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WO2008069220A1 - 結像装置及び顕微鏡 - Google Patents

結像装置及び顕微鏡 Download PDF

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WO2008069220A1
WO2008069220A1 PCT/JP2007/073431 JP2007073431W WO2008069220A1 WO 2008069220 A1 WO2008069220 A1 WO 2008069220A1 JP 2007073431 W JP2007073431 W JP 2007073431W WO 2008069220 A1 WO2008069220 A1 WO 2008069220A1
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WO
WIPO (PCT)
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imaging
optical path
sample
optical axis
optical
Prior art date
Application number
PCT/JP2007/073431
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Ichiro Sase
Toshiaki Nihoshi
Original Assignee
Nikon Corporation
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nikon Corporation filed Critical Nikon Corporation
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Priority to EP07850077A priority patent/EP2081071A4/en
Publication of WO2008069220A1 publication Critical patent/WO2008069220A1/ja
Priority to US12/429,181 priority patent/US8098279B2/en

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B21/00—Microscopes
    • G02B21/36—Microscopes arranged for photographic purposes or projection purposes or digital imaging or video purposes including associated control and data processing arrangements
    • G02B21/361—Optical details, e.g. image relay to the camera or image sensor
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03B—APPARATUS OR ARRANGEMENTS FOR TAKING PHOTOGRAPHS OR FOR PROJECTING OR VIEWING THEM; APPARATUS OR ARRANGEMENTS EMPLOYING ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ACCESSORIES THEREFOR
    • G03B17/00—Details of cameras or camera bodies; Accessories therefor
    • G03B17/48—Details of cameras or camera bodies; Accessories therefor adapted for combination with other photographic or optical apparatus

Definitions

  • the present invention relates to an imaging apparatus and a microscope. Background art
  • the microscope disclosed in Japanese translation of PCT publication No. 2 0 1-5-5 1 1 90 2 is a confocal microscope, so that there is a problem that a two-dimensional image of the sample cannot be taken. Disclosure of the invention
  • the present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to provide an imaging apparatus and a microscope capable of simultaneously capturing a two-dimensional image of a sample at a plurality of observation positions different in the optical axis direction.
  • a first aspect of the present invention includes an imaging lens for forming a sample image on a plurality of imaging planes, and an optical axis of the sample to form the plurality of imaging planes.
  • An optical path dividing means for dividing the optical path of light from the same region in a plane orthogonal to the optical path, and an optical path installed in at least one optical path between the plurality of imaging planes and the imaging lens
  • An imaging device comprising a length changing member is provided.
  • a microscope having the imaging apparatus according to the first aspect.
  • a two-dimensional threat image of a sample is simultaneously obtained at a plurality of observation positions different in the optical axis direction. It is possible to provide an imaging apparatus and a microscope that can take images.
  • FIG. 1 is a diagram showing an overall configuration of a microscope according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2A is an enlarged view showing the configuration of the imaging unit in the microscope according to the first embodiment of the present invention, and
  • FIG. 2B is provided on each parallel plate of the optical path dividing optical path length changing element. It is a figure which shows the shape of the light-shielding part.
  • FIG. 3A is a diagram showing a plurality of observation positions that differ in the optical axis direction of the sample in the microscope according to the first embodiment of the present invention
  • FIG. 3B shows three observation positions that differ in the optical axis direction
  • FIG. 4 is a diagram showing the appearance of the imaging surface of a camera in which three sample images are simultaneously formed side by side.
  • FIG. 4A is a diagram showing the overall configuration of the microscope according to the second embodiment of the present invention
  • FIG. 4B is a modification of the parallel plate portion in the microscope according to the second embodiment of the present invention. It is an enlarged view which shows the structure of a part.
  • FIG. 1 is a diagram showing an overall configuration of a microscope according to the first embodiment of the present invention.
  • the microscope 1 according to the present embodiment includes a microscope body 2, an illumination unit 5 for illuminating the sample 4 placed on the stage 3 of the microscope body 2, and the sample 4
  • the image forming unit 7 connects the light on the imaging surface 6a of the camera 6 and the camera 6 that captures a two-dimensional image of the sample 4.
  • the illumination unit 5 includes an excitation light source 8 for illuminating and exciting the sample 4 on the stage 3, and A lens 9, a field stop 10, and a lens 11.
  • the microscope body 2 includes the objective lens 1 2, a semi-transmissive mirror 1 3 for reflecting the excitation light from the illumination unit 5 and guiding it to the sample 4, and the light from the sample 4 And a total reflection mirror 14 for reflecting and guiding it to the imaging unit 7.
  • FIG. 2A is an enlarged view of a main part showing the configuration of the imaging unit 7 in the microscope 1 according to the first embodiment of the present invention.
  • the imaging unit 7 includes an imaging lens 15 that images the light from the sample 4, and an optical path dividing optical path length changing element 16 that divides the light from the imaging lens 15 and guides it to the camera 6.
  • This optical path splitting optical path length changing element 16 includes a prism unit 20 having three reflecting portions 17, 18, and 19 (reflecting portions 17 and 18 are semi-transmissive), each reflecting portion 17, Corresponding to 18 and 19, it is composed of three parallel flat plates 2 7, 2 8 and 2 9 which are integrally provided on the exit end face of the prism portion 20 and have different thicknesses. Note that, for example, a transflective mirror and a total reflection mirror are used for the reflecting portions 17, 18, and 19.
  • a reflection portion 17 having a transmittance of about 30% is disposed on the exit optical axis of the imaging lens 15.
  • a parallel plate 27 is provided on the transmission optical path of the reflecting portion 17 and on the exit end face of the prism portion 20.
  • a reflection unit 18 having a transmittance of about 50% is arranged in parallel with the reflection unit 17 on the reflection optical axis of the reflection unit 17.
  • a parallel plate 28 having a thickness in the optical axis direction larger than that of the parallel plate 27 is provided on the exit end face of the prism unit 20 on the reflection optical path of the reflection unit 18.
  • each of the parallel flat plates 27, 28, 29 is composed of a glass plate, and openings are formed at both ends of the exit end face as shown in FIG.
  • a band-shaped light shielding portion 30 extending perpendicularly to the paper surface is provided.
  • FIG. 2B is a diagram showing the shape of the light shielding portion 30 provided on each of the parallel plates 27, 28, 29 of the optical path splitting optical path length changing element 16.
  • the excitation light emitted from the excitation light source 8 of the illumination unit 5 is guided to the microscope body 2 through the lens 9, the field stop 10, and the lens 11 in order.
  • This excitation light is reflected by the semi-transmissive mirror 13 and irradiated onto the sample 4 on the stage 3 through the objective lens 12.
  • the fluorescence emitted from the sample 4 passes through the objective lens 12 and the semi-transmissive mirror 13 in order, and then is reflected by the total reflection mirror 14 and guided to the imaging unit 7.
  • FIG. 3A is a diagram showing a plurality of different observation positions in the optical axis direction of the sample 4 in the microscope 1 according to the first embodiment of the present invention.
  • each optical path will be described using an inverted microscope as an example.
  • the middle optical path with parallel plates 28 is used as the reference position.
  • This optical path guides the image at the observation position z 2 in FIG.
  • the upper optical path with the parallel plate 29 is an optical path length longer than the optical path length of the reference middle optical path, and guides the image at the observation position z 1 in Fig. 3A to the camera 6.
  • the lower optical path with the parallel plate 2 7 has an optical path length shorter than the optical path length of the reference middle optical path, and guides the image at the observation position z 3 in Fig. 3A to the camera 6. .
  • the light incident on the imaging unit 7 enters the reflection unit 17 in the optical path splitting optical path length changing element 16 via the imaging lens 15.
  • the light transmitted through the reflecting portion 17 is imaged on the imaging surface 6 a of the camera 6 through the parallel plate 27 (the “first imaging system”).
  • the observation position of the sample 4 at this time is the observation position z 3 shown in FIG. 3A as described above.
  • the observation position of the sample 4 is the observation position z 2 shown in FIG. 3A as described above.
  • the observation position of the sample 4 is the observation position z 1 shown in FIG. 3A as described above.
  • the optical path splitting optical path length changing element 16 having the above-described configuration splits the optical path of the non-parallel light beam between the imaging lens 15 and the imaging surface 6a of the camera 6 into three.
  • the parallel plates 27, 28, 29 having different thicknesses in each optical path, the first imaging system, the second imaging system, and the third imaging system having different optical path lengths are formed, As a result, on the imaging surface 6a of the camera 6, three images of the sample 4 at three different observation positions in the optical axis direction are formed side by side as shown in Fig. 3B ( In the present embodiment, as described above, the three parallel plates 27, 28, 29 are used.
  • the parallel plates 27 are not essential, and only the parallel plates 28, 29 may be used.
  • FIG. 3B is a diagram showing the state of the imaging surface 6a of the camera 6 in which three images of the sample 4 at three different observation positions in the optical axis direction are formed side by side.
  • three two-dimensional images of the sample 4 are different in the optical axis direction. It is possible to realize a microscope capable of simultaneously photographing at the observation positions zl, z2, and z3. In addition, since the state of the sample can be simultaneously imaged at a plurality of observation positions that differ in the optical axis direction in this way, phenomena spatially different in the optical axis direction generated in the sample can be observed simultaneously. Therefore, depending on the analysis method, it is possible to follow the object moving in the XYZ direction within the sample.
  • the light shielding portions 30 are provided on the parallel plates 27, 28, 29.
  • the image of the sample 4 at the three observation positions zl, z2, and z3 formed on the imaging surface 6a of the camera 6 is divided on the imaging surface 6a as shown in FIG. 3B. Therefore, they can be prevented from overlapping each other.
  • the first imaging system, the second imaging system, and the third imaging system to the imaging surface 6 a of the camera 6. It is possible to make the amount of fluorescent light introduced to be uniform. Therefore, the brightness of the image of the sample 4 at the three observation positions z 1, z 2, and z 3 formed on the imaging surface 6 a of the camera 6 can be made uniform.
  • the optical path splitting optical path length changing element 16 includes a prism part 20 including the three reflecting parts 17, 18, and 19 as described above, a parallel plate 27 having a different thickness, It consists of 2 8, 2 and 9.
  • the configuration of the optical path splitting optical path length changing element 16 is not limited to this, and the prism section 20 and the parallel plates 27, 28, 29 are excluded, and only the above three reflecting sections 17, 18, 19 are used. Can also be configured.
  • the three optical parts are divided into three parts by 1, 1, 8, and 1 9, and the reflecting parts are connected so that each image of the sample 4 is formed on the imaging surface 6 a of the force mela 6. Set the interval between 8, 1 and 9
  • the first imaging system, the second imaging system, and the third imaging system having different optical path lengths can be formed, and the object of the present invention can be achieved.
  • the number of optical path divisions by the optical path splitting optical path length changing element 16 is not limited to three, and two or four or more optical paths are provided by reducing or increasing the number of mirrors and parallel plates. It is also possible to adopt a configuration in which sample images of two or four or more observation positions that are different in the axial direction can be taken simultaneously.
  • the three sample images formed on the imaging surface 6a of the camera 6 are provided by providing the light shielding portions 30 on the parallel plates 27, 28, 29. It prevents it from overlapping.
  • the present invention is not limited to this, and a configuration in which a light shielding part having the same shape as that of the light shielding part 30 is arranged at the position of the field stop 10 of the illumination part 5 can also be adopted.
  • the brightness of the three sample images formed on the imaging surface 6a of the camera 6 is made uniform by setting the transmittances of the reflecting portions 17 and 18 as described above.
  • the transmittance of each of the reflecting portions 17 and 18 is not limited to the above setting.
  • a normal half mirror is used, and a light amount adjustment filter is disposed on the exit side of the parallel plates 27, 28, and 29, respectively. By doing so, it is possible to make the brightness of the sample image uniform. .
  • FIG. 4A is a diagram showing an overall configuration of a microscope according to the second embodiment of the present invention.
  • the microscope 31 according to the present embodiment includes a microscope main body 3 2 and an illumination unit 5 for illuminating the sample 4 placed on the stage 3 of the microscope main body 3 2.
  • Two imaging parts (first imaging part 3 5, second imaging part 3 6) for connecting the light from sample 4 onto the imaging surface of force melases 3 3 and 3 4, and 2 of sample 4 It consists of two cameras 3 3 and 3 4 that take dimensional images.
  • the illumination unit 5 includes an excitation light source 8 for illuminating and exciting the sample 4 on the stage 3, and A lens 9, a field stop 10, and a lens 11.
  • the microscope body 3 2 includes the objective lens 1 2, the half mirror 1 3 for reflecting the excitation light from the illumination unit 5 and guiding it to the sample 4, and the light from the sample 4
  • a half mirror 3 7 is provided for splitting and guiding the first imaging unit 35 and the second imaging unit 3 6.
  • the first imaging unit 35 includes an imaging lens 15 a for imaging the light from the sample 4, and a parallel plate unit 38 disposed between the imaging lens 15 a and the camera 33. It has.
  • the parallel flat plate portion 38 is a unit that includes four parallel flat plates arranged in a direction perpendicular to the optical axis and having different thicknesses in the optical axis direction, and is slidable in the direction perpendicular to the optical axis. Thereby, by sliding the parallel plate portion 38, it becomes possible to selectively arrange a parallel plate having a desired thickness in the optical path.
  • the parallel plate portion 39 in the second imaging unit 36 includes four parallel plates that are different in thickness in the optical axis direction from the four parallel plates in the first imaging unit 35. ing.
  • the light emitted from the light source 8 of the illuminating unit 5 is guided to the microscope main body 32 through the lens 9, the field stop 10, and the lens 11 in this order.
  • This light is reflected by the half mirror 13 and irradiated onto the sample 4 on the stage 3 via the objective lens 12.
  • the light from the sample 4 passes through the objective lens 1 2 and the half mirror 13 in order, and then enters the half mirror 37.
  • the light from the light source 8 is excitation light
  • the light from the sample 4 is fluorescence.
  • the camera 33 can take a two-dimensional image of the sample 4.
  • the light transmitted through the half mirror 37 is guided to the second imaging unit 36.
  • This light is imaged on the imaging surface of the camera 3 4 via an imaging lens 15 b through an arbitrary parallel plate in the parallel plate portion 39.
  • FIG. 4A shows a state in which no parallel plate is arranged in the optical path in any of the imaging portions 3 5 and 3 6.
  • two image forming units are provided, and in each of the image forming units 3 5 and 3 6, the image forming lenses 15 a and 15 b and the imaging surfaces of the cameras 3 3 and 3 4 are connected.
  • the first imaging system and the second imaging system having different optical path lengths are formed by arranging parallel plates having different thicknesses in the optical path of the non-parallel light flux.
  • images of the sample 4 having different observation positions in the direction of the optical axis are formed on the imaging surfaces of the force lenses 3 3 and 3 4 provided for the imaging units 3 5 and 3 6, respectively. Two-dimensional images can be taken simultaneously.
  • the present embodiment it is possible to realize a microscope capable of simultaneously capturing a two-dimensional image of the sample 4 at two observation positions that are different in the optical axis direction, as in the first embodiment.
  • the effect of can be produced.
  • a numerical example of the shift amount ⁇ in the optical axis direction of the observation position of the sample 4 with respect to the thickness in the optical axis direction of the parallel plates provided in the parallel plate portions 3 8 and 3 9 is shown in Table 1 below.
  • the objective lens 1 2 is assumed to be “P l a Apo TIRF 100 X H / 1.45”, and the reference position of the observation position of the sample 4 is when no parallel plate is arranged in the optical path.
  • the desired parallel flat plate into the optical path The detachment is performed by sliding the parallel plate portions 3 8 and 3 9 in the direction perpendicular to the optical axis.
  • the present invention is not limited to this, and the microscope 31 according to this embodiment has a parallel plate portion.
  • Disk member that can rotate around the rotating shaft 40a shown in Fig. 4B instead of 3 8 and 3 9
  • a rotating evening plate 41 which has a plurality of parallel flat plates on 40 and can selectively arrange a desired parallel flat plate in the optical path by rotating the disk member 40. It can also be configured. Thereby, the microscope 31 according to the present embodiment can utilize the space in the microscope more effectively than the case where the parallel plate portions 3 8 and 39 are provided.
  • FIG. 4B is an enlarged view showing a configuration of a rotating evening let portion 41 which is a modification of the parallel plate portions 38 and 39 in the microscope 31 according to the second embodiment of the present invention.
  • the microscope 31 according to the present embodiment is configured to include the two image forming units 3 5 and 3 6, but the half mirror 37 and the first image forming unit 3 5 are excluded, A configuration including only the imaging unit 36 may also be adopted.
  • two-dimensional images of sample 4 cannot be obtained simultaneously at multiple observation positions that differ in the direction of the optical axis, but by switching the parallel plate portions 3 8 and 3 9, the parallel plate can be switched at high speed and with high accuracy.
  • the observation position in the optical axis direction can be changed. It can be achieved more quickly.

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Abstract

　試料の２次元画像を光軸方向に異なる複数の観察位置で同時に撮影することが可能な結像装置及び顕微鏡を提供する。試料４の像を前記複数の結像面に形成するための結像レンズ１５と、複数の結像面を形成するべく試料４の光軸と直交する面内で同一である領域からの光の光路を分割する光路分割手段１７、１８、１９と、前記複数の結像面と結像レンズ１５との間の光路の少なくとも１つの光路に設置される光路長変更部材２７、２８、２９とを有する。

Description

明 細 書 結像装置及び顕微鏡 技術分野
本発明は、 結像装置及び顕微鏡に関する。 背景技術
近年、 試料の画像を光軸方向に異なる複数の観察位置で同時に撮影することが 望まれつつある （例えば、 特表 2 0 0 1— 5 1 1 9 0 2号公報を参照） 。
しかしながら、 特表 2 0 0 1— 5 1 1 9 0 2号公報に開示されている顕微鏡は、 共焦点顕微鏡であるため、 試料の 2次元画像を撮影することができないという問 題があった。 発明の開示
そこで本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、 試料の 2次元画像を 光軸方向に異なる複数の観察位置で同時に撮影することが可能な結像装置及び 顕微鏡を提供することを目的とする。
上記課題を解決するために本発明の第 1の態様は、 試料の像を複数の結像面に 形成するための結像レンズと、 前記複数の結像面を形成するべく前記試料の光軸 と直交する面内で同一である領域からの光の光路を分割する光路分割手段と、 前 記複数の結像面と前記結像レンズとの間の光路の少なくとも 1つの光路に設置 される光路長変更部材とを有することを特徴とする結像装置を提供する。
また、 本発明の第 2の態様は、 第 1の態様に係る結像装置を有することを特徴 とする顕微鏡を提供する。
本発明によれば、 試料の 2次元威像を光軸方向に異なる複数の観察位置で同時 に撮影することが可能な結像装置及び顕微鏡を提供することができる。 図面の簡単な説明
図 1は、 本発明の第 1実施形態に係る顕微鏡の全体構成を示す図である。 図 2 Aは、 本発明の第 1実施形態に係る顕微鏡における結像部の構成を示す拡 大図であり、 図 2 Bは、 光路分割光路長変更素子の各平行平板にそれぞれ設けら れている遮光部の形状を示す図である。
図 3 Aは、 本発明の第 1実施形態に係る顕微鏡において、 試料の光軸方向に異 なる複数の観察位置を示す図であり、 図 3 Bは、 光軸方向に異なる 3つの観察位 置についての試料の像が 3つ並んで同時に形成されているカメラの撮像面の様 子を示す図である。
図 4 Aは、 本発明の第 2実施形態に係る顕微鏡の全体構成を示す図であり、 図 4 Bは、 本発明の第 2実施形態に係る顕微鏡における平行平板部の変形例である 回転ターレツト部の構成を示す拡大図である。 発明の実施の形態
以下、 本発明の各実施形態に係る結像装置を適用した顕微鏡を添付図面に基づ いて説明する。
(第 1実施形態）
はじめに、 本実施形態に係る顕微鏡の全体的な構成を説明する。
図 1は、 本発明の第 1実施形態に係る顕微鏡の全体構成を示す図である。 図 1に示すように本実施形態に係る顕微鏡 1は、 顕微鏡本体部 2と、 顕微鏡本 体部 2のステージ 3に載置された試料 4を照明するための照明部 5と、 試料 4か らの光をカメラ 6の撮像面 6 a上に結ぶための結像部 7と、 試料 4の 2次元画像 を撮影する前記カメラ 6とからなる。
照明部 5は、 ステージ 3上の試料 4を照明して励起するための励起光源 8と、 レンズ 9、 視野絞り 1 0、 及びレンズ 1 1とを備えている。 顕微鏡本体部 2は、 前述のステージ 3の他に、 対物レンズ 1 2と、 照明部 5からの励起光を反射して 試料 4へ導くための半透過ミラー 1 3と、 試料 4からの光を反射して結像部 7へ 導くための全反射ミラー 1 4とを備えている。
次に、 本実施形態において最も特徴的な結像部 7の構成について詳細に説明す る。
図 2 Aは、 本発明の第 1実施形態に係る顕微鏡 1における結像部 7の構成を示 す要部拡大図である。
結像部 7は、 試料 4からの光を結像する結像レンズ 1 5と、 結像レンズ 1 5か らの光を分割してカメラ 6へ導く光路分割光路長変更素子 1 6とを備えている。 この光路分割光路長変更素子 1 6は、 3つの反射部 1 7、 1 8、 1 9 (反射部 1 7、 1 8は半透過） を備えたプリズム部 2 0と、 各反射部 1 7、 1 8、 1 9に対 応してプリズム部 2 0の射出端面に一体的に備えられた厚みの異なる 3つの平 行平板 2 7、 2 8、 2 9とからなる。 なお、 反射部 1 7、 1 8、 1 9には、 例え ば半透過ミラーと全反射ミラーが用いられる。
まず、 プリズム部 2 0内において、 結像レンズ 1 5の射出光軸上には、 透過率 が約 3 0 %の反射部 1 7が配置されている。 そして、 この反射部 1 7の透過光路 上であってプリズム部 2 0の射出端面には平行平板 2 7が備えられている。
また、 プリズム部 2 0内において、 反射部 1 7の反射光軸上には、 透過率が約 5 0 %の反射部 1 8が前記反射部 1 7に対して平行に配置されている。 そして、 この反射部 1 8の反射光路上であってプリズム部 2 0の射出端面には、 平行平板 2 7よりも光軸方向の厚みが大きい平行平板 2 8が備えられている。
さらに、 プリズム部 2 0内において、 反射部 1 8の透過光軸上には、 反射部 1 9が前記反射部 1 8に対して平行に配置されている。 そして、 この反射部 1 9の 反射光路上であってプリズム部 2 0の射出端面には、 平行平板 2 8よりも光軸方 向の厚みがさらに大きい平行平板 2 9が備えられている。 ここで、 本実施形態において各平行平板 2 7、 2 8、 2 9は、 いずれもガラス 板で構成されており、 その射出端面の両端には、 図 2 Bに示すように開口が図 2 A紙面に対して垂直に延びる帯形状の遮光部 3 0がそれぞれ設けられている。 な お、 図 2 Bは、 光路分割光路長変更素子 1 6の各平行平板 2 7、 2 8、 2 9にそ れぞれ設けられている遮光部 3 0の形状を示す図である。
以上の構成の下、 本顕微鏡 1において、 照明部 5の励起光源 8から発せられた 励起光は、 レンズ 9、 視野絞り 1 0、 レンズ 1 1を順に経て顕微鏡本体部 2へ導 かれる。 そしてこの励起光は、 半透過ミラー 1 3によって反射され、 対物レンズ 1 2を介してステージ 3上の試料 4に照射される。 これにより、 試料 4から発せ られた蛍光は、 対物レンズ 1 2、 半透過ミラ一 1 3を順に経た後、 全反射ミラ一 1 4によって反射されて結像部 7へ導かれる。
図 3 Aは、 本発明の第 1実施形態に係る顕微鏡 1において、 試料 4の光軸方向 に異なる複数の観察位置を示す図である。
倒立顕微鏡を例に、 各光路の光路長について説明する。 まず、 図 2 Aのように 3つの光路に分岐する場合、 まず平行平板 2 8がある中段の光路を基準位置とす る。この光路は、図 3 Aの観察位置 z 2の像をカメラ 6へ導くものである。また、 平行平板 2 9がある上段の光路は、 基準となる中段の光路の光路長よりも長い光 路長にしたものであり、 図 3 Aの観察位置 z 1の像をカメラ 6へ導くものである。 さらに、 平行平板 2 7がある下段の光路は、 基準となる中段の光路の光路長より も短い光路長にしたもので、 図 3 Aの観察位置 z 3の像をカメラ 6へ導くもので ある。
結像部 7に入射した光は、 結像レンズ 1 5を介して光路分割光路長変更素子 1 6内の反射部 1 7へ入射する。 この反射部 1 7へ入射した光のうち、 該反射部 1 7を透過した光は、 平行平板 2 7を経てカメラ 6の撮像面 6 a上に結像される ( 「第 1結像系」 という） 。 なお、 このときの試料 4の観察位置は、 上述のよう に図 3 Aに示す観察位置 z 3となる。 一方、反射部 1 7へ入射した光のうち、該反射部 1 7によって反射された光は、 反射部 1 8に入射する。 そして、 この反射部 1 8へ入射した光のうち、 該反射部 1 8によって反射された光は、 平行平板 2 8を経てカメラ 6の撮像面 6 a上に結 像される （ 「第 2結像系」 という） 。 このため、 試料 4の観察位置は、 上述のよ うに図 3 Aに示す観察位置 z 2となる。
そして、 反射部 1 8へ入射した光のうち、 該反射部 1 8を透過した光は、 反射 部 1 9によって反射された後、 平行平板 2 9を経てカメラ 6の撮像面 6 a上に結 像される （ 「第 3結像系」 という） 。 このため、 試料 4の観察位置は、 上述のよ うに図 3 Aに示す観察位置 z 1となる。
このようにしてカメラ 6の撮像面 6 a上には、 光軸方向に異なる 3つの観察位 置についての試料 4の像が 3つ並んで同時に:形成される。 言い換えれば、 カメラ 6の撮像面 6 aに、 光軸方向に異なる 3つの観察位置についての結像面が 3つ並 んで同時に形成される。
より詳しくは、 本実施形態では上述した構成の光路分割光路長変更素子 1 6に よって結像レンズ 1 5とカメラ 6の撮像面 6 aとの間、 即ち非平行光束の光路を 3つに分割し、 各光路に厚みの異なる平行平板 2 7、 2 8、 2 9を配置したこと で、 光路長の異なる第 1結像系、 第 2結像系、 及び第 3結像系を形成し、 これに よりカメラ 6の撮像面 6 a上には、 光軸方向に異なる 3つの観察位置についての 試料 4の像が、 図 3 Bに示すように 3つ並んで同時に形成されることとなる （な お、 本実施形態では上述のように 3つの平行平板 2 7、 2 8、 2 9を用いている 、 平行平板 2 7は必須ではなく平行平板 2 8、 2 9のみでもよい） 。 したがつ てカメラ 6では、 光軸方向に異なる 3つの観察位置についての試料 4の像を、 3 つ並んだ 1つの 2次元画像として撮影することが可能となる。 なお、 図 3 Bは、 光軸方向に異なる 3つの観察位置についての試料 4の像が 3つ並んで同時に形 成されているカメラ 6の撮像面 6 aの様子を示す図である。
以上より、 本実施形態によれば、 試料 4の 2次元画像を光軸方向に異なる 3つ の観察位置 z l、 z 2、 z 3で同時に撮影することが可能な顕微鏡を実現するこ とができる。 また、 このように光軸方向に異なる複数の観察位置で同時に試料の 状態を画像化できることで、 試料に生じた光軸方向へ空間的に異なった現象を同 時に観察することができる。 したがって、 解析方法によっては、 試料内を X Y Z 方向へ移動する物体の追尾観察をすることも可能となる。
また前述のように、 3つの観察位置 z l、 z 2、 z 3についての試料 4の像を 3つ並べて 1つの 2次元画像として撮影することができるため、 観察に際して見 やすい。 また、 複数台のカメラを用意する必要がないため、 簡素な構成を採るこ とができる。
また本実施形態では、 上述のように各平行平板 2 7、 2 8、 2 9には、 遮光部 3 0が設けられている。 これにより、 カメラ 6の撮像面 6 a上に形成される 3つ の観察位置 z l、 z 2、 z 3についての試料 4の像は、 図 3 Bに示すように撮像 面 6 a上で区切られることとなるため、 互いに重なり合ってしまうことを防ぐこ とができる。
また、 各反射部 1 7、 1 8の透過率を上述のように設定したことによって、 第 1結像系、 第 2結像系、 及び第 3結像系からカメラ 6の撮像面 6 aへそれぞれ導 かれる蛍光の光量を均一にすることができる。 したがって、 カメラ 6の撮像面 6 aに形成される 3つの観察位置 z 1、 z 2、 z 3についての試料 4の像の明るさ を均一にすることができる。
なお、 本実施形態において光路分割光路長変更素子 1 6は、 上述のように 3つ の反射部 1 7、 1 8、 1 9を備えたプリズム部 2 0と、 厚みの異なる平行平板 2 7、 2 8、 2 9とから構成されている。 しかしながら光路分割光路長変更素子 1 6の構成はこれに限られず、 プリズム部 2 0と平行平板 2 7、 2 8、 2 9を排除 し、 上記 3つの反射部 1 7、 1 8、 1 9のみで構成することもできる。 3つの反 財部 1 7、 1 8、 1 9によつて光路を 3つに分割し、 それぞれが力メラ 6の撮像 面 6 a上に試料 4の像を結ぶように反射部 1. 7、 1 8、 1· 9どうしの間隔を設定 すれば、 光路長の異なる第 1結像系、 第 2結像系、 及び第 3結像系を形成するこ とができ、 本発明の目的を達成することができる。
また、 本実施形態において光路分割光路長変更素子 1 6による光路の分割数は 3つに限られず、 ミラ一及び平行平板を減らす又は増やすことで 2つ又は 4っ以 上の光路を設け、 光軸方向に異なる 2つ又は 4つ以上の観察位置についての試料 像を同時に撮影可能な構成とすることもできる。
また、 .本実施形態では、 上述のように各平行平板 2 7、 2 8、 2 9に遮光部 3 0を設けることにより、 カメラ 6の撮像面 6 aに形成される 3つの試料像どうし が重なり合ってしまうことを防いでいる。 しかしながらこれに限られず、 照明部 5の視野絞り 1 0の位置に、 前記遮光部 3 0と同様の形状の遮光部を配置する構 成とすることもできる。
また、 本実施形態では、 上述のように各反射部 1 7、 1 8の透過率を設定する ことによってカメラ 6の撮像面 6 aに形成される 3つの試料像の明るさを均一 にしている。 しかしながら各反射部 1 7、 1 8の透過率は上記設定に限られず、 例えば通常のハーフミラ一を用い、 平行平板 2 7、 2 8、 2 9の射出側に光量調 整フィルタをそれぞれ配置する構成とすることで、 試料像の明るさの均一化を図 ることもできる。 .
(第 2実施形態）
はじめに、 本実施形態に係る顕微鏡の全体的な構成を説明する。
図 4 Aは、 本発明の第 2実施形態に係る顕微鏡の全体構成を示す図である。 図 4 Aに示すように本実施形態に係る顕微鏡 3 1は、 顕微鏡本体部 3 2と、 顕 微鏡本体部 3 2のステージ 3に載置された試料 4を照明するための照明部 5と、 試料 4からの光を力メラ 3 3、 3 4の撮像面上に結ぶための 2つの結像部 （第 1 結像部 3 5、 第 2結像部 3 6 ) と、 試料 4の 2次元画像を撮影する 2つのカメラ 3 3、 3 4からなる。
照明部 5は、 ステージ 3上の試料 4を照明して励起するための励起光源 8と、 レンズ 9、 視野絞り 1 0、 及びレンズ 1 1とを備えている。
顕微鏡本体部 3 2は、 前述のステージ 3の他に、 対物レンズ 1 2と、 照明部 5 からの励起光を反射して試料 4へ導くためのハーフミラー 1 3と、 試料 4からの 光を分割して第 1結像部 3 5と第 2結像部 3 6へ導くためのハーフミラー 3 7 とを備えている。
次に、 本実施形態において最も特徴的な 2つの結像部 3 5 、 3 6の構成につい て詳細に説明する。
第 1結像部 3 5は、 試料 4からの光を結像する結像レンズ 1 5 aと、 該結像レ ンズ 1 5 aとカメラ 3 3の間に配置された平行平板部 3 8とを備えている。 平行平板部 3 8は、 光軸に対して垂直な方向へ並んだ光軸方向の厚さの異なる 4つの平行平板を備え、 光軸に対して垂直な方向ヘスライド可能なュニットであ る。 これにより、 平行平板部 3 8をスライドさせることで、 所望の厚さの平行平 板を光路内へ選択的に配置することが可能となる。
第 2結像部 3 6は、 前述の第 1結像部 3 5と同様の構成であるため、 説明を省 略する。 なお、 第 2結像部 3 6における平行平板部 3 9には、 第 1結像部 3 5に おける 4つの平行平板とはいずれも光軸方向の厚さが異なる 4つの平行平板が 備えられている。
以上の構成の下、 本顕微鏡 3 1において、 照明部 5の光源 8から発せられた光 は、 レンズ 9、 視野絞り 1 0、 レンズ 1 1を順に経て顕微鏡本体部 3 2へ導かれ る。 そしてこの光は、 ハーフミラー 1 3によって反射され、 対物レンズ 1 2を介 してステージ 3上の試料 4に照射される。 これにより、 試料 4からの光は、 対物 レンズ 1 2、 ハーフミラー 1 3を順に経た後、 ハーフミラ一 3 7に入射される。 なお、 蛍光観察の場合は、 光源 8からの光は励起光であり、 試料 4からの光は蛍 光となる。
ハーフミラー 3 7に入射した光のうち、 該ハーフミラ一 3 7によって反射され た光は、 第 1結像部 3 5へ導かれる。 そしてこの光は、 結像レンズ 1 5 aを介し て平行平板部 3 8中の任意の平行平板を経て、 カメラ 3 3の撮像面上に結像され る ( 「第 1結像系」 という） 。 このようにして、 カメラ 3 3は試料 4の 2次元画 像を撮影することが可能となる。
一方、 ハーフミラー 3 7に入射した光のうち、 該ハーフミラ一 3 7を透過した 光は、 第 2結像部 3 6へ導かれる。 そしてこの光は、 結像レンズ 1 5 bを介して 平行平板部 3 9中の任意の平行平板を経て、 カメラ 3 4の撮像面上に結像される
( 「第 2結像系」 という） 。 このようにして、 カメラ 3 4は試料 4の 2次元画像 を撮影することが可能となる。 なお、 図 4 Aでは、 いずれの結像部 3 5、 3 6に おいても光路内に平行平板を配置していない様子が示されている。
以上のように本実施形態では、 結像部を 2つ設け、 各結像部 3 5、 3 6におい て結像レンズ 1 5 a、 1 5 bとカメラ 3 3、 3 4の撮像面との間、 即ち非平行光 束の光路に厚みの異なる平行平板を配置することで、 光路長の異なる第 1結像系 と第 2結像系を形成している。 これにより、 結像部 3 5、 3 6毎に備えられた力 メラ 3 3、 3 4の撮像面上には、 観察位置が光軸方向に異なる試料 4の像がそれ ぞれ形成されて、 2次元画像として同時に撮影することができる。
以上より、 本実施形態によれば、 試料 4の 2次元画像を光軸方向に異なる 2つ の観察位置で同時に撮影することが可能な顕微鏡を実現することができ、 上記第 1実施形態と同様の効果を奏することができる。 また、 2つの結像部 3 5、 3 6 において、 平行平板部 3 8、 3 9をスライドさせることで所望の厚さの平行平板 を光路内に配置することが可能であるため、 光軸方向に異なる様々な観察位置で 試料 4の 2次元画像を撮影することができる。
ここで、 平行平板部 3 8、 3 9に備えられた平行平板の光軸方向の厚みに対す る試料 4の観察位置の光軸方向のシフト量 Δの一数値例を以下の表 1に示す。 な お、 対物レンズ 1 2は 「P l an Apo TIRF 100 X H/1. 45」 を想定し、 試料 4の観察 位置の基準は光路内に平行平板を配置しなかったときとする。
(表 1 ) 100倍対物レンズ使用時の試料面上の 平行平板の厚さ（腦) フォーカスシフト量△ ( m)
0. 1 2. 8 0. 2 5. 5 0. 3 8. 3 0. 4 11. 0 0. 5 13. 8 なお、本実施形態において、上述のように光路内への所望な平行平板の揷脱は、 平行平板部 3 8、 3 9を光軸に対して垂直な方向ヘスライドさせることで行われ る。 しかしながらこれに限られず、 本実施形態に係る顕微鏡 3 1は、 平行平板部
3 8、 3 9に代えて、 図 4 Bに示した回転軸 4 0 aを中心に回転可能な円盤部材
4 0上に複数の平行平板を備え、 当該円盤部材 4 0を回転させることで所望の平 行平板を光路内へ選択的に配置することが可能な回転夕一レツト部 4 1を有す る構成とすることもできる。 これにより、 本実施形態に係る顕微鏡 3 1は、 平行 平板部 3 8、 3 9を有する場合に比して、 顕微鏡内のスペースをより有効に活用 することができる。 なお、 図 4 Bは、 本発明の第 2実施形態に係る顕微鏡 3 1に おける平行平板部 3 8、 3 9の変形例である回転夕一レツト部 4 1の構成を示す 拡大図である。
また、 上述のように本実施形態に係る顕微鏡 3 1は 2つの結像部 3 5、 3 6を 備える構成であるが、 ハーフミラ一 3 7及び第 1結像部 3 5を排除し、 第 2結像 部 3 6のみを備える構成とすることもできる。 この場合、 光軸方向に異なる複数 の観察位置で試料 4の 2次元画像を同時に得ることはできないものの、 平行平板 部 3 8、 3 9をスライドさせることで、 平行平板の切り替えが高速、 高精度に実 行できるため、 ステージや対物レンズを光軸方向に移動す^)ことで光軸方向の観 察位置を変更していた従来の顕微鏡に比して、 光軸方向の観察位置の変更をより 迅速に達成することができる。 以上、 上記各実施形態によれば、 試料の 2次元画像を光軸方向に異なる複数の 観察位置で同時に撮影することが可能な結像装置及び顕微鏡を実現することが できる。

Claims

1 . 試料の像を複数の結像面に形成するための結像レンズと、
前記複数の結像面を形成するべく前記試料の光軸と直交する面内で同一であ る領域からの光の光路を分割する光路分割手段と、
前記複数の結像面と前記結像レンズとの間の光路の少なくとも 1つの光路に
一一賓
設置される光路長変更部材とを有することを特徴とする結像装置。 の
2 . 前記複数の結像面には、 撮像手段がそれぞれ備えられており、
前記試料の 2次元画像を光軸方向に異なる複数の観察位置で同時に撮影可能 囲
とすることを特徴とする請求項 1に記載の結像装置。
3 . 前記複数の結像面と前記結像レンズとの間の光路長変更部材として、 光軸方向の厚みが異なる複数の平行平板を有することを特徴とする請求項 1 に記載の結像装置。
4 . 所望の前記平行平板を光路内へ挿脱する切り替え手段が分割された光路毎 にそれぞれ備えられていることを特徴とする請求項 3に記載の結像装置。
5 . 前記光路分割手段は、 少なくとも 1枚の半透過ミラーからなり、
前記撮像手段の撮像面には、 少なくとも 2つの前記結像面が形成されることを 特徴とする請求項 1から請求項 4のいずれか 1項に記載の結像装置。
6 . 前記少なくとも 1枚の半透過ミラーは、 前記光路分割手段によって分割さ れた光路の各々の光量を略均一にする透過率を有することを特徴とする請求項 5に記載の結像装置。
7 . 前記少なくとも 1枚の半透過ミラーは、
前記結像レンズの射出光軸上に配置された透過率略 3 0 %の半透過ミラーと、 前記透過率略 3 0 %の半透過ミラーに隣接して配置された透過率略 5 0 %の 半透過ミラ一と、
前記透過率略 5 0 %の半透過ミラーに隣接して配置された全反射ミラーとか らなることを特徴とする請求項 6に記載の結像装置。
8 . 試料の像を複数の結像面に形成するための結像レンズと、
前記複数の結像面を形成するべく光路を分割する光路分割手段と、
前記結像レンズによって結ばれた前記試料の像を撮像するための撮像手段と を有し、
前記撮像手段の撮像面には、 全ての前記結像面が形成され、
前記試料の 2次元画像を光軸方向に異なる複数の観察位置で同時に撮影可能 とすることを特徴とする結像装置。
9 . 請求項 1から請求項 8のいずれか 1項に記載の結像装置を有することを特 徴とする顕微鏡。
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