JP2018124499A - Observation device - Google Patents
Observation device Download PDFInfo
- Publication number
- JP2018124499A JP2018124499A JP2017018484A JP2017018484A JP2018124499A JP 2018124499 A JP2018124499 A JP 2018124499A JP 2017018484 A JP2017018484 A JP 2017018484A JP 2017018484 A JP2017018484 A JP 2017018484A JP 2018124499 A JP2018124499 A JP 2018124499A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- optical system
- plane
- light beam
- light
- observation
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims abstract description 392
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 claims abstract description 25
- 230000004907 flux Effects 0.000 abstract description 13
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract description 12
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 abstract description 2
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 11
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 9
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 9
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 8
- 238000005286 illumination Methods 0.000 description 8
- 230000011218 segmentation Effects 0.000 description 7
- 239000004973 liquid crystal related substance Substances 0.000 description 5
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 4
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 3
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 2
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000001678 irradiating effect Effects 0.000 description 1
- 238000004621 scanning probe microscopy Methods 0.000 description 1
- 238000009987 spinning Methods 0.000 description 1
Landscapes
- Investigating, Analyzing Materials By Fluorescence Or Luminescence (AREA)
- Microscoopes, Condenser (AREA)
Abstract
Description
超解像を得るための観察装置に関する。 The present invention relates to an observation apparatus for obtaining super-resolution.
最近では、共焦点光学系を有する顕微鏡に係る技術分野で、光学系の解像限界を超える解像度(超解像)を有する画像を取得する超解像技術が普及しつつある。 Recently, in the technical field related to a microscope having a confocal optical system, a super-resolution technique for acquiring an image having a resolution (super-resolution) exceeding the resolution limit of the optical system is becoming widespread.
上記技術として、共焦点ピンホールの径をエアリーディスク直径(以下回折径とも記載する)の半分に絞ることで分解能を向上させる方法が知られている。一方この方法では、ピンホール径を絞ることで検出光の損失が生じてしまうという問題がある。上記問題を回避する超解像技術として、例えば以下の2つの文献が挙げられる。 As the above technique, a method is known in which the resolution is improved by reducing the diameter of the confocal pinhole to half of the Airy disk diameter (hereinafter also referred to as a diffraction diameter). On the other hand, this method has a problem that the detection light is lost by reducing the pinhole diameter. As a super-resolution technique for avoiding the above problem, for example, the following two documents can be cited.
非特許文献1には、検出光(蛍光)の損失がなく、超解像を得るISM (Imaging Scanning Microscopy )に係る技術が記載されている。ISMでは、ピンホール径を絞ることなく、コンピュータによる画像処理によって超解像を有する画像を構築する手法をとっていることから検出光の損失を防ぐことができる。一方で、ISMでは、コンピュータによる処理工程を含むことから、超解像画像の取得に時間を要するという問題がある。 Non-Patent Document 1 describes a technique related to ISM (Imaging Scanning Microscopy) that obtains super-resolution without loss of detection light (fluorescence). In ISM, the loss of detection light can be prevented because a technique for constructing an image having super-resolution by image processing by a computer is used without reducing the pinhole diameter. On the other hand, ISM has a problem that it takes time to obtain a super-resolution image because it includes a processing step by a computer.
また、特許文献1には、ディスク走査型のスキャナで超解像を得る技術が記載されている。特許文献1には、複数のマイクロレンズが配置されたマイクロレンズディスクと、そのマイクロレンズディスクの個々のマイクロレンズの対向する位置にマイクロレンズ付きピンホールを有するピンホールディスクと、を備えた共焦点スキャナについて記載されている。 Patent Document 1 describes a technique for obtaining super-resolution with a disk scanning scanner. Patent Document 1 discloses a confocal system including a microlens disk in which a plurality of microlenses are arranged, and a pinhole disk having a pinhole with a microlens at a position facing each microlens of the microlens disk. It describes the scanner.
特許文献1に記載の構成では、各ピンホールに対向する位置に備わる超解像用マイクロレンズによって開口数を増やすことで、ピンホール径を絞ることなく回折径の半分の像を形成することができ、検出光の損失を防ぐことができる。即ち、特許文献1の技術は、光学系によって回折像を小さくしていることからコンピュータによる画像処理が不要であり、蛍光を損失することなしにISMよりも高速に超解像を有する画像を取得することができる。 In the configuration described in Patent Document 1, it is possible to form an image having a half of the diffraction diameter without reducing the pinhole diameter by increasing the numerical aperture by the super-resolution microlens provided at the position facing each pinhole. And loss of detection light can be prevented. That is, since the technique of Patent Document 1 reduces the diffraction image by the optical system, image processing by a computer is unnecessary, and an image having super-resolution is obtained at a higher speed than ISM without losing fluorescence. can do.
一方で、特許文献1の技術では、照明用のマイクロレンズディスクの個々のマイクロレンズに応じたピンホールに対向する位置に超解像用のマイクロレンズを配置するため、装置構成が非常に高価となってしまう。また、回折径は使用する対物レンズによって変わるため、対物レンズに応じたマイクロレンズディスク、及び、ピンホールディスクの組合せを複数用意することとなり、実用に際し技術的に困難を極める。 On the other hand, in the technique of Patent Document 1, since the super-resolution microlens is disposed at a position facing the pinhole corresponding to each microlens of the illumination microlens disk, the device configuration is very expensive. turn into. In addition, since the diffraction diameter varies depending on the objective lens to be used, a plurality of combinations of microlens discs and pinhole discs corresponding to the objective lenses are prepared, which is extremely technically difficult for practical use.
本発明では、上記の実情を鑑みて、安価な構成によって、蛍光を損失することなく共焦点光学系が本来有している超解像性能を得ることができる技術を提供することを目的とする。 In view of the above circumstances, an object of the present invention is to provide a technique capable of obtaining the super-resolution performance inherent in a confocal optical system without losing fluorescence with an inexpensive configuration. .
本発明の一態様における観察装置は、標本からの光を検出する対物レンズと、前記対物レンズの前側焦点面である観察面と共役な位置に配置された、前記観察面以外の面からの光を制限する面内変調手段と、前記面内変調手段を介した光束をコリメートするコリメート光学系と、前記コリメートされた光束の径を拡大する光束径拡大光学系と、前記複数の光束を結像する集光光学系と、前記集光光学系の結像位置に配置される撮像素子と、を備え、前記光束径拡大光学系は、前記コリメートされた光束の径を拡大させ、かつ前記光軸に対する角度を変化させないことを特徴とする。 An observation apparatus according to one embodiment of the present invention includes an objective lens that detects light from a specimen, and light from a surface other than the observation surface that is disposed at a position conjugate with an observation surface that is a front focal plane of the objective lens. An in-plane modulation means for limiting the light, a collimating optical system for collimating the light beam via the in-plane modulation means, a light beam diameter expanding optical system for expanding the diameter of the collimated light beam, and imaging the plurality of light beams A condensing optical system, and an image sensor disposed at an image forming position of the condensing optical system, the light beam diameter expanding optical system expands the diameter of the collimated light beam, and the optical axis The angle with respect to is not changed.
本発明によれば、安価な構成によって、蛍光を損失することなく共焦点光学系が本来有している超解像性能を得ることが可能となる。 According to the present invention, it is possible to obtain the super-resolution performance that the confocal optical system originally has without loss of fluorescence by an inexpensive configuration.
本発明の第1の実施形態における観察装置について図面を参照しながら説明する。観察装置10は、後述するディスク5を回転させることで、標本S上で励起光を高速で走査し、高効率で蛍光を検出するようなディスク走査型の共焦点顕微鏡である。図1に観察装置10の構成を示す。また、図1では、照明光軸方向(Z方向)と、照明光軸に直交するX方向及びY方向が規定されている。 An observation apparatus according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. The observation apparatus 10 is a disk scanning type confocal microscope that rotates excitation light on the specimen S at high speed by rotating a disk 5 described later, and detects fluorescence with high efficiency. FIG. 1 shows the configuration of the observation apparatus 10. Further, in FIG. 1, an illumination optical axis direction (Z direction) and an X direction and a Y direction orthogonal to the illumination optical axis are defined.
観察装置10は、光源1と、照明光学系2と、ダイクロイックミラー3と、コリメート光学系4と、ディスク5と、結像レンズ6と、対物レンズ7と、光路分割光学系8と、集光光学系9と撮像素子11と、を備えている。 The observation apparatus 10 includes a light source 1, an illumination optical system 2, a dichroic mirror 3, a collimating optical system 4, a disk 5, an imaging lens 6, an objective lens 7, an optical path splitting optical system 8, and a condensing light. An optical system 9 and an image sensor 11 are provided.
光源1は、標本Sに照射することで蛍光を発生させる励起光を出力する光源である。照明光学系2は、光源1から射出された励起光をディスク5へと導く。 The light source 1 is a light source that outputs excitation light that generates fluorescence by irradiating the specimen S. The illumination optical system 2 guides the excitation light emitted from the light source 1 to the disk 5.
ダイクロイックミラー3は、光源1から射出された励起光と、その励起光を標本Sに照射したときに生じる蛍光とを分離する。ダイクロイックミラー3は、励起光を反射し、蛍光を透過するように設計される。 The dichroic mirror 3 separates excitation light emitted from the light source 1 and fluorescence generated when the sample S is irradiated with the excitation light. The dichroic mirror 3 is designed to reflect excitation light and transmit fluorescence.
標本Sからの光は、対物レンズ7と、結像レンズ6によりディスク5に結像される。 Light from the specimen S is imaged on the disk 5 by the objective lens 7 and the imaging lens 6.
ディスク5は、対物レンズ7の前側焦点面と共役な位置、つまり標本Sの観察面と共役な位置に配置されたスピニングディスクである。ディスク5には、共焦点開口として共焦点ピンホールが形成されており、該共焦点ピンホールを通過した励起光によって照明される標本Sの領域から発生する蛍光を該共焦点ピンホールを通過させるとともに、励起光によって照明された領域以外からの光を遮光することで制限する。また、ディスク5は、軸14を中心軸としてXY平面上で回転することで標本Sを光学的に走査する手段として機能する。即ち、ディスク5は、光を通過させる領域を変更することで面内の光強度を変調する面内変調手段でもある。 The disk 5 is a spinning disk disposed at a position conjugate with the front focal plane of the objective lens 7, that is, at a position conjugate with the observation surface of the sample S. The disc 5 is formed with a confocal pinhole as a confocal aperture, and allows the fluorescence generated from the region of the sample S illuminated by the excitation light that has passed through the confocal pinhole to pass through the confocal pinhole. At the same time, the light is limited by shielding light from areas other than the area illuminated by the excitation light. The disk 5 functions as means for optically scanning the specimen S by rotating on the XY plane with the axis 14 as the central axis. That is, the disk 5 is also an in-plane modulation unit that modulates the in-plane light intensity by changing a region through which light passes.
ディスク5からの光は、コリメート光学系4によってコリメートされ、集光光学系9によって撮像素子11に結像される。 The light from the disk 5 is collimated by the collimating optical system 4 and imaged on the image sensor 11 by the condensing optical system 9.
光路分割光学系8は、コリメート光学系4によってコリメートされた光を集光光学系9の光軸から離れる方向にシフトさせることで、複数の光束に分割する。特に、光路分割光学系8による分割前後で、対物レンズ7の光軸(集光光学系9の光軸)に対する角度は変化しないことを特徴とする。光路分割光学系8の構成については後述する。 The optical path splitting optical system 8 splits the light collimated by the collimating optical system 4 into a plurality of light beams by shifting in a direction away from the optical axis of the condensing optical system 9. In particular, the angle with respect to the optical axis of the objective lens 7 (the optical axis of the condensing optical system 9) does not change before and after the division by the optical path dividing optical system 8. The configuration of the optical path dividing optical system 8 will be described later.
集光光学系9は、光路分割光学系8で分割された複数の光束(いずれもコリメート光束である)を撮像素子11に結像する集光光学系である。 The condensing optical system 9 is a condensing optical system that forms an image on the image sensor 11 with a plurality of light beams (all of which are collimated light beams) divided by the optical path dividing optical system 8.
撮像素子11は、集光光学系9の結像位置に配置される。撮像素子11は、例えば、高感度のCCDカメラやCMOSカメラや2次元インテンシファイヤ等が用いられる。 The image sensor 11 is disposed at the image forming position of the condensing optical system 9. For example, a high-sensitivity CCD camera, CMOS camera, two-dimensional intensifier, or the like is used as the image sensor 11.
以下、図面を用いて光路分割光学系8の構成について説明する。図2は、Z軸を含む平面上における光路分割光学系8の断面構成を示す図である。ここでは、観察装置10の一部の様子を含め、ZX平面上における光路分割光学系8の断面構成を示している。 Hereinafter, the configuration of the optical path dividing optical system 8 will be described with reference to the drawings. FIG. 2 is a diagram showing a cross-sectional configuration of the optical path dividing optical system 8 on a plane including the Z axis. Here, the cross-sectional configuration of the optical path splitting optical system 8 on the ZX plane including a part of the observation device 10 is shown.
光路分割光学系8は、ミラー面12a(第1の平面とする)を有する光学部材12と、ミラー面13a(第2の平面とする)を有する光学部材13と、を備えている。ここで、ミラー面12aとミラー面13aは互いに平行な平面であることを特徴とし、これら平面は、入射光を偏向させる偏向面として機能する。この構成では、ミラー面12aに入射した光束がミラー面12aによって偏向され、ミラー面12aによって偏向された光束がミラー面13aによって偏向されることで、光路分割光学系8から集光光学系9へ向けて射出される。尚、ミラー面12a、13aは、いずれも反射面であり、入射光束を反射させることで偏向するものである。 The optical path splitting optical system 8 includes an optical member 12 having a mirror surface 12a (referred to as a first plane) and an optical member 13 having a mirror surface 13a (referred to as a second plane). Here, the mirror surface 12a and the mirror surface 13a are planes parallel to each other, and these planes function as deflection surfaces for deflecting incident light. In this configuration, the light beam incident on the mirror surface 12a is deflected by the mirror surface 12a, and the light beam deflected by the mirror surface 12a is deflected by the mirror surface 13a. It is injected towards. Each of the mirror surfaces 12a and 13a is a reflecting surface and deflects by reflecting an incident light beam.
より具体的には、第1の平面であるミラー面12aは、入射した光束を入射方向に対して異なる方向に偏向するように配置される。ここでいう異なる方向とは、集光光学系9の光軸から離れる方向である。このときミラー面12aの角度は、光束のケラレを防ぐためにX軸に対して45度であることが望ましい。また、ミラー面12aは、コリメート光学系4によってコリメートされた光の一部が入射され、その光の一部を偏向するように構成される。特に図2の構成では、Z軸をはさみZ軸よりも紙面下方向に入射した光束の一部(即ちコリメートされた光の一部)を、ミラー面12aが偏向している。 More specifically, the mirror surface 12a that is the first plane is arranged so as to deflect the incident light beam in a direction different from the incident direction. The different direction here is a direction away from the optical axis of the condensing optical system 9. At this time, it is desirable that the angle of the mirror surface 12a is 45 degrees with respect to the X axis in order to prevent vignetting of the light beam. Further, the mirror surface 12a is configured such that a part of the light collimated by the collimating optical system 4 is incident and deflects a part of the light. In particular, in the configuration of FIG. 2, the mirror surface 12a deflects a part of the light beam (that is, a part of the collimated light) incident between the Z axis and the direction lower than the Z axis.
そして、第2の平面であるミラー面13aは、ミラー面12aで偏向された光束を集光光学系9へ向けて偏向する。上述したように、ミラー面13aは、ミラー面12aと平行な平面であるため、ミラー面13aで偏向された光束は、コリメート光学系4でコリメートされた光束(ミラー面12aへ入射する前の光束)の集光光学系9の光軸に対する角度と等しい角度を、該光軸に対して有することになる。尚、ミラー面13aで偏向された光束もコリメート光束である。また、ミラー面13aは、コリメート光学系4からの光を集光光学系9の光軸から離れる方向にシフトさせるように配置されている。つまり、ミラー面13aによって偏向される光束が、コリメート光学系4でコリメートされた光束のマージナル光線高さよりも離れた位置を通過するように配置されることを特徴としている。 The mirror surface 13 a that is the second plane deflects the light beam deflected by the mirror surface 12 a toward the condensing optical system 9. As described above, since the mirror surface 13a is a plane parallel to the mirror surface 12a, the light beam deflected by the mirror surface 13a is a light beam collimated by the collimating optical system 4 (light beam before entering the mirror surface 12a). ) With respect to the optical axis of the condensing optical system 9. The light beam deflected by the mirror surface 13a is also a collimated light beam. Further, the mirror surface 13 a is arranged so as to shift the light from the collimating optical system 4 in a direction away from the optical axis of the condensing optical system 9. That is, the light beam deflected by the mirror surface 13a is arranged so as to pass through a position separated from the marginal ray height of the light beam collimated by the collimating optical system 4.
光路分割光学系8は、上述したような第1の平面であるミラー面12aと第2の平面であるミラー面13aを少なくとも含む互いに平行な平面からなる偏向面の組み合わせを有している。このような偏向面の組み合わせを介して偏向され、射出される光束は、光路分割光学系8への入射光束に対して集光光学系9の光軸から離れる方向にシフトされた光束である。そのため、該光束が集光光学系9によって結像される際のNAは、コリメート光学系4によるコリメート光が集光光学系9によって結像される際のNAと比較して大きくなる。つまり、光路分割光学系8は、コリメート光学系4によるコリメート光の光束径を拡大していることから、光束径拡大光学系であるともいえる。尚、ここで増大するNAは、第1の平面に対向する方向に限定される。 The optical path splitting optical system 8 has a combination of deflection surfaces composed of mutually parallel planes including at least the mirror plane 12a as the first plane and the mirror plane 13a as the second plane as described above. The light beam deflected and emitted through such a combination of deflection surfaces is a light beam shifted in a direction away from the optical axis of the condensing optical system 9 with respect to the light beam incident on the optical path dividing optical system 8. Therefore, the NA when the light beam is imaged by the condensing optical system 9 is larger than the NA when the collimated light by the collimating optical system 4 is imaged by the condensing optical system 9. That is, the optical path splitting optical system 8 is a light beam diameter expanding optical system because the light beam diameter of the collimated light by the collimating optical system 4 is expanded. Here, the increasing NA is limited to the direction facing the first plane.
また、光路分割光学系8からの射出光束は、光路分割光学系8への入射光束と平行なコリメート光束である。そのため、コリメート光学系4と集光光学系9が等倍投影を行う場合、ディスク5における標本Sの観察面の像の像高は、光路分割光学系8の偏向面の組み合わせによって変化しない。 Further, the light beam emitted from the optical path dividing optical system 8 is a collimated light beam parallel to the incident light beam entering the optical path dividing optical system 8. Therefore, when the collimating optical system 4 and the condensing optical system 9 perform the same magnification projection, the image height of the image of the observation surface of the sample S on the disk 5 does not change depending on the combination of the deflection surfaces of the optical path dividing optical system 8.
従って、以上のような第1の平面及び第2の平面を介することで、撮像素子11が配置される集光光学系9の結像面におけるスポット径11aを、ディスク5におけるスポット径5aよりも狭めることが可能である。即ち、第1の平面及び第2の平面を介さずに、コリメート光学系4、集光光学系9により集光した際のエアリーディスク直径よりも径を狭めることができる。尚、スポット径を狭める方向は、NAを増大させることができる方向であり、即ち第1の平面に対向する方向である。また、この際に光路分割光学系8は倍率変更に寄与しないことから、コリメート光学系4、集光光学系9による倍率を変えずに、第1の平面に対向する方向において光学的な分解能のみを向上させることができる。 Therefore, by passing through the first plane and the second plane as described above, the spot diameter 11a on the imaging surface of the condensing optical system 9 on which the image sensor 11 is arranged is made larger than the spot diameter 5a on the disk 5. It is possible to narrow. That is, the diameter can be narrower than the Airy disk diameter when the light is condensed by the collimating optical system 4 and the condensing optical system 9 without going through the first plane and the second plane. The direction in which the spot diameter is narrowed is a direction in which the NA can be increased, that is, a direction facing the first plane. At this time, since the optical path splitting optical system 8 does not contribute to the magnification change, the optical resolution only in the direction facing the first plane without changing the magnification by the collimating optical system 4 and the condensing optical system 9. Can be improved.
本発明の光路分割光学系8は、上記のようなミラー面12a、ミラー面13aの組み合わせのような偏向面の組み合わせを複数有し、その偏向面の組み合わせによってコリメート光学系4からの光束を複数の光束に分割するものである。複数の偏向面の組み合わせによって光束を分割することで、各第1の平面に対向する方向においてスポット径を本来のエアリーディスク直径よりも狭めることができ、結像面に形成される像の分解能を、XY平面上において向上させることができる。 The optical path dividing optical system 8 of the present invention has a plurality of combinations of deflection surfaces such as the combination of the mirror surface 12a and the mirror surface 13a as described above, and a plurality of light beams from the collimating optical system 4 are combined by the combination of the deflection surfaces. Is divided into a plurality of luminous fluxes. By dividing the light beam by a combination of a plurality of deflection surfaces, the spot diameter can be narrower than the original Airy disk diameter in the direction facing each first plane, and the resolution of the image formed on the imaging surface can be reduced. It can be improved on the XY plane.
特に、偏向面の組み合わせにおける第1の平面と第2の平面との間隔を調整することで増大させるNAは任意に変更され得る。従って、本来のエアリーディスク直径の半分の直径までスポット径11aを狭めるように偏向面の間隔を調整することで、結像面に形成される像の分解能を、観察装置10が有する各レンズ群によって構成される光学系の解像限界を超えて、XY平面上において向上させることができる。即ち、共焦点光学系が本来有している超解像性能を得ることが可能となる。 In particular, the NA to be increased by adjusting the distance between the first plane and the second plane in the combination of deflection surfaces can be arbitrarily changed. Therefore, the resolution of the image formed on the imaging surface is adjusted by each lens group of the observation apparatus 10 by adjusting the distance between the deflection surfaces so as to narrow the spot diameter 11a to half the diameter of the original Airy disk diameter. The resolution can be improved on the XY plane beyond the resolution limit of the configured optical system. That is, it is possible to obtain the super-resolution performance inherent in the confocal optical system.
尚、上記偏向面の組み合わせが二つである場合は、XY平面上において一つの軸方向にしかスポット径11aを狭めることができない。従って、光路分割光学系8が有する偏向面の組み合わせは、集光光学系9の光軸周りに3組以上あることが望ましい。即ち、光路分割光学系8における偏向面の組み合わせは、コリメートされた光を少なくとも3つ以上の光束に分割するように配置されるものとする。 If there are two combinations of the deflection surfaces, the spot diameter 11a can be narrowed only in one axial direction on the XY plane. Therefore, it is desirable that there are three or more combinations of deflection surfaces of the optical path dividing optical system 8 around the optical axis of the condensing optical system 9. That is, the combination of the deflection surfaces in the optical path dividing optical system 8 is arranged so as to divide the collimated light into at least three or more light beams.
また、光路分割光学系8は、コリメート光学系4の後側焦点位置に配置されることが望ましい。そうすることで、光路分割光学系8における光束を分割する境界となる位置が、軸上光と軸外光を含めた光線の通過位置となるためである。 Further, it is desirable that the optical path dividing optical system 8 is disposed at the rear focal position of the collimating optical system 4. By doing so, the position that becomes the boundary for splitting the light beam in the optical path dividing optical system 8 becomes the passage position of the light beam including the on-axis light and the off-axis light.
また、図1、図2では、ディスク5の軸上からの光束のみを示しているが、軸外光束においても像高は変化しない。第1の平面、第2の平面は互いに平行であるため、光路分割光学系8への入射前後において、集光光学系9の光軸に対する各光線の角度は等しいからである。即ち、光路分割光学系8は、例え、集光光学系9の光軸に対して傾いていたとしても上述の効果を奏する上で問題はない。また、光路分割光学系8は、集光光学系9の光軸に対して偏心していてもよい。従って、光束がケラレない範囲において集光光学系9の光軸に対しての傾きや偏心があっても構わない。 1 and 2 show only the light beam from the axis of the disk 5, but the image height does not change even with the off-axis light beam. This is because, since the first plane and the second plane are parallel to each other, the angle of each light beam with respect to the optical axis of the condensing optical system 9 is the same before and after incidence on the optical path dividing optical system 8. That is, even if the optical path dividing optical system 8 is inclined with respect to the optical axis of the condensing optical system 9, there is no problem in achieving the above-described effect. Further, the optical path dividing optical system 8 may be decentered with respect to the optical axis of the condensing optical system 9. Accordingly, there may be an inclination or decentration with respect to the optical axis of the condensing optical system 9 in a range where the luminous flux is not vignetted.
図3は、光路分割光学系8が偏向面の組み合わせを3組有する場合における、光学部材12を標本S側から集光光学系9の光軸方向に俯瞰した様子(図3紙面左側)と、光学部材13を撮像素子11側から集光光学系の光軸方向に俯瞰した様子(図3紙面右側)と、を示す図である。 FIG. 3 shows a state where the optical member 12 is viewed from the specimen S side in the optical axis direction of the condensing optical system 9 when the optical path dividing optical system 8 has three combinations of deflection surfaces (left side of FIG. 3). It is a figure which shows a mode that the optical member 13 was looked down at the optical axis direction of the condensing optical system from the image pick-up element 11 side (FIG. 3 paper surface right side).
光学部材12は、第1の平面であるミラー面12a、12b、12cを有している。ミラー面12b、12cは、上述したミラー面12aと同様の特徴を有し、ミラー面12aとは異なる位置に配置された平面である。光学部材13は、第2の平面であるミラー面13a、13b、13cを有している。ミラー面13b、13cは、上述したミラー面13aと同様の特徴を有している。ミラー面13b、13cは、それぞれミラー面12b、12cに平行な面である。 The optical member 12 has mirror surfaces 12a, 12b, and 12c that are first planes. The mirror surfaces 12b and 12c have the same characteristics as the above-described mirror surface 12a and are flat surfaces arranged at positions different from the mirror surface 12a. The optical member 13 has mirror surfaces 13a, 13b, and 13c that are second planes. The mirror surfaces 13b and 13c have the same characteristics as the above-described mirror surface 13a. The mirror surfaces 13b and 13c are surfaces parallel to the mirror surfaces 12b and 12c, respectively.
このような構成によれば、光路分割光学系8は、コリメート光学系4からのコリメート光を、3組の偏向面の組み合わせによって3つの光束に分割して集光光学系9へ射出する。従って、結像面に形成される像の分解能をXY平面上において光学系の解像限界を超えて向上させることができる。 According to such a configuration, the optical path splitting optical system 8 splits the collimated light from the collimating optical system 4 into three light beams by combining three sets of deflection surfaces, and emits them to the condensing optical system 9. Therefore, the resolution of the image formed on the imaging plane can be improved beyond the resolution limit of the optical system on the XY plane.
また、以上の観察装置10は、従来のディスク走査型顕微鏡装置においてミラー面を含む光学部材(光学部材12、13)を追加することで構成することができ、安価な構成によって分解能の向上を図ることができる。さらに、ディスク5における共焦点ピンホールの径を絞ることなく結像面におけるスポット径11aを狭めることができることから、蛍光損失が起こらない。 Further, the above observation apparatus 10 can be configured by adding an optical member (optical members 12 and 13) including a mirror surface to the conventional disk scanning microscope apparatus, and the resolution is improved by an inexpensive configuration. be able to. Further, since the spot diameter 11a on the imaging plane can be narrowed without reducing the diameter of the confocal pinhole in the disk 5, no fluorescence loss occurs.
また、光路分割光学系8が有する複数の偏向面の組み合わせは、3組以上であればよいため、例えば、図4に示すように光路分割光学系8が4組の偏向面の組み合わせを有していてもよい。 Further, since the number of combinations of the plurality of deflection surfaces included in the optical path dividing optical system 8 may be three or more, for example, the optical path dividing optical system 8 has four combinations of deflection surfaces as shown in FIG. It may be.
図4は、光路分割光学系8が偏向面の組み合わせを4組有する場合における、光学部材12を標本S側から集光光学系9の光軸方向に俯瞰した様子(図4紙面左側)と、光学部材13を撮像素子11側から集光光学系の光軸方向に俯瞰した様子(図4紙面右側)と、を示す図である。 FIG. 4 shows a state in which the optical member 12 is viewed from the specimen S side in the optical axis direction of the condensing optical system 9 when the optical path dividing optical system 8 has four combinations of deflection surfaces (left side of FIG. 4). It is a figure which shows the mode (right side of FIG. 4 paper) which looked down at the optical member 13 in the optical axis direction of the condensing optical system from the image pick-up element 11 side.
光学部材12は、第1の平面であるミラー面12a、12b、12c、12dを有している。光学部材13は、第2の平面であるミラー面13a、13b、13c、13dを有している。ミラー面13b、13c、13dは、それぞれミラー面12b、12c、12dに平行な面である。 The optical member 12 has mirror surfaces 12a, 12b, 12c, and 12d that are first planes. The optical member 13 has mirror surfaces 13a, 13b, 13c, and 13d that are second planes. The mirror surfaces 13b, 13c, and 13d are surfaces parallel to the mirror surfaces 12b, 12c, and 12d, respectively.
このような構成によっても、光路分割光学系8は、コリメート光学系4からのコリメート光を、4組の偏向面の組み合わせによって4つの光束に分割して集光光学系9へ射出し、結像面に形成される像の分解能をXY平面上において光学系の解像限界を超えて向上させることができる。 Even with such a configuration, the optical path splitting optical system 8 splits the collimated light from the collimating optical system 4 into four light beams by the combination of four sets of deflection surfaces, and outputs them to the condensing optical system 9 for image formation. The resolution of the image formed on the surface can be improved on the XY plane beyond the resolution limit of the optical system.
また、光路分割光学系8は、上述したような偏向面の組み合わせを複数有し、その偏向面の組み合わせによってコリメート光学系4からの光束を複数の光束に分割するものであればよく、図2、3、4で示したような二つの光学部材(光学部材12、13)からなるものに限られない。例えば、図5、図6に示すように光学部材8a、8b、8c、8dを含む構成であってもよい。 Further, the optical path splitting optical system 8 may have a plurality of combinations of deflection surfaces as described above, and may split the light beam from the collimating optical system 4 into a plurality of light beams by the combination of the deflection surfaces. It is not restricted to what consists of two optical members (optical member 12, 13) as shown by 3, 4. For example, a configuration including optical members 8a, 8b, 8c, and 8d as shown in FIGS.
図5、図6は、光路分割光学系8の各光学部材(光学部材8a、8b、8c、8d)の配置を示す図である。図5は、X軸を含む平面上における光路分割光学系8の断面構成を示す図である。図6は、光学部材8a、8cを標本S側から集光光学系9の光軸方向に俯瞰した様子(図6紙面左側)と、光学部材8b、8cを撮像素子11側から集光光学系9の光軸方向に俯瞰した様子(図6紙面右側)と、を示す図である。 5 and 6 are diagrams showing the arrangement of the optical members (optical members 8a, 8b, 8c, and 8d) of the optical path splitting optical system 8. FIG. FIG. 5 is a diagram showing a cross-sectional configuration of the optical path dividing optical system 8 on a plane including the X axis. 6 shows a state in which the optical members 8a and 8c are viewed from the specimen S side in the optical axis direction of the condensing optical system 9 (left side of FIG. 6), and the optical members 8b and 8c are condensing optical systems from the image pickup device 11 side. FIG. 9 is a view showing a state viewed from the optical axis direction 9 (right side in FIG. 6).
光学部材8aは、それぞれ異なる方向に入射光を偏向するように配置された第1の平面であるミラー面12a、12cを有する。尚、ミラー面12a、12cは、図3、図4のミラー面12a、12cと同様の特徴を有する。光学部材8bは、第2の平面であるミラー面13a、13cを有する。ミラー面13a、13cは、それぞれミラー面12a、12cに平行な面である。 The optical member 8a has mirror surfaces 12a and 12c that are first planes arranged so as to deflect incident light in different directions. The mirror surfaces 12a and 12c have the same characteristics as the mirror surfaces 12a and 12c in FIGS. The optical member 8b has mirror surfaces 13a and 13c that are second planes. The mirror surfaces 13a and 13c are surfaces parallel to the mirror surfaces 12a and 12c, respectively.
光学部材8cは、それぞれ異なる方向に入射光を偏向するように配置された第1の平面であるミラー面12b、12dを有する。尚、ミラー面12b、12dは、図3、図4のミラー面12b、12dと同様の特徴を有する。光学部材8dは、第2の平面であるミラー面13b、13dを有する。ミラー面13b、13dは、それぞれミラー面12b、12dに平行な面である。 The optical member 8c has mirror surfaces 12b and 12d that are first planes arranged to deflect incident light in different directions. The mirror surfaces 12b and 12d have the same characteristics as the mirror surfaces 12b and 12d in FIGS. The optical member 8d has mirror surfaces 13b and 13d that are second planes. The mirror surfaces 13b and 13d are surfaces parallel to the mirror surfaces 12b and 12d, respectively.
以上の光学部材8a、8b、8c、8dを有する構成によれば、コリメート光学系4からのコリメート光は、光学部材8a、8bによってX方向に2分割された後に、光学部材8c、8dによってY方向にさらに2分割される。即ち、光学部材8a、8b、8c、8dを有する光路分割光学系8は、コリメート光学系4からのコリメート光を、4組の偏向面の組み合わせによって4つの光束に分割して集光光学系9へ射出する。従って、図4に示した光路分割光学系8の構成と同様に、結像面に形成される像の分解能をXY平面上において光学系の解像限界を超えて向上させることができる。 According to the configuration having the optical members 8a, 8b, 8c, and 8d described above, the collimated light from the collimating optical system 4 is divided into two in the X direction by the optical members 8a and 8b, and then Y is added by the optical members 8c and 8d. It is further divided into two in the direction. That is, the optical path splitting optical system 8 having the optical members 8a, 8b, 8c, and 8d splits the collimated light from the collimating optical system 4 into four light beams by combining four sets of deflection surfaces, and the condensing optical system 9 To inject. Therefore, similarly to the configuration of the optical path splitting optical system 8 shown in FIG. 4, the resolution of the image formed on the imaging plane can be improved beyond the resolution limit of the optical system on the XY plane.
また、上記に挙げた光路分割光学系8とディスク5は、いずれも光路中に挿脱可能に構成されていてもよい。例えば、特定の領域を探す等、標本Sを広範囲で観察を行いたいときは、分解能よりも速度を重視することから、共焦点による構成を介さずに観察を行った方が効果的である。そのような場合には、光路分割光学系8を光路外へ移動させるだけで、容易に共焦点の構成によらない通常の観察を行うこともできる。 Further, both of the optical path splitting optical system 8 and the disk 5 mentioned above may be configured to be insertable into and removable from the optical path. For example, when it is desired to observe the specimen S over a wide range, such as searching for a specific area, since the speed is more important than the resolution, it is more effective to perform the observation without using a confocal configuration. In such a case, it is possible to easily perform normal observation regardless of the confocal configuration by simply moving the optical path dividing optical system 8 to the outside of the optical path.
また、大きさの異なる他の光路分割光学系8と切替可能に構成されていてもよい。使用する対物レンズ7の開口数が異なると、コリメート光学系4を介してコリメートされる光束のマージナル光線高さも異なるため、使用する対物レンズ7の開口数に応じて適切な大きさの光路分割光学系8を切替可能に構成することで、光路分割光学系8におけるケラレを防止することができる。 Further, it may be configured to be switchable with another optical path splitting optical system 8 having a different size. If the numerical aperture of the objective lens 7 to be used is different, the height of the marginal ray of the light beam collimated through the collimating optical system 4 is also different. Therefore, the optical path dividing optical having an appropriate size according to the numerical aperture of the objective lens 7 to be used. By configuring the system 8 to be switchable, vignetting in the optical path dividing optical system 8 can be prevented.
以下、第1の実施形態における観察装置10が有する光路分割光学系の変形例である光路分割光学系15について説明する。図7は、XY平面上における光路分割光学系15の断面構成を示す図である。 Hereinafter, an optical path splitting optical system 15 that is a modification of the optical path splitting optical system included in the observation apparatus 10 in the first embodiment will be described. FIG. 7 is a diagram showing a cross-sectional configuration of the optical path dividing optical system 15 on the XY plane.
光路分割光学系15は、1つのプリズムで構成されており、互いに平行な平面の反射面である反射面15a、16aを有している。反射面15aは、光路分割光学系15に入射した一部の光束を集光光学系9の光軸から離れる方向に偏向し、反射面16aは、反射面15aで偏向された光束を集光光学系9へ向けて偏向する。即ち、反射面15a、16aは、第1の平面及び第2の平面に相当するものである。 The optical path splitting optical system 15 is composed of a single prism, and has reflecting surfaces 15a and 16a which are reflecting surfaces of planes parallel to each other. The reflecting surface 15a deflects a part of the light beam incident on the optical path dividing optical system 15 in a direction away from the optical axis of the condensing optical system 9, and the reflecting surface 16a condenses the light beam deflected by the reflecting surface 15a. Deflection towards system 9. That is, the reflecting surfaces 15a and 16a correspond to the first plane and the second plane.
従って、光路分割光学系15においてコリメート光学系4からのコリメート光を少なくとも3つ以上の光束に分割するように、第1の平面と第2の平面を含む偏向面の組み合わせを三つ以上有するように構成することで、第1の実施形態と同様、結像面に形成される像の分解能をYZ平面上において光学系の解像限界を超えて向上させることができる。例えば、反射面15aとは異なる位置に反射面15b、15cが位置するように設計し、反射面15a、15b、15cのそれぞれに平行な反射面16a、16b、16cを有するようにプリズムである光路分割光学系15が設計される。 Accordingly, the optical path dividing optical system 15 has three or more combinations of the deflection surfaces including the first plane and the second plane so that the collimated light from the collimating optical system 4 is divided into at least three or more light beams. With this configuration, the resolution of the image formed on the imaging plane can be improved beyond the resolution limit of the optical system on the YZ plane, as in the first embodiment. For example, an optical path which is designed so that the reflecting surfaces 15b and 15c are located at positions different from the reflecting surface 15a, and has the reflecting surfaces 16a, 16b and 16c parallel to the reflecting surfaces 15a, 15b and 15c, respectively. The split optical system 15 is designed.
以下、第1の実施形態における観察装置10が有する光路分割光学系の他の変形例である光路分割光学系20について説明する。図8は、ZX平面上における光路分割光学系20の断面構成を示す図である。 Hereinafter, an optical path splitting optical system 20 that is another modification of the optical path splitting optical system included in the observation apparatus 10 according to the first embodiment will be described. FIG. 8 is a diagram showing a cross-sectional configuration of the optical path dividing optical system 20 on the ZX plane.
光路分割光学系20は、二つのプリズム(プリズム21、22)で構成されており、互いに平行な平面の屈折面である屈折面21a、22aを有している。屈折面21aは、光路分割光学系20に入射した一部の光束を入射方向と異なる方向に偏向する。屈折面22aは、屈折面21aで偏向された光束を集光光学系9へ向けて偏向する。即ち、屈折面21a、22aは、第1の平面及び第2の平面に相当するものである。 The optical path splitting optical system 20 includes two prisms (prisms 21 and 22), and has refractive surfaces 21a and 22a that are parallel refractive surfaces. The refractive surface 21a deflects a part of the light beam incident on the optical path dividing optical system 20 in a direction different from the incident direction. The refracting surface 22a deflects the light beam deflected by the refracting surface 21a toward the condensing optical system 9. That is, the refractive surfaces 21a and 22a correspond to the first plane and the second plane.
従って、光路分割光学系20においてコリメート光学系4からのコリメート光を少なくとも3つ以上の光束に分割するように、第1の平面と第2の平面を含む偏向面の組み合わせを三つ以上有するように構成することで、第1の実施形態と同様、結像面に形成される像の分解能をXY平面上において光学系の解像限界を超えて向上させることができる。例えば、プリズム21上において、屈折面21aとは異なる位置に屈折面21b、21cを形成し、プリズム22が、屈折面21a、21b、21cのそれぞれに平行な屈折面22a、22b、22cを有するように光路分割光学系20が設計される。 Therefore, the optical path dividing optical system 20 has three or more combinations of the deflection surfaces including the first plane and the second plane so that the collimated light from the collimating optical system 4 is divided into at least three or more light beams. With this configuration, the resolution of the image formed on the imaging plane can be improved beyond the resolution limit of the optical system on the XY plane, as in the first embodiment. For example, refracting surfaces 21b and 21c are formed on the prism 21 at positions different from the refracting surface 21a, and the prism 22 has refracting surfaces 22a, 22b and 22c parallel to the refracting surfaces 21a, 21b and 21c, respectively. In addition, the optical path splitting optical system 20 is designed.
また、光路分割光学系20は、プリズム21と、プリズム22との間の相対的な距離を変更可能に構成されていてもよい。図9は、プリズム22をプリズム21に対してZ軸方向に移動させている様子を示している。このように、プリズム21と、プリズム22との間の相対的な距離を変更することで、スポット径11aの狭め具合を変更することができる。例えば、使用する対物レンズ7の開口数が異なると、コリメート光学系4を介してコリメートされる光束のマージナル光線高さも異なる。そのため、使用する対物レンズ7に応じてプリズム21、22間の相対的な距離を変更することで、使用する対物レンズ7が変更されても分解能を一定に保つように調整することができる。 Further, the optical path dividing optical system 20 may be configured to be able to change the relative distance between the prism 21 and the prism 22. FIG. 9 shows a state in which the prism 22 is moved with respect to the prism 21 in the Z-axis direction. In this way, by changing the relative distance between the prism 21 and the prism 22, the degree of narrowing of the spot diameter 11a can be changed. For example, when the numerical aperture of the objective lens 7 to be used is different, the marginal ray height of the light beam collimated through the collimating optical system 4 is also different. Therefore, by changing the relative distance between the prisms 21 and 22 according to the objective lens 7 to be used, the resolution can be adjusted to be kept constant even if the objective lens 7 to be used is changed.
尚、図9では、プリズム22を移動させる例を示しているが、プリズム21をプリズム22に対して相対的に移動させても構わない。また、プリズム21、22の移動は、光束がケラレない範囲で行われることが望ましい。 Although FIG. 9 shows an example in which the prism 22 is moved, the prism 21 may be moved relative to the prism 22. Further, it is desirable that the movement of the prisms 21 and 22 is performed in a range where the luminous flux is not vignetted.
また、光路分割光学系20は、プリズム21、22が、図10に示すような方向を有していても良い。即ち、プリズム21、22は、それぞれ図9に示される向きと逆の向きを向いている。このような場合であっても、屈折面21a、22aは、図9の配置と同様に第1の平面、第2の平面に相当するため、複数の偏向面の組み合わせを有するように構成することで、結像面に形成される像の分解能をXY平面上において光学系の解像限界を超えて向上させることができる。 In the optical path dividing optical system 20, the prisms 21 and 22 may have directions as shown in FIG. That is, the prisms 21 and 22 are directed in directions opposite to those shown in FIG. Even in such a case, the refracting surfaces 21a and 22a correspond to the first plane and the second plane in the same manner as in the arrangement of FIG. Thus, the resolution of the image formed on the imaging plane can be improved beyond the resolution limit of the optical system on the XY plane.
以下、第1の実施形態における観察装置10が有する光路分割光学系のさらに他の変形例である光路分割光学系25について説明する。図11は、ZX平面上における光路分割光学系20の断面構成を示す図である。 Hereinafter, an optical path splitting optical system 25 which is still another modification of the optical path splitting optical system included in the observation apparatus 10 in the first embodiment will be described. FIG. 11 is a diagram showing a cross-sectional configuration of the optical path dividing optical system 20 on the ZX plane.
光路分割光学系20は、1つのプリズムで構成されており、互いに平行な平面の屈折面である屈折面26a、27aを有している。屈折面26aは、光路分割光学系20に入射した一部の光束を集光光学系9の光軸から離れる方向に偏向し、屈折面27aは、屈折面26aで偏向された光束を集光光学系9へ向けて偏向する。即ち、屈折面26a、27aは、第1の平面及び第2の平面に相当するものである。 The optical path splitting optical system 20 is composed of one prism, and has refractive surfaces 26a and 27a which are parallel refractive surfaces. The refracting surface 26a deflects a part of the light beam incident on the optical path dividing optical system 20 in a direction away from the optical axis of the condensing optical system 9, and the refracting surface 27a condenses the light beam deflected by the refracting surface 26a. Deflection towards system 9. That is, the refracting surfaces 26a and 27a correspond to the first plane and the second plane.
従って、光路分割光学系25においてコリメート光学系4からのコリメート光を少なくとも3つ以上の光束に分割するように、第1の平面と第2の平面を含む偏向面の組み合わせを三つ以上有するように構成することで、第1の実施形態と同様、結像面に形成される像の分解能をXY平面上において光学系の解像限界を超えて向上させることができる。例えば、屈折面26aとは異なる位置に屈折面26b、26cが位置するように設計し、屈折面26b、26cのそれぞれに平行な屈折面27b、27cを有するようにプリズムである光路分割光学系25が設計される。 Accordingly, the optical path dividing optical system 25 has three or more combinations of the deflection surfaces including the first plane and the second plane so that the collimated light from the collimating optical system 4 is divided into at least three or more light beams. With this configuration, the resolution of the image formed on the imaging plane can be improved beyond the resolution limit of the optical system on the XY plane, as in the first embodiment. For example, the optical path splitting optical system 25 that is a prism is designed so that the refracting surfaces 26b and 26c are located at positions different from the refracting surface 26a, and the refracting surfaces 27b and 27c are parallel to the refracting surfaces 26b and 26c, respectively. Is designed.
以下、第2の実施形態における観察装置について図面を参照しながら説明する。観察装置30は、光路分割光学系8を有するディスク走査型顕微鏡であることについては、第1の実施形態で説明した観察装置10と同様であるが、ディスク5の代わりにディスク32を有し、さらにプリズム31を有する点において観察装置10と異なる。図12に観察装置30の構成を示す。 Hereinafter, an observation apparatus according to the second embodiment will be described with reference to the drawings. The observation device 30 is the same as the observation device 10 described in the first embodiment with respect to being a disc scanning microscope having the optical path dividing optical system 8, but has a disc 32 instead of the disc 5, Further, it differs from the observation device 10 in that it has a prism 31. FIG. 12 shows the configuration of the observation apparatus 30.
ディスク32は、コリメート光学系4側に配置される凹面ミラー32aと、開口32bとを複数備えた凹面ミラーアレイを形成している。本構成は凹面ミラー32aにより励起光を共焦点ピンホールに集光することで照明利用効率を向上させている。 The disk 32 forms a concave mirror array having a plurality of concave mirrors 32a and openings 32b arranged on the collimating optical system 4 side. In this configuration, the illumination utilization efficiency is improved by condensing the excitation light in the confocal pinhole by the concave mirror 32a.
尚、本構成においても光路分割光学系8を設置することで、第1の実施形態と同様、結像面に形成される像の分解能をXY平面上において光学系の解像限界を超えて向上させることができる。 In this configuration as well, by installing the optical path dividing optical system 8, as in the first embodiment, the resolution of the image formed on the imaging plane is improved beyond the resolution limit of the optical system on the XY plane. Can be made.
以下、第3の実施形態における観察装置について図面を参照しながら説明する。観察装置40は、光路分割光学系8を有するディスク走査型顕微鏡であることについては、第1の実施形態で説明した観察装置10と同様であるが、ディスク5の代わりに複数のマイクロレンズ41a、41b、・・・を含むマイクロレンズアレイを形成したディスク41と、ディスク41の各マイクロレンズに対向した位置にピンホールを有する、複数のピンホールが形成されたディスク42とを備えている点において、観察装置10と異なっている。また、ディスク41と、ディスク42は、軸49を軸として連動して回転することを特徴としている。図15に観察装置40の構成を示す。 Hereinafter, an observation apparatus according to the third embodiment will be described with reference to the drawings. The observation device 40 is the same as the observation device 10 described in the first embodiment with respect to being a disk scanning microscope having the optical path dividing optical system 8, but a plurality of microlenses 41a, .. In that a disk 41 having a microlens array including 41b,... And a disk 42 having a pinhole at a position facing each microlens of the disk 41 and having a plurality of pinholes are provided. , Different from the observation apparatus 10. Further, the disc 41 and the disc 42 are characterized by rotating in conjunction with each other with an axis 49 as an axis. FIG. 15 shows the configuration of the observation apparatus 40.
観察装置40の構成によれば、不図示の光源装置から射出されるコリメート光束がディスク41へ入射し、ディスク41に含まれるマイクロレンズアレイによって複数の収束光となってディスク42、結像レンズ43、対物レンズ44を介して標本Sへ照射される。即ち、本構成によっても第2の実施形態と同様に、光源装置から射出される光束が損失なくディスク42を通過するため、観察装置10と比較して照明効率を向上させることができる。 According to the configuration of the observation device 40, a collimated light beam emitted from a light source device (not shown) is incident on the disk 41 and becomes a plurality of convergent lights by the microlens array included in the disk 41, and the disk 42 and the imaging lens 43. The sample S is irradiated through the objective lens 44. That is, according to this configuration, similarly to the second embodiment, since the light beam emitted from the light source device passes through the disk 42 without loss, the illumination efficiency can be improved as compared with the observation device 10.
尚、本構成においても光路分割光学系8を設置することで、第1の実施形態と同様、結像面に形成される像の分解能をYZ平面上において光学系の解像限界を超えて向上させることができる。 In this configuration as well, by installing the optical path dividing optical system 8, as in the first embodiment, the resolution of the image formed on the imaging surface is improved beyond the resolution limit of the optical system on the YZ plane. Can be made.
以下、第4の実施形態における観察装置について図面を参照しながら説明する。観察装置50は、ディスク5の代わりにプリズム54、DMD55を有している点において観察装置10と異なるが、それ以外の構成については同様である。図16に観察装置50の構成を示す。 Hereinafter, an observation apparatus according to the fourth embodiment will be described with reference to the drawings. The observation device 50 is different from the observation device 10 in that it has a prism 54 and a DMD 55 instead of the disk 5, but the other configurations are the same. FIG. 16 shows the configuration of the observation apparatus 50.
プリズム54は、光源51から射出されてダイクロイックミラー52及びレンズ53を介した光束をDMD55へ向けて偏向する反射面を有している。また、DMD55を介した光束をレンズ56へ向けて偏向する反射面を有している。 The prism 54 has a reflection surface that deflects the light beam emitted from the light source 51 and passing through the dichroic mirror 52 and the lens 53 toward the DMD 55. In addition, it has a reflecting surface that deflects the light beam through the DMD 55 toward the lens 56.
DMD55は、対物レンズ57の前側焦点面と共役な位置、つまり標本Sの観察面と共役な位置に配置されている。DMD55は、複数のマイクロミラーを含み、各マイクロミラーの角度を変更することで、光束の反射に寄与する状態と光束の反射に寄与しない状態と、を任意に変更することができる。即ち、DMD55は、表面上で光を反射させる状態と、遮光させる状態とを任意に変更することができる。 The DMD 55 is disposed at a position conjugate with the front focal plane of the objective lens 57, that is, at a position conjugate with the observation surface of the sample S. DMD 55 includes a plurality of micromirrors, and by changing the angle of each micromirror, the state contributing to the reflection of the light beam and the state not contributing to the reflection of the light beam can be arbitrarily changed. That is, the DMD 55 can arbitrarily change the state of reflecting light on the surface and the state of blocking light.
本実施形態では、標本Sの観察面からの蛍光を反射させるとともに、標本Sの観察面以外からの光を遮光するようにDMD55の光の反射分布が設定されていることから、DMD55は共焦点開口として機能する。また、DMD55は、表面上で光の反射位置を変更することができるため、励起光の走査手段としても機能する。即ち、DMD55、及び、プリズム54を有する構成は、ディスク5と同様の機能を有するものである。 In the present embodiment, the DMD 55 is confocal because the reflection distribution of the light of the DMD 55 is set so as to reflect the fluorescence from the observation surface of the sample S and shield light from other than the observation surface of the sample S. Functions as an opening. Further, since the DMD 55 can change the reflection position of light on the surface, it also functions as a scanning unit for excitation light. That is, the configuration having the DMD 55 and the prism 54 has the same function as the disk 5.
従って、観察装置50のような装置においても光路分割光学系8を設置することで、第1の実施形態と同様、結像面に形成される像の分解能をXY平面上において光学系の解像限界を超えて向上させることができる。 Accordingly, by installing the optical path dividing optical system 8 in an apparatus such as the observation apparatus 50, as in the first embodiment, the resolution of the image formed on the imaging plane can be resolved on the XY plane. It can be improved beyond the limits.
以下、第5の実施形態における観察装置について図面を参照しながら説明する。観察装置60は、ディスク5を有さず、PBS64、LCOS65を有している点において観察装置10と異なるが、それ以外の構成については同様である。図17に観察装置60の構成を示す。 Hereinafter, an observation apparatus according to a fifth embodiment will be described with reference to the drawings. The observation device 60 is different from the observation device 10 in that it does not have the disk 5 but has the PBS 64 and the LCOS 65, but the other configurations are the same. FIG. 17 shows the configuration of the observation device 60.
LCOS65は、対物レンズ57の前側焦点面と共役な位置、つまり標本Sの観察面と共役な位置に配置されている。LCOS65は、入射する光束を反射する液晶層を含み、液晶層に加える電圧を変えることで、反射光の偏光状態を変更する。図17のようにLCOS65及びPBS64を配置することで、LCOS65の液晶層上で、PBS64を通過する光束と、PBS65を反射する光束と、に任意にわけることができる。 The LCOS 65 is disposed at a position conjugate with the front focal plane of the objective lens 57, that is, at a position conjugate with the observation surface of the sample S. The LCOS 65 includes a liquid crystal layer that reflects an incident light beam, and changes a polarization state of reflected light by changing a voltage applied to the liquid crystal layer. By arranging the LCOS 65 and the PBS 64 as shown in FIG. 17, the light beam that passes through the PBS 64 and the light beam that reflects the PBS 65 can be arbitrarily divided on the LCOS 65 liquid crystal layer.
本実施形態では、標本Sの観察面からの蛍光をPBS64を通過させるとともに、標本Sの観察面以外からの光をPBS64で反射させる、即ち撮像素子70方向への光を遮光するように液晶層上での偏光分布が設定されているため、LCOS65は、共焦点開口として機能する。また、LCOS65は、液晶層上で偏光分布を変更することができるため、励起光の走査手段としても機能する。即ち、LCOS65、及び、PBS64を有する構成は、ディスク5と同様の機能を有するものである。 In the present embodiment, the fluorescence from the observation surface of the sample S is allowed to pass through the PBS 64, and light from other than the observation surface of the sample S is reflected by the PBS 64, that is, the liquid crystal layer is shielded from light in the direction of the image sensor 70. Since the polarization distribution above is set, the LCOS 65 functions as a confocal aperture. The LCOS 65 can also change the polarization distribution on the liquid crystal layer, and thus functions as a scanning unit for excitation light. That is, the configuration having the LCOS 65 and the PBS 64 has the same function as the disk 5.
従って、観察装置60のような装置においても光路分割光学系8を設置することで、第1の実施形態と同様、結像面に形成される像の分解能をXY平面上において光学系の解像限界を超えて向上させることができる。 Accordingly, by installing the optical path dividing optical system 8 also in an apparatus such as the observation apparatus 60, as in the first embodiment, the resolution of the image formed on the imaging plane is resolved on the XY plane. It can be improved beyond the limits.
以下、第6の実施形態について説明する。第6の実施形態は、上記実施形態において用いられる光路分割光学系に係る構造の実施例である。第6の実施形態における光路分割光学系75は、第1から第5のいずれの実施形態の観察装置において用いられても構わない。ここでは、第1の実施形態における観察装置10における光路分割光学系8の代わりに光路分割光学系75を配置する例を説明する。図18は、光路分割光学系75を配置した観察装置10の構成の一部を示す図である。 The sixth embodiment will be described below. The sixth embodiment is an example of a structure relating to an optical path splitting optical system used in the above embodiment. The optical path splitting optical system 75 in the sixth embodiment may be used in the observation apparatus of any of the first to fifth embodiments. Here, an example will be described in which the optical path splitting optical system 75 is arranged instead of the optical path splitting optical system 8 in the observation apparatus 10 in the first embodiment. FIG. 18 is a diagram illustrating a part of the configuration of the observation apparatus 10 in which the optical path dividing optical system 75 is arranged.
光路分割光学系75は、第1の平面であるミラー面77aと第2の平面であるミラー面76aを少なくとも含む互いに平行な平面からなる偏向面の組み合わせを有している点において、光路分割光学系8と同様である。一方で、光路分割光学系75は、第2の平面を有する方の光学部材において開口78を有している。即ち、コリメート光学系4からのコリメート光束のうち、光路分割光学系75の中心付近に入射した光束は、開口78を素通りし、集光光学系9へ入射する。 The optical path splitting optical system 75 has an optical path splitting optical system in that the optical path splitting optical system 75 has a combination of deflection surfaces composed of parallel planes including at least a mirror surface 77a that is a first plane and a mirror surface 76a that is a second plane. Similar to system 8. On the other hand, the optical path splitting optical system 75 has an opening 78 in the optical member having the second plane. That is, of the collimated light beam from the collimating optical system 4, the light beam incident near the center of the optical path splitting optical system 75 passes through the aperture 78 and enters the condensing optical system 9.
このような構成とすることで、スポット径11aを形成するための光束は、集光光学系9の光軸より離れた周部分を通過する光束と、集光光学系9の光軸を通過する光束とによって形成される。即ち、光束の中抜けをなくし、結像時に、スポット径11aを形成する際生じ得るサイドローブの発生を抑制することができる。 With such a configuration, the light beam for forming the spot diameter 11 a passes through the peripheral part away from the optical axis of the condensing optical system 9 and the optical axis of the condensing optical system 9. Formed by the luminous flux. That is, it is possible to eliminate the hollowing out of the luminous flux and suppress the occurrence of side lobes that may occur when forming the spot diameter 11a during imaging.
また、第6の実施形態の変形例として光路分割光学系80のような構成も考えられる。図19は、光路分割光学系80を配置した観察装置10の構成の一部を示す図である。 Further, as a modification of the sixth embodiment, a configuration like an optical path splitting optical system 80 is also conceivable. FIG. 19 is a diagram illustrating a part of the configuration of the observation apparatus 10 in which the optical path splitting optical system 80 is arranged.
光路分割光学系80は、第1の平面であるハーフミラー面81aと第2の平面であるミラー面82aを少なくとも含む互いに平行な平面からなる偏向面の組み合わせを有している。即ち、ハーフミラー面81a(第1の平面)に入射した光束はハーフミラー面81aを介して、第2の平面に偏向される光束と、ハーフミラー面81aを通過する光束とにわけられる。即ち、コリメート光学系4からのコリメート光束は、第1の平面、第2の平面を介して集光光学系9へ入射する光束と、第1の平面を透過して集光光学系9へ入射する光束とにわけられる。 The optical path splitting optical system 80 has a combination of deflection surfaces composed of mutually parallel planes including at least a half mirror surface 81a that is a first plane and a mirror surface 82a that is a second plane. That is, the light beam incident on the half mirror surface 81a (first plane) is divided into a light beam deflected to the second plane via the half mirror surface 81a and a light beam passing through the half mirror surface 81a. That is, the collimated light beam from the collimating optical system 4 enters the condensing optical system 9 through the first plane and the second plane, and enters the condensing optical system 9 through the first plane. It can be divided into luminous flux.
このような構成としても、スポット径11aを形成するための光束は、集光光学系9の光軸より離れた周部分を通過する光束と、集光光学系9の光軸を通過する光束とによって形成される。従って、光束の中抜けをなくし、結像時に、スポット径11aを形成する際生じ得るサイドローブの発生を抑制することができる。 Even with such a configuration, the light beam for forming the spot diameter 11 a is a light beam that passes through a peripheral portion that is distant from the optical axis of the condensing optical system 9, and a light beam that passes through the optical axis of the condensing optical system 9. Formed by. Accordingly, it is possible to eliminate the hollowing out of the light flux and suppress the occurrence of side lobes that may occur when forming the spot diameter 11a during imaging.
尚、上述した実施形態は、発明の理解を容易にするために具体例を示したものであり、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではない。上述した観察装置は、特許請求の範囲に記載した本発明を逸脱しない範囲において、さまざまな変形、変更が可能である。 The embodiments described above are specific examples for facilitating the understanding of the invention, and the present invention is not limited to these embodiments. The observation apparatus described above can be variously modified and changed without departing from the scope of the present invention described in the claims.
10、30、40、50、60 観察装置
1、51、61 光源
2 照明光学系
4、46、53、63 コリメート光学系
5、32、41、42 ディスク
6、43、56、66 結像レンズ
9、47、58、69 集光光学系
12、33、49 軸
7、44、57、67 対物レンズ
8、15、20、25、75、80 光路分割光学系
8a、8b、8c、8d、12、13 光学部材
12a、12b、12c、12d、13a、13b、
13c、13d、15a、16a21a、22a、
26a、27a、76a、77a、81a、82a 平面
11、48、59、70 撮像素子
5a、11a スポット径
S 標本
A、B 光束
10, 30, 40, 50, 60 Observation device 1, 51, 61 Light source 2 Illumination optical system 4, 46, 53, 63 Collimating optical system 5, 32, 41, 42 Disc 6, 43, 56, 66 Imaging lens 9 , 47, 58, 69 Condensing optical systems 12, 33, 49 Axes 7, 44, 57, 67 Objective lenses 8, 15, 20, 25, 75, 80 Optical path dividing optical systems 8a, 8b, 8c, 8d, 12, 13 Optical members 12a, 12b, 12c, 12d, 13a, 13b,
13c, 13d, 15a, 16a21a, 22a,
26a, 27a, 76a, 77a, 81a, 82a Plane 11, 48, 59, 70 Image sensor 5a, 11a Spot diameter S Sample A, B Light flux
Claims (14)
前記対物レンズの前側焦点面である観察面と共役な位置に配置された、前記観察面以外の面からの光を制限する面内変調手段と、
前記面内変調手段を介した光束をコリメートするコリメート光学系と、
前記コリメートされた光束の径を拡大する光束径拡大光学系と、
前記複数の光束を結像する集光光学系と、
前記集光光学系の結像位置に配置される撮像素子と、を備え、
前記光束径拡大光学系は、前記コリメートされた光束の径を拡大させ、かつ前記光軸に対する角度を変化させない
ことを特徴とする観察装置。 An objective lens for detecting light from the specimen;
In-plane modulation means for limiting light from a surface other than the observation surface, which is disposed at a position conjugate with the observation surface which is the front focal plane of the objective lens;
A collimating optical system for collimating a light beam via the in-plane modulation means;
A light beam diameter expanding optical system for expanding the diameter of the collimated light beam;
A condensing optical system for imaging the plurality of light beams;
An image sensor disposed at an imaging position of the condensing optical system,
The observation apparatus characterized in that the light beam diameter expanding optical system expands the diameter of the collimated light beam and does not change the angle with respect to the optical axis.
前記光束径拡大光学系は、前記コリメートされた光束を複数の光束に分割し、前記集光光学系の光軸から離れる方向にシフトさせ、
前記複数の光束は、分割される前の前記コリメートされた光束の前記光軸に対する角度と等しい角度を前記光軸に対して有するコリメート光束である
ことを特徴とする観察装置。 The observation device according to claim 1,
The light beam diameter expanding optical system divides the collimated light beam into a plurality of light beams, and shifts in a direction away from the optical axis of the condensing optical system,
The observation apparatus according to claim 1, wherein the plurality of light beams are collimated light beams having an angle with respect to the optical axis equal to an angle with respect to the optical axis of the collimated light beam before being divided.
前記光束径拡大光学系は、少なくとも2面以上の互いに平行な平面からなる偏向面の組み合わせを有する
ことを特徴とする観察装置。 The observation device according to claim 2,
The light beam diameter enlarging optical system has a combination of deflection surfaces composed of at least two planes parallel to each other.
前記光束径拡大光学系は、
前記コリメートされた光束の一部を偏向する第1の平面と、
前記第1の平面によって偏向された光を、前記集光光学系に向けて偏向する第2の平面と、を有し、
前記第1の平面と前記第2の平面は、互いに平行な平面である前記偏向面の組み合わせである
ことを特徴とする観察装置。 The observation device according to claim 3,
The beam diameter expanding optical system is:
A first plane for deflecting a portion of the collimated beam;
A second plane for deflecting light deflected by the first plane toward the condensing optical system,
The observation apparatus according to claim 1, wherein the first plane and the second plane are a combination of the deflection surfaces that are parallel to each other.
前記光束径拡大光学系は、前記偏向面の組み合わせを、前記光軸周りに3組以上有し、
前記偏向面の組み合わせは、前記コリメートされた光を少なくとも3つ以上の光束に分割するように配置される
ことを特徴とする観察装置。 The observation device according to claim 3 or 4, wherein
The beam diameter expanding optical system has three or more combinations of the deflection surfaces around the optical axis,
The observation apparatus according to claim 1, wherein the combination of the deflection surfaces is arranged to divide the collimated light into at least three light beams.
前記光束径拡大光学系は、前記コリメート光学系の後側焦点位置近傍に配置される
ことを特徴とする観察装置。 An observation apparatus according to any one of claims 2 to 5,
The observation apparatus according to claim 1, wherein the light beam diameter enlarging optical system is disposed in the vicinity of a rear focal position of the collimating optical system.
前記偏向面は、反射面である
ことを特徴とする観察装置。 An observation apparatus according to any one of claims 2 to 6,
The observation apparatus, wherein the deflection surface is a reflection surface.
前記偏向面は、屈折面である
ことを特徴とする観察装置。 An observation apparatus according to any one of claims 2 to 6,
The observation apparatus, wherein the deflection surface is a refractive surface.
前記光束径拡大光学系は、屈折面である前記偏向面を有する第1のプリズムと第2のプリズムを含み、
前記第1のプリズムと前記第2のプリズムの間の距離が可変である
ことを特徴とする観察装置。 The observation device according to claim 8,
The light beam diameter expanding optical system includes a first prism and a second prism having the deflecting surface which is a refractive surface,
An observation apparatus, wherein a distance between the first prism and the second prism is variable.
前記光路上に配置される前記光束径拡大光学系は、大きさの異なる他の光束径拡大光学系と切替可能である
ことを特徴とする観察装置。 An observation apparatus according to any one of claims 2 to 9,
The observation apparatus characterized in that the light beam diameter expanding optical system disposed on the optical path can be switched to another light beam diameter expanding optical system having a different size.
前記面内変調手段は、共焦点開口を有するディスクである
ことを特徴とする観察装置。 The observation device according to any one of claims 2 to 10,
The in-plane modulation means is a disk having a confocal aperture.
前記面内変調手段は、DMDである
ことを特徴とする観察装置。 The observation device according to any one of claims 2 to 10,
The in-plane modulation means is a DMD.
前記面内変調手段は、LCOSである
ことを特徴とする観察装置。 The observation device according to any one of claims 2 to 10,
The in-plane modulation means is an LCOS.
共焦点走査型顕微鏡であることを特徴とする観察装置。
An observation device according to any one of claims 2 to 13,
An observation apparatus which is a confocal scanning microscope.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2017018484A JP2018124499A (en) | 2017-02-03 | 2017-02-03 | Observation device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2017018484A JP2018124499A (en) | 2017-02-03 | 2017-02-03 | Observation device |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2018124499A true JP2018124499A (en) | 2018-08-09 |
Family
ID=63109591
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2017018484A Pending JP2018124499A (en) | 2017-02-03 | 2017-02-03 | Observation device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2018124499A (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2023552999A (en) * | 2020-12-02 | 2023-12-20 | アジレント・テクノロジーズ・インク | Universal multi-detection system for microplates with confocal imaging |
| CN118795654A (en) * | 2024-08-23 | 2024-10-18 | 长三角物理研究中心有限公司 | A three-dimensional single spinning disk confocal microscope |
-
2017
- 2017-02-03 JP JP2017018484A patent/JP2018124499A/en active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2023552999A (en) * | 2020-12-02 | 2023-12-20 | アジレント・テクノロジーズ・インク | Universal multi-detection system for microplates with confocal imaging |
| CN118795654A (en) * | 2024-08-23 | 2024-10-18 | 长三角物理研究中心有限公司 | A three-dimensional single spinning disk confocal microscope |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US11067783B2 (en) | Light sheet microscope and method for imaging a sample by light sheet microscopy | |
| CN109804293B (en) | Inclined microscope | |
| JP6286449B2 (en) | Optical microscope and microscope observation method | |
| JP5999121B2 (en) | Confocal light scanner | |
| US11874450B2 (en) | Oblique plane microscope for imaging a sample | |
| JP7130625B2 (en) | Microscope for observing individually illuminated oblique planes with microlens array | |
| US10514533B2 (en) | Method for creating a microscope image, microscopy device, and deflecting device | |
| JPH04350818A (en) | Confocal optical system | |
| JP2019526829A (en) | Light sheet microscope | |
| JP2016212154A (en) | Scanning microscope system | |
| US20160054552A1 (en) | Confocal laser scanning microscope | |
| WO2012133623A1 (en) | Scanning microscope | |
| JP2010066575A (en) | Confocal optical scanner | |
| JP5825476B2 (en) | Microscope equipment | |
| JP2018124499A (en) | Observation device | |
| JP2019514060A (en) | Method and microscope for inspecting a sample | |
| JP5929204B2 (en) | Scanning microscope | |
| JP6829527B2 (en) | A device for imaging a sample and its method | |
| JP4426763B2 (en) | Confocal microscope | |
| JP5443939B2 (en) | Laser illumination device and laser microscope provided with the same | |
| JP7086057B2 (en) | Microscope system | |
| JP2018194634A (en) | Light field microscope | |
| JP2016118762A (en) | Scanning device, confocal observation device and disc scanning device | |
| CN111751340B (en) | Beam multiplexing confocal imaging device and imaging method | |
| JP2019045783A (en) | Light sheet microscope |