特許 6656598 共焦点顕微鏡システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6656598

(24)【登録日】2020年2月7日

(45)【発行日】2020年3月4日

(54)【発明の名称】共焦点顕微鏡システム

(51)【国際特許分類】

   G02B 21/06 20060101AFI20200220BHJP

   G02B 21/36 20060101ALI20200220BHJP

【ＦＩ】

   G02B21/06

   G02B21/36

【請求項の数】3

【全頁数】8

(21)【出願番号】特願2018-161230(P2018-161230)

(22)【出願日】2018年8月30日

(62)【分割の表示】特願2013-238889(P2013-238889)の分割

【原出願日】2013年11月19日

(65)【公開番号】特開2019-32534(P2019-32534A)

(43)【公開日】2019年2月28日

【審査請求日】2018年8月30日

(73)【特許権者】

【識別番号】000006507

【氏名又は名称】横河電機株式会社

(72)【発明者】

【氏名】坪内 洋平

(72)【発明者】

【氏名】清水 義文

(72)【発明者】

【氏名】宮前 裕一

【審査官】 岡田 弘

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１２−２１５６０９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０２Ｂ １９／００−２１／００

Ｇ０２Ｂ ２１／０６−２１／３６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

マイクロレンズディスクとピンホールディスクで構成されレーザ光を走査するスキャナ部と、
レーザユニットと第１ミラーとを備えて構成され、前記スキャナ部にレーザ光を投光する投光光学系と、
第２ミラーと結像レンズと対物レンズとを備えて構成され、前記スキャナ部で走査されたレーザ光を試料に投射して試料を励起する励起光学系と、
リレーレンズとフィルターホイールと第３ミラーとを備えて構成され、前記試料から発光される蛍光のうち再び前記スキャナ部を通過した光を分離して撮影装置へ結像させる結像光学系を含む共焦点顕微鏡システムにおいて、
前記投光光学系における前記レーザユニットと前記第１ミラーと、前記励起光学系における前記第２ミラーと前記結像レンズと前記対物レンズと、前記結像光学系における前記リレーレンズと前記フィルターホイールと前記第３ミラーとが、それぞれの光軸がいずれも直線上に並ばず平面視で平行になるように配置され、
前記第１ミラーと前記第２ミラーとは折り曲げミラーとして機能し、前記スキャナ部を構成するマイクロレンズディスクとピンホールディスクの間にダイクロイックミラーが配置されていることを特徴とする共焦点顕微鏡システム。

【請求項2】

マイクロレンズディスクとピンホールディスクで構成されレーザ光を走査するスキャナ部と、
レーザユニットと第１ミラーとを備えて構成され、前記スキャナ部にレーザ光を投光する投光光学系と、
第２ミラーと結像レンズと対物レンズとを備えて構成され、前記スキャナ部で走査されたレーザ光を試料に投射して試料を励起する励起光学系と、
リレーレンズとフィルターホイールと第３ミラーとを備えて構成され、前記試料から発光される蛍光のうち再び前記スキャナ部を通過した光を分離して撮影装置へ結像させる結像光学系を含む共焦点顕微鏡システムにおいて、
前記投光光学系における前記レーザユニットと前記第１ミラーと、前記励起光学系における前記第２ミラーと前記結像レンズと前記対物レンズと、前記結像光学系における前記リレーレンズと前記フィルターホイールと前記第３ミラーとが、それぞれの光軸がいずれも直線上に並ばず平面視で平行になるように配置され、
前記第１ミラーが、前記投光光学系の出射光軸を前記スキャナ部に対して調整することを特徴とする共焦点顕微鏡システム。

【請求項3】

前記第３ミラーが、前記結像光学系の光軸を前記撮影装置に対して調整するために前記撮影装置の入射側に配置されていることを特徴とする請求項１または２に記載の共焦点顕微鏡システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、共焦点顕微鏡システムに関し、特に、小型化により設置スペースの改善を図った共焦点顕微鏡システムに関するものである。

【背景技術】

【0002】

図２は特許文献１に記載されている従来の共焦点顕微鏡システムの一例を示す構成説明図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は拡大正面図である。図２において、共焦点顕微鏡システム１は、保護筐体２によって覆われている。保護筐体２の内部には温度調節可能な温調チャンバー３が設けられており、温調チャンバー３の内部はほぼ一定温度（たとえば３０℃）になるように調節されている。保護筐体２は図２（ａ）の右側面が前面とされ、温調チャンバー３の右側面が保護筐体２の前面に沿うように配置されている。

【0003】

温調チャンバー３の内部には前面側にＸＹ駆動装置４が配置され、このＸＹ駆動装置４上にはＸＹ方向に駆動される移動テーブル５が設けられている。この移動テーブル５には試料が収められたガラスボトムディッシュ６を有する試料カセット７および光源８が装着され、試料カセット７は移動テーブル５の移動にしたがってＸＹ駆動装置４上をＸＹ方向に移動する。

【0004】

試料カセット７の上方には試料カセット７に対向するようにコンデンサレンズ１９と光源８が配置され、下方には試料カセット７に対向するように対物レンズ１０が配置されている。対物レンズ１０は、駆動ユニット１１により矢印のＺ方向に駆動される。

【0005】

ＸＹ駆動装置４の左側には、スキャナ部１２が配置されている。スキャナ部１２は、マイクロレンズディスク１３とピンホールディスク１４がハブ１５により連結されたものであって、モータ１６により回転駆動される。なお、スキャナ部１２を構成するマイクロレンズディスク１３とピンホールディスク１４の間には、ダイクロイックミラー１７が配置されている。

【0006】

対物レンズ１０の下方にはミラー１８が配置され、このミラー１８とスキャナ部１２の間には結像レンズ１９が配置されている。

【0007】

スキャナ部１２に設けられているダイクロイックミラー１７により奥行方向に反射される光軸に沿って、リレーレンズ２０とミラー２１が配置されている。

【0008】

ミラー２１で左方向に反射される光軸に沿って、モータ２２により回転駆動されるフィルターホィール２３と、リレーレンズ２４と、撮影装置としてのＣＣＤ２５およびレーザユニット２６が配置されている。なお、リレーレンズ２４は、温調チャンバー３内に配置されている。

【0009】

レーザ発振器が搭載されたレーザユニット２６は、温調チャンバー３の前面から見た奥行方向に、スキャナ部１２と対向するように配置されている。

【0010】

このように構成される共焦点顕微鏡システムは、レーザユニット２６と、レーザユニット２６から出力されるレーザ光を走査するスキャナ部１２と、スキャナ部１２で走査されたレーザ光を試料カセット７に投射して試料を励起する投射光学系と、対物レンズ１０に対向して配置された試料カセット７をテーブル上でＸＹ駆動させるＸＹ駆動装置４と、励起された試料から発光される蛍光のうち再びスキャナ部１２を通過した光を分離する分離光学系と、分離された蛍光を再び結像させる結像光学系と、結像光学系の結像面に配置された撮影装置を備えたものであり、生物やバイオテクノロジーなどの分野における生きた細胞の生理反応観察や形態観察、あるいは半導体市場におけるＬＳＩの表面観察などに使用されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0011】

【特許文献1】特開２０１１−１８０４１１号公報

【発明の開示】

【発明が解決しようとする課題】

【0012】

しかし、このような従来の共焦点顕微鏡システムにおいては、レーザユニット２６から出力されるレーザ光と試料に投射される励起光が直線上に並んでおり、また試料からの蛍光が再びスキャナ部１２を通過するための光路が必要であることから、装置全体の奥行が非常に大きくなり、装置全体を収納するためにかなり大きなスペースが必要になるという問題があった。

【0013】

本発明は、このような課題を解決するものであって、その目的は、コンパクトで広い設置場所を必要としない小型の共焦点顕微鏡システムを実現することにある。

【課題を解決するための手段】

【0014】

このような課題を達成するために、本発明のうち第１の態様は、
マイクロレンズディスクとピンホールディスクで構成されレーザ光を走査するスキャナ部と、
レーザユニットと第１ミラーとを備えて構成され、前記スキャナ部にレーザ光を投光する投光光学系と、
第２ミラーと結像レンズと対物レンズとを備えて構成され、前記スキャナ部で走査されたレーザ光を試料に投射して試料を励起する励起光学系と、
リレーレンズとフィルターホイールと第３ミラーとを備えて構成され、前記試料から発光される蛍光のうち再び前記スキャナ部を通過した光を分離して撮影装置へ結像させる結像光学系を含む共焦点顕微鏡システムにおいて、
前記投光光学系と励起光学系と結像光学系が、それぞれの光軸が平面視で平行になるように配置されたことを特徴とする共焦点顕微鏡システムである。

【0015】

第２の態様は、第１の態様の共焦点顕微鏡システムにおいて、
前記第１ミラーと前記第２ミラーとは折り曲げミラーとして機能し、前記スキャナ部を構成するマイクロレンズディスクとピンホールディスクの間にダイクロイックミラーが配置されていることとを特徴とする。

【0016】

第３の態様は、第１の態様の共焦点顕微鏡システムにおいて、
前記第１ミラーが、前記投光光学系の出射光軸を前記スキャナ部に対して調整することを特徴とする。

【0017】

第４の態様は、第１の態様の共焦点顕微鏡システムにおいて、
前記第３ミラーが、前記結像光学系の光軸を前記撮影装置に対して調整するために前記撮影装置の入射側に配置されていることを特徴とする。

【発明の効果】

【0018】

これらにより、広い設置場所を必要としない小型でコンパクトな共焦点顕微鏡システムを実現できる。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】本発明の一実施例を示す構成説明図である。

【図2】特許文献１に記載されている従来の共焦点顕微鏡システムの一例を示す構成説明図である。

【発明を実施するための最良の形態】

【0020】

以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。図１は本発明の一実施例を示す構成説明図であって、（ａ）は平面図、（ｂ）は主要部の正面図であり、図２と共通する部分には同一の符号を付けている。図１において、共焦点顕微鏡システム１は保護筐体２によって覆われている。なお、保護筐体２は、図１（ａ）の下辺が前面になる。

【0021】

保護筐体２の内部中央の奥行方向にはＸＹ駆動装置２７が設けられ、このＸＹ駆動装置２７上にはＸＹ方向に駆動される移動テーブル２８が設けられている。移動テーブル２８には、試料を収めることができ、試料は移動テーブル２８の移動にしたがってＸＹ駆動装置２７上をＸＹ方向に移動する。

【0022】

試料に対向するように対物レンズ２９が配置されている。対物レンズ２９は、従来と同様に駆動ユニット３０により矢印Ｚ方向に駆動される。

【0023】

ＸＹ駆動装置２７の左側手前には、従来と同様にマイクロレンズディスク３１とピンホールディスク３２がハブ３３により連結されてモータ３４により回転駆動されるスキャナ部３５が配置されている。

【0024】

対物レンズ２９の下方には従来と同様にミラー３６が配置され、このミラー３６とスキャナ部３５の間には結像レンズ３７が配置されている。スキャナ部３５を構成するマイクロレンズディスク３１とピンホールディスク３２の間には、従来と同様にダイクロイックミラー３８が配置されている。

【0025】

スキャナ部３５に設けられているダイクロイックミラー３８により右方向に反射される光軸上には、リレーレンズ３９と、モータ４０により回転駆動されるフィルターホィール４１と、リレーレンズ４１と、ミラー４３が配置されている。

【0026】

ＸＹ駆動装置２７の右手奥側にはＣＣＤやＣＭＯＳなどを撮像素子とするカメラ４４が配置されていて、このカメラ４４にはミラー４３の反射光が入射される。

【0027】

フィルターホィール４１の手前側には、レーザユニット４５が配置されている。レーザユニット４５の出力光は、ミラー４６を介してスキャナ部３５に設けられているダイクロイックミラー３８に入射されて透過し、さらにミラー４７で反射されて結像レンズ３７に入射される。これらミラー４３、４６および４７は、光軸を折り曲げるミラーとして機能する。

【0028】

ここで、ミラー４７と結像レンズ３７と対物レンズ２９は励起光学系を構成し、ダイクロイックミラー３８は分離光学系として機能し、リレーレンズ３９，４２とフィルターホィール４１とミラー４３は結像光学系を構成し、レーザユニット４５とミラー４６は投光光学系を構成する。

【0029】

これら投光光学系と励起光学系と結像光学系は、それぞれの光軸が平行になるように配置されている。

【0030】

ミラー４６の傾きを変えることによりレーザユニット４５から出力されるレーザ光の光軸調整を行うことができ、ミラー４３の傾きを変えることによりカメラ４４に入射される蛍光の光軸をＺ軸としたときのＸＹ方向の光軸調整を行うことができる。

【0031】

なお、カメラ４４のθ方向については、カメラ４４を回転させることで調整できる。

【0032】

レーザユニット４５から出射される励起光束は、スキャナ部３５のマイクロレンズディスク３１で集光されてダイクロイックミラー３８を透過し、ピンホールディスク３２を通過してミラー４７で反射され、結像レンズ３７によって平行光となる。

【0033】

ミラー３６で反射された平行光は対物レンズ２９により収束され、移動テーブル２８に配置された試料に照射される。試料は、平行光が照射されることにより、蛍光信号を発生する。

【0034】

試料から発生した蛍光信号は、対物レンズ２９により集光されて平行光となってミラー３６で反射され、結像レンズ３７で収束されて結像面に蛍光像を結ぶ。スキャナ部３５を構成するピンホールディスク３２は、ピンホール面が結像面に一致するように配置されているので、蛍光像は共焦点像となる。

【0035】

共焦点像はダイクロイックミラー３８に入射されて反射され、リレーレンズ３９と４２を介してミラー４３に入射されて反射された後、カメラ４４に結像される。ここで、ダイクロイックミラー３８は、所定の蛍光の波長を透過させる。具体的には、フィルタホィール４１に搭載されたバンドパスフィルタによって透過特性が切り替えられ、励起光束の波長に対応した蛍光の波長帯域のみを透過させる。

【0036】

このように構成される共焦点顕微鏡システムは、分離光学系を中心に、投光光学系、結像光学系、励起光学系の三系統の光軸が平行になるように配置されることにより、保護筐体２の幅を狭くすることができ、設置スペース効率を改善できる。

【0037】

そして、励起光学系の光軸調整用ミラー４６を装置の前面に配置したので、スキャナ部３５に入射されるレーザ光の調整を容易に行うことができる。

【0038】

また、結像光学系の光軸調整用ミラー４３を右面に配置することにより、保護筐体２の幅を小さくできるとともに、カメラ４４に入る励起光の調整を容易に行うことができる。

【0039】

さらに、カメラ４４に入射される励起光の光軸調整にあたっては、ＸＹ方向はミラー４３で行い、θ方向はカメラ４４で行うように分離することができ、光軸調整を容易に行うことができる。

【0040】

以上説明したように、本発明によれば、光学調整の簡便化が図れ、調整後の外乱による影響を軽減できる共焦点顕微鏡システムが実現できる。

【符号の説明】

【0041】

１ 共焦点顕微鏡システム
２ 保護筐体
２７ ＸＹ駆動装置
２８ 移動テーブル
２９ 対物レンズ
３０ 駆動ユニット
３１ マイクロレンズディスク
３２ ピンホールディスク
３３ ハブ
３４，４０ モータ
３５ スキャナ部
３６，４３，４６，４７ ミラー
３７ 結像レンズ
３８ ダイクロイックミラー
３９，４２ リレーレンズ
４１ フィルターホィール
４４ カメラ
４５ レーザユニット
４８ 結像レンズ

【図1】

【図2】