面の共役面との距離をL、対物光学系の励起
光波長による光路偏向部材側の焦点面と標本面の共役面
との距離をK、対物光学系の戻り光波長による光路偏向
部材側の焦点と光路偏向部材の光軸での偏向面位置との
距離をN、対物光学系の励起光波長による光路偏向部材
側の焦点と光路偏向部材の光軸での偏向面位置との距離
をM、集光レンズ群の光路偏向部材側焦点と光路偏向部
材の偏向面と光軸との交点との距離をS、集光レンズ群
の戻り光波長における焦点距離をH、光路偏向部材のビ
ーム偏向角をαとした時、光路偏向部材の偏向方向に対
するピンホールの長さPが、次に示す(1)式を満たす
ように定められる。
Here, the focal length according to the return light wavelength of the objective optical system is G, the focal length according to the excitation light wavelength of the objective optical system is F, and the focal plane and the sample surface on the optical path deflecting member side depending on the return light wavelength of the objective optical system. Is L, the distance between the focal plane on the optical path deflecting member side depending on the excitation light wavelength of the objective optical system and the conjugate plane on the sample surface is K, and the focal point on the optical path deflecting member side depending on the return light wavelength of the objective optical system. And N is the distance between the deflection surface position of the optical path deflecting member on the optical axis, and M is the distance between the focal point on the optical path deflecting member side due to the excitation light wavelength of the objective optical system and the deflection surface position of the optical path deflecting member on the optical axis. The distance between the focal point of the condenser lens group on the optical path deflecting member side and the intersection of the deflection surface of the optical path deflecting member and the optical axis is S, the focal length of the condenser lens group at the return light wavelength is H, and the beam deflection angle of the optical path deflecting member. Where α is α, the pinhole of the optical path deflecting member The P is shown below (1) is determined so as to satisfy the equation.

【0033】[0033]

【数3】 [Equation 3]

【0034】この場合、前記L及び前記Kは、前記焦点
面に対して前記共役面が対物光学系と反対側にあるとき
を+、同じ側にある時を−とし、前記N、前記M及び前
記Sは、前記焦点に対して交点が対物光学系と反対側に
あるときを+、同じ側にある時を−とする。
In this case, the L and the K are defined as + when the conjugate plane is on the side opposite to the objective optical system with respect to the focal plane and-when the conjugate plane is on the same side with respect to the focal plane. The S is defined as + when the intersection is on the side opposite to the objective optical system with respect to the focus, and-when the intersection is on the same side.

【0035】また、請求項4の発明では、請求項3のコ
ンフォーカル顕微鏡において、遮光部材上の戻り光のエ
アリーディスク直径をDとした時、光路偏向部材の偏向
方向に対するピンホールの長さPは、次に示す式を満た
すように定められる。
Further, in the invention of claim 4, in the confocal microscope of claim 3, when the Airy disk diameter of the return light on the light shielding member is D, the length P of the pinhole with respect to the deflection direction of the optical path deflecting member. Is determined so as to satisfy the following formula.

【0036】[0036]

【数4】 [Equation 4]

【0037】[0037]

【作用】先ず、コンフォーカル蛍光顕微鏡を例にして、
照射光と波長の異なる戻り光を検出する際に倍率色収差
によるシェーディングのおきる原理を簡単に説明する。
[Function] First, taking a confocal fluorescence microscope as an example,
The principle of shading due to lateral chromatic aberration when detecting return light having a different wavelength from the irradiation light will be briefly described.

【0038】図9(a)は、倍率色収差を持った対物光
学系を用いた時の励起光及び蛍光の集光の原理図であ
り、ここでは、説明を簡略化するために、対物光学系に
は軸上色収差は存在せず、倍率色収差のみが存在する場
合を想定している。この図において、実線は光源ユニッ
ト610から発せられた励起光(レーザ光)を示してお
り、破線は標本から発せられた戻り光のうち蛍光を示す
ものとする。
FIG. 9A is a principle diagram of condensing the excitation light and the fluorescence when the objective optical system having the chromatic aberration of magnification is used. Here, the objective optical system is shown for simplification of description. It is assumed that there is no axial chromatic aberration and there is only lateral chromatic aberration. In this figure, the solid line indicates the excitation light (laser light) emitted from the light source unit 610, and the broken line indicates fluorescence in the return light emitted from the sample.

【0039】また、偏向光学系を構成する光路偏向部材
631、633は、対物光学系640の偏向光学系側の
焦点位置及び前記焦点位置と共役な位置に配置されると
共に、それぞれ光軸に対して任意の角度を保って配設さ
れている。尚、図中では説明を簡単にするために一つの
光路偏向部材のみを示している。
Further, the optical path deflecting members 631 and 633 forming the deflecting optical system are arranged at a focal position on the deflecting optical system side of the objective optical system 640 and at a position conjugate with the focal position, and each is with respect to the optical axis. Are arranged at an arbitrary angle. In the figure, only one optical path deflecting member is shown for the sake of simplicity.

【0040】図9(a)において、光源610から発せ
られた励起光は、ダイクロイックミラー620により反
射されて偏向光学系に導かれる。このダイクロイックミ
ラー620は、光源ユニット610からの励起光(レー
ザ光)を反射して偏向光学系内の光路偏向部材631、
633に導くと共に、標本650から発せられた戻り光
(蛍光)を透過させて検出系内の集光レンズ群661に
導いている。
In FIG. 9A, the excitation light emitted from the light source 610 is reflected by the dichroic mirror 620 and guided to the deflection optical system. The dichroic mirror 620 reflects the excitation light (laser light) from the light source unit 610 and reflects the optical path deflecting member 631 in the deflection optical system.
In addition to being guided to the 633, the return light (fluorescence) emitted from the sample 650 is transmitted and guided to the condenser lens group 661 in the detection system.

【0041】また、ダイクロイックミラー620により
偏向光学系に導かれた励起光は、偏向光学系内のそれぞ
れの配設角度が可変に設けられた光路偏向部材631、
633により、光路を水平方向及び垂直方向に偏向され
た後、対物光学系に導かれて集光され標本650上を集
光スポットにより照射する。この集光スポットは、光路
偏向部材631、633の偏向量に応じて移動し、標本
650上を2次元走査することになる。
The excitation light guided to the deflection optical system by the dichroic mirror 620 is an optical path deflecting member 631 in which the respective arrangement angles in the deflection optical system are variable.
After the optical path is deflected in the horizontal direction and the vertical direction by 633, it is guided to the objective optical system and condensed, and the sample 650 is irradiated with the condensed spot. This focused spot moves according to the amount of deflection of the optical path deflecting members 631 and 633, and two-dimensionally scans the sample 650.

【0042】そして、この集光スポットが照射された標
本650から蛍光が生じる。この標本650からの戻り
光(蛍光)は、対物光学系640を通り、光路偏向部材
631、633により照射光とは逆向きに偏向されて光
軸に沿う光束に変化される。
Then, fluorescence is generated from the sample 650 irradiated with this focused spot. The return light (fluorescence) from the sample 650 passes through the objective optical system 640, is deflected by the optical path deflecting members 631 and 633 in the direction opposite to the irradiation light, and is changed into a light beam along the optical axis.

【0043】しかし、対物光学系は倍率色収差を持って
いるため、対物光学系640の励起光波長に対する焦点
距離と蛍光波長に対する焦点距離とが異なり、そのた
め、光路偏向部材631、633への蛍光の入射角(破
線光路)は、光路偏向部材631、633から射出され
る励起光光束の射出角(実線光路)とは異なるものとな
る。
However, since the objective optical system has lateral chromatic aberration, the focal length of the objective optical system 640 for the excitation light wavelength and the focal length of the fluorescent wavelength are different, and therefore, the fluorescence to the optical path deflecting members 631, 633 is different. The incident angle (broken line optical path) is different from the emission angle (solid line optical path) of the excitation light beam emitted from the optical path deflecting members 631 and 633.

【0044】従って、光路偏向部材631、633によ
り偏向されて集光レンズに向かう戻り光(蛍光)は、光
軸に対してある0でない角をなす光束としてダイクロイ
ックミラー620を透過し、検出系内の集光レンズ群6
61に入射する。
Therefore, the return light (fluorescence) deflected by the optical path deflecting members 631 and 633 and directed to the condenser lens passes through the dichroic mirror 620 as a light flux forming a non-zero angle with respect to the optical axis, and is detected in the detection system. Condensing lens group 6
It is incident on 61.

【0045】集光レンズ群661は光軸に沿って入射し
た光束を遮光部材に設けられたピンホール位置に集光さ
せるように配置されたものであるため、集光レンズ群6
61に入射した戻り光(蛍光)は、ピンホール中心から
ずれた位置に集光されることになる。
Since the condenser lens group 661 is arranged so as to condense the light beam incident along the optical axis at the pinhole position provided in the light shielding member, the condenser lens group 6
The return light (fluorescence) incident on 61 is condensed at a position deviated from the center of the pinhole.

【0046】ここで、対物光学系640の励起光波長に
おける焦点距離をF、対物光学系640の戻り光(ここ
では蛍光)波長における焦点距離をG、集光レンズ群6
61の戻り光波長における焦点距離をH、光路偏向部材
631、633のビーム偏向角をα、励起光と光軸との
成す角をβ、戻り光と光軸の成す角をγとし、tan θを
θで近似した時、遮光部材上の戻り光スポット中心と光
軸上に位置するピンホール中心との距離Uは、次に示す
(3)式により表すことができる。 U=H(β−γ)=(1−F/G)Hα …(3)式
Here, the focal length of the objective optical system 640 at the excitation light wavelength is F, the focal length of the objective optical system 640 at the return light (here fluorescence) wavelength is G, and the condenser lens group 6 is used.
The focal length at the wavelength of the return light of 61 is H, the beam deflection angle of the optical path deflecting members 631 and 633 is α, the angle between the excitation light and the optical axis is β, the angle between the return light and the optical axis is γ, and tan θ Is approximated by θ, the distance U between the center of the returning light spot on the light shielding member and the center of the pinhole located on the optical axis can be expressed by the following equation (3). U = H (β−γ) = (1−F / G) Hα (3) Formula

【0047】この(3)式よりも明らかなように、倍率
色収差による遮光部材上の戻り光スポットの動き量U
は、光路偏向部材の偏向角αが大きいとき、すなわち走
査する部分(集光スポットが照射された位置)が標本の
周辺部になればなるほど大きくなる。
As is clear from the equation (3), the amount of movement U of the returning light spot on the light shielding member due to the chromatic aberration of magnification is U.
Is larger when the deflection angle α of the optical path deflecting member is larger, that is, the scanning portion (position where the focused spot is irradiated) becomes the peripheral portion of the sample.

【0048】従って、集光スポットの走査点(照射位
置)が標本の周辺部分になるにつれて、検出光である戻
り光(蛍光)は、遮光部材により遮光される割合が多く
なり、一部の光しか検出系に届かないこととなる。この
ため、この様な検出信号から得られる画像は図9(b)
に示したような、標本の中心部が円形に明るく周辺部は
暗くなる円形シェーディングを起こしたものとなる。
Therefore, as the scanning point (irradiation position) of the focused spot becomes the peripheral portion of the sample, the return light (fluorescence) as the detection light is more likely to be blocked by the light blocking member, and a part of the light is returned. Only the detection system can be reached. Therefore, the image obtained from such a detection signal is as shown in FIG.
As shown in, the circular shading occurs in which the central part of the sample is circular and the peripheral part is dark.

【0049】以上では、対物光学系に倍率色収差のみが
存在する場合を想定した場合について述べたが、上記の
ようなシェーディングは、対物光学系に倍率色収差が存
在する場合だけではなく、軸上色収差が存在する場合に
おいても発生する。以下、軸上色収差によるシェーディ
ングのおきる原理を簡単に説明する。
Although the case where only the chromatic aberration of magnification is present in the objective optical system has been described above, the shading described above is not limited to the case where the chromatic aberration of magnification is present in the objective optical system, but also the axial chromatic aberration. Occurs even in the presence of. The principle of shading due to axial chromatic aberration will be briefly described below.

【0050】図10(a)及び図10(b)は、軸上色
収差を持った対物光学系を用いた時の励起光及び蛍光の
集光の原理図である。ここでは、説明を簡略化するため
に対物光学系には倍率色収差は存在せず、軸上色収差の
みが存在する場合を想定している。また、前述の場合と
同様に偏向光学系は、実際には二つの光路偏向部材を備
えているものであるが、両図中には一つの部材として表
している。
FIGS. 10 (a) and 10 (b) are principle views of focusing excitation light and fluorescence when an objective optical system having axial chromatic aberration is used. Here, in order to simplify the explanation, it is assumed that the objective optical system does not have lateral chromatic aberration but only axial chromatic aberration. Further, as in the case described above, the deflecting optical system actually includes two optical path deflecting members, but they are shown as one member in both figures.

【0051】図10(a)及び図10(b)において、
実線は励起光(レーザ光)、破線は戻り光(蛍光)を表
わしており、光源ユニットより発せられた励起光を、点
光源から発せられたものとして表わしている。この場
合、対物光学系に倍率色収差は存在しないので励起光波
長による焦点距離と蛍光波長による焦点距離は変わらな
いが、軸上色収差があるため光路偏向部材側の励起光の
焦点と蛍光の焦点は一致せず、同一の直線上に存在して
いる。
In FIGS. 10A and 10B,
The solid line represents the excitation light (laser light) and the broken line represents the return light (fluorescence), and the excitation light emitted from the light source unit is represented as being emitted from the point light source. In this case, since there is no lateral chromatic aberration in the objective optical system, the focal length due to the excitation light wavelength and the focal length due to the fluorescent wavelength do not change, but the axial chromatic aberration causes the excitation light focal point and the fluorescent focal point on the optical path deflecting member side to be different. They do not match and exist on the same straight line.

【0052】一般に、標本のある平面上における励起光
の集光点位置Pと光軸位置Oとの距離POは、対物光学
系の励起光波長による焦点距離と、点光源より発して対
物光学系の光路偏向部材側の焦点と共役な位置を通る光
線と光軸とがなす角δにより、y=f・tanφの式を
用いて容易に計算される。
In general, the distance PO between the focus point position P of the excitation light and the optical axis position O on a plane of the sample is the focal length of the excitation light wavelength of the objective optical system and the objective optical system emitted from the point light source. The angle δ formed by the optical axis and the ray passing through the position conjugate with the focal point on the optical path deflecting member side of is easily calculated using the equation of y = f · tan φ.

【0053】図10(a)は、光路偏向部材731、7
33の偏向角が0の時の励起光及び戻り光(蛍光)の集
光の様子を示している。光軸上の点光源710より発し
た励起光は、光路偏向部材731、733により反射さ
れて対物光学系740に入射し、標本750上に集光さ
れて光スポットを作る。
FIG. 10A shows the optical path deflecting members 731, 7
It shows a state in which the excitation light and the return light (fluorescence) are collected when the deflection angle of 33 is 0. The excitation light emitted from the point light source 710 on the optical axis is reflected by the optical path deflecting members 731 and 733, enters the objective optical system 740, and is condensed on the sample 750 to form a light spot.

【0054】この場合、光路偏向部材731、733の
偏向角が0であるので、対物光学系740の光路偏向部
材731、733側の焦点740Aと共役な点740B
は光軸上にあり、点光源710より発して点740Bを
通る光線と光軸がなす角もまた0(光軸に沿って進行す
る)である。従って、標本750上の集光点位置Pと光
軸位置Oとの距離は、対物光学系740の焦点距離にか
かわらず0である。
In this case, since the deflection angles of the optical path deflecting members 731 and 733 are 0, a point 740B conjugate with the focal point 740A of the objective optical system 740 on the optical path deflecting members 731 and 733 side.
Is on the optical axis, and the angle formed by the optical axis with the ray emitted from the point light source 710 and passing through the point 740B is also 0 (travels along the optical axis). Therefore, the distance between the focal point position P on the sample 750 and the optical axis position O is 0 regardless of the focal length of the objective optical system 740.

【0055】さらに、標本750の光軸上の励起光の集
光点位置(P)から発せられた戻り光(蛍光)は、対物
光学系740を通り、光路偏向部材731、733によ
り反射されたあとに点740Bを通る光線上に位置する
点717aに集光する。
Further, the return light (fluorescence) emitted from the focal point position (P) of the excitation light on the optical axis of the sample 750 passes through the objective optical system 740 and is reflected by the optical path deflecting members 731 and 733. After that, the light is focused on a point 717a located on the ray passing through the point 740B.

【0056】即ち、光路偏向部材による偏向角が0のと
き、点740Bは光軸上に位置し、励起光の集光点位置
(P)から発せられて点740Bを通る戻り光(蛍光)
の主光線と光軸がなす角度は0である。
That is, when the deflection angle by the optical path deflecting member is 0, the point 740B is located on the optical axis, and the return light (fluorescence) emitted from the condensing point position (P) of the excitation light and passing through the point 740B.
The angle formed by the principal ray and the optical axis is zero.

【0057】このため、戻り光(蛍光)の集光点717
aも光軸上に位置するが、対物光学系740の軸上色収
差のため、励起光とは異なる波長の戻り光(蛍光)の集
光点717aと点光源710とは一致せず、光軸方向に
所定の距離だけ離れている。
Therefore, the condensing point 717 of the return light (fluorescence)
Although a is also located on the optical axis, due to the axial chromatic aberration of the objective optical system 740, the condensing point 717a of the return light (fluorescence) having a wavelength different from that of the excitation light does not coincide with the point light source 710, and the optical axis A certain distance in the direction.

【0058】一方、図10(b)には、光路偏向部材7
31、733の偏向角(点光源から発せられて光路偏向
部材731、733の偏向面と光軸との交点を通り対物
光学系740に入射する光線が光軸となす角)がθ(但
し、θ≠0)の時の励起光及び戻り光の集光の様子を示
している。上述の場合と同様に光軸上の点光源710よ
り出射された励起光は、光路偏向部材731、733に
より偏向(反射)されて対物光学系740に入射し、標
本750上の光軸以外の位置に集光されて光スポットを
結ぶ。
On the other hand, FIG. 10B shows the optical path deflecting member 7
Deflection angles of 31 and 733 (angles formed by the light beam emitted from the point light source and passing through the intersections of the deflection surfaces of the optical path deflecting members 731 and 733 and the optical axis and entering the objective optical system 740 with the optical axis are θ (however, It shows a state of condensing the excitation light and the return light when θ ≠ 0). As in the case described above, the excitation light emitted from the point light source 710 on the optical axis is deflected (reflected) by the optical path deflecting members 731 and 733 and enters the objective optical system 740, and the excitation light other than the optical axis on the sample 750 is emitted. It is condensed at a position and connects the light spots.

【0059】標本750上に作られた励起光の集光点位
置から発せられた戻り光(蛍光)は、対物光学系740
を通り、光路偏向部材731、733により励起光とは
逆向きに偏向(反射)された後に集光する。
The return light (fluorescence) emitted from the focal point position of the excitation light produced on the sample 750 is the objective optical system 740.
Through the optical path deflecting members 731 and 733, the light is deflected (reflected) in the direction opposite to the excitation light and then condensed.

【0060】ここで、倍率色収差がないと想定したこと
により、光偏向部材側での励起光の焦点と戻り光(蛍
光)の焦点とは、共に点光源710と点740Bとを通
る同一直線上にある。そして、光路偏向部材731、7
33が、対物光学系の焦点位置740Aとは異なる位置
730Aに配設され、かつ光偏向部材による偏向角が0
でないため、点740Cは光軸外に位置する。
Here, since it is assumed that there is no chromatic aberration of magnification, the focal point of the excitation light and the focal point of the return light (fluorescence) on the light deflection member side are both on the same straight line passing through the point light source 710 and the point 740B. It is in. Then, the optical path deflecting members 731, 7
33 is arranged at a position 730A different from the focal position 740A of the objective optical system, and the deflection angle by the light deflecting member is 0.
Therefore, the point 740C is located off the optical axis.

【0061】このため、光偏向部材側での励起光の主光
線と戻り光(蛍光)の主光線は、光軸に対して任意の角
度(ε)だけ傾くこととなり、点光源710と点740
Cとはこの光軸に対して傾いた主光線上にあるので、戻
り光(蛍光)の集光点717bは、光軸外に位置するこ
とになる。
Therefore, the principal ray of the excitation light and the principal ray of the return light (fluorescence) on the light deflection member side are inclined at an arbitrary angle (ε) with respect to the optical axis, and the point light source 710 and the point 740.
Since C is on the principal ray inclined with respect to this optical axis, the condensing point 717b of the return light (fluorescence) is located outside the optical axis.

【0062】従って、点717bに集光する戻り光を検
出光学系内部の集光レンズ群により集光させても、その
集光点はやはり光軸外に中心を持つものとなり、遮光板
にピンホール以外の部分で遮光されて検出できない部分
が生じてしまう。
Therefore, even if the return light condensed at the point 717b is condensed by the condensing lens group inside the detection optical system, the condensing point is still centered outside the optical axis and pinned on the light shielding plate. A portion other than the hole is shielded from light and some portions cannot be detected.

【0063】又、水平方向の光路偏光部材と対物光学系
の焦点との距離と、垂直方向の光路偏光部材と対物光学
系の焦点との距離が異なれば、水平方向の横ずれ量と垂
直方向の横ずれ量も異なる。
If the distance between the horizontal optical path polarizing member and the focal point of the objective optical system is different from the distance between the vertical optical path polarizing member and the focal point of the objective optical system, the horizontal lateral shift amount and the vertical direction are different. The amount of lateral deviation is also different.

【0064】従って、標本の水平方向を走査した時と垂
直方向を走査した時では検出系に到達する光量の減少の
仕方も異なるため、倍率色収差のみが存在する場合では
円形であったシェーディングの形状は、軸上色収差のみ
が存在する場合では長方形になる。
Therefore, the method of reducing the amount of light reaching the detection system is different between when the sample is scanned in the horizontal direction and when it is scanned in the vertical direction, so the shape of the shading that was circular when only chromatic aberration of magnification exists. Becomes rectangular when there is only axial chromatic aberration.

【0065】図10(a)及び図10(b)では、原理
的な説明のため、励起光、蛍光の両方を光路偏向部材7
31、733側で収束する光線として表わしているが、
以上の説明は励起光または蛍光が平行光または発散光の
場合にも成り立つ。
In FIGS. 10 (a) and 10 (b), both the excitation light and the fluorescence are guided by the optical path deflecting member 7 for the purpose of explaining the principle.
Although it is shown as a ray that converges on the side of 31, 733,
The above description also applies when the excitation light or fluorescence is parallel light or divergent light.

【0066】図11(a)は、実際のコンフォーカル走
査型蛍光顕微鏡の構成図である。図において、対物レン
ズ群843を含む対物光学系840の軸上色収差をレー
ザ光源811とダイクロイックミラー820の間に設け
られた軸上色収差補正レンズ813によって補正されて
いるが、光路偏向部材831、833が瞳位置に一致し
ていない場合の原理図である。この構成では、標本85
0の走査のために光路偏向部材831、833の偏向角
が変わると遮光板862上での蛍光スポットの位置が移
動する。
FIG. 11A is a block diagram of an actual confocal scanning fluorescence microscope. In the figure, the axial chromatic aberration of the objective optical system 840 including the objective lens group 843 is corrected by the axial chromatic aberration correction lens 813 provided between the laser light source 811 and the dichroic mirror 820, but the optical path deflecting members 831 and 833 are used. FIG. 6 is a principle diagram in a case where does not match the pupil position. In this configuration, sample 85
When the deflection angles of the optical path deflecting members 831 and 833 change for scanning 0, the position of the fluorescent spot on the light shielding plate 862 moves.

【0067】図11(b)に、このときの集光レンズ群
861側から見た遮光板862上での蛍光スポット87
0を示す。蛍光スポット870の位置が移動して遮光板
862のピンホール862Bからはずれると光検出器に
到達する光量が減少しシェーディングがおきる。
FIG. 11B shows a fluorescent spot 87 on the light shielding plate 862 viewed from the side of the condenser lens group 861 at this time.
Indicates 0. When the position of the fluorescent spot 870 moves and deviates from the pinhole 862B of the light shielding plate 862, the amount of light reaching the photodetector decreases and shading occurs.

【0068】焦点リレー配置の場合、二つの光路偏向部
材831、833は、共に対物光学系840の光路偏向
部材831、833側焦点にある。従って、光路偏向部
材831、833と対物光学系の光路偏向部材831、
833側焦点との距離が小さいので遮光板862上での
蛍光スポットの位置変化も小さく、シェーディングは目
立たないが、蛍光スポットの位置は、光路偏向部材83
1、833の偏向角の変化に伴いわずかに移動してい
る。
In the case of the focus relay arrangement, both of the two optical path deflecting members 831 and 833 are at the focal points on the optical path deflecting members 831 and 833 side of the objective optical system 840. Therefore, the optical path deflecting members 831 and 833 and the optical path deflecting members 831 of the objective optical system,
Since the distance from the focal point on the 833 side is small, the position change of the fluorescent spot on the light shielding plate 862 is small, and the shading is inconspicuous.
It slightly moves as the deflection angle of 1,833 changes.

【0069】また、焦点近接配置の場合、水平方向の光
路偏向部材831、833と対物光学系840の光偏向
側焦点との距離は、垂直方向の光路偏向部材831、8
33と対物光学系840の光路偏向部材831、833
側の焦点との距離とは異なる。そのため、標本850の
水平方向を走査した時の蛍光スポットの移動量と垂直方
向を走査した時の蛍光スポットの移動量も異なる。
Further, in the case of the focal point proximity arrangement, the distance between the optical path deflecting members 831 and 833 in the horizontal direction and the focal point on the optical deflecting side of the objective optical system 840 is the optical path deflecting members 831 and 8 in the vertical direction.
33 and the optical path deflecting members 831 and 833 of the objective optical system 840.
Different from the side focus. Therefore, the moving amount of the fluorescent spot when the sample 850 is scanned in the horizontal direction is different from the moving amount of the fluorescent spot when it is scanned in the vertical direction.

【0070】従って、標本の850の水平方向を走査し
た時と垂直方向を走査した時では光検出器863に到達
する光量の減少の仕方も異なるため、従来のような円形
のピンホールであるとシェーディングの形状は上述した
ように長方形になる。
Therefore, the method of reducing the amount of light reaching the photodetector 863 is different between the case where the sample 850 is scanned in the horizontal direction and the case where the sample is scanned in the vertical direction, so that it is a conventional circular pinhole. The shading has a rectangular shape as described above.

【0071】以上説明したようなシェーディングのない
画像を得るために、本発明のコンフォーカル顕微鏡にお
いては、遮光部材が光路偏向部材による光路の移動に伴
って生じる戻り光の集光点位置の移動範囲を含む大きさ
のピンホールを備えている。
In order to obtain an image without shading as described above, in the confocal microscope of the present invention, the movement range of the condensing point position of the returning light generated by the light shielding member along with the movement of the optical path by the optical path deflecting member. It has a pinhole with a size including.

【0072】そのため、標本上の集光点と共役な位置に
集光された蛍光スポットの位置が光軸中心から移動して
も遮光部材によって遮られることがないので、検出光の
減少によるシェーディングが発生せず良好な画像を得る
ことができる。従って、蛍光を基にした高精度のイオン
定量が可能になる。
Therefore, even if the position of the fluorescent spot condensed at a position conjugate with the focal point on the sample is moved from the center of the optical axis, it is not blocked by the light shielding member, so that the shading due to the decrease of the detection light is caused. A good image can be obtained without any occurrence. Therefore, highly accurate ion quantification based on fluorescence becomes possible.

【0073】また、軸上色収差や倍率色収差の許容量が
拡がるため、コンフォーカル走査型顕微鏡用の対物レン
ズの設計が容易になる。さらに好ましくは、前記ピンホ
ールの形状を図1(b)に示したようなスリット状のも
のとすることにより、ピンホールの開口面積がさらに小
さくなり、シェーディングの発生を抑止すると共に光軸
方向分解能をさらに向上させることができる。
Further, since the permissible amounts of axial chromatic aberration and lateral chromatic aberration are expanded, it becomes easy to design an objective lens for a confocal scanning microscope. More preferably, by making the shape of the pinhole into a slit shape as shown in FIG. 1 (b), the opening area of the pinhole is further reduced, the generation of shading is suppressed, and the resolution in the optical axis direction is reduced. Can be further improved.

【0074】ここで、対物光学系に倍率色収差は存在せ
ず、軸上色収差のみが存在する場合の標本の走査のため
に移動する遮光部材上の戻り光スポット中心の光軸から
の動き量Vは、対物光学系の光路偏向部材側での戻り光
(蛍光)波長による焦点面と標本面の共役面との距離を
L(但し、焦点面に対して共役面が対物光学系と反対側
にあるときを+、同じ側にある時を−とする。)、対物
光学系の励起光波長による光路偏向部材側の焦点面と標
本面の共役面との距離をK(但し、焦点面に対して共役
面が対物光学系と反対側にあるときを+、同じ側にある
時を−とする。)、対物光学系の戻り光波長による光路
偏向部材側の焦点と光路偏向部材の光軸での偏向面位置
との距離をN(但し、焦点に対して交点が対物光学系と
反対側にあるときを+、同じ側にある時を−とす
る。)、対物光学系の励起光波長による光路偏向部材側
の焦点と光路偏向部材の光軸での偏向面位置との距離を
M、集光レンズ群の光路偏向部材側焦点と光路偏向部材
の偏向面と光軸との交点との距離をS(但し、焦点に対
して交点が対物光学系と反対側にあるときを+、同じ側
にある時を−とする。)、集光レンズ群の戻り光波長に
おける焦点距離をH、光路偏向部材のビーム偏向角をα
とした時、次に示す(4)式で表すことができる。
Here, when there is no chromatic aberration of magnification in the objective optical system but only axial chromatic aberration, the amount of movement V from the optical axis of the center of the returning light spot on the light blocking member that moves for scanning the sample. Is the distance L between the focal plane and the conjugate plane of the sample plane due to the return light (fluorescence) wavelength on the optical path deflecting member side of the objective optical system (however, the conjugate plane is opposite to the objective plane with respect to the focal plane). When a certain time is +, and when it is on the same side is −, the distance between the focal plane on the optical path deflecting member side and the conjugate plane of the sample surface due to the excitation light wavelength of the objective optical system is K (however, with respect to the focal plane). When the conjugate plane is on the opposite side of the objective optical system, it is +, and when it is on the same side, it is −.), The focal point on the optical path deflecting member side and the optical axis of the optical path deflecting member depending on the return light wavelength of the objective optical system. The distance from the deflection surface position of N is N (However, when the intersection point is on the side opposite to the objective optical system with respect to the focus. +, And − when they are on the same side.), M is the distance between the focal point on the optical path deflecting member side due to the excitation light wavelength of the objective optical system and the deflecting surface position on the optical axis of the optical path deflecting member, and the condenser lens group The distance between the focal point on the side of the optical path deflecting member and the intersection of the deflection surface of the optical path deflecting member and the optical axis is S (however, + when the point of intersection is opposite to the objective optical system with respect to the focal point, + when the point is on the same side). Is-), the focal length at the return light wavelength of the condenser lens group is H, and the beam deflection angle of the optical path deflecting member is α.
Can be expressed by the following equation (4).

【0075】[0075]

【数5】 [Equation 5]

【0076】実際に用いられている対物光学系には倍率
色収差と軸上色収差との両方が存在するので、(3)式
及び(4)式より、戻り光スポットの移動量Wは、次に
示す(5)式で表すことができる。
Since the objective optical system actually used has both lateral chromatic aberration and axial chromatic aberration, the amount W of movement of the returning light spot can be calculated by the following equations (3) and (4). It can be expressed by the equation (5).

【0077】[0077]

【数6】 [Equation 6]

【0078】従って、請求項3の発明では、光路偏向部
材の偏向方向に対するピンホールの長さPが、戻り光ス
ポットの移動量Wよりも大きな値となるようにしてい
る。即ち、光路偏向部材の偏向方向に対して遮光部材上
に設けたピンホールの長さPは、次に示す(1)’式を
満たすものとしている。
Therefore, in the third aspect of the invention, the length P of the pinhole in the deflection direction of the optical path deflecting member is set to a value larger than the movement amount W of the returning light spot. That is, the length P of the pinhole provided on the light shielding member in the deflection direction of the optical path deflecting member satisfies the following expression (1) ′.

【0079】[0079]

【数7】 [Equation 7]

【0080】この場合、光路偏向部材の作用により標本
上の集光スポットの移動に伴い、検出系における戻り光
の集光スポットが移動しても、遮光部材上に集光された
戻り光がすべてピンホールを通過できるため、標本上の
(走査)位置によらず常に戻り光が適正に検出される。
このため、観察画像にシェーディング等が生じない優れ
た検査特性を持つコンフォーカル顕微鏡が構築されるこ
ととなる。
In this case, even if the focus spot of the return light in the detection system moves due to the movement of the focus spot on the sample due to the action of the optical path deflecting member, all the return light focused on the light blocking member Since it can pass through the pinhole, the return light is always detected properly regardless of the (scanning) position on the sample.
For this reason, a confocal microscope having excellent inspection characteristics that does not cause shading or the like in the observed image is constructed.

【0081】また、光路偏向部材の偏向方向に対するピ
ンホールの長さPが大きくなればなる程、視野周辺部で
の検出光量が増加して明るい画像を得ることができる。
ピンホールの長さPが大きくなるに伴って光軸方向分解
能が低下するが、光軸方向分解能の低下よりも光量を得
たい場合では、光路偏向部材の偏向方向に対するピンホ
ールの長さPを所望の光量が得られるまで大きくするこ
とも考えられる。
Further, as the length P of the pinhole with respect to the deflection direction of the optical path deflecting member increases, the amount of light detected in the peripheral portion of the visual field increases, and a bright image can be obtained.
The optical axis direction resolution decreases as the pinhole length P increases, but when it is desired to obtain the amount of light rather than the decrease in optical axis direction resolution, the pinhole length P in the deflection direction of the optical path deflecting member is set. It is also conceivable to increase until the desired light amount is obtained.

【0082】しかし、一般的に光軸方向分解能が低下す
ることは好ましくないため、請求項4に記載した発明で
は、光路偏向部材の偏向方向に対するピンホールの長さ
Pを、以下に示す(2)’式を満たすものとしている。
However, in general, it is not preferable that the resolution in the optical axis direction is lowered. Therefore, in the invention described in claim 4, the length P of the pinhole with respect to the deflection direction of the optical path deflecting member is shown below (2 ) 'Formula is supposed to be satisfied.

【0083】[0083]

【数8】 [Equation 8]

【0084】(但し、Dは、遮光部材上での蛍光のエア
リーディスク直径であり、この遮光部材上での蛍光のエ
アリーディスク直径Dは、蛍光の波長λ、集光レンズの
遮光部材側での開口数NAにより、D=1.22λ/N
Aで定義されるものである。)
(However, D is the diameter of the fluorescent Airy disk on the light blocking member, and the diameter D of the fluorescent Airy disk on this light blocking member is the wavelength λ of the fluorescent light on the light blocking member side of the condenser lens. D = 1.22λ / N due to numerical aperture NA
It is defined by A. )

【0085】即ち、請求項4の発明では、光路偏向部材
の偏向方向に対するピンホールの長さPを、戻り光スポ
ットの移動量Wよりも大きな値とするだけでなく、戻り
光スポットの移動量Wに遮光部材上での戻り光のエアリ
ーディスク直径Dを加えた値よりも小さくなるように規
定している。
That is, according to the invention of claim 4, not only the length P of the pinhole with respect to the deflection direction of the optical path deflecting member is set to a value larger than the movement amount W of the returning light spot, but also the movement amount of the returning light spot. It is specified to be smaller than a value obtained by adding the Airy disk diameter D of the return light on the light shielding member to W.

【0086】このように、戻り光スポットの移動量Wに
遮光部材上での戻り光のエアリーディスク直径Dを加え
た値とすることによって、戻り光スポットが光軸から最
も離れた時でも戻り光の大部分がピンホールを通過でき
るので、検出系に到達する光量が減少しないだけでな
く、光軸方向の分解能が低下することがない。従って、
シェーディングにない良好な画像を得ることができる。
As described above, the return light spot movement amount W is set to the value obtained by adding the Airy disk diameter D of the return light on the light shielding member, so that the return light spot can be obtained even when the return light spot is farthest from the optical axis. Since most of them can pass through the pinhole, not only the amount of light reaching the detection system does not decrease, but also the resolution in the optical axis direction does not decrease. Therefore,
It is possible to obtain a good image that is not in shading.

【0087】従って、標本上に照射された集光スポット
の位置が光軸対応位置から離れた何れの位置であっても
遮光部材上での戻り光スポットが遮られることがないた
め、例えば、戻り光(蛍光)を基にしたイオン定量等の
測定を行う場合にも、画像面内全般で十分に高い精度を
発揮することができる。
Therefore, since the returning light spot on the light shielding member is not blocked even if the position of the focused spot irradiated on the sample is away from the position corresponding to the optical axis, for example, the return Even when measurement such as ion quantification based on light (fluorescence) is performed, sufficiently high accuracy can be exhibited in the entire image plane.

【0088】また、対物光学系の軸上色収差や倍率色収
差に対する許容量が広がるため、対物光学系の設計が容
易になる。
Further, since the allowable amount of the axial chromatic aberration and the chromatic aberration of magnification of the objective optical system is widened, the objective optical system can be easily designed.

【0089】尚、以上の軸上色収差と倍率色収差による
シェーディングは、戻り光のうちの蛍光に限らず、例え
ばラマン散乱光等の光源からの光と標本から発する光の
波長が異なる時等にも起こる可能性があり、このように
照射波長とは異なる波長の戻り光を検出する場合には、
本発明により充分な効果を上げることができる。
The above shading caused by the axial chromatic aberration and the chromatic aberration of magnification is not limited to the fluorescence of the returning light, and is also possible when the wavelength of the light emitted from the light source such as Raman scattered light is different from the wavelength of the light emitted from the sample. When detecting return light of a wavelength different from the irradiation wavelength as described above,
The present invention can sufficiently enhance the effect.

【0090】[0090]

【実施例】図1に本発明の一実施例に係るコンフォーカ
ル走査型蛍光顕微鏡の概略構成を示すが、対物光学系の
軸上色収差並びに倍率色収差は、従来使用していたもの
と同程度であり、特に格段の補正はなされていないもの
を使用している。
FIG. 1 shows a schematic configuration of a confocal scanning fluorescence microscope according to an embodiment of the present invention. The axial chromatic aberration and the chromatic aberration of magnification of the objective optical system are the same as those conventionally used. Yes, and I am using one that has not been particularly corrected.

【0091】本実施例では、標本としてラットの心臓伸
縮性細胞を用意し、この細胞内のカルシウムイオンの観
察を行うことを目的としている。細胞内のカルシウムイ
オンを観察するために、蛍光試薬INDO−1を用いて
いる。
The purpose of this example is to prepare rat cardiac elastic cells as a sample and observe the calcium ions in the cells. The fluorescent reagent INDO-1 is used to observe intracellular calcium ions.

【0092】このINDO−1は、紫外光により励起さ
せると光量比がカルシウムイオンの量により変化する二
つの波長の蛍光が得られる。この二つの蛍光の波長は4
05nm及び485nmであり、これらの二種類の波長
の蛍光の光量比からカルシウムイオン量を求めることが
できる。
When this INDO-1 is excited by ultraviolet light, fluorescence of two wavelengths whose light amount ratio changes depending on the amount of calcium ions can be obtained. The wavelength of these two fluorescences is 4
It is 05 nm and 485 nm, and the amount of calcium ions can be calculated from the ratio of the amounts of fluorescence of these two wavelengths.

【0093】本実施例では、光源からのレーザ光の波長
による対物光学系の焦点距離(F)を−0.973m
m、蛍光波長による対物光学系の焦点距離(G)を−
0.971mm、対物光学系の蛍光波長による光路偏向
部材側の焦点面と標本面の共役面との距離(L)を−5
290mm、対物光学系のレーザ光波長による光路偏向
部材側の焦点面と標本面の共役面との距離(K)を−5
00mm、対物光学系の蛍光波長による光路偏向部材側
の焦点と光路偏向部材の光軸での偏向面位置との距離
(N)を2.27mm、対物光学系のレーザ光波長によ
る光路偏向部材側の焦点と光路偏向部材の光軸での偏向
面位置との距離(M)を2.31mm、集光レンズ群の
光路偏向部材側焦点と光路偏向部材の偏向面と光軸との
交点との距離(S)を1580mm、集光レンズ群の蛍
光波長における焦点距離(H)を381mm、光路偏向
部材のビーム偏向角(α)を0.182rad、遮光板
上でのエアリーディスク直径(D)を0.127mmと
し、これらより、光路偏向部材の偏向方向に対するピン
ホールの長さPを上記(2)式より決定し、即ち、P=
0.746mmとなるように遮光板にピンホール62B
を設けた。
In this embodiment, the focal length (F) of the objective optical system depending on the wavelength of the laser light from the light source is -0.973 m.
m, the focal length (G) of the objective optical system depending on the fluorescence wavelength
0.971 mm, the distance (L) between the focal plane on the optical path deflecting member side and the conjugate plane of the sample surface depending on the fluorescence wavelength of the objective optical system is -5.
290 mm, the distance (K) between the focal plane on the optical path deflecting member side and the conjugate plane of the sample surface depending on the laser light wavelength of the objective optical system is −5.
00 mm, the distance (N) between the focal point on the optical path deflecting member side depending on the fluorescent wavelength of the objective optical system and the deflecting surface position on the optical axis of the optical path deflecting member is 2.27 mm, and the optical path deflecting member side depending on the laser light wavelength of the objective optical system Distance (M) between the focal point of the optical path deflecting member and the deflecting surface position on the optical axis of the optical path deflecting member is 2.31 mm, and the focal point of the condensing lens group on the optical path deflecting member side and the intersection of the deflecting surface of the optical path deflecting member and the optical axis. The distance (S) is 1580 mm, the focal length (H) at the fluorescence wavelength of the condenser lens group is 381 mm, the beam deflection angle (α) of the optical path deflecting member is 0.182 rad, and the Airy disk diameter (D) on the light shielding plate is 0.127 mm, and from these, the pinhole length P with respect to the deflection direction of the optical path deflecting member is determined by the above equation (2), that is, P =
Pin hole 62B on the light shield so that it is 0.746 mm.
Was set up.

【0094】又、この実施例では、光源として水冷の紫
外Arレーザを使用し、この光源から発せられる波長3
51nmのレーザ光を励起光として用いている。レーザ
光源11から発せられたレーザ光は、ビームエキスパン
ダ12及び対物光学系の軸上色収差補正レンズ群13を
通過した後、ダイクロックミラー20に入射する。
Further, in this embodiment, a water-cooled ultraviolet Ar laser is used as a light source, and the wavelength 3 emitted from this light source is used.
A 51 nm laser beam is used as the excitation light. The laser light emitted from the laser light source 11 passes through the beam expander 12 and the axial chromatic aberration correction lens group 13 of the objective optical system, and then enters the dichroic mirror 20.

【0095】ダイクロックミラー20は、レーザ光源1
1から発せられたレーザ光の波長の光を反射し、それ以
外の波長の光を透過させる光路分割手段の役割を果たし
ており、ダイクロックミラー20に入射したレーザ光
は、ここで反射されて、ガルバノミラーを用いた垂直方
向偏向器31及び水平方向偏向器33に入射する。
The dichroic mirror 20 is the laser light source 1
It plays the role of an optical path splitting means for reflecting the light of the wavelength of the laser light emitted from 1 and transmitting the light of other wavelengths, and the laser light incident on the dichroic mirror 20 is reflected here, The light enters the vertical deflector 31 and the horizontal deflector 33 using a galvanometer mirror.

【0096】垂直方向偏向器31及び水平方向偏向器3
3は、入射したレーザ光を水平方向及び垂直方向に偏向
して、最終的に標本に照射させる励起光の照射位置を決
定するものであり、垂直方向偏向器31及び水平方向偏
向器33に入射したレーザ光は、水平方向及び垂直方向
に光路を偏向されて対物光学系40のリレーレンズ群4
1と焦点投影レンズ群42とを透過した後、光路折り曲
げミラー44により反射されて対物レンズ群43に入射
し、標本50上にスポット状に集光される。
Vertical deflector 31 and horizontal deflector 3
Reference numeral 3 is for deflecting the incident laser light in the horizontal direction and the vertical direction to determine the irradiation position of the excitation light to be finally irradiated to the sample, and is incident on the vertical deflector 31 and the horizontal deflector 33. The generated laser light is deflected in the optical path in the horizontal direction and the vertical direction, and the relay lens group 4 of the objective optical system 40.
After passing through 1 and the focus projection lens group 42, it is reflected by the optical path bending mirror 44, enters the objective lens group 43, and is condensed on the sample 50 in a spot shape.

【0097】標本50上にスポット状に集光されたレー
ザー光は、垂直方向偏向器31及び水平方向偏向器33
の偏向角変化に応じて標本50上を2次元走査する。こ
のとき、標本50のレーザー光スポットにより照明され
た部分からは、前述した二種類の蛍光が発せられる。
The laser light focused on the sample 50 in a spot shape is reflected by the vertical deflector 31 and the horizontal deflector 33.
The sample 50 is two-dimensionally scanned in accordance with the change in the deflection angle of. At this time, the above-mentioned two types of fluorescence are emitted from the portion of the sample 50 illuminated by the laser beam spot.

【0098】標本50から発せられた蛍光は、戻り光と
なって対物レンズ群43、光路折り曲げミラー44、焦
点投影レンズ群42、リレーレンズ群41を、励起光
(レーザ光)とは逆の順番に通過した後、水平方向偏向
器33、垂直方向偏向器31に入射して光軸とほぼ平行
な光束に変換される。
Fluorescence emitted from the sample 50 becomes return light, and the objective lens group 43, the optical path bending mirror 44, the focus projection lens group 42, and the relay lens group 41 are in the reverse order of the excitation light (laser light). After passing through, the light enters the horizontal deflector 33 and the vertical deflector 31 and is converted into a light beam substantially parallel to the optical axis.

【0099】この状態で、標本50から戻ってきた蛍光
は、ダイクロックミラー20を通過して他の戻り光成分
(反射レーザ光等)と分離された後、集光レンズ群61
に入射して遮光板62上に集光される。
In this state, the fluorescence returning from the sample 50 passes through the dichroic mirror 20 and is separated from other return light components (reflected laser light or the like), and then the condenser lens group 61.
And is focused on the light shielding plate 62.

【0100】前述したように、本実施例では、垂直方向
偏向器31及び水平方向偏向器33の偏向方向に対する
ピンホールが長手寸法P=0.746mmのスリット状
に形成されている。この様子を図1(b)に示す。
As described above, in this embodiment, the pinholes of the vertical deflector 31 and the horizontal deflector 33 in the deflection direction are formed in a slit shape having a longitudinal dimension P = 0.746 mm. This state is shown in FIG.

【0101】図1(b)よりも明らかなように、遮光板
62上の蛍光スポットが移動して光軸から最も離れた位
置にある時でも大部分がピンホール62Bを通過できる
ので、光検出器63a、63bに到達する光量が減少し
ないだけでなく、ピンホールの長さPを遮光板上での蛍
光の集光点の動き量と遮光板上での蛍光のエアリーディ
スクの直径を加えた長さにしているため、光軸方向の分
解能が不必要に低下しないようになっている。
As is clear from FIG. 1B, most of the light can be passed through the pinhole 62B even when the fluorescent spot on the light shielding plate 62 moves and is at the position farthest from the optical axis. Not only does the amount of light reaching the vessels 63a and 63b not decrease, but the length P of the pinhole is added to the amount of movement of the fluorescent light condensing point on the light shielding plate and the diameter of the fluorescent Airy disk on the light shielding plate. Since the length is set, the resolution in the optical axis direction does not unnecessarily decrease.

【0102】遮光板62のピンホールを通過した蛍光
は、蛍光分光用の第2のダイクロックミラー64に入射
して波長域別に分けられる。この場合、蛍光分光用ダイ
クロックミラー64により反射された蛍光と、ダイクロ
ックミラー64を通過した後に、光路折り曲げミラー6
5により反射された蛍光とは、それぞれバリアフィルタ
66、67に入射する。
The fluorescent light which has passed through the pinhole of the light shielding plate 62 is incident on the second dichroic mirror 64 for fluorescence spectroscopy, and is separated into wavelength regions. In this case, the fluorescence reflected by the dichroic mirror 64 for fluorescence spectroscopy and the optical path bending mirror 6 after passing through the dichroic mirror 64
The fluorescence reflected by 5 enters the barrier filters 66 and 67, respectively.

【0103】それぞれのバリアフィルタ66、67に入
射した蛍光は、ここで僅かに残った励起光や異なる波長
成分の蛍光を除去された後、それぞれ光検出器63a、
63bに入射して、波長域別の蛍光成分として検出され
ている。
The fluorescence that has entered the respective barrier filters 66 and 67 has its remaining excitation light and fluorescence of different wavelength components slightly removed therefrom, and then the photodetectors 63a and 63a, respectively.
It is incident on 63b and detected as a fluorescent component for each wavelength range.

【0104】そして、これらの光検出器63a、63b
からの検出信号は、CPU(図示せず)に送られ、ここ
で二種類の波長の蛍光の光量比が算出されると共に、画
像処理がなされる。この処理により、標本50のカルシ
ウムイオン量が算出され、更に検査面の画像が表示され
る。
Then, these photodetectors 63a, 63b
The detection signal from is sent to a CPU (not shown), where the light amount ratio of fluorescence of two types of wavelengths is calculated, and image processing is performed. By this processing, the calcium ion amount of the sample 50 is calculated, and the image of the inspection surface is displayed.

【0105】従って、レーザースポットにより照明され
た標本50から発せられる蛍光は、標本50上の何れの
位置からのものであっても、遮光部材62により遮られ
ることなく検出されるので、この検出信号に基づいて系
により画像処理を施した時にシェーディングのない明る
い画像面が得られると共に、二つの波長の蛍光量の比か
ら生体中のカルシウムイオンの分布が極めて高精度に定
量的に測定することができる。
Therefore, the fluorescence emitted from the sample 50 illuminated by the laser spot is detected without being blocked by the light shielding member 62 regardless of the position on the sample 50. It is possible to obtain a bright image surface without shading when image processing is performed by the system based on the above, and it is possible to quantitatively measure the distribution of calcium ions in the living body with extremely high accuracy from the ratio of the fluorescence amount of two wavelengths. it can.

【0106】[0106]

【発明の効果】以上のように本発明によれば、簡単な構
成で且つ、軸上色収差や倍率色収差の残る対物レンズ群
を使用してもシェーディングが発生しない画像を得るこ
とができる。
As described above, according to the present invention, it is possible to obtain an image having a simple structure and free from shading even if an objective lens group in which axial chromatic aberration and lateral chromatic aberration remain is used.

【0107】さらに、コンフォーカル顕微鏡の大きな特
徴である光軸方向に対する良好な分解能が損なわれるこ
となく、検出光量を増大させるとともに、標本上のレー
ザースポットの走査位置によらず常に必要な検出光が得
られるので、これらの検出光に基づいて検査領域の全域
に亘り良好な画像情報が得られ、これらの検出信号に基
づいて高精度のイオン定量測定等の光分析が可能であ
る。
Further, the detection light amount is increased without impairing the good resolution in the optical axis direction, which is a major feature of the confocal microscope, and the necessary detection light is always provided regardless of the scanning position of the laser spot on the sample. Since it is obtained, good image information can be obtained over the entire inspection region based on these detection lights, and high-precision optical analysis such as quantitative ion measurement can be performed based on these detection signals.

【0108】また、軸上色収差や倍率色収差の許容量が
拡がるため、コンフォーカル顕微鏡の対物レンズ群(対
物光学系)の設計が容易になり、光学設計上の自由度が
広がると共に、製造コストを安価に抑えることができ
る。
Further, since the allowable amount of axial chromatic aberration and lateral chromatic aberration is expanded, the design of the objective lens group (objective optical system) of the confocal microscope is facilitated, the degree of freedom in optical design is expanded, and the manufacturing cost is increased. It can be kept cheap.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】(a)は、本発明の一実施例に係るコンフォー
カル顕微鏡の概略構成を示す説明図であり、(b)は、
対物レンズ群側から見た本発明の遮光板と蛍光スポット
の断面図である。
FIG. 1A is an explanatory diagram showing a schematic configuration of a confocal microscope according to an embodiment of the present invention, and FIG.
FIG. 3 is a cross-sectional view of a light shielding plate of the present invention and a fluorescent spot viewed from the objective lens group side.

【図2】従来のコンフォーカル顕微鏡の概略構成を示す
説明図である。
FIG. 2 is an explanatory diagram showing a schematic configuration of a conventional confocal microscope.

【図3】コンフォーカル顕微鏡の偏向光学系が、焦点リ
レー配置である場合の概略構成図である。
FIG. 3 is a schematic configuration diagram in a case where a deflection optical system of a confocal microscope has a focus relay arrangement.

【図4】コンフォーカル顕微鏡の偏向光学系が、焦点近
接配置である場合の概略構成図である。
FIG. 4 is a schematic configuration diagram in the case where the deflection optical system of the confocal microscope has a focus proximity arrangement.

【図5】コンフォーカル顕微鏡において、光路偏向部材
としてガルバノメーターミラーを用いた場合の光路図で
ある。
FIG. 5 is an optical path diagram when a galvanometer mirror is used as an optical path deflecting member in a confocal microscope.

【図6】(a)は、従来のコンフォーカル蛍光顕微鏡に
おいて、対物レンズ群が軸上色収差を持っている時の励
起光及び蛍光の集光の原理図であり、(b)は、この時
の対物光学系側から見た遮光板状の蛍光の様子を示した
模式図であり、(c)はこの時得られた画像の模式図で
ある。
FIG. 6A is a principle diagram of condensing excitation light and fluorescence when the objective lens group has axial chromatic aberration in the conventional confocal fluorescence microscope, and FIG. 2C is a schematic diagram showing the state of light-shielding plate-like fluorescence as viewed from the objective optical system side, and FIG. 6C is a schematic diagram of an image obtained at this time.

【図7】(a)は、従来のコンフォーカル蛍光顕微鏡に
おいて、対物レンズ群の軸上色収差を補正した時の光路
図であり、(b)は、この時の対物光学系側から見た遮
光板状の蛍光の様子を示した模式図であり、(c)はこ
の時得られた画像の模式図である。
FIG. 7A is an optical path diagram when the axial chromatic aberration of the objective lens group is corrected in the conventional confocal fluorescence microscope, and FIG. 7B is the light shielding seen from the objective optical system side at this time. It is a schematic diagram which shows the mode of plate-like fluorescence, (c) is a schematic diagram of the image acquired at this time.

【図8】従来のコンフォーカル蛍光顕微鏡において、対
物レンズ群の軸上色収差を補正してはいるが、光路偏向
部材が瞳位置に配置されていない時に得られる画像の模
式図である。
FIG. 8 is a schematic diagram of an image obtained when the axial chromatic aberration of the objective lens group is corrected in the conventional confocal fluorescence microscope, but the optical path deflecting member is not arranged at the pupil position.

【図9】(a)は、コンフォーカル走査型蛍光顕微鏡に
おいて、対物光学系が倍率色収差のみを持っており光路
偏向部材による偏向角がθ(但し、θ≠0)の時の励起
光及び蛍光の集光の原理図であり、(b)は、この時得
られた画像の模式図である。
FIG. 9A is a confocal scanning fluorescence microscope, in which the objective optical system has only lateral chromatic aberration and the deflection angle by the optical path deflecting member is θ (where θ ≠ 0), excitation light and fluorescence. 2B is a principle diagram of the light collection of FIG. 2B, and FIG.

【図10】コンフォーカル走査型蛍光顕微鏡において、
対物光学系が軸上色収差のみを持っている時の励起光及
び蛍光の集光の原理図で、(a)は光路偏向部材による
偏向角が0の時のものであり、(b)は光路偏向部材に
よる偏向角がθ(但し、θ≠0)の時のものである。
FIG. 10 shows a confocal scanning fluorescence microscope.
FIG. 3 is a principle diagram of focusing of excitation light and fluorescence when the objective optical system has only axial chromatic aberration. (A) shows a case where the deflection angle by the optical path deflecting member is 0, and (b) shows an optical path. This is when the deflection angle by the deflection member is θ (where θ ≠ 0).

【図11】(a)は、実際のコンフォーカル蛍光顕微鏡
において、対物レンズ群の軸上色収差を補正してはいる
が、光路偏向部材が瞳位置に配置されていない時の光路
図であり、(b)は、この時の対物光学系側から見た遮
光板状の蛍光の様子を示した模式図である。
FIG. 11A is an optical path diagram in a case where an axial chromatic aberration of an objective lens group is corrected in an actual confocal fluorescence microscope, but an optical path deflecting member is not arranged at a pupil position, FIG. 6B is a schematic diagram showing the state of the light-shielding plate-like fluorescence seen from the objective optical system side at this time.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10、610 光源ユニット 710 光源ユニットと等価な点光源 11、211 レーザー光源 12、212 ビームエキスパンダ 13、513 軸上色収差補正レンズ 717a 光路偏向部材の偏向角が0の時の光路偏向部
材側の蛍光の集光点 717b 光路偏向部材の偏向角がθ(但し、θ≠0)
の時の光路偏向部材側の蛍光の集光点 20、20a、20b、220、620 ダイクロイッ
クミラー 30a、30b、230 偏向光学系 31、31a、31b、331、631 垂直方向光
路偏向部材 33、33a、33b、333、633 水平方向光
路偏向部材 32a リレー光学系 730A 光路偏向部材の反射面と光軸との交
点 40、40a、40b、240、640 対物光学系 740A 光路偏向部材の偏向角が0の時の対
物光学系光路偏向部材側の焦点 740B 光路偏向部材の偏向角が0の時の対
物光学系の光路偏向部材側の焦点と共役な点 740C 光路偏向部材の偏向角がθ(但しθ
≠0)の時の対物光学系の光路偏向部材側の焦点と共役
な点 41、41a、41b、241 リレーレン
ズ群 42、242 焦点投影レンズ群 43、243 対物レンズ群 44、65 光路折り曲げミラー 50、250 標本 60、260 光検出器ユニット 61、261 集光レンズ 62、262 ピンホール付き遮光板 62A ピンホール 62B 遮光部 63a、63b、263 光検出器 64 ダイクロックミラー 66、67 バリアフィルタ 70 遮光板上の蛍光スポット β 励起光の主光線と光軸のなす角 γ 蛍光の主光線と光軸のなす角 U 蛍光スポット中心とピンホール中心
との距離 ε 蛍光の主光線(及び励起光の主光
線)と光軸のなす角
10, 610 Light source unit 710 Point light source equivalent to light source unit 11, 211 Laser light source 12, 212 Beam expander 13, 513 On-axis chromatic aberration correction lens 717a Fluorescence on the optical path deflecting member side when the deflection angle of the optical path deflecting member is 0 Converging point 717b The deflection angle of the optical path deflecting member is θ (however, θ ≠ 0)
Converging point of fluorescence on the optical path deflecting member side at the time of 20, 20a, 20b, 220, 620 Dichroic mirrors 30a, 30b, 230 Deflection optical system 31, 31a, 31b, 331, 631 Vertical optical path deflecting member 33, 33a, 33b, 333, 633 Horizontal optical path deflecting member 32a Relay optical system 730A Intersection point between the reflecting surface of the optical path deflecting member and the optical axis 40, 40a, 40b, 240, 640 Objective optical system 740A When the deflection angle of the optical path deflecting member is 0 740B The focal point on the optical path deflecting member side of the objective optical system 740B The point which is conjugate with the focal point on the optical path deflecting member side of the objective optical system 740C The deflection angle of the optical path deflecting member is θ (however, θ
≠ 0) Conjugate to the focal point on the optical path deflecting member side of the objective optical system 41, 41a, 41b, 241 Relay lens group 42, 242 Focus projection lens group 43, 243 Objective lens group 44, 65 Optical path bending mirror 50 , 250 sample 60, 260 photodetector unit 61, 261 condenser lens 62, 262 light-shielding plate with pinhole 62A pinhole 62B light-shielding part 63a, 63b, 263 photodetector 64 dichroic mirror 66, 67 barrier filter 70 light-shielding plate Top fluorescent spot β Angle between principal ray of excitation light and optical axis γ Angle between principal ray of fluorescent light and optical axis U Distance between fluorescent spot center and pinhole center ε Principal ray of fluorescent light (and principal ray of excitation light) ) And the optical axis

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 光源と、光源から発せられた光の光路を
偏向する光路偏向部材を備えた偏向光学系と、偏向され
た光を標本上に集光する対物光学系と、標本からの戻り
光を対物光学系と偏向光学系とを介して標本上の集光点
と共役な位置に集光し、さらにピンホール付き遮光部材
を介して検出する検出系とを備えたコンフォーカル顕微
鏡において、 前記遮光部材が、前記偏向光学系による光路の移動に伴
って生じる戻り光の集光点の移動範囲を含む大きさのピ
ンホールを備えていることを特徴とするコンフォーカル
顕微鏡。
1. A deflection optical system including a light source, an optical path deflecting member for deflecting an optical path of light emitted from the light source, an objective optical system for converging the deflected light on a sample, and a return from the sample. In a confocal microscope equipped with a detection system that collects light through an objective optical system and a deflection optical system at a position conjugate with a condensing point on a sample, and further detects through a light shielding member with a pinhole, A confocal microscope characterized in that the light shielding member is provided with a pinhole having a size including a moving range of a condensing point of the return light which is generated along with the movement of the optical path by the deflection optical system.
【請求項2】 前記ピンホールの形状が、スリット状で
あることを特徴とする請求項1に記載のコンフォーカル
顕微鏡。
2. The confocal microscope according to claim 1, wherein the pinhole has a slit shape.
【請求項3】 励起光を発する光源と、光源から発せら
れた励起光の光路を偏向する光路偏向部材を備えた偏向
光学系と、励起光を標本上に集光する対物光学系と、励
起光により励起されて標本から発せられた戻り光を対物
光学系と偏向光学系とを介して集光レンズ群により標本
上の集光点と共役な位置に集光し、さらにピンホール付
き遮光部材を介して検出する検出系とを備えたコンフォ
ーカル顕微鏡において、 対物光学系の戻り光波長による焦点距離をG、 対物光学系の励起光波長による焦点距離をF、 対物光学系の戻り光波長による前記光路偏向部材側の焦
点面と標本面の共役面との距離をL、 対物光学系の励起光波長による光路偏向部材側の焦点面
と標本面の共役面との距離をK、 対物光学系の戻り光波長による光路偏向部材側の焦点と
前記光路偏向部材の光軸上での偏向面位置との距離を
N、 対物光学系の励起光波長による光路偏向部材側の焦点と
前記光路偏向部材の光軸上での偏向面位置との距離を
M、 集光レンズ群の光路偏向部材側焦点と、光路偏向部材の
偏向面と光軸との交点との距離をS、 集光レンズ群の戻り光波長における焦点距離をH、 光路偏向部材のビーム偏向角をαとした時、 光路偏向部材の偏向方向に対するピンホールの長さP
が、次に示す(1)式を満たすことを特徴とする請求項
1又は2に記載のコンフォーカル顕微鏡。 【数1】
3. A deflection optical system including a light source that emits excitation light, an optical path deflecting member that deflects the optical path of the excitation light emitted from the light source, an objective optical system that collects the excitation light on a sample, and excitation. The return light excited by the light and emitted from the sample is condensed at a position conjugate with the condensing point on the sample by the condensing lens group through the objective optical system and the deflecting optical system, and the light shielding member with the pinhole is further provided. In a confocal microscope equipped with a detection system that detects light through, the focal length according to the return light wavelength of the objective optical system is G, the focal length due to the excitation light wavelength of the objective optical system is F, and the return light wavelength of the objective optical system is according to The distance between the focal plane on the optical path deflecting member side and the conjugate surface of the sample surface is L, the distance between the focal plane on the optical path deflecting member side and the conjugate surface of the sample surface due to the excitation light wavelength of the objective optical system is K, the objective optical system Of the optical path deflecting member side depending on the return light wavelength of The distance between the point and the deflecting surface position on the optical axis of the optical path deflecting member is N, the focal point on the optical path deflecting member side by the excitation light wavelength of the objective optical system, and the deflecting surface position on the optical axis of the optical path deflecting member. Is M, the distance between the focal point on the optical path deflecting member side of the condenser lens group and the intersection of the deflection surface of the optical path deflecting member and the optical axis is S, the focal length at the return light wavelength of the condenser lens group is H, the optical path When the beam deflection angle of the deflection member is α, the length P of the pinhole in the deflection direction of the optical path deflection member is P.
Satisfies the following expression (1), the confocal microscope according to claim 1 or 2. [Equation 1]
【請求項4】 遮光部材上の戻り光のエアリーディスク
直径をDとした時、光路偏向部材の偏向方向に対するピ
ンホールの長さPが、次に示す(2)式を満たすことを
特徴とする請求項3に記載のコンフォーカル顕微鏡。 【数2】
4. A pinhole length P with respect to the deflection direction of the optical path deflecting member satisfies the following equation (2), where D is the Airy disk diameter of the return light on the light shielding member. The confocal microscope according to claim 3. [Equation 2]
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