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技術 顕微鏡

出願人 オリンパス株式会社
発明者 中田竜男日下健一
出願日 2016年11月11日 (4年3ヶ月経過) 出願番号 2016-220342
公開日 2018年5月17日 (2年9ヶ月経過) 公開番号 2018-077416
状態 拒絶査定
技術分野 顕微鏡、コンデンサー
主要キーワード アリ形状 部検出装置 ディスクスキャン ボアー 対物光軸 調整入力 CMOSイメージ 波面変調素子
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2018年5月17日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (6)

課題

作動距離および視野範囲を変更することなく、焦点距離を変更する。

解決手段

標本Sからの光を集光する対物光学系6と、対物光学系6により集光された光をリレーするリレー光学系9と、リレー光学系9によりリレーされた対物光学系6からの光を検出する光検出器7と、光検出器7と対物光学系6との間の対物光学系6の瞳と光学的に共役な位置に配置され、対物光学系6の焦点位置を対物光軸Pに沿う方向に変更可能な焦点可変光学系11とを備える顕微鏡1を提供する。

概要

背景

従来、ETL(Electrically Tunable Lens)のような焦点可変光学系を用いて焦点距離を変更する顕微鏡が知られている(例えば、非特許文献1参照。)。
この顕微鏡によれば、焦点可変光学系によって、対物レンズ作動距離を変更することなく、焦点位置を変更することができる。

概要

作動距離および視野範囲を変更することなく、焦点距離を変更する。標本Sからの光を集光する対物光学系6と、対物光学系6により集光された光をリレーするリレー光学系9と、リレー光学系9によりリレーされた対物光学系6からの光を検出する光検出器7と、光検出器7と対物光学系6との間の対物光学系6の瞳と光学的に共役な位置に配置され、対物光学系6の焦点位置を対物光軸Pに沿う方向に変更可能な焦点可変光学系11とを備える顕微鏡1を提供する。

目的

本発明は上述した事情に鑑みてなされたものであって、作動距離および視野範囲を変更することなく、焦点距離を変更することができる顕微鏡を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

標本からの光を集光する対物光学系と、該対物光学系により集光された光をリレーするリレー光学系と、該リレー光学系によりリレーされた前記対物光学系からの光を検出する光検出器と、該光検出器と前記対物光学系との間の該対物光学系の瞳と光学的に共役な位置に配置され、該対物光学系の焦点位置を対物光軸に沿う方向に変更可能な焦点可変光学系とを備える顕微鏡

請求項2

顕微鏡本体と、該顕微鏡本体に着脱可能に取り付けられ、先端に前記対物光学系を取り付けるインナーフォーカスユニットとを備え、該インナーフォーカスユニットに、前記リレー光学系および前記焦点可変光学系が備えられている請求項1に記載の顕微鏡。

請求項3

前記顕微鏡本体が、複数の対物レンズを変更可能に保持するレボルバを着脱可能に取り付けるレボルバ取付部を備え、前記インナーフォーカスユニットが、前記レボルバ取付部に着脱可能に取り付けられるとともに、該レボルバ取付部に前記レボルバが取り付けられたときに該レボルバに保持された前記対物レンズの瞳位置に配置される位置に前記焦点可変光学系を備えている請求項2に記載の顕微鏡。

請求項4

前記顕微鏡本体が、複数の対物レンズを変更可能かつ着脱可能に保持するレボルバを備え、前記インナーフォーカスユニットが、前記レボルバの前記対物レンズ取付部に着脱可能に取り付けられるとともに、該対物レンズ取付部に前記対物レンズが取り付けられたときに、前記レボルバに保持された前記対物レンズの瞳位置に配置される位置に前記焦点可変光学系を備えている請求項2に記載の顕微鏡。

請求項5

前記標本からの光を集光する結像レンズと、該結像レンズにより集光された光を略平行光に変換する瞳投影レンズとを備え、前記リレー光学系が前記結像レンズと前記瞳投影レンズとの間に配置される一対のリレーレンズを備え、前記焦点可変光学系が、前記リレーレンズの間に配置されている請求項1から請求項4のいずれかに記載の顕微鏡。

請求項6

前記インナーフォーカスユニットが、先端に取り付けた前記対物光学系の光軸の位置および/または方向を変更する1以上の回転機構を備える請求項2から請求項4のいずれかに記載の顕微鏡。

請求項7

門型顕微鏡である請求項6に記載の顕微鏡。

請求項8

前記焦点可変光学系がETLであり、該ETLの光軸方向が鉛直方向に維持されるように配置されている請求項1から請求項7のいずれかに記載の顕微鏡。

請求項9

光子レーザ走査型顕微鏡、レーザ走査型顕微鏡、またはディスクスキャン方式コンフォーカル顕微鏡である請求項1から請求項8のいずれかに記載の顕微鏡。

技術分野

0001

本発明は、顕微鏡に関するものである。

背景技術

0002

従来、ETL(Electrically Tunable Lens)のような焦点可変光学系を用いて焦点距離を変更する顕微鏡が知られている(例えば、非特許文献1参照。)。
この顕微鏡によれば、焦点可変光学系によって、対物レンズ作動距離を変更することなく、焦点位置を変更することができる。

先行技術

0003

「Online correction of licking−induced brain motion during two−photon imaging with a tunable lens」,Jerry L. Chen他, J. physical 591.19(2013),pp4689−4698

発明が解決しようとする課題

0004

しかしながら、非特許文献1に記載の顕微鏡は、対物レンズの後ろ側に焦点可変光学系を有しているので、焦点距離を変更すると視野範囲も変更されてしまうという不都合がある。
本発明は上述した事情に鑑みてなされたものであって、作動距離および視野範囲を変更することなく、焦点距離を変更することができる顕微鏡を提供することを目的としている。

課題を解決するための手段

0005

上記目的を達成するために、本発明は以下の手段を提供する。
本発明の一態様は、標本からの光を集光する対物光学系と、該対物光学系により集光された光をリレーするリレー光学系と、該リレー光学系によりリレーされた前記対物光学系からの光を検出する光検出器と、該光検出器と前記対物光学系との間の該対物光学系の瞳と光学的に共役な位置に配置され、該対物光学系の焦点位置を対物光軸に沿う方向に変更可能な焦点可変光学系とを備える顕微鏡を提供する。

0006

本態様によれば、対物光学系によって集光された標本からの光が、リレー光学系によってリレーされた後、焦点可変光学系を通過して光検出器により検出される。焦点可変光学系を作動させることにより、対物光学系の焦点位置が対物光軸に沿う方向に変更され、標本内の異なる深さ位置からの光を光検出器により検出することができる。

0007

この場合において、焦点可変光学系が対物光学系の瞳と光学的に共役な位置に配置されているので、焦点可変光学系を作動させて焦点位置を変化させても、視野範囲を変化させずに済む。これにより、視野範囲を変化させることなく標本の深さ方向に異なる位置の観察を行うことができる。

0008

上記態様においては、顕微鏡本体と、該顕微鏡本体に着脱可能に取り付けられ、先端に前記対物光学系を取り付けるインナーフォーカスユニットとを備え、該インナーフォーカスユニットに、前記リレー光学系および前記焦点可変光学系が備えられていてもよい。
このようにすることで、先端に対物光学系を取り付けたインナーフォーカスユニットを顕微鏡本体に取り付けることにより、対物光学系により集光された光がリレー光学系によってリレーされ、焦点可変光学系が対物光学系の瞳と光学的に共役な位置に配置された顕微鏡を構成することができる。

0009

また、上記態様においては、前記顕微鏡本体が、複数の対物レンズを変更可能に保持するレボルバを着脱可能に取り付けるレボルバ取付部を備え、前記インナーフォーカスユニットが、前記レボルバ取付部に着脱可能に取り付けられるとともに、該レボルバ取付部に前記レボルバが取り付けられたときに該レボルバに保持された前記対物レンズの瞳位置に配置される位置に前記焦点可変光学系を備えていてもよい。

0010

このようにすることで、既存の顕微鏡のレボルバ取付部からレボルバを取り外し、レボルバに代えてインナーフォーカスユニットを取り付けることにより、インナーフォーカスユニットの先端に取り付けた対物光学系の瞳と光学的に共役な位置に焦点可変光学系を簡易に配置することができる。

0011

また、上記態様においては、前記顕微鏡本体が、複数の対物レンズを変更可能かつ着脱可能に保持するレボルバを備え、前記インナーフォーカスユニットが、前記レボルバの前記対物レンズ取付部に着脱可能に取り付けられるとともに、該対物レンズ取付部に前記対物レンズが取り付けられたときに前記対物レンズの瞳位置に配置される位置に前記焦点可変光学系を備えていてもよい。

0012

このようにすることで、既存の顕微鏡のレボルバに設けられた対物レンズ取付部からいずれかの対物レンズを取り外し、対物レンズに代えてインナーフォーカスユニットを取り付けることにより、インナーフォーカスユニットの先端に取り付けた対物レンズの瞳と光学的に共役な位置に焦点可変光学系を簡易に配置することができる。

0013

また、上記態様においては、前記標本からの光を集光する結像レンズと、該結像レンズにより集光された光を略平行光に変換する瞳投影レンズとを備え、前記リレー光学系が前記結像レンズと前記瞳投影レンズとの間に配置される一対のリレーレンズを備え、前記焦点可変光学系が、前記リレーレンズの間に配置されていてもよい。

0014

このようにすることで、対物光学系により集光された標本からの光が、結像レンズにより中間像を形成した後に、リレー光学系を構成する一対のリレーレンズによってリレーされ、瞳投影レンズによって集光されて光検出器により検出される。この場合に、一対のリレーレンズ間に形成された略平行光の位置に形成された対物光学系と光学的に共役な位置において焦点可変光学系を通過する。これにより、視野範囲を変更させずに焦点距離を変更して異なる深さ位置の標本の観察を行うことができる。

0015

また、上記態様においては、前記インナーフォーカスユニットが、先端に取り付けた前記対物光学系の光軸の位置および/または方向を変更する1以上の回転機構を備えていてもよい。
このようにすることで、回転機構を作動させて、対物光学系の光軸の位置を変更することにより標本の異なる位置を簡易に観察することができ、また、対物光学系の光軸の方向を変更することにより、標本を異なる角度から観察することができる。

0016

また、上記態様においては、門型顕微鏡であってもよい。
このようにすることで、顕微鏡本体に対してインナーフォーカスユニットが動作しても、周囲の構造物にインナーフォーカスユニットが干渉しないような広い空間を十分に確保することができる。
また、上記態様においては、前記焦点可変光学系がETLであり、該ETLの光軸方向が鉛直方向に維持されるように配置されていてもよい。
このようにすることで、焦点可変光学系を構成しているETLの光軸が鉛直方向に維持され、ETLにかかる重力の方向を変動させずに済み、収差の発生を抑えることができる。

0017

また、上記態様においては、2光子レーザ走査型顕微鏡、レーザ走査型顕微鏡、またはディスクスキャン方式コンフォーカル顕微鏡であってもよい。

発明の効果

0018

本発明によれば、作動距離および視野範囲を変更することなく、焦点距離を変更することができるという効果を奏する。

図面の簡単な説明

0019

本発明の一実施形態に係る顕微鏡を示す全体構成図である。
図1の顕微鏡の第1の変形例を示す部分的な概略構成図である。
図1の顕微鏡の第2の変形例を示す部分的な概略構成図である。
図1の顕微鏡の第3の変形例を示す部分的な概略構成図である。
図1の顕微鏡の第4の変形例を示す部分的な概略構成図である。

実施例

0020

本発明の一実施形態に係る顕微鏡1について、図面を参照して以下に説明する。
本実施形態に係る顕微鏡1は、門型顕微鏡であり、図1に示されるように、門型の構造部材2に支持され、光源(図示略)からの光を2次元的に走査するスキャンユニット3を備える顕微鏡本体4と、該顕微鏡本体4に着脱可能に取り付けられるインナーフォーカスユニット5と、該インナーフォーカスユニット5の先端に設けられた対物光学系6と、該対物光学系6により集光された光を検出する外部検出装置(光検出器)7と、標本Sを載置するステージ8とを備えている。

0021

門型の構造部材2は、顕微鏡本体4に対してインナーフォーカスユニット5が動作しても、周囲の構造物にインナーフォーカスユニット5が干渉しないような広い空間を顕微鏡本体4の鉛直下方かつステージ8の上方に確保するようになっている。

0022

顕微鏡本体4は、例えば、スキャンユニット3としてガルバノスキャナを備える2光子レーザ走査型顕微鏡またはレーザ走査型顕微鏡や、スキャンユニット3として複数のピンホールを有するピンホールアレイディスクを備えるディスクスキャン方式コンフォーカル顕微鏡の顕微鏡本体である。この顕微鏡本体4は、門型の構造部材2に固定されており、ステージ8が図示しない除振台に固定されている。

0023

インナーフォーカスユニット5は、図1に示されるように、先端に対物光学系6を取り付けるとともに、対物光学系6により集光された標本Sからの蛍光観察光)をリレーするリレー光学系9と、リレー光学系9によりリレーされる蛍光を反射する反射ミラー10a,10bと、ETLからなる焦点可変光学系11とを備えている。

0024

焦点可変光学系11は、制御部12からの駆動信号に基づき、対物光学系6やステージ(例えば、傾斜回転XYステージ)8など標本S付近の構造物を機械的に動かすことなく、対物光学系6の焦点位置を対物光軸Pに沿う方向に高速で変更することができるようになっている。
制御部12には、例えば、パーソナルコンピュータにより構成された入力部13およびモニタ14が接続されており、操作者は入力部13を介して、対物光学系6の倍率情報を入力するとともにモニタ14に表示されている標本Sの画像を見ながら、対物光軸Pに沿う方向の観察位置を調整することができるようになっている。

0025

そして、制御部12は、入力部13から入力された対物光学系6の倍率情報に応じて、焦点可変光学系11による焦点位置の移動量を制御するようになっている。これにより、装着される対物光学系6の倍率が異なっても、操作者による観察位置の調整入力が同じであれば、等しい距離だけ対物光軸Pに沿う方向に焦点を移動させることができるようになっている。

0026

また、インナーフォーカスユニット5は、ダイクロイックミラー15を内蔵するレボアーム16に着脱可能に取り付けられ、顕微鏡本体4のスキャンユニット3に接続されている。レボアーム16には、複数の対物レンズ(図示略)を交換可能に保持する図示しないレボルバを着脱可能に装着するためのアリ形状のレボルバ取付部17が設けられており、レボルバ取付部17を利用して、レボルバの代わりにインナーフォーカスユニット5を着脱可能に取り付けるようになっている。

0027

ダイクロイックミラー15は、光源からのレーザ光を透過する一方、標本Sからインナーフォーカスユニット5を介して戻る蛍光を外部検出装置7に向けて反射するようになっている。

0028

また、インナーフォーカスユニット5には、2つの回転機構(例えば、ベアリングによって回転可能に支持された構造)18,19が備えられている。第1の回転機構18は、対物光学系6、反射ミラー10a,10bおよびリレー光学系9を収容する筐体21を、焦点可変光学系11を収容する筐体20に対して対物光軸Pに平行な回転軸P2回りに回転させるようになっている。また、第2の回転機構19は、対物光学系6、リレー光学系9を構成する一方のリレーレンズ9aおよび反射ミラー10aを収容する筐体22を他方のリレーレンズ9bおよび反射ミラー10bを収容する筐体21に対して対物光軸Pに直交する回転軸P1回りに回転させるようになっている。

0029

これにより、対物光学系6を対物光軸Pに平行な回転軸P2回りおよび対物光軸Pに直交する回転軸P1回りに回転させて、様々な方向から標本Sを観察することができるようになっている。また、この場合において、第1の回転機構18および第2の回転機構19により対物光学系6の位置および姿勢を変化させても、焦点可変光学系11の姿勢は変化せず、その光軸が常に鉛直方向に沿って配されるように固定されている。

0030

このように構成された本実施形態に係る顕微鏡1の作用について、以下に説明する。
本実施形態に係る顕微鏡1によれば、光源から発せられたレーザ光がスキャンユニット3において2次元的に走査され、レボアーム16内のダイクロイックミラー15を透過して、焦点可変光学系11、反射ミラー10a,10b、リレー光学系9および対物光学系6を介して標本Sに集光されることにより、対物光学系6の焦点位置において蛍光が発生する。

0031

発生した蛍光は、対物光学系6により集光され、リレー光学系9、反射ミラー10a,10bおよび焦点可変光学系11を介して戻る途中でダイクロイックミラー15によって分岐され外部検出装置7によって検出され、制御部12によって画像化されてモニタ14に表示される。
操作者が、モニタ14の画像を見ながら入力部13を操作して、標本Sの観察したい深さ位置を変更すると、制御部12から焦点可変光学系11に駆動信号が送られて、対物光学系6の焦点位置が対物光軸Pに沿う方向に変更される。

0032

この場合において、本実施形態に係る顕微鏡1によれば、焦点可変光学系11が、対物光学系6の瞳位置と光学的に共役な位置に配置されているので、焦点可変光学系11を作動させて焦点位置を変化させても視野範囲を変動させずに済む。すなわち、焦点可変光学系11により、対物光学系6やステージ8の位置を変更することなく、かつ、視野範囲を変更することなく、観察したい深さ位置を容易に変更することができるという利点がある。また、スキャンユニット3およびレボアーム16等、一般的に顕微鏡が備えている各構成要素に改造を加えることなく、インナーフォーカスユニット5を容易に装着することができる。

0033

なお、本実施形態においては、インナーフォーカスユニット5が2つの回転機構18,19を備えることとしたが、1または3以上であってもよい。
また、本実施形態においては、焦点可変光学系11としてETLを例示したが、これに代えて、形状可変ミラーまたはLCOS(Liquid Cristal on Silicon)等の波面変調素子を採用してもよい。
また、本実施形態においては門型の構造部材2に顕微鏡本体4を取り付けた場合を例示したが、これに代えて、通常の顕微鏡のレボルバ取付部17に着脱可能に取り付ける構成を採用してもよい。

0034

また、本実施形態においては、レボアーム16に設けられたレボルバ取付部17のアリ形状を利用してインナーフォーカスユニット5を取り付けることとし、レボルバが取り付けられていたならば対物レンズの瞳位置が配置されていた位置に、焦点可変光学系11を配置した。
これに代えて、レボルバに対物レンズを着脱可能に取り付ける対物レンズ取付部に、インナーフォーカスユニット5を着脱可能に取り付けることにしてもよい。

0035

また、倒立型顕微鏡(顕微鏡)25は、図2に示されるように、倒立型顕微鏡25の顕微鏡本体4がスキャンユニット3と別個の筐体で構成された鏡基41を備え、スキャンユニット3と鏡基41との間にインナーフォーカスユニット5を着脱可能に取り付けることにしてもよい。この場合、顕微鏡本体4のスキャンユニット3は、瞳投影レンズ23と、瞳投影レンズ23の焦点位置かつ対物光学系6の瞳と光学的に共役な位置に配置される光偏向器(例えば、ガルバノスキャナ等。)31とを備えている。

0036

インナーフォーカスユニット5をスキャンユニット3と鏡基41との間に配置して、スキャンユニット3のポート部3aと鏡基41のポート部41aとに接続させる。これにより、インナーフォーカスユニット5の焦点可変光学系11が、図2に示されるように、瞳投影レンズ23と、一般的な倒立型顕微鏡25の対物光学系6により集光された蛍光を結像する結像レンズ24との間に、一対のリレーレンズ9a,9bからなるリレー光学系9と、これらのリレーレンズ9a,9bの間に形成される対物光学系6の瞳と光学的に共役な位置に配置されるようになっている。図中、符号10cは、対物光学系6により集光された蛍光を結像レンズ24に向けて反射する反射ミラーである。

0037

これにより、一般的な倒立型顕微鏡25にインナーフォーカスユニット5を装着して、インナーフォーカスユニット5により対物光学系6の焦点位置を調節することができる。また、スキャンユニット3および鏡基41等、一般的に倒立型顕微鏡が備えている各構成要素に改造を加えることなく、インナーフォーカスユニット5を容易に装着することができる。

0038

また、図3に示されるように、リレー光学系9の途中位置に配置されている反射ミラー10aに代えてダイクロイックミラー26を採用し、対物光学系6の瞳位置と光学的に共役な位置に光電子増倍管27を配置することにしてもよい。このようにすることで、多光子励起による蛍光観察を行う場合に、対物光学系6に近い位置で蛍光を検出でき、より明るい蛍光画像を取得することができる。図中、符号28は、標本Sからの蛍光を集光する集光レンズである。

0039

また、図4に示されるように、対物光学系6の直後にダイクロイックミラー26を配置し、対物光学系6の瞳位置と光学的に共役な位置に光電子増倍管27を配置することにしてもよい。このようにすることで、多光子励起による蛍光観察を行う場合に、対物光学系6に近い位置で蛍光を検出でき、より明るい蛍光画像を取得することができる。図中、符号29a,29bは、標本Sからの蛍光をリレーするリレーレンズである。

0040

また、図5に示されるように、リレー光学系9の途中位置に配置されている反射ミラー10aを挿脱可能な構成とし、リレー光学系9の像と光学的に共役な位置に2次元撮像素子30、例えば、CCDあるいはCMOSイメージングデバイスを配置してもよい。これにより、反射ミラー10aを光軸上から離脱させて、外光の標本Sからの反射光を2次元撮像素子30によって撮影することにより、注目位置に対物光学系6の焦点位置を一致させるための位置合わせを容易にすることができる。そして、位置合わせが終了した後には、反射ミラー10aを光軸上に挿入し、蛍光観察を行うことができる。

0041

1顕微鏡
4 顕微鏡本体
5インナーフォーカスユニット
6 対物光学系
7 外部検出装置(光検出器)
9リレー光学系
11焦点可変光学系
17レボルバ取付部
18 第1の回転機構(回転機構)
19 第2の回転機構(回転機構)
23瞳投影レンズ
24結像レンズ
25倒立型顕微鏡(顕微鏡)
P対物光軸
S 標本

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