JPH09329748A - 共焦点顕微鏡 - Google Patents

共焦点顕微鏡

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JPH09329748A
JPH09329748A JP8171831A JP17183196A JPH09329748A JP H09329748 A JPH09329748 A JP H09329748A JP 8171831 A JP8171831 A JP 8171831A JP 17183196 A JP17183196 A JP 17183196A JP H09329748 A JPH09329748 A JP H09329748A
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JP
Japan
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light
sample
nipkow disk
lens
optical fiber
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JP8171831A
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English (en)
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Kei Horie
圭 堀江
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Nikon Corp
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Nikon Corp
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    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B21/00—Microscopes
    • G02B21/0004—Microscopes specially adapted for specific applications
    • G02B21/002—Scanning microscopes
    • G02B21/0024—Confocal scanning microscopes (CSOMs) or confocal "macroscopes"; Accessories which are not restricted to use with CSOMs, e.g. sample holders
    • G02B21/0036—Scanning details, e.g. scanning stages
    • G02B21/0044—Scanning details, e.g. scanning stages moving apertures, e.g. Nipkow disks, rotating lens arrays

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Microscoopes, Condenser (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 画質の良い観察像を得ることができるととも
に、細胞を用いる実験・観察を安定して行うことができ
る共焦点顕微鏡を提供する。 【解決手段】 光源11と、レンズ12と、ハーフミラ
ー13と、接眼レンズ31と、ニポウディスク40と、
モータ50と、レンズ14とをハウジング10に収容
し、レンズ71と、ミラー72と、対物レンズ73とを
備えた顕微鏡本体をハウジング70に収容し、ハウジン
グ10とハウジング10とを離れた場所に配置するとと
もに、両ハウジング10,70を光ファイバ60で結
び、照明光及び反射光の伝達を行う。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は共焦点顕微鏡、特に
ニポウディスクを使用して光走査を行う共焦点顕微鏡に
関する。
【0002】
【従来の技術】図3はニポウディスクを使用した従来の
共焦点顕微鏡の構成図である。
【0003】共焦点顕微鏡100は、光源101と、モ
ータ102によって回転させられるニポウディスク10
3と、光源101から集光レンズ104及びハーフミラ
ー105を通して照射された光を、ニポウディスク10
3の透光部であるピンホール103a、103b,10
3cを介して試料107に集光させる対物レンズ108
と、ニポウディスク103の回転に伴って矢印pの範囲
を移動する反射光CLを肉眼109で観察するための接
眼レンズ110とから構成される。
【0004】図4はニポウディスクの平面図である。
【0005】平板状のガラスに金属を蒸着してなるディ
スク上に、エッチングによって形成された複数のピンホ
ール103a、103b,103cが、所定間隔で螺旋
状に配列されている。
【0006】図5はニポウディスクによる走査を説明す
る図であり、ニポウディスク103を挟んで光源101
と反対側に配置されたスクリーン120上の領域122
(図3の試料107に相当)を走査する場合について説
明する。
【0007】光源101から出射された光は、レンズ1
04によって平行光線とされ、ニポウディスク103の
上面の点線で囲まれた領域Aを照射する。この照射光の
うち、ピンホール103aを通過した光だけが対物レン
ズ108によってスクリーン120上の領域122に集
光される。
【0008】ピンホール103aを通過した光によって
できたスポット121aは、ニポウディスク103の時
計方向への回転に伴って領域122を図5の下から上へ
向かって弧状の軌跡aを描きながら移動する。
【0009】ニポウディスク103が更に回転してスポ
ット121aが領域122を外れると、次のピンホール
103bを通過した光によってできたスポット121b
が、スポット121aと同様に上から下へ向かって弧状
の軌跡bを描きながら移動する。このとき、ピンホール
103bはピンホール103aよりも小さい半径上に形
成されているので、スポット121bの軌跡bも、図に
示すようにその分だけ横方向にずれる。
【0010】ニポウディスク103が更に回転すると、
次のピンホール103cを通過した光によってできたス
ポット121cの移動によって、スポット121bによ
る軌跡bよりもさらに横方向にずれた軌跡cが形成され
る。
【0011】このようにニポウディスク103を回転さ
せることで、ニポウディスク103を透過して試料に照
射されるスポット光を領域122上においてラスタ走査
させることができる。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】しかし、ニポウディス
ク103による走査は、ニポウディスク103をモータ
102を用いて高速で回転させるため、どうしても振動
が発生する。一方、従来のニポウディスク103を使用
した共焦点顕微鏡100では、モータ102と対物レン
ズ108が一体化されて1つのハウジング200内に収
められている(図3参照)。そのため、振動がハウジン
グ200等を介して対物レンズ108や試料107に伝
わり、試料107上での照射光の集光位置がぶれてしま
い、得られる観察像は画質の悪いものとなってしまうと
いう問題があった。また、細胞を固定あるいは操作して
生物学的実験を行うとき、振動によって細胞が動いてし
まい、安定した実験・観察ができないという問題があっ
た。
【0013】この発明はこのような事情に鑑みてなされ
たもので、その課題は画質の良い観察像を得ることがで
きるとともに、細胞を用いる実験・観察を安定して行う
ことができる共焦点顕微鏡を提供することである。
【0014】
【課題を解決するための手段】前述の課題を解決するた
め請求項1記載の発明の共焦点顕微鏡は、光源と、ディ
スク上に複数の透光部が所定間隔で螺旋状に配列された
ニポウディスクと、前記光源から照射された光を前記ニ
ポウディスクの透光部を介して試料に集光させる顕微鏡
本体とを備える共焦点顕微鏡において、前記ニポウディ
スクの透光部を通過した光を前記顕微鏡本体に伝達する
光ファイバ束を有し、前記光ファイバ束の断面積は、回
転している前記ニポウディスクの透光部を透過した光に
よって照射される領域より大きいことを特徴とする。
【0015】光源から出射された光は、ニポウディスク
の透光部を通過し、更に光ファイバ束を介して顕微鏡本
体に伝達され、試料上に照射される。試料からの反射光
は光ファイバ束を逆行し、試料の焦点面からの光だけ
が、試料の焦点面と共役な位置にある透光部を通過す
る。光はニポウディスクの回転に伴って光ファイバ束の
一端面の一部分を2次元的に移動するため、光が試料の
観察領域内を2次元的に照射される。この際、ニポウデ
ィスクと顕微鏡本体とは光ファイバ束を介して接続され
ているため、ニポウディスクの振動によって試料上での
照射光の照射位置がぶれるのを防止することができ、細
胞観察や、細胞操作の際に細胞が動いてしまうのを阻止
することができる。
【0016】請求項2の発明は、請求項1記載の共焦点
顕微鏡において、前記光ファイバー束は、前記試料から
発する光を受光して前記ニポウディスクに伝達し、前記
共焦点顕微鏡は、前記光ファイバー束及び前記ニポウデ
ィスクを介して得られる試料からの光を、前記光源から
の光と分離して試料像を形成する光分離手段を有するこ
とを特徴とする。 光ファイバー束は光源からの光を顕
微鏡本体に伝達するとともに顕微鏡本体から得られる試
料からの光をニポウディスクに伝達する。すなわち照明
光の伝達と試料像の伝達とを行うことができる。
【0017】
【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態を図
面に基づいて説明する。
【0018】図1はこの発明の第1の実施形態に係る反
射型共焦点顕微鏡の構成図である。
【0019】この共焦点顕微鏡1は、照明光を出射する
光源11と、この光源11から出射された光を平行光と
するレンズ12と、前記照明光は透過させるが試料20
からの反射光は反射するハーフミラー13と、このハー
フミラー13で反射された光を眼30に集光させるため
の接眼レンズ31と、光を通過させる複数のピンホール
(透光部)41が形成されたニポウディスク40と、こ
のニポウディスク40を回転させるモータ50と、レン
ズ14と、このレンズ14の焦点面に一端面60aを配
置した光ファイバ束60と、この光ファイバ束60の他
端面60bを焦点面とするレンズ71と、照明光及び試
料20からの反射光の方向を変えるミラー72と、照明
光を試料20面に集光させる対物レンズ73とから構成
される。
【0020】この実施形態では、光源11と、レンズ1
2と、ハーフミラー13と、接眼レンズ31と、ニポウ
ディスク40と、モータ50と、レンズ14とをハウジ
ング10に収容し、レンズ71と、ミラー72と、対物
レンズ73とを備えた顕微鏡本体をハウジング70に収
容し、ハウジング10とハウジング70とを離れた場所
に配置するとともに、両ハウジング10,70を光ファ
イバ束60で結び、照明光及び反射光の伝達を行うよう
にしている。
【0021】光源11としてはレーザ光を使用する必要
はなく、Xeランプ、Hgランプ等のアークランプを使
用することができる。
【0022】光ファイバ60としては、ファイバースコ
ープ等で使用される、例えば直径20〜30mm程度の
画像伝送用光ファイバを用いる。これは1本が1画素に
相当する光ファイバを数千本から数万本集めて一体化し
たものである。この光ファイバ束60の端面60a,6
0bは、ニポウディスク40の回転に伴ってピンホール
41を通過する照明光によって照射される領域122よ
り大きい断面積を有している。
【0023】次に、上記構成の共焦点顕微鏡1の動作を
説明する。
【0024】光源11から出射した照明光は、レンズ1
2によって平行光とされ、ハーフミラー13を透過した
後、ニポウディスク40の上面を照射する。この照射光
のうち、ピンホール41を通過した照明光だけがレンズ
14によって光ファイバ束60の一端面60aに集光さ
れる。
【0025】集光された照明光は、光ファイバ束60内
を伝播し、他端面60bから出射される。この照明光
は、レンズ71で集光され、ミラー72で反射された
後、対物レンズ73によって試料20上の焦点面に集光
される。
【0026】試料20からの反射光は、対物レンズ7
3、ミラー72、レンズ71及び光ファイバ束60の順
に照射光とは逆方向の光路をたどった後、レンズ14に
よってニポウディスク40のピンホール41に焦点が結
ばれる。このとき、共焦点効果によって試料20上の焦
点面で反射された光だけがピンホール41を通過し、試
料20面からの散乱光等はピンホール41に焦点が合わ
ないため、除去される。
【0027】ピンホール41を通過した反射光は、ハー
フミラー13によって反射され、接眼レンズ31に導か
れる。
【0028】このとき、ニポウディスク40はモータ5
0によって高速で回転(毎分数千回転)され、試料20
上をラスタ走査(2次元走査)して得られた反射光は残
像として網膜に残すことができるので、試料20を肉眼
で画像として観察することができる。
【0029】なお、接眼レンズ31の代わりにTVカメ
ラ(図示せず)を配置すれば、TVモニタを介して試料
20の観察を行うことができる。
【0030】図2は、この発明の第2の実施形態に係る
落射蛍光型共焦点顕微鏡の構成図である。前述の第1の
実施形態と共通する部分には同一符号を付して説明を省
略する。
【0031】この第2の実施形態において、ハーフミラ
ー13の代わりにダイクロイックミラー113を配置す
るとともに、ダイクロイックミラー113とレンズ12
との間、ダイクロイックミラー113と接眼レンズ31
との間に、観察しようとする蛍光と励起光に応じた励起
フィルタ15と吸収フィルタ32とをそれぞれ配置して
いることが、第1実施形態との違いである。
【0032】次に、上記構成の落射蛍光型共焦点顕微鏡
5の動作を説明する。
【0033】アークランプ等の光源11から出射した光
は、レンズ12によって平行光とされ、励起フィルタ1
5によって励起波長以外の光が除去され、ダイクロイッ
クミラー113を透過した後、ニポウディスク40の上
面を照射する。この励起光のうち、ピンホール41を通
過した励起光だけがレンズ14によって光ファイバ束6
0の一端面60aに集光される。
【0034】集光された励起光は、光ファイバ束60内
を伝播し、他端面60bから出射される。この励起光
は、レンズ71で集光され、ミラー72で反射された
後、対物レンズ73によって予め蛍光色素で染色された
細胞20上の焦点面に集光される。そのため、試料20
中に予め注入されている蛍光物質が励起されて蛍光を発
生させる。
【0035】蛍光は、対物レンズ73、ミラー72、レ
ンズ71及び光ファイバ束60と励起光とは逆方向の光
路をたどった後、レンズ14によってニポウディスク4
0のピンホール41に焦点が結ばれる。このとき、共焦
点効果により試料20上の焦点面に集光された蛍光だけ
がピンホール41を通過させる。
【0036】ピンホール41を通過した蛍光は、ダイク
ロイックミラー113によって反射され、接眼レンズ3
1に導かれる。
【0037】このとき、ニポウディスク40はモータ5
0によって高速で回転され、試料20上をラスタ走査
(2次元走査)して得られた蛍光は残像として網膜に残
すことができるので、試料20を肉眼30で画像として
観察することができる。
【0038】なお、接眼レンズ30の代わりにTVカメ
ラ(図示せず)を配置すれば、TVモニタを介して試料
の観察を行うことができることは前記第1実施形態の場
合と同様である。
【0039】
【発明の効果】以上に説明したように請求項1記載の発
明の共焦点顕微鏡によれば、ニポウディスクと顕微鏡本
体とは光ファイバを介して接続されているため、ニポウ
ディスクの振動によって試料上での照射光の照射位置が
ぶれるのを防止することができ、細胞観察の際、細胞が
動いてしまうのを阻止することができ、観察像の質の低
下を防止でき、細胞を用いる実験・観察を安定して行う
ことができる。
【0040】請求項2記載の共焦点顕微鏡によれば、光
ファイバー束は光源からの光を顕微鏡本体に伝達すると
ともに顕微鏡本体から得られる試料からの光をニポウデ
ィスクに伝達する。すなわち照明光の伝達と試料像の伝
達とを行うことができる。したがって、共焦点顕微鏡は
構成を簡略化できるとともに、安定した試料像を得るこ
とができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1はこの発明の第1の実施形態に係る反射型
共焦点顕微鏡の構成図である。
【図2】図2この発明の第2の実施形態に係る落射蛍光
型共焦点顕微鏡の構成図である。
【図3】図3はニポウディスクを使用した従来の共焦点
顕微鏡の構成図である。
【図4】図4はニポウディスクの平面図である。
【図5】図5はニポウディスクによる走査を説明する図
である。
【符号の説明】
1 共焦点顕微鏡 11 光源 20 試料 40 ニポウディスク 41 ピンホール(透光部) 60 光ファイバ 122 領域

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 光源と、ディスク上に複数の透光部が所
    定間隔で螺旋状に配列されたニポウディスクと、前記光
    源から照射された光を前記ニポウディスクの透光部を介
    して試料に集光させる顕微鏡本体とを備える共焦点顕微
    鏡において、 前記ニポウディスクの透光部を通過した光を前記顕微鏡
    本体に伝達する光ファイバ束を有し、 前記光ファイバ束の断面積は、回転している前記ニポウ
    ディスクの透光部を透過した光によって照射される領域
    より大きいことを特徴とする共焦点顕微鏡。
  2. 【請求項2】 前記光ファイバー束は、前記試料から発
    する光を受光して前記ニポウディスクに伝達し、 前記共焦点顕微鏡は、前記光ファイバー束及び前記ニポ
    ウディスクを介して得られる試料からの光を、前記光源
    からの光と分離して試料像を形成する光分離手段を有す
    ることを特徴とする請求項1記載の共焦点顕微鏡。
JP8171831A 1996-06-11 1996-06-11 共焦点顕微鏡 Withdrawn JPH09329748A (ja)

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Effective date: 20030902