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JPH05223738A - Measuring device for fluorescent tomographic image - Google Patents

Measuring device for fluorescent tomographic image

Info

Publication number
JPH05223738A
JPH05223738A JP2827692A JP2827692A JPH05223738A JP H05223738 A JPH05223738 A JP H05223738A JP 2827692 A JP2827692 A JP 2827692A JP 2827692 A JP2827692 A JP 2827692A JP H05223738 A JPH05223738 A JP H05223738A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
fluorescence
laser
sample
light
excitation
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.)
Granted
Application number
JP2827692A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP3217107B2 (en
Inventor
Tsutomu Ichimura
勉 市村
Fumio Inaba
稲場文男
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Japan Science and Technology Agency
Original Assignee
Research Development Corp of Japan
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 Research Development Corp of Japan filed Critical Research Development Corp of Japan
Priority to JP02827692A priority Critical patent/JP3217107B2/en
Publication of JPH05223738A publication Critical patent/JPH05223738A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP3217107B2 publication Critical patent/JP3217107B2/en
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Expired - Fee Related legal-status Critical Current

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  • Spectrometry And Color Measurement (AREA)
  • Investigating, Analyzing Materials By Fluorescence Or Luminescence (AREA)
  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)

Abstract

PURPOSE:To observe a fluorescent source distribution image and a fluorescent tomographic image highly accurately by detecting fluorescence which is radiated in direction orthogonal to an excitation laser beam through a light-reception system with a high directivity. CONSTITUTION:For example, a certain section of a sample 61 is irradiated by a laser 60 which consists of diode arrays which are aligned in a straight line for exciting a fluorescent source, thus enabling fluorescence to be radiated in all directions. Fluorescence which is radiated in a direction crossing the excitation laser beam out of the fluorescence is received by an optical system 63 with a high directivity which takes in 0-order light of Fraunhofer's diffraction image which is laid out in a direction crossing the laser 60 for the sample 61 and is detected by a two-dimensional detector 64. Since the laser 60 is excited selectively only on a certain section, it is not excited and is not detected even if there is a fluorescent source on the other section. By sweeping the laser 60 in the direction of an arrow and applying it to each section and then exciting the fluorescent source and detecting a fluorescent image, the distribution of fluorescent image within the sample 61, namely the fluorescent tomographic image can be measured.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は蛍光断層像測定装置に関
するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a fluorescence tomographic image measuring device.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、生体試料等の蛍光表面像を観測す
る装置が開発されている。図14はレーザ励起による試
料表面の反射蛍光像を観測する装置の構成を示す図であ
る。ラットあるいはスナネズミの頭部に小さな穴を開け
て(径1.5cm)大脳皮質を露出させた試料10に対
し、アルゴンレーザ1から発したレーザビームをフィル
タ2、レンズ3、アパーチャ4を通してビーム径を20
μm程度に絞り、スキャンドライバ5で駆動されるXス
キャンミラー6、Yスキャンミラー7によってX軸を1
00Hz,Y軸を1Hzで脳表面の1cm2 の領域を走
査して脳組織中のNADHを励起する。脳表面からの反
射光および蛍光をレンズ11あるいはライトガイドで受
け、励起光カットフィルターを介してフォトマル12に
導く。この時一部の光をハーフミラーを介してフォトマ
ル13で受けて差動アンプ14で両者の出力差を求め、
レーザの出力変動や脳組織の反射、および血液量の変動
等の影響を最小にする補正を行う。検出出力はスキャン
ドライバ5の走査に同期してアナライザ15でサンプリ
ングし、データ処理してヒストグラムディスプレイ16
に表示し、また同様に検出信号はモニタ17に表示し、
蛍光表面像を観測する。また、HeーCdレーザで45
0nm付近で励起し、580nmの発光を検出すること
により細胞内のフラビン蛋白の分布も知ることができ
る。
2. Description of the Related Art Conventionally, a device for observing a fluorescent surface image of a biological sample has been developed. FIG. 14 is a diagram showing the configuration of an apparatus for observing a reflected fluorescence image on the sample surface by laser excitation. A laser beam emitted from an argon laser 1 was passed through a filter 2, a lens 3 and an aperture 4 to a sample 10 in which a small hole (1.5 cm in diameter) was exposed in the head of a rat or a gerbil to expose the cerebral cortex. 20
The X axis is set to 1 by the X scan mirror 6 and the Y scan mirror 7 which are driven by the scan driver 5 by narrowing down to about μm.
A region of 1 cm 2 on the brain surface is scanned at 00 Hz and 1 Hz on the Y axis to excite NADH in the brain tissue. The reflected light and fluorescence from the brain surface are received by the lens 11 or the light guide and guided to the photomultiplier 12 through the excitation light cut filter. At this time, a part of the light is received by the photomultiplier 13 through the half mirror, and the differential amplifier 14 obtains the output difference between the two.
Correction is performed to minimize the effects of laser output fluctuation, brain tissue reflection, and blood volume fluctuation. The detection output is sampled by the analyzer 15 in synchronization with the scan of the scan driver 5, the data is processed, and the histogram display 16 is displayed.
, And the detection signal is also displayed on the monitor 17.
Observe the fluorescent surface image. Also, with He-Cd laser, 45
The distribution of the flavoprotein in the cell can also be known by exciting near 0 nm and detecting the emission at 580 nm.

【0003】図14に示した観測装置は試料表面の蛍光
像を観測するものであるが、試料の深さ方向の蛍光像を
観測するものとして図15に示すような装置が提案され
ている。図15は共焦点方式によるレーザ励起反射蛍光
像観測装置の構成を示す図である。レーザ20からのビ
ームをピンホール21で絞り、これをレンズ22で拡大
平行ビームとし、フィルタ23、ハーフミラー24を介
し、スキャニングユニット25で走査しながらスキャニ
ングビーム26を対物レンズ27の焦点に光を集めて試
料28に照射する。試料の照明スポットからの蛍光はハ
ーフミラー24、フィルタ29を通してレンズ30の後
側焦点面に置かれたピンホール29を通過したものだけ
を検出器30で検出し、検出結果はコンピュータ31で
処理されてCRTディスプレイ32に表示される。な
お、励起レーザ光はフィルタ30でカットされる。試料
の照明スポットとピンホールとは共役関係にあり、予め
コンピュータに入力しておいた焦点深度平面のみを一点
一点スキャンするため、サンプルが一様に励起光をあび
ることはなく、焦点外の信号は完全に排除されて検出さ
れる。従って、手を加えていない組織、生体組織片等の
厚みのあるサンプルも光学的にスライスでき、しかも内
部構造の画質を落とすことはほとんどない。
The observing apparatus shown in FIG. 14 is for observing a fluorescence image on the surface of a sample, and an apparatus as shown in FIG. 15 has been proposed for observing a fluorescence image in the depth direction of a sample. FIG. 15 is a diagram showing the configuration of a laser-excited reflection fluorescence image observation apparatus by the confocal method. The beam from the laser 20 is narrowed down by a pinhole 21 and is expanded into a parallel beam by a lens 22. The scanning beam 26 is focused on an objective lens 27 while scanning with a scanning unit 25 through a filter 23 and a half mirror 24. The sample 28 is collected and irradiated on the sample 28. Only the fluorescence from the illumination spot of the sample passes through the half mirror 24 and the filter 29 and passes through the pinhole 29 placed on the back focal plane of the lens 30, and is detected by the detector 30. The detection result is processed by the computer 31. Is displayed on the CRT display 32. The excitation laser light is cut by the filter 30. Since the illumination spot of the sample and the pinhole are in a conjugate relationship, and only the depth-of-focus plane that was previously input to the computer is scanned point by point, the sample does not uniformly irradiate the excitation light and is out of focus. Signal is completely excluded and detected. Therefore, a thick sample such as an untouched tissue or a biological tissue piece can be optically sliced, and the image quality of the internal structure is hardly deteriorated.

【0004】図16は共焦点方式によるレーザ励起透過
蛍光像観測装置の構成を示す図である。励起用レーザ4
0からのレーザビームを集光レンズ41で焦点に集光し
て試料内の所定深さの一点を照射し、照射スポットを前
側焦点面とする結像レンズ44で検出する。励起光はフ
ィルタ43でカットすることにより、例えば試料内の所
定深さの文字「A」を観察面45で観察することがで
き、レンズ41と44を連動してx,y,z方向に走査
することにより試料42の透過蛍光像を観測することが
できる。
FIG. 16 is a diagram showing the configuration of a laser-excited transmission fluorescence image observation apparatus of the confocal system. Excitation laser 4
The laser beam from 0 is focused on the focal point by the condenser lens 41 to irradiate one point of a predetermined depth in the sample, and the irradiation spot is detected by the imaging lens 44 having the front focal plane. By cutting the excitation light with the filter 43, for example, the character "A" having a predetermined depth in the sample can be observed on the observation surface 45, and the lenses 41 and 44 are interlocked to scan in the x, y, z directions. By doing so, the transmitted fluorescence image of the sample 42 can be observed.

【0005】図17は高指向性受光系を使用したレーザ
励起透過蛍光像観測装置を示す図である。この観測装置
は、本発明者は特願平2ー198759として既に提案
したものであり、レーザ50により試料52を所定の領
域にわたって照射し励起する。所定の領域の照射は、例
えばレーザビーム51を走査することにより行う。レー
ザ励起された試料52の蛍光は、入射光カットフィルタ
54を介して高指向性光学系55で受光され、受光され
た蛍光像は二次元検出器56で検出され、試料52の蛍
光像分布53の透過像が検出される。
FIG. 17 is a diagram showing a laser-excited transmission fluorescence image observation apparatus using a highly directional light receiving system. The present inventor has already proposed this observation device as Japanese Patent Application No. Hei 2-198759, and irradiates a sample 52 with a laser 50 over a predetermined region to excite it. The irradiation of the predetermined area is performed by scanning the laser beam 51, for example. The laser-excited fluorescence of the sample 52 is received by the highly directional optical system 55 via the incident light cut filter 54, the received fluorescence image is detected by the two-dimensional detector 56, and the fluorescence image distribution 53 of the sample 52 is detected. The transmission image of is detected.

【0006】ここで高指向性光学系について説明する。
本発明者は、特願平1−62898号及び特願平1−2
50034号等において、散乱光に混入している平面波
を分離して取り出し、観察するには、平面波のフランフ
ォーファ回折像(エアリーディスク)の0次スペクトル
(エアリーディスクの第1暗輪内の部分が対応する。)
のみを観察するようにすればよく、このようにすること
によって散乱成分を殆ど除くことができることを示し
た。そして、このような観察を実現する高指向性素子と
して、図18のように相互に離れた2つのピンホールP
1 、P2 からなる光学系を提案した。この光学系は、ピ
ンホールP2 を通して0次光を検出器55aで検出する
ものである。
Here, the high directivity optical system will be described.
The inventors of the present invention have filed Japanese Patent Application Nos. 1-62898 and 1-2.
In order to separate and extract the plane wave mixed in the scattered light in No. 50034, the 0th order spectrum of the Franforfer diffraction image (Airy disc) of the plane wave (the portion in the first dark ring of the Airy disc) Corresponds.)
It has been shown that it is only necessary to observe only the scattering component, and by doing so, almost all scattering components can be removed. As a highly directional element that realizes such observation, two pinholes P separated from each other as shown in FIG.
An optical system consisting of 1 and P 2 was proposed. This optical system detects the 0th order light by the detector 55a through the pinhole P 2 .

【0007】また、図19に示すように、直線状の細長
い中空のガラス繊維55bからなっており、その内壁面
には光吸収材、例えばカーボン等の吸収材が塗布されて
いる高指向性光学素子を提案した。このような光学素子
においては、適宜測定対象に応じて開口径と長さを設定
し、光学素子を入射開口径に比して充分長くすれば、高
指向性光学素子に入射した光のうち、光軸に平行な平面
波のみが出射面から取り出せることになる。しかも、こ
のような高指向性光学素子を複数束ねて多光束高指向性
光学系を構成することにより、2次元的に強度分布を有
する平面波のみを取り出せることも提案した。
Further, as shown in FIG. 19, a high directivity optical system which is composed of straight and elongated hollow glass fibers 55b, and whose inner wall surface is coated with a light absorbing material, for example, an absorbing material such as carbon. Proposed element. In such an optical element, if the aperture diameter and length are appropriately set according to the measurement target, and the optical element is made sufficiently longer than the entrance aperture diameter, of the light incident on the highly directional optical element, Only plane waves parallel to the optical axis can be extracted from the exit surface. Moreover, it has been proposed that only a plane wave having a two-dimensional intensity distribution can be taken out by bundling a plurality of such high directional optical elements to form a multi-beam high directional optical system.

【0008】ところで、図18や図19に示したような
高指向性光学素子においては、フランフォーファ回折像
を観察できる距離においては、フランフォーファ回折の
0次の回折像(エアリーディスクの第1暗輪)は、入射
側の開口直径より大きくなり、入射側の開口直径と同じ
大きさの取り出し開口を用いた場合、0次の回折像の一
部しか取り出せず、しかも、観測点を離すほど上記第1
暗輪は大きくなり、取り出し開口より取り出されるエネ
ルギーは小さくなることが分かった。
By the way, in the high directivity optical element as shown in FIG. 18 and FIG. 19, at the distance at which the Franforfer diffraction image can be observed, the 0th order diffraction image of the Franforfer diffraction (the airy disc (1 dark ring) is larger than the entrance-side opening diameter, and when a take-out opening having the same size as the entrance-side opening diameter is used, only part of the 0th-order diffraction image can be taken out, and the observation point is separated. The first above
It was found that the dark ring becomes larger and the energy taken out from the take-out opening becomes smaller.

【0009】そこで、図20に示すように、入口開口P
1 による回折波を凸レンズLに入射させ、その焦点面上
に回折像の第1暗輪に略等しい径を有するピンホールP
2 を配置して、0次の回折像の大部分を取り出すように
することにより、より明るい高指向性光学素子を構成で
きることが分かった。この素子は、ピンホールP2 の径
を入口開口の径以下にすることができるものである。な
お、この場合、入口開口P1 はレンズLの開口P0 自身
であってもよい。
Therefore, as shown in FIG. 20, the inlet opening P
The wave diffracted by 1 is made incident on the convex lens L, and the pinhole P having a diameter substantially equal to the first dark ring of the diffraction image on the focal plane thereof.
It has been found that a brighter highly directional optical element can be constructed by arranging 2 and taking out most of the 0th-order diffraction image. In this element, the diameter of the pinhole P 2 can be made equal to or smaller than the diameter of the inlet opening. In this case, the entrance opening P 1 may be the opening P 0 of the lens L itself.

【0010】図21に示したものは顕微鏡対物レンズか
らなる対物レンズObとその焦点面に配置したピンホー
ルPとからなり、ピンホールPは対物レンズObによる
フランフォーファ回折の0次の回折像のみを通過させる
ものである。
FIG. 21 shows an objective lens Ob consisting of a microscope objective lens and a pinhole P arranged in the focal plane of the microscope. The pinhole P is a zero-order diffraction image of Franforfer diffraction by the objective lens Ob. It is intended to pass only.

【0011】また、図22(a)に別の形態の凸レンズ
GLを示す。これは商品名「セルフォックレンズ」とし
て知られているもので屈折率分布レンズとも呼ばれる。
このレンズは、屈折率が中心軸から周辺に徐々に低下し
ており、凸レンズと同様に集光作用をする。その長さを
適当に選択することにより、焦点面を円筒体の端面に一
致させることができる。このような屈折率分布レンズG
Lの一端の焦点面に、図22(b)に示すように、図2
1の場合と同様なピンホールPを配置してフランフォー
ファ回折の0次の回折像のみを通過させるようにするこ
ともできる。
FIG. 22 (a) shows another form of convex lens GL. This is known as the trade name “SELFOC lens” and is also called a gradient index lens.
The refractive index of this lens gradually decreases from the central axis to the periphery, and acts like a convex lens. By selecting the length appropriately, the focal plane can be made to coincide with the end face of the cylindrical body. Such a gradient index lens G
As shown in FIG. 22B, the focal plane at one end of L
It is also possible to arrange a pinhole P similar to the case of 1 so that only the 0th-order diffraction image of Franforfer diffraction is passed.

【0012】ところで、光ファイバーの中には、多モー
ドファイバー、屈折率分布ファイバー、シングルモード
ファイバー等が知られているが、この中シングルモード
ファイバーはコア径が極めて小さく、入射端のコア端面
に入射した光しか通さず、かつ、軸に対して大きな角度
をなす光は通さない性質を有するものであり、図21な
いし図22(b)のピンホールPの代わりに用いること
ができる。しかも、シングルモードファイバーの口径
は、対物レンズOb又は屈折率分布レンズGLのフラン
フォーファー回折の第1暗輪と一致する値なので、効率
的にフランフォーファ回折の0次の回折像のみを結合し
て伝達させるのに都合がよい。さらに、光ファイバーを
取り出し部に用いるので、その光を任意の場所に導くこ
とができ、配置上有利である。
By the way, among the optical fibers, a multimode fiber, a gradient index fiber, a single mode fiber, etc. are known. Among them, the single mode fiber has an extremely small core diameter and is incident on the core end face at the incident end. It has a property of transmitting only the above-mentioned light and not transmitting the light forming a large angle with respect to the axis, and can be used in place of the pinhole P of FIGS. 21 to 22B. Moreover, since the diameter of the single-mode fiber is a value that matches the first dark ring of the Franforfer diffraction of the objective lens Ob or the gradient index lens GL, only the 0th-order diffraction image of the Franforfer diffraction is efficiently combined. Convenient for transmission. Further, since the optical fiber is used for the take-out portion, the light can be guided to any place, which is advantageous in arrangement.

【0013】図23は対物レンズObの焦点にシングル
モードファイバーSMを配置して高指向性光学素子を構
成した例を示し、図24は屈折率分布レンズGLの一端
の焦点にシングルモードファイバーSMを配置して高指
向性光学素子を構成した例を示す。焦点距離の長いレン
ズの場合、該レンズによるフランフォーファー回折の第
1暗輪をマルチモードのファイバーの口径と同じにする
ことも可能である。例えば、レンズの前に開口を入れ、
その径を小さくして行くと、第1暗輪をマルチモードフ
ァイバーの口径と一致させることができる。このような
場合には、マルチモードファイバーも使用できる。
FIG. 23 shows an example in which a single mode fiber SM is arranged at the focal point of the objective lens Ob to form a high directivity optical element, and FIG. 24 shows a single mode fiber SM at the focal point of one end of the gradient index lens GL. An example in which the high directional optical element is arranged is shown. In the case of a lens having a long focal length, it is possible to make the first dark ring of the Franforfer diffraction by the lens the same as the diameter of the multimode fiber. For example, put an opening in front of the lens,
The diameter of the first dark ring can be made equal to the diameter of the multimode fiber by decreasing the diameter. In such cases, multimode fibers can also be used.

【0014】図25は図22(b)の高指向性光学素子
を多数並列させたもので、枠内に多数の同様な屈折率分
布レンズGLを俵積み状に規則正しく並べ、例えば黒色
シリコン樹脂からなる接着剤Bによって相互に接着する
と共に、隙間を通って光が後ろに漏れないようにする。
このようにして形成された屈折率分布レンズアレイGA
の後ろの面にピンホールアレイPAを密着する。ピンホ
ールアレイPAの各ピンホールは、各屈折率分布レンズ
GLの軸と一致するように設けられている。そのため、
屈折率分布レンズアレイGAの前方から2次元的に強度
分布を有する平面波がこの屈折率分布レンズアレイGA
に入射すると、ピンホールアレイPAの各ピンホールを
通過した光の強度はその分布に従って異なる。したがっ
て、各ピンホールの後ろに別々の光検出器を配置する
か、ピンホールアレイPAの後ろに2次元光強度検出器
を配置することによって、平面波の2次元的強度分布を
測定できる。
FIG. 25 is a diagram in which a large number of the highly directional optical elements of FIG. 22 (b) are arranged in parallel, and a large number of similar gradient index lenses GL are regularly arranged in a bale stack in a frame, for example, from black silicon resin. Adhesive B that adheres to each other and prevents light from leaking back through the gap.
The gradient index lens array GA formed in this way
The pinhole array PA is closely attached to the rear surface of the. Each pinhole of the pinhole array PA is provided so as to coincide with the axis of each gradient index lens GL. for that reason,
A plane wave having a two-dimensional intensity distribution from the front of the gradient index lens array GA is the gradient index lens array GA.
When incident on, the intensity of light passing through each pinhole of the pinhole array PA differs according to its distribution. Therefore, the two-dimensional intensity distribution of the plane wave can be measured by disposing a separate photodetector behind each pinhole or by disposing a two-dimensional photointensity detector behind the pinhole array PA.

【0015】また、図26の多光束高指向性光学系は図
21の高指向性光学素子を多数並列させたものに相当す
るが、この場合、対物レンズを並列に並べる代わりに、
平板マイクロレンズPMを用いている。平板マイクロレ
ンズPMは、例えばフォトリソグラフィクな手法を用い
て、透明板に微小なレンズを規則的にアレイ状に制作す
るか、イオン交換、イオン打ち込み等の手法で屈折率分
布レンズを規則的にアレイ状に制作したものである。そ
して、各微小レンズの焦点の位置に対応してピンホール
を有するピンホールアレイPAを平板マイクロレンズP
Mの焦点面に配置することで、図25の多光束高指向性
光学系と同様の多光束高指向性光学系を構成することが
できる。
Further, the multi-beam high directivity optical system of FIG. 26 corresponds to a large number of high directivity optical elements of FIG. 21 arranged in parallel. In this case, instead of arranging the objective lenses in parallel,
A flat plate microlens PM is used. The flat plate microlens PM is produced by regularly arraying fine lenses on a transparent plate by using, for example, a photolithographic method, or by regularly forming the refractive index distribution lens by a method such as ion exchange or ion implantation. It was made in an array. Then, a pinhole array PA having pinholes corresponding to the focal positions of the respective microlenses is formed into a flat plate microlens P.
By disposing it on the focal plane of M, a multi-beam high directional optical system similar to the multi-beam high directional optical system of FIG. 25 can be configured.

【0016】図27の多光束高指向性光学系は図24の
高指向性光学素子を多数並列させたものに相当する。す
なわち、図25で説明した屈折率分布レンズアレイGA
の後ろの面に、レンズアレイGAの各屈折率分布レンズ
の軸に対応してシングルモードファイバーSMを多数並
べて構成したシングルモードファイバーアレイSAを密
着させたものであり、図25のピンホールアレイPAの
代わりにシングルモードファイバーアレイSAを用いて
同様な作用をするものを構成している。
The multi-beam high directivity optical system shown in FIG. 27 corresponds to a parallel arrangement of a large number of high directivity optical elements shown in FIG. That is, the gradient index lens array GA described with reference to FIG.
The single-mode fiber array SA formed by arranging a large number of single-mode fibers SM corresponding to the axis of each gradient index lens of the lens array GA is adhered to the rear surface of the pin array PD of FIG. A single mode fiber array SA is used in place of the above to construct an element that performs the same operation.

【0017】[0017]

【発明が解決しようとする課題】ところで、図14に示
した反射蛍光像観測装置では主として試料の表面の蛍光
像を観測するもので試料内部の蛍光像を観測するのは困
難である。また、図151、図16に示した共焦点方式
による反射蛍光像、透過蛍光像観測方式によれば試料内
深さ方向に分布した蛍光源分布を観測することができる
が、焦点面を観測しているときに、他の深さに蛍光や散
乱があると混じって観測されてしまい精度のよい観測は
できない。例えば、図16において蛍光像「A」を観測
しているとき、蛍光像「B」に蛍光や散乱があるとどう
してもこれが観測されてしまうため断層像の観測として
は限界があった。また、図17に示した透過蛍光像観測
装置においては試料の三次元蛍光像分布は二次元分布と
してしか検出できない。本発明は上記課題を解決するた
めのもので、蛍光源分布像、蛍光断層像を高精度に観測
することができる蛍光断層像測定装置を提供することを
目的とする。
By the way, the reflection fluorescence image observation apparatus shown in FIG. 14 mainly observes the fluorescence image on the surface of the sample, but it is difficult to observe the fluorescence image inside the sample. Further, according to the confocal method reflected fluorescence image and transmitted fluorescence image observation method shown in FIGS. 151 and 16, it is possible to observe the fluorescence source distribution distributed in the depth direction in the sample, but the focal plane is observed. During this time, if fluorescence or scattering occurs at other depths, they will be mixed and observed, and accurate observation will not be possible. For example, when the fluorescence image “A” is observed in FIG. 16, if the fluorescence image “B” has fluorescence or scattering, it is inevitably observed, and thus there is a limit in observation of the tomographic image. Moreover, in the transmitted fluorescence image observation apparatus shown in FIG. 17, the three-dimensional fluorescence image distribution of the sample can be detected only as a two-dimensional distribution. The present invention is intended to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a fluorescence tomographic image measuring apparatus capable of observing a fluorescence source distribution image and a fluorescence tomographic image with high accuracy.

【0018】[0018]

【課題を解決するための手段】本発明の蛍光断層像測定
装置は、試料に対して励起レーザ光を照射する励起用レ
ーザと、試料に対して励起用レーザと直交する位置に配
置され、励起された蛍光源からの蛍光のうち、少なくと
もフラウンフォーファ回折像の0次光を取り込む高指向
性受光系を介して蛍光を検出する検出器とを備え、励起
用レーザを走査して励起レーザ光に対して直交方向に放
射される蛍光を検出することにより蛍光断層像を測定す
ることを特徴とする。
A fluorescence tomographic image measuring apparatus of the present invention is provided with an excitation laser for irradiating a sample with an excitation laser beam, and a sample arranged at a position orthogonal to the excitation laser for excitation. Of the fluorescence emitted from the fluorescence source, and a detector for detecting the fluorescence through a highly directional light receiving system that captures at least the 0th-order light of the Fraunhofer diffraction image, and scans the excitation laser to generate the excitation laser. The fluorescence tomographic image is measured by detecting fluorescence emitted in a direction orthogonal to the light.

【0019】また本発明の蛍光断層像測定装置は、試料
に対して励起レーザ光を照射する励起用レーザと、試料
に対して励起用レーザと直交する位置に配置され、励起
された蛍光源の蛍光像を結像レンズを介して検出する検
出器とを備え、励起用レーザを走査して励起レーザ光に
対して直交方向に放射される蛍光を検出することにより
蛍光断層像を測定することを特徴とする。
Further, the fluorescence tomographic image measuring apparatus of the present invention comprises an excitation laser for irradiating a sample with an excitation laser beam and a fluorescence source which is arranged at a position orthogonal to the excitation laser for the sample and is excited. A fluorescence tomographic image is measured by including a detector that detects a fluorescence image through an imaging lens, and scanning the excitation laser to detect fluorescence emitted in a direction orthogonal to the excitation laser light. Characterize.

【0020】また本発明は、試料に対して励起レーザ光
を照射する励起用レーザと、試料に対して励起用レーザ
と直交する位置に配置され、励起された蛍光源からの蛍
光のうち、少なくともフラウンフォーファ回折像の0次
光を取り込む高指向性受光系を介して蛍光を検出する試
料を挟んで互いに対向する位置に配置された第1、第2
の検出器とを備え、励起用レーザを走査して試料からの
蛍光を第1、第2の検出器で検出して蛍光断層像を測定
する装置であって、さらに、試料を挟んで励起用レーザ
と反対側の位置に配置され、少なくともフラウンフォー
ファ回折像の0次光を取り込む高指向性受光系を介して
試料を透過する励起レーザ光を検出する励起レーザ光検
出器と、試料からの蛍光と同じ波長のレーザ光を出力す
る蛍光波長レーザと、前記第1または第2の検出器と試
料間に配置され、蛍光波長レーザからのレーザ光を第1
及び第2の検出器へ導くハーフミラーまたはセクタと、
前記第1、第2の検出器出力同士を乗算する乗算器とを
備え、励起レーザ光検出器の検出結果により励起レーザ
光の減衰を求めるとともに、蛍光波長レーザを第1、第
2の検出器で検出したときの乗算器出力により蛍光の減
衰を求め、測定した蛍光断層像の補正をすることを特徴
とする。
Further, according to the present invention, at least the excitation laser for irradiating the sample with the excitation laser beam and at least the fluorescence from the excited fluorescence source arranged at a position orthogonal to the excitation laser with respect to the sample. 1st, 2nd which were arrange | positioned in the position which opposes on both sides of the sample which detects fluorescence via the highly directional light-receiving system which takes in the 0th-order light of a Fraunhofer diffraction image.
And a detector for scanning the excitation laser to detect fluorescence from the sample with the first and second detectors and measure a fluorescence tomographic image. An excitation laser light detector which is arranged at a position opposite to the laser and detects the excitation laser light transmitted through the sample through a highly directional light receiving system that captures at least the 0th-order light of the Fraunhofer diffraction image, and from the sample Of the fluorescence wavelength laser which outputs the laser light of the same wavelength as the fluorescence of the first fluorescence, and the first or second detector and the sample are arranged between the fluorescence wavelength laser and the first laser light.
And a half mirror or sector leading to the second detector,
A multiplier for multiplying outputs of the first and second detectors by each other, the attenuation of the excitation laser light is obtained from the detection result of the excitation laser light detector, and the fluorescence wavelength laser is used as the first and second detectors. It is characterized in that the fluorescence attenuation is obtained from the output of the multiplier at the time of detection, and the measured fluorescence tomographic image is corrected.

【0021】また本発明は、試料に対して励起レーザ光
を照射する励起用レーザと、試料に対して励起用レーザ
と直交する位置で、かつ試料を中心とした円周状に配置
され、励起された蛍光源からの蛍光のうち、少なくとも
フラウンフォーファ回折像の0次光を取り込む高指向性
受光系を介して蛍光を検出する複数の蛍光検出器とを備
え、複数の蛍光検出器を回転走査して蛍光断層像を測定
する装置であって、さらに、試料を挟んで励起用レーザ
と反対側の位置に配置され、少なくともフラウンフォー
ファ回折像の0次光を取り込む高指向性受光系を介して
試料を透過する励起レーザ光を検出する励起レーザ光検
出器と、前記複数の蛍光検出器と同一円周上に配置さ
れ、試料からの蛍光と同じ周波数のレーザ光を出力する
複数の蛍光減衰測定用レーザとを備え、励起レーザ光検
出器の検出結果により励起レーザ光の減衰を求めるとと
もに、蛍光減衰測定用レーザからのレーザ光を前記複数
の蛍光検出器の少なくとも1つで検出して蛍光の減衰を
求め、測定した蛍光断層像の補正をすることを特徴とす
る。
Further, according to the present invention, an exciting laser for irradiating a sample with an exciting laser beam, and a pump arranged at a position orthogonal to the exciting laser with respect to the sample and in a circular shape centered on the sample, are excited. A plurality of fluorescence detectors for detecting fluorescence through a highly directional light receiving system that captures at least the 0th-order light of the Fraunhofer diffraction image among the fluorescence from the generated fluorescence source. A device for measuring a fluorescence tomographic image by rotating and scanning, which is further arranged at a position on the opposite side of the excitation laser with the sample sandwiched therebetween, and is a highly directional light receiving device for taking in at least the 0th order light of the Fraunhofer diffraction image. An excitation laser light detector that detects excitation laser light that passes through the sample through the system, and a plurality that is arranged on the same circumference as the plurality of fluorescence detectors and that outputs laser light of the same frequency as the fluorescence from the sample Fluorescence decay measurement A laser is provided, and the attenuation of the excitation laser light is obtained from the detection result of the excitation laser light detector, and the laser light from the fluorescence attenuation measurement laser is detected by at least one of the plurality of fluorescence detectors to attenuate the fluorescence. Is obtained, and the measured fluorescence tomographic image is corrected.

【0022】また本発明は、試料を中心にした円周上に
配置され、試料に対して励起レーザ光、蛍光減衰測定用
レーザ光を照射するレーザと、試料に対して前記レーザ
と反対側で、かつ前記円周上に配置され、少なくともフ
ラウンフォーファ回折像の0次光を取り込む高指向性受
光系を介して試料を透過する励起レーザ光、蛍光を検出
する複数の検出器とを備え、前記レーザ及び複数の検出
器を回転走査して蛍光断層像を測定する装置であって、
前記複数の検出器の少なくとも1つで励起レーザ光を検
出して励起レーザ光の減衰を求めるとともに、蛍光減衰
測定用レーザ光を検出して蛍光の減衰を求め、測定した
蛍光断層像の補正をすることを特徴とする。
Further, according to the present invention, a laser which is arranged on a circumference centered on the sample and irradiates the sample with an excitation laser beam and a laser beam for fluorescence attenuation measurement, and a sample is provided on the side opposite to the laser. And a plurality of detectors which are arranged on the circumference and which transmits at least the excitation laser light passing through the sample through the highly directional light receiving system for taking in the 0th-order light of the Fraunhofer diffraction image and the fluorescence. A device for measuring a fluorescence tomographic image by rotationally scanning the laser and a plurality of detectors,
The excitation laser light is detected by at least one of the plurality of detectors to determine the attenuation of the excitation laser light, the fluorescence attenuation measurement laser light is detected to determine the fluorescence attenuation, and the measured fluorescence tomographic image is corrected. It is characterized by doing.

【0023】また本発明は、試料を中心にした円周上を
回転走査され、試料に対して励起レーザ光、蛍光減衰測
定用レーザ光を照射するレーザと、試料を中心とし、前
記レーザが回転走査される回転半径よりも大きい半径の
円周上に配置され、少なくともフラウンフォーファ回折
像の0次光を取り込む高指向性受光系を介して試料を透
過する励起レーザ光、蛍光を検出する複数の検出器とを
備え、 前記レーザを回転走査して蛍光断層像を測定す
る装置であって、前記レーザに対向する複数の検出器で
励起レーザ光を検出して励起レーザ光の減衰を求めると
ともに、蛍光減衰測定用レーザ光を検出して蛍光の減衰
を求め、測定した蛍光断層像の補正をすることを特徴と
する。
Further, according to the present invention, a laser which is rotationally scanned on a circumference centered on the sample and irradiates the sample with excitation laser light and laser light for measuring fluorescence attenuation, and the laser is rotated around the sample. The excitation laser light and the fluorescence that pass through the sample are detected through the highly directional light receiving system that is arranged on the circumference having a radius larger than the radius of gyration to be scanned and that takes in at least the 0th-order light of the Fraunhofer diffraction image. An apparatus for measuring a fluorescence tomographic image by rotationally scanning the laser, comprising a plurality of detectors, wherein the plurality of detectors facing the laser detect the excitation laser light to obtain the attenuation of the excitation laser light. At the same time, the laser light for fluorescence attenuation measurement is detected to obtain the fluorescence attenuation, and the measured fluorescence tomographic image is corrected.

【0024】また本発明は、試料に対して励起レーザ光
を照射する励起用レーザと、試料に対して励起用レーザ
と直交する位置で、かつ試料を挟んで対向する位置に配
置された第1、第2の結像レンズと、第1、第2の結像
レンズにより試料の蛍光像がそれぞれ結像される位置に
配置された第1、第2の検出器とを備え、励起用レー
ザ、第1、第2の結像レンズ、及び第1、第2の検出器
を同期して走査し、試料からの蛍光を第1、第2の検出
器で検出して蛍光断層像を測定する装置であって、さら
に、試料を挟んで励起用レーザと反対側の位置に配置さ
れ、少なくともフラウンフォーファ回折像の0次光を取
り込む高指向性受光系を介して試料を透過する励起レー
ザ光を検出する励起レーザ光検出器と、試料からの蛍光
と同じ波長のレーザ光を出力する蛍光波長レーザと、前
記第1または第2の検出器と試料間に配置され、蛍光波
長レーザからのレーザ光を第1及び第2の検出器へ導く
ハーフミラーまたはセクタと、蛍光波長レーザからのレ
ーザ光をハーフミラーまたはセクタを介して直接第1ま
たは第2の検出器の一方の面上に集光する集光レンズ系
と、前記第1、第2の検出器出力同士を乗算する乗算器
とを備え、励起レーザ光検出器の検出結果により励起レ
ーザ光の減衰を求めるとともに、蛍光波長レーザを第
1、第2の検出器で検出したときの乗算器出力により蛍
光の減衰を求め、測定した蛍光断層像の補正をすること
を特徴とする。
Further, according to the present invention, the excitation laser for irradiating the sample with the excitation laser light is arranged at a position orthogonal to the excitation laser with respect to the sample and at a position facing each other with the sample interposed therebetween. An excitation laser, comprising a second imaging lens, first and second detectors arranged at positions where fluorescent images of the sample are respectively formed by the first and second imaging lenses, Device for measuring a fluorescence tomographic image by synchronously scanning the first and second imaging lenses and the first and second detectors and detecting fluorescence from the sample by the first and second detectors Further, the excitation laser light which is arranged at a position opposite to the excitation laser with the sample interposed therebetween and which transmits the sample at least through a highly directional light receiving system for taking in the 0th-order light of the Fraunhofer diffraction image. Excitation laser photodetector that detects light and a laser with the same wavelength as the fluorescence from the sample A fluorescence wavelength laser, a half mirror or a sector arranged between the first or second detector and the sample for guiding the laser light from the fluorescence wavelength laser to the first and second detectors, and a fluorescence wavelength A condenser lens system for condensing laser light from a laser directly on one surface of the first or second detector via a half mirror or a sector and the outputs of the first and second detectors are multiplied. And the attenuation of the excitation laser light based on the detection result of the excitation laser light detector, and the attenuation of the fluorescence due to the multiplier output when the fluorescence wavelength laser is detected by the first and second detectors. It is characterized in that the obtained fluorescence fluorescence tomographic image is corrected.

【0025】また本発明は、試料に対して励起レーザ光
を照射する励起用レーザと、試料に対して励起用レーザ
と直交する位置で、かつ試料を挟んで対向する位置に配
置された第1、第2の無指向性検出器とを備え、励起用
レーザを走査して試料からの蛍光を第1、第2の検出器
で検出して蛍光断層像を測定する装置であって、さら
に、試料を挟んで励起用レーザと反対側の位置に配置さ
れた無指向性の励起レーザ光検出器と、試料からの蛍光
と同じ波長のレーザ光を出力する蛍光波長レーザと、前
記第1または第2の検出器と試料間に配置され、蛍光波
長レーザからのレーザ光を第1及び第2の検出器へ導く
ハーフミラーまたはセクタと、前記第1、第2の検出器
出力同士を乗算する乗算器とを備え、励起レーザ光検出
器の検出結果により励起レーザ光の減衰を求めるととも
に、蛍光波長レーザを第1、第2の検出器で検出したと
きの乗算器出力により蛍光の減衰を求め、測定した蛍光
断層像の補正をすることを特徴とする。
Further, according to the present invention, the excitation laser for irradiating the sample with the excitation laser light is arranged at a position orthogonal to the excitation laser with respect to the sample and at a position opposed to the sample with the sample interposed therebetween. A device for measuring a fluorescence tomographic image by scanning the excitation laser and detecting fluorescence from the sample by the first and second detectors. An omnidirectional excitation laser light detector arranged at a position opposite to the excitation laser with the sample interposed therebetween, a fluorescence wavelength laser for outputting laser light having the same wavelength as the fluorescence from the sample, and the first or first Multiplying a half mirror or sector arranged between the second detector and the sample, which guides the laser light from the fluorescence wavelength laser to the first and second detectors, and the outputs of the first and second detectors. Equipped with a detector, depending on the detection result of the excitation laser light detector The attenuation of the fluorescence laser light is obtained, and the attenuation of the fluorescence is obtained by the output of the multiplier when the fluorescence wavelength laser is detected by the first and second detectors, and the measured fluorescence tomographic image is corrected. ..

【0026】[0026]

【作用】本発明は、試料に対して照射する励起レーザ光
と直交する位置に蛍光検出器を配置し、目的とする蛍光
像以外の蛍光や散乱の影響を少なくして蛍光断層像を測
定するものである。特に、試料を挟んで対向する位置
に、試料からの蛍光を検出する一対の検出器を配置して
蛍光断層像を測定し、さらに、試料を透過した励起レー
ザ光を検出して励起レーザ光の減衰を求める。また、試
料からの蛍光と同じ波長のレーザ光を出力する蛍光波長
レーザからの出力を、ハーフミラーまたはセクタを介し
て前記一対の検出器で検出し、この検出出力を乗算器で
乗算すると、減衰は指数函数的に生ずるため、蛍光波長
レーザ光の光路は蛍光断層像測定時の蛍光光路と同じと
なり、蛍光の減衰が求められ、これら励起光の減衰、蛍
光の減衰により測定した蛍光断層像の補正をすることが
できる。
According to the present invention, a fluorescence detector is arranged at a position orthogonal to the excitation laser beam for irradiating the sample, and the influence of fluorescence or scattering other than the intended fluorescence image is reduced to measure the fluorescence tomographic image. It is a thing. In particular, a pair of detectors for detecting the fluorescence from the sample are arranged at positions facing each other across the sample to measure a fluorescence tomographic image, and further, the excitation laser light transmitted through the sample is detected to detect the excitation laser light. Calculate the damping. Also, the output from the fluorescence wavelength laser that outputs the laser light of the same wavelength as the fluorescence from the sample is detected by the pair of detectors via the half mirror or the sector, and when the detection outputs are multiplied by the multiplier, the attenuation occurs. Is generated exponentially, the optical path of the fluorescence wavelength laser light becomes the same as the fluorescence optical path at the time of fluorescence tomographic image measurement, and the attenuation of fluorescence is required. You can make corrections.

【0027】[0027]

【実施例】図1は本発明のレーザ照射直交方向高指向性
受光系による蛍光断層像測定装置の構成を示す図であ
る。本実施例は高指向性受光系を使用して検出するよう
にしたものであり、例えば直線状に並べられたダイオー
ドアレイからなるレーザ60により試料61を照射し、
試料61に対してレーザ60と直交方向に配置された高
指向性受光系63により蛍光像を受光する。すなわち、
レーザ60により試料のある断面を照射して蛍光源を励
起すると、蛍光は四方に放射されるが、このうち励起レ
ーザ光と直交する方向に放射された蛍光を高指向性受光
系63を通して二次元検出器64で検出する。レーザは
ある断面のみ選択的に励起するので他の断面に蛍光源が
あってもこれが励起されることがなく、検出されること
はない。レーザ60を図の矢印方向に走引して各断面に
レーザ光を照射して蛍光源を励起し、蛍光像を検出する
ことにより試料内の蛍光像分布、即ち蛍光断層像を測定
することができる。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS FIG. 1 is a diagram showing the configuration of a fluorescence tomographic image measuring apparatus using a laser irradiation orthogonal direction high directional light receiving system of the present invention. In this embodiment, detection is performed using a highly directional light receiving system. For example, a sample 61 is irradiated with a laser 60 composed of a diode array linearly arranged,
A fluorescence image is received by a highly directional light receiving system 63 arranged in the direction orthogonal to the laser 60 with respect to the sample 61. That is,
When a certain cross section of the sample is irradiated by the laser 60 to excite the fluorescence source, the fluorescence is radiated in all directions. Of these, the fluorescence emitted in the direction orthogonal to the excitation laser light is two-dimensionally passed through the highly directional light receiving system 63. It is detected by the detector 64. Since the laser selectively excites only a certain cross section, even if there is a fluorescence source in another cross section, it is not excited and is not detected. It is possible to measure the fluorescence image distribution in the sample, that is, the fluorescence tomographic image, by running the laser 60 in the direction of the arrow in the figure, irradiating each section with laser light to excite the fluorescence source, and detecting the fluorescence image. it can.

【0028】図2は本発明のレーザ照射直交方向結像レ
ンズ受光系による蛍光断層像測定装置の構成を示す図で
ある。本実施例は結像光学系を使用して検出するように
したものであり、図1と同様に試料61に対してレーザ
60と直交方向に配置した検出器で検出する。すなわ
ち、レーザ60からのレーザ光で励起されたある断面の
蛍光像62は、直交方向に配置された結像レンズ70で
観察面71に結像されて検出される。本実施例において
はレーザ60を走引したときに、これと同期して結像レ
ンズ70も走引することにより試料の各断面における蛍
光像を検出し、試料内の蛍光像分布を測定することがで
きる。
FIG. 2 is a view showing the arrangement of a fluorescence tomographic image measuring apparatus using the laser irradiation orthogonal direction imaging lens light receiving system of the present invention. In the present embodiment, detection is performed using an imaging optical system, and detection is performed by a detector arranged in the direction orthogonal to the laser 60 with respect to the sample 61 as in FIG. That is, the fluorescence image 62 of a certain cross section excited by the laser light from the laser 60 is imaged and detected on the observation surface 71 by the imaging lens 70 arranged in the orthogonal direction. In the present embodiment, when the laser 60 is swept, the imaging lens 70 is also swept in synchronization with this to detect the fluorescent image in each cross section of the sample and measure the fluorescent image distribution in the sample. You can

【0029】ところで、図1、図2に示した方法におい
て、レーザから発した励起光は蛍光源を励起するまでに
減衰し、また蛍光源から発した蛍光は検出器に到達する
までに減衰する。図3(a)に示すように、レーザ70
より波長λ1 の励起レーザ光を試料71に対して照射
し、レーザ70に対して直交方向に配置した検出器72
で波長λ2の蛍光を検出する場合を考える。検出器アレ
イの並んでいる方向がx方向であり、例えば波長λ1
励起レーザ光が減衰して図3(b)の曲線73のように
なり、波長λ2 の蛍光が減衰して図3(c)の曲線74
のようになり、その結果、励起光、蛍光とも減衰なしの
とき得られるデータが図4(d)の曲線75である場
合、測定投影データは曲線76のように減衰する。
By the way, in the method shown in FIGS. 1 and 2, the excitation light emitted from the laser is attenuated before exciting the fluorescence source, and the fluorescence emitted from the fluorescence source is attenuated before reaching the detector. .. As shown in FIG. 3A, the laser 70
A detector 72 that irradiates the sample 71 with excitation laser light of wavelength λ 1 and that is arranged in a direction orthogonal to the laser 70
Consider the case where fluorescence of wavelength λ 2 is detected at. The direction in which the detector arrays are arranged is the x direction, and, for example, the excitation laser light of wavelength λ 1 is attenuated to form a curve 73 in FIG. 3B, and the fluorescence of wavelength λ 2 is attenuated. Curve 74 of (c)
As a result, when the data obtained when neither excitation light nor fluorescence is attenuated is the curve 75 of FIG. 4D, the measured projection data is attenuated as the curve 76.

【0030】すなわち、図4(a)に示すように強度が
Iλ1 であった励起レーザ光は所定距離の伝播により曲
線73のように指数関数的に減衰し、また図4(b)に
示すように、強度がIλ2 であった蛍光は検出器に到達
するときには曲線74のように減衰し、その結果、図4
(c)に示すように、減衰がない場合に得られるはずの
データ75は曲線76のように減衰してしまう。このよ
うに、試料に対して励起光と検出系とを直交配置しても
励起光の減衰と蛍光の減衰を考慮しなければ、より正確
な蛍光分布像、蛍光断層像を測定することはできない。
このような減衰は、励起光、蛍光ともに試料内における
吸収、散乱によって生じ、指数関数的に減衰する。
That is, the pump laser light whose intensity is Iλ 1 as shown in FIG. 4A is exponentially attenuated as shown by a curve 73 by propagation of a predetermined distance, and as shown in FIG. 4B. Thus, the fluorescence having the intensity of Iλ 2 is attenuated as shown by the curve 74 when it reaches the detector, and as a result, as shown in FIG.
As shown in (c), the data 75 that should be obtained when there is no attenuation is attenuated as shown by the curve 76. As described above, even if the excitation light and the detection system are orthogonally arranged with respect to the sample, a more accurate fluorescence distribution image and fluorescence tomographic image cannot be measured unless the attenuation of the excitation light and the fluorescence are considered. ..
Such attenuation is caused by absorption and scattering in the sample for both excitation light and fluorescence, and is exponentially attenuated.

【0031】図5は高指向性受光系を使用し、励起光、
蛍光の減衰を補正するようにした本発明の高指向性受光
系蛍光断層像測定装置の構成を示す図である。例えば、
直線状に並べられたダイオードアレイからなる波長λ1
のレーザ光を発する励起用レーザ80を励起用光源とし
て使用し、これを走査して試料81をスライスして照射
励起する。試料81に対して励起用レーザ80と直交方
向に試料を挟んで一対の高指向性受光系82a、82
b、二次元検出器83a、83b、蛍光波長透過フィル
タ84a、84bを配置し、また試料81を挟んで励起
用レーザ80と対向する位置に蛍光波長カットフィルタ
84c、高指向性受光系82c、二次元検出器83cを
配置する。
FIG. 5 uses a highly directional light receiving system,
It is a figure which shows the structure of the highly directional light-receiving system fluorescence tomographic image measurement apparatus of this invention which correct | amends the attenuation of fluorescence. For example,
Wavelength λ 1 consisting of linearly arranged diode arrays
The excitation laser 80 that emits the laser light of 1 is used as the excitation light source, and this is scanned and the sample 81 is sliced and excited by irradiation. A pair of high-directivity light receiving systems 82a, 82 sandwiching the sample in a direction orthogonal to the excitation laser 80 with respect to the sample 81.
b, the two-dimensional detectors 83a and 83b, and the fluorescence wavelength transmission filters 84a and 84b are arranged, and the fluorescence wavelength cut filter 84c, the highly directional light receiving system 82c, and the two are disposed at positions facing the excitation laser 80 with the sample 81 interposed therebetween. The dimension detector 83c is arranged.

【0032】励起用レーザ80で波長λ1 のレーザ光を
照射すると、レーザが照射された断面における蛍光源が
励起されて、波長λpの蛍光が四方に発っせられ、蛍光
波長透過フィルタ84a、84bを透過し、それぞれ高
指向性受光系82a、82bで蛍光像が受光されて二次
元検出器83a、83bで蛍光像85a、85bとして
検出される。一方、高指向性受光系82cには蛍光波長
カットフィルタで波長λpの蛍光がカットされ、励起レ
ーザ光のうち試料を透過した波長λ1 の光が受光され、
二次元検出器83cで像85cとして検出される。
When laser light of wavelength λ 1 is irradiated by the excitation laser 80, the fluorescence source in the cross section irradiated with the laser is excited and fluorescence of wavelength λp is emitted in all directions, and the fluorescence wavelength transmission filters 84a and 84b. And the fluorescent images are received by the highly directional light receiving systems 82a and 82b, respectively, and are detected as fluorescent images 85a and 85b by the two-dimensional detectors 83a and 83b. On the other hand, in the highly directional light receiving system 82c, the fluorescence having the wavelength λp is cut by the fluorescence wavelength cut filter, and the light having the wavelength λ 1 which has passed through the sample among the excitation laser light is received.
An image 85c is detected by the two-dimensional detector 83c.

【0033】図3、図4で説明したように、蛍光像85
a、85b及び励起光像85cはそれぞれその伝播光路
において減衰を受ける。励起光についての指数関数的減
衰は、励起用レーザ80における出射光強度が既知であ
り、二次元検出器83a、83bにより蛍光源の位置が
分かれば出射位置から蛍光源までの距離が分かるので、
二次元検出器83cにおける測定値より減衰量を算出す
ることができる。なお、通常試料は極く薄いものを対象
としているので、二次元検出器83cにおける減衰量を
もって蛍光源までの減衰量としてもよい。
As described with reference to FIGS. 3 and 4, the fluorescent image 85
Each of a, 85b and the excitation light image 85c is attenuated in its propagation optical path. For the exponential decay of the excitation light, the intensity of the emitted light in the excitation laser 80 is known, and if the position of the fluorescence source is known by the two-dimensional detectors 83a and 83b, the distance from the emission position to the fluorescence source can be known.
The amount of attenuation can be calculated from the measurement value of the two-dimensional detector 83c. Since the sample is usually an extremely thin sample, the attenuation amount in the two-dimensional detector 83c may be used as the attenuation amount up to the fluorescence source.

【0034】一方、蛍光は四方に放射されるために距離
の2乗に反比例して小さくなると共に、吸収や散乱で指
数関数的に減衰する。そこで、図6に示すように、二次
元検出器間の距離をL、二次元検出器3aと蛍光源81
aまでの距離をx1 、蛍光源における蛍光強度をI0
減衰係数をμλp (x)とすると、二次元検出器83
a、83bで検出される蛍光強度I1 、I2 はそれぞ
れ、 I1 =(I0 /x1 2)exp(−∫0 x1μλp ・dx) I2 =(I0 /(L−x12 )exp(−∫x1 L μλp ・dx) となり、乗算器92で得られる乗算値は、 I1 ×I2 =Kexp(−∫0 x1μλp ・dx)・exp(−∫x1 L μλp ・dx) =Kexp(−∫0 L μλp ・dx) ………………………(1) となる。ここに、K=I0 2 /x1 2(L−x12 で、
1 は励起用レーザの位置により決まる値である。
On the other hand, since the fluorescence is emitted in all directions, the fluorescence becomes small in inverse proportion to the square of the distance, and is attenuated exponentially by absorption and scattering. Therefore, as shown in FIG. 6, the distance between the two-dimensional detectors is L, the two-dimensional detector 3a and the fluorescent light source 81 are
the distance to a is x 1 , the fluorescence intensity at the fluorescence source is I 0 ,
If the attenuation coefficient is μλ p (x), the two-dimensional detector 83
a, respectively fluorescence intensity I 1, I 2 detected by 83b, I 1 = (I 0 / x 1 2) exp (-∫ 0 x1 μλ p · dx) I 2 = (I 0 / (L-x 1) 2) exp (-∫ x1 L μλ p · dx) , and the multiplication value obtained by the multiplier 92, I 1 × I 2 = Kexp (-∫ 0 x1 μλ p · dx) · exp (-∫ x1 L μλ p · dx) = Kexp (−∫ 0 L μλ p · dx) ……………………… (1). Where K = I 0 2 / x 1 2 (L−x 1 ) 2
x 1 is a value determined by the position of the excitation laser.

【0035】そこで、蛍光源からの蛍光波長と同じ波長
λpを有する蛍光波長レーザ90より、レーザ光をハー
フミラーまたはセクタ91により、一方を直接高指向性
受光系82a、二次元検出器83aへ、他方を試料81
を通して高指向性受光系82b、二次元検出器83bへ
照射する。ハーフミラーの位置をx2 の位置としたと
き、各検出器での検出値I1 ´、I2 ´は、 I1 ´=aI0 exp(−∫0 x2μλp ・dx) I2 ´=aI0 exp(−∫x2 L μλp ・dx) となる。ただしハーフミラーのときa=1/2,セクタ
のときa=1である。乗算器92で得られる乗算値は、 I1 ´×´I2 =(aI0 )2exp(−∫0 x2μλp ・dx)・exp(−∫x2 L μλp ・dx) =(aI0 )2exp(−∫0 L μλp ・dx) となり、 exp(−∫0 L μλp ・dx)=I1 ´×´I2 /(aI0 )2 ……(2) として求められる。ここでaI0 は既知であるので、
(2)式より蛍光波長レーザ90を用いたときの検出出
力を出力乗算器92で乗算することにより、(1)式で
示される実際の測定時の減衰量を求めることができる。
Therefore, from the fluorescence wavelength laser 90 having the same wavelength λp as the fluorescence wavelength from the fluorescence source, one of the laser beams is directly transmitted to the high directivity light receiving system 82a and the two-dimensional detector 83a by the half mirror or the sector 91. The other is sample 81
The high-directivity light receiving system 82b and the two-dimensional detector 83b are irradiated through. When the position of the half mirror is set to the position of x 2 , the detection values I 1 ′ and I 2 ′ at each detector are I 1 ′ = aI 0 exp (−∫ 0 x2 μλ p · dx) I 2 ′ = aI 0 becomes exp (-∫ x2 L μλ p · dx). However, a = 1/2 for a half mirror and a = 1 for a sector. Multiplication value obtained by the multiplier 92, I 1 '×'I 2 = (aI 0) 2 exp (-∫ 0 x2 μλ p · dx) · exp (-∫ x2 L μλ p · dx) = (aI 0 ) 2 exp (-∫ 0 L μλ p · dx) , and the obtained as exp (-∫ 0 L μλ p · dx) = I 1 '×'I 2 / (aI 0) 2 ...... (2). Since aI 0 is known here,
By multiplying the detection output when the fluorescence wavelength laser 90 is used by the expression (2) by the output multiplier 92, the attenuation amount at the time of actual measurement shown by the expression (1) can be obtained.

【0036】したがって、励起光の減衰量、蛍光の減衰
量を求めて実際の測定値を補正することにより、正確な
蛍光源分布像、蛍光断層像を測定することが可能とな
る。
Therefore, it is possible to accurately measure the fluorescence source distribution image and the fluorescence tomographic image by obtaining the excitation light attenuation amount and the fluorescence attenuation amount and correcting the actual measurement values.

【0037】図7は励起用レーザと蛍光検出器とを直交
配置し、減衰補正を行って蛍光断層像を測定するように
した実施例を示す図である。
FIG. 7 is a diagram showing an embodiment in which an excitation laser and a fluorescence detector are arranged orthogonally to each other and attenuation correction is performed to measure a fluorescence tomographic image.

【0038】試料106を中心にして円形状に励起用レ
ーザ100、複数の蛍光減衰測定用レーザ101、複数
の検出器102を配置し、また高指向性受光系を使用し
た二次元検出器105を試料106に対して励起用レー
ザ100と反対側に配置する。蛍光断層像は励起用レー
ザ100で試料106を励起し、励起レーザ光に対して
直交方向に出る蛍光を検出器102で検出し、順次励起
用レーザ100、検出器102を時計方向に回転走査す
ることにより、蛍光断層像を求める。
A two-dimensional detector 105, in which a laser for excitation 100, a plurality of lasers for measuring fluorescence decay 101, and a plurality of detectors 102 are arranged in a circular shape around a sample 106, and a highly directional light receiving system is used, is provided. It is arranged on the side opposite to the excitation laser 100 with respect to the sample 106. In the fluorescence tomographic image, the sample 106 is excited by the excitation laser 100, the fluorescence emitted in the direction orthogonal to the excitation laser light is detected by the detector 102, and the excitation laser 100 and the detector 102 are sequentially rotated in the clockwise direction. Thus, a fluorescence tomographic image is obtained.

【0039】励起光の減衰は、高指向性受光系103で
受光し、蛍光波長カットフィルタ104で蛍光成分をカ
ットして励起レーザ光のみを二次元検出器105で検出
することにより求める。一方、蛍光の減衰は、蛍光減衰
測定用レーザ101で同じ波長の蛍光を発してこれを対
向する検出器で検出すれば、円形配置の直径に相当する
光路における減衰が求められ、これは断層像測定時の蛍
光の光路と同じであり、求めた減衰より測定断層像を補
正することができる。
The attenuation of the excitation light is obtained by receiving the light with the highly directional light receiving system 103, cutting the fluorescence component with the fluorescence wavelength cut filter 104, and detecting only the excitation laser light with the two-dimensional detector 105. On the other hand, as for the fluorescence attenuation, if fluorescence of the same wavelength is emitted by the fluorescence attenuation measurement laser 101 and detected by the opposing detector, the attenuation in the optical path corresponding to the diameter of the circular arrangement is obtained, and this is the tomographic image. It is the same as the optical path of fluorescence at the time of measurement, and the measured tomographic image can be corrected from the obtained attenuation.

【0040】図8は高指向性受光系を使用したRーR
(RotationーRotation)撮影方式によ
る蛍光断層像測定装置の実施例を示す図である。本実施
例においては、励起用・減衰測定用レーザ110と、フ
ィルタ111を前面に設けた高指向性検出器112とを
試料113を中心にして円形状に配置し、励起用・減衰
測定用レーザ110及び高指向性検出器112を、例え
ば時計方向に回転して断層像を撮影するようにしたもの
である。蛍光断層像の撮影は励起用レーザ(波長λε)
を試料に照射し、レーザ及び検出器を回転させて各位置
において試料からの蛍光(波長λp)を検出することに
より行う。励起光の減衰は、励起用レーザ光を反対側の
検出器で検出することにより求め、蛍光の減衰は、減衰
測定用レーザで波長λpの蛍光を発して、反対側の検出
器で検出することにより、図7の場合と同様に求められ
る。
FIG. 8 shows an RR using a highly directional light receiving system.
It is a figure which shows the Example of the fluorescence tomographic image measuring apparatus by the (Rotation-Rotation) imaging system. In the present embodiment, the excitation / attenuation measurement laser 110 and the highly directional detector 112 provided with a filter 111 on the front surface are arranged in a circular shape with the sample 113 as the center, and the excitation / attenuation measurement laser is used. The 110 and the high directivity detector 112 are rotated clockwise, for example, to capture a tomographic image. An excitation laser (wavelength λε) is used to capture a fluorescence tomographic image.
Is irradiated to the sample, the laser and the detector are rotated, and the fluorescence (wavelength λp) from the sample is detected at each position. The excitation light attenuation is obtained by detecting the excitation laser light with the detector on the opposite side, and the fluorescence attenuation is detected by emitting the fluorescence of wavelength λp with the attenuation measurement laser and detecting with the detector on the opposite side. Is obtained in the same manner as in the case of FIG.

【0041】図9は指向方向可変な高指向性受光系を使
用したRーR撮影方式による蛍光断層像測定装置の実施
例を示す図である。本実施例においては、直線状に並べ
たダイオードアレイ等からなる励起用・減衰測定用レー
ザ120を試料122を中心に回転可能に配置し、その
外側に試料122を中心として円形状にフィルタ123
を配置し、その外側に指向方向が可変な高指向性受光系
124を配置する。例えば、図のようにレーザ120よ
り平行ビーム121が発っせられたとき、平行ビームを
受光する受光素子(図の範囲Aに属するもの)は平行ビ
ーム121の方向を指向するように制御され、一方、蛍
光は試料より四方に放射されるので、これを受光する素
子は試料方向を向くように制御される。
FIG. 9 is a diagram showing an embodiment of a fluorescence tomographic image measuring apparatus by the RR imaging system using a highly directional light receiving system whose directionality is variable. In this embodiment, a laser for excitation / attenuation measurement 120 composed of a linearly arranged diode array or the like is rotatably arranged around a sample 122, and a circular filter 123 around the sample 122 is arranged outside thereof.
Is arranged, and a highly directional light receiving system 124 whose directional direction is variable is arranged outside thereof. For example, when the parallel beam 121 is emitted from the laser 120 as shown in the figure, the light receiving element (which belongs to the range A in the figure) for receiving the parallel beam is controlled so as to direct in the direction of the parallel beam 121. , Fluorescence is emitted from the sample in all directions, so that the element that receives this is controlled so as to face the sample.

【0042】このような構成において、試料の蛍光断層
像は、レーザ120を回転させながら励起レーザ光を試
料122に照射し、フィルタ123を介して高指向性受
光系124で試料からの蛍光を受光することにより測定
される。励起レーザ光の減衰は、フィルタ123を蛍光
カットフィルタとして反対側の高指向性受光系で受光す
ることにより求め、また蛍光の減衰は、減衰測定用レー
ザ光を、反対側の高指向性受光系で検出することにより
図7の場合と同様に求められる。
In such a structure, the fluorescence tomographic image of the sample irradiates the sample 122 with the excitation laser light while rotating the laser 120, and the fluorescence from the sample is received by the highly directional light receiving system 124 via the filter 123. It is measured by The attenuation of the excitation laser light is obtained by receiving the filter 123 as a fluorescence cut filter by the high-directional light receiving system on the opposite side, and the attenuation of the fluorescence is obtained by using the attenuation measuring laser light on the high-directional light receiving system on the opposite side. It can be obtained in the same manner as in the case of FIG.

【0043】図10はレンズ結像系を使用し、励起光、
蛍光の減衰を補正するようにした本発明のレンズ結像系
蛍光断層像測定装置の構成を示す図である。例えば、直
線状に並べられたダイオードアレイからなる波長λ1
レーザ光を発する励起用レーザ130を励起用光源とし
て使用し、これを走査して試料131をスライスして励
起する。試料131に対して励起用レーザ130と直交
方向に試料を挟んで一対の結像レンズ132a、132
bを配置し、蛍光像を蛍光波長透過フィルタ133a、
133bを通して検出器134a、134bの面上に結
像して検出する。なお、励起用レーザを走査したときに
は、これと同期して結像レンズも走査する必要がある。
FIG. 10 uses a lens imaging system to generate excitation light,
It is a figure which shows the structure of the lens imaging system fluorescence tomographic image measuring apparatus of this invention which correct | amends the attenuation of fluorescence. For example, a pumping laser 130 that emits laser light having a wavelength λ 1 and is composed of linearly arranged diode arrays is used as a pumping light source, and this is scanned to slice and excite a sample 131. A pair of image forming lenses 132a and 132a sandwiching the sample in a direction orthogonal to the excitation laser 130 with respect to the sample 131.
b, and the fluorescence image is transmitted through the fluorescence wavelength transmission filter 133a,
An image is formed on the surfaces of the detectors 134a and 134b through the 133b and detected. When scanning the excitation laser, it is necessary to scan the imaging lens in synchronization with the scanning.

【0044】励起光の減衰は、試料を透過した励起光を
蛍光波長カットフィルタ133cを介して高指向性受光
系135で受光し、二次元検出器134cで検出すれ
ば、検出器134a、134bで励起光方向の蛍光像位
置が分かるので求められる。
The excitation light is attenuated by the detectors 134a and 134b when the excitation light transmitted through the sample is received by the highly directional light receiving system 135 via the fluorescence wavelength cut filter 133c and detected by the two-dimensional detector 134c. It can be obtained because the position of the fluorescence image in the excitation light direction can be known.

【0045】一方、蛍光の減衰は、減衰補正用レーザ1
36から、試料からの蛍光と同じ波長のレーザ光をレン
ズ137、ハーフミラー137を通して、一方は試料
に、他方は検出器134aへ導く。このとき、レンズ1
37の後側焦点面を、結像レンズ132aに対して試料
の蛍光像位置と共役関係とすることにより、減衰測定用
レーザ光を試料の蛍光像位置に集光し、これをレンズ1
32bで検出器134b上に結像して検出する。また、
検出器134aへ導く光については、図の破線で示すレ
ンズ139を挿入して検出器134aの検出面をレンズ
137の後側焦点面と共役関係にして検出する。このよ
うにすることにより、実際の測定時の蛍光の光路と同じ
光路を通った同一波長のレーザ光を検出することができ
るので、この検出出力を乗算器140で乗算することに
より、図6で説明したように蛍光の減衰を求めることが
できる。
On the other hand, the fluorescence is attenuated by the laser 1 for attenuation correction.
From 36, a laser beam having the same wavelength as the fluorescence from the sample is guided to the sample through the lens 137 and the half mirror 137 and the other to the detector 134a. At this time, lens 1
By making the rear focal plane of 37 conjugate with the fluorescent image position of the sample with respect to the imaging lens 132a, the laser light for attenuation measurement is focused on the fluorescent image position of the sample, and this is used as the lens 1
At 32b, an image is formed on the detector 134b and detected. Also,
The light guided to the detector 134a is detected by inserting the lens 139 indicated by the broken line in the figure so that the detection surface of the detector 134a is in a conjugate relationship with the rear focal plane of the lens 137. By doing so, it is possible to detect the laser light of the same wavelength that has passed the same optical path as the fluorescent optical path at the time of actual measurement. Therefore, by multiplying this detection output by the multiplier 140, the result in FIG. The fluorescence decay can be determined as described.

【0046】図11は無指向性受光系を使用して励起
光、蛍光の減衰補正をするようにした蛍光断層像測定装
置の実施例を示す図である。励起用レーザ(波長λ1
150からのレーザ光を試料151のある断面に照射す
ると、励起された蛍光源からの蛍光が周囲に拡散する。
これを試料に対して励起用レーザと直交方向に配置した
1対の二次元検出器153a、153bによって蛍光波
長透過フィルタを介して検出すると、例えば、文字
「A」の蛍光像が検出される。励起用レーザ150を走
査することにより、各スライスレベルでの蛍光断層像が
観察される。
FIG. 11 is a diagram showing an embodiment of a fluorescence tomographic image measuring apparatus in which an omnidirectional light receiving system is used to perform attenuation correction of excitation light and fluorescence. Excitation laser (wavelength λ 1 )
When the laser light from 150 is irradiated to a certain cross section of the sample 151, the fluorescence from the excited fluorescence source diffuses to the surroundings.
When this is detected through the fluorescence wavelength transmission filter by the pair of two-dimensional detectors 153a and 153b arranged in the direction orthogonal to the excitation laser with respect to the sample, for example, the fluorescence image of the character "A" is detected. By scanning the excitation laser 150, a fluorescence tomographic image at each slice level is observed.

【0047】励起光の減衰は、試料を透過した光のうち
蛍光波長カットフィルタ152cで蛍光をカットし、励
起用レーザに対向した二次元検出器153cでレーザ光
を検出すればレーザから検出器に至るまでの減衰が求め
られ、一方、検出器153a、153bにより蛍光像の
位置が分かるので蛍光源までの減衰を求めることができ
る。
When the excitation light is attenuated, the fluorescence wavelength cut filter 152c cuts the fluorescence from the light transmitted through the sample, and the laser light is detected by the two-dimensional detector 153c facing the excitation laser. Attenuation up to this point is obtained, and on the other hand, since the position of the fluorescence image is known by the detectors 153a and 153b, the attenuation up to the fluorescence source can be obtained.

【0048】蛍光の減衰は、レーザ154から発っせら
れる蛍光と同じ波長のレーザ光をハーフミラーまたはセ
クタ155を介して、一方を検出器153aで、他方を
検出器153bで検出する。
For the attenuation of the fluorescence, one is detected by the detector 153a and the other is detected by the detector 153b through the half mirror or the sector 155 of the laser light having the same wavelength as the fluorescence emitted from the laser 154.

【0049】図12に示すように試料中心から各検出器
までの距離をR、蛍光源の位置を試料中心からx、試料
長さをLとし、RはLよりも充分大きい、蛍光源の
距離Rによる減衰は、図13に示すように、試料の外側
より始まり、試料内では一定と仮定し、蛍光源ρ(x)
の試料内での吸収と散乱による減衰係数をμp (x) と
し、検出器153a、153bで検出される蛍光強度を
1 、I2 とすると、 I1 =ρ(x)・exp(−∫x L/2 μp (x)・dx)/(R−x)22 =ρ(x)・exp(−∫-x L/2 μp (x)・dx)/(R+x)2 試料の大きさLは、検出器の距離Rに比べてL<<Rで
あり、x≦LであるからI1 およびI2 は I1 ≒ρ(x)・exp(−∫x L/2 μp (x)・dx)/R2 2 ≒ρ(x)・exp(−∫-x L/2 μp (x)・dx)/R2 無指向性検出器の出力積は、 I1 ×I2 ≒ρ2(x)・exp(−∫-L/2 L/2μp (x)・dx)/R4 ここに、exp(−∫-L/2 L/2μp (x)・dx)は試料の大
きさで決まり、レーザ154からの強度既知のレーザ光
を、検出器153a、153bで検出すればその減衰値
より求められる。こうして励起光の減衰、蛍光の減衰が
分かるので、同様に測定した蛍光断層像の補正を行うこ
とができる。
As shown in FIG. 12, the distance from the sample center to each detector is R, the position of the fluorescence source is x from the sample center, and the sample length is L. R is sufficiently larger than L. As shown in FIG. 13, the decay due to R starts from outside the sample and is assumed to be constant within the sample, and the fluorescence source ρ (x)
Assuming that the attenuation coefficient due to absorption and scattering in the sample of μ p (x) and the fluorescence intensities detected by the detectors 153a and 153b are I 1 and I 2 , I 1 = ρ (x) · exp (- ∫ x L / 2 μ p ( x) · dx) / (R-x) 2 I 2 = ρ (x) · exp (-∫ -x L / 2 μ p (x) · dx) / (R + x) 2 The size L of the sample is L << R compared to the distance R of the detector, and since x ≦ L, I 1 and I 2 are I 1 ≈ρ (x) · exp (−∫ x L / 2 μ p (x) · dx) / R 2 I 2 ≈ρ (x) · exp (−∫ -x L / 2 μ p (x) · dx) / R 2 The output product of the omnidirectional detector is I here 1 × I 2 ≒ ρ 2 ( x) · exp (-∫ -L / 2 L / 2 μ p (x) · dx) / R 4, exp (-∫ -L / 2 L / 2 μ p ( x) · dx) is determined by the size of the sample, and can be obtained from the attenuation value when the laser light from the laser 154 of which the intensity is known is detected by the detectors 153a and 153b. In this way, since the attenuation of the excitation light and the attenuation of the fluorescence are known, the fluorescence tomographic image measured in the same manner can be corrected.

【0050】[0050]

【発明の効果】以上のように本発明によれば、試料に対
して照射する励起レーザ光と直交する位置に蛍光検出器
を配置し、目的とする蛍光像以外の蛍光や散乱の影響を
少なくして蛍光断層像を測定することができ、特に、励
起光の減衰と蛍光の減衰を求めて測定した蛍光断層像を
補正することにより、精度のよい蛍光断層像を測定する
ことが可能となる。
As described above, according to the present invention, the fluorescence detector is arranged at a position orthogonal to the excitation laser beam for irradiating the sample, and the influence of fluorescence or scattering other than the intended fluorescence image is reduced. It is possible to measure the fluorescence tomographic image by performing the measurement, and in particular, it is possible to measure the fluorescence tomographic image with high accuracy by correcting the fluorescence tomographic image measured by obtaining the attenuation of the excitation light and the attenuation of the fluorescence. ..

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】 レーザ照射直交方向高指向性受光系による蛍
光断層像測定装置の構成を示す図である。
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a fluorescence tomographic image measuring apparatus using a laser beam irradiation orthogonal direction high directional light receiving system.

【図2】 レーザ照射直交方向結像レンズ受光系による
蛍光断層像測定装置の構成を示す図である。
FIG. 2 is a diagram showing a configuration of a fluorescence tomographic image measuring apparatus using a laser irradiation orthogonal direction imaging lens light receiving system.

【図3】 励起光、蛍光の減衰による測定投影データの
減衰を説明する図である。
FIG. 3 is a diagram illustrating attenuation of measurement projection data due to attenuation of excitation light and fluorescence.

【図4】 励起光、蛍光の減衰による測定投影データの
減衰を説明する図である。
FIG. 4 is a diagram illustrating attenuation of measurement projection data due to attenuation of excitation light and fluorescence.

【図5】 高指向性受光系を使用し、励起光、蛍光の減
衰を補正するようにした本発明の一実施例を示す図であ
る。
FIG. 5 is a diagram showing an embodiment of the present invention in which the attenuation of excitation light and fluorescence is corrected by using a highly directional light receiving system.

【図6】 励起光、蛍光の減衰補正を説明する図であ
る。
FIG. 6 is a diagram illustrating correction of attenuation of excitation light and fluorescence.

【図7】 励起用レーザと蛍光検出器とを直交配置し、
蛍光減衰測定用レーザを蛍光検出器と同一円周上に配置
した実施例を示す図である。
FIG. 7: The excitation laser and the fluorescence detector are arranged orthogonally,
It is a figure which shows the Example which has arrange | positioned the laser for fluorescence attenuation measurement on the same circumference as a fluorescence detector.

【図8】 高指向性受光系を使用したRーR撮影方式に
よる蛍光断層像測定装置の実施例を示す図である。
FIG. 8 is a diagram showing an embodiment of a fluorescence tomographic image measuring apparatus by an RR imaging method using a highly directional light receiving system.

【図9】 指向方向可変な高指向性受光系を使用したR
ーR撮影方式による蛍光断層像測定装置の実施例を示す
図である。
FIG. 9: R using a highly directional light receiving system with variable pointing direction
It is a figure which shows the Example of the fluorescence tomographic image measuring apparatus by the -R imaging system.

【図10】 レンズ結像系を使用し、励起光、蛍光の減
衰を補正するようにした蛍光断層像測定装置の構成を示
す図である。
FIG. 10 is a diagram showing a configuration of a fluorescence tomographic image measurement apparatus that uses a lens imaging system and corrects attenuation of excitation light and fluorescence.

【図11】 無指向性受光系を使用して励起光、蛍光の
減衰補正をするようにした蛍光断層像測定装置の実施例
を示す図である。
FIG. 11 is a diagram showing an embodiment of a fluorescence tomographic image measuring apparatus in which an omnidirectional light receiving system is used to perform attenuation correction of excitation light and fluorescence.

【図12】 無指向性受光系を使用した場合の励起光、
蛍光の減衰補正を説明する図である。
FIG. 12: Excitation light when an omnidirectional light receiving system is used,
It is a figure explaining the attenuation correction of fluorescence.

【図13】 距離による減衰特性を説明する図である。FIG. 13 is a diagram illustrating attenuation characteristics depending on distance.

【図14】 レーザ励起による試料表面の反射蛍光像観
測する装置の構成を示す図である。
FIG. 14 is a diagram showing a configuration of an apparatus for observing a reflection fluorescence image of a sample surface by laser excitation.

【図15】 共焦点方式によるレーザ励起反射蛍光像観
測装置の構成を示す図である。
FIG. 15 is a diagram showing a configuration of a laser-excited reflection fluorescence image observation device by a confocal method.

【図16】 共焦点方式によるレーザ励起透過蛍光像観
測装置の構成を示す図である。
FIG. 16 is a diagram showing a configuration of a laser-excited transmission fluorescence image observation apparatus by a confocal method.

【図17】 高指向性受光系を使用したレーザ励起透過
蛍光像観測装置を示す図である。
FIG. 17 is a diagram showing a laser-excited transmission fluorescence image observation device using a highly directional light receiving system.

【図18】 ピンホールを使用した高指向性光学素子を
示す図である。
FIG. 18 is a diagram showing a highly directional optical element using a pinhole.

【図19】 中空のガラス繊維の内壁面に光吸収材を塗
布した高指向性光学素子を示す図である。
FIG. 19 is a view showing a highly directional optical element in which a light absorbing material is applied to the inner wall surface of a hollow glass fiber.

【図20】 凸レンズとピンホールを利用した高指向性
光学素子を示す図である。
FIG. 20 is a diagram showing a highly directional optical element using a convex lens and a pinhole.

【図21】 対物レンズとピンホールを利用した高指向
性光学素子を示す図である。
FIG. 21 is a diagram showing a highly directional optical element using an objective lens and a pinhole.

【図22】 屈折率分布レンズとピンホールを利用した
高指向性光学素子を示す図である。
FIG. 22 is a diagram showing a highly directional optical element using a gradient index lens and a pinhole.

【図23】 対物レンズとシングルモードファイバーを
利用した高指向性光学素子を示す図である。
FIG. 23 is a diagram showing a highly directional optical element using an objective lens and a single mode fiber.

【図24】 屈折率分布レンズとシングルモードファイ
バーを利用した高指向性光学素子を示す図である。
FIG. 24 is a diagram showing a highly directional optical element using a gradient index lens and a single mode fiber.

【図25】 図22(b)の高指向性光学素子を多数並
列させた高指向性受光系を示す図である。
FIG. 25 is a diagram showing a highly directional light receiving system in which a large number of highly directional optical elements of FIG. 22 (b) are arranged in parallel.

【図26】 図21の高指向性光学素子を多数並列させ
た高指向性受光系を示す図である。
FIG. 26 is a diagram showing a highly directional light receiving system in which a large number of highly directional optical elements of FIG. 21 are arranged in parallel.

【図27】 図24の高指向性光学素子を多数並列させ
た高指向性受光系を示す図である。
FIG. 27 is a diagram showing a highly directional light receiving system in which a large number of highly directional optical elements of FIG. 24 are arranged in parallel.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

80…励起用レーザ、81…試料、82a,82b,8
2c…高指向性受光系、83a,83b,83c…二次
元検出器、84a,84b…蛍光波長透過フィルタ、8
4c…蛍光波長カットフィルタ、85a,85b…蛍光
像、90…蛍光波長レーザ、91…ハーフミラーまたは
セクター、92…出力乗算器。
80 ... Excitation laser, 81 ... Sample, 82a, 82b, 8
2c ... High-directional light receiving system, 83a, 83b, 83c ... Two-dimensional detector, 84a, 84b ... Fluorescent wavelength transmission filter, 8
4c ... Fluorescent wavelength cut filter, 85a, 85b ... Fluorescent image, 90 ... Fluorescent wavelength laser, 91 ... Half mirror or sector, 92 ... Output multiplier.

Claims (9)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 試料に対して励起レーザ光を照射する励
起用レーザと、 試料に対して励起用レーザと直交する位置に配置され、
励起された蛍光源からの蛍光のうち、少なくともフラウ
ンフォーファ回折像の0次光を取り込む高指向性受光系
を介して蛍光を検出する検出器とを備え、 励起用レーザを走査して励起レーザ光に対して直交方向
に放射される蛍光を検出することにより蛍光断層像を測
定することを特徴とする蛍光断層像測定装置。
1. A pumping laser for irradiating a sample with a pumping laser beam, and a sample arranged at a position orthogonal to the pumping laser,
Of the fluorescence from the excited fluorescence source, it is equipped with a detector that detects the fluorescence via a highly directional light receiving system that captures at least the 0th-order light of the Fraunhofer diffraction image. A fluorescence tomographic image measuring device, which measures a fluorescence tomographic image by detecting fluorescence emitted in a direction orthogonal to a laser beam.
【請求項2】 試料に対して励起レーザ光を照射する励
起用レーザと、 試料に対して励起用レーザと直交する位置に配置され、
励起された蛍光源の蛍光像を結像レンズを介して検出す
る検出器とを備え、 励起用レーザを走査して励起レーザ光に対して直交方向
に放射される蛍光を検出することにより蛍光断層像を測
定することを特徴とする蛍光断層像測定装置。
2. A pumping laser for irradiating a sample with a pumping laser beam, and a sample arranged at a position orthogonal to the pumping laser,
It is equipped with a detector that detects the fluorescence image of the excited fluorescence source through an imaging lens, and scans the excitation laser to detect the fluorescence emitted in a direction orthogonal to the excitation laser light. A fluorescence tomographic image measuring device characterized by measuring an image.
【請求項3】 試料に対して励起レーザ光を照射する励
起用レーザと、 試料に対して励起用レーザと直交する位置に配置され、
励起された蛍光源からの蛍光のうち、少なくともフラウ
ンフォーファ回折像の0次光を取り込む高指向性受光系
を介して蛍光を検出する試料を挟んで互いに対向する位
置に配置された第1、第2の検出器とを備え、 励起用レーザを走査して試料からの蛍光を第1、第2の
検出器で検出して蛍光断層像を測定する装置であって、 さらに、試料を挟んで励起用レーザと反対側の位置に配
置され、少なくともフラウンフォーファ回折像の0次光
を取り込む高指向性受光系を介して試料を透過する励起
レーザ光を検出する励起レーザ光検出器と、 試料からの蛍光と同じ波長のレーザ光を出力する蛍光波
長レーザと、 前記第1または第2の検出器と試料間に配置され、蛍光
波長レーザからのレーザ光を第1及び第2の検出器へ導
くハーフミラーまたはセクタと、 前記第1、第2の検出器出力同士を乗算する乗算器とを
備え、 励起レーザ光検出器の検出結果により励起レーザ光の減
衰を求めるとともに、蛍光波長レーザを第1、第2の検
出器で検出したときの乗算器出力により蛍光の減衰を求
め、測定した蛍光断層像の補正をすることを特徴とする
蛍光断層像測定装置。
3. A pumping laser for irradiating a sample with a pumping laser beam, and a sample arranged at a position orthogonal to the pumping laser,
Of the fluorescence from the excited fluorescence source, the first is arranged at a position facing each other with a sample for detecting fluorescence being detected via a highly directional light receiving system that captures at least the 0th-order light of the Fraunhofer diffraction image. A device for measuring fluorescence tomographic images by scanning the excitation laser by scanning the excitation laser with the first and second detectors, and further comprising: And an excitation laser light detector which is arranged at a position opposite to the excitation laser and which detects the excitation laser light passing through the sample through at least the highly directional light receiving system that captures the 0th-order light of the Fraunhofer diffraction image. A fluorescence wavelength laser that outputs a laser beam having the same wavelength as the fluorescence from the sample; and a first and second detection of the laser beam from the fluorescence wavelength laser, which is arranged between the first or second detector and the sample. Half mirror to guide the vessel or A sector and a multiplier for multiplying the outputs of the first and second detectors are provided, and the attenuation of the excitation laser light is obtained based on the detection result of the excitation laser light detector, and the fluorescence wavelength laser is used for the first and second fluorescence wavelength lasers. A fluorescence tomographic image measuring device, characterized in that the attenuation of fluorescence is obtained from the output of the multiplier when detected by the detector, and the measured fluorescence tomographic image is corrected.
【請求項4】 試料に対して励起レーザ光を照射する励
起用レーザと、 試料に対して励起用レーザと直交する位置で、かつ試料
を中心とした円周状に配置され、励起された蛍光源から
の蛍光のうち、少なくともフラウンフォーファ回折像の
0次光を取り込む高指向性受光系を介して蛍光を検出す
る複数の蛍光検出器とを備え、 複数の蛍光検出器を回転走査して蛍光断層像を測定する
装置であって、 さらに、試料を挟んで励起用レーザと反対側の位置に配
置され、少なくともフラウンフォーファ回折像の0次光
を取り込む高指向性受光系を介して試料を透過する励起
レーザ光を検出する励起レーザ光検出器と、 前記複数の蛍光検出器と同一円周上に配置され、試料か
らの蛍光と同じ周波数のレーザ光を出力する複数の蛍光
減衰測定用レーザとを備え、 励起レーザ光検出器の検出結果により励起レーザ光の減
衰を求めるとともに、蛍光減衰測定用レーザからのレー
ザ光を前記複数の蛍光検出器の少なくとも1つで検出し
て蛍光の減衰を求め、測定した蛍光断層像の補正をする
ことを特徴とする蛍光断層像測定装置。
4. A pumping laser for irradiating a sample with a pumping laser beam, and a fluorescent light which is arranged at a position orthogonal to the pumping laser with respect to the sample, and which is arranged circumferentially around the sample. A plurality of fluorescence detectors for detecting fluorescence through a highly directional light receiving system that captures at least the 0th-order light of the Fraunhofer diffraction image among the fluorescence from the light source, and the plurality of fluorescence detectors are rotationally scanned. Is a device for measuring a fluorescence tomographic image, further comprising a highly directional light receiving system which is arranged at a position opposite to the excitation laser with the sample in between and which captures at least the 0th-order light of the Fraunhofer diffraction image. An excitation laser light detector that detects excitation laser light that passes through the sample, and a plurality of fluorescence attenuations that are arranged on the same circumference as the plurality of fluorescence detectors and that output laser light of the same frequency as the fluorescence from the sample Measuring laser and Comprising, the attenuation of the excitation laser light is obtained from the detection result of the excitation laser light detector, and the laser light from the fluorescence attenuation measurement laser is detected by at least one of the plurality of fluorescence detectors to obtain the fluorescence attenuation, A fluorescence tomographic image measuring apparatus, characterized in that the measured fluorescence tomographic image is corrected.
【請求項5】 試料を中心にした円周上に配置され、試
料に対して励起レーザ光、蛍光減衰測定用レーザ光を照
射するレーザと、 試料に対して前記レーザと反対側で、かつ前記円周上に
配置され、少なくともフラウンフォーファ回折像の0次
光を取り込む高指向性受光系を介して試料を透過する励
起レーザ光、蛍光を検出する複数の検出器とを備え、 前記レーザ及び複数の検出器を回転走査して蛍光断層像
を測定する装置であって、 前記複数の検出器の少なくとも1つで励起レーザ光を検
出して励起レーザ光の減衰を求めるとともに、蛍光減衰
測定用レーザ光を検出して蛍光の減衰を求め、測定した
蛍光断層像の補正をすることを特徴とする蛍光断層像測
定装置。
5. A laser which is arranged on a circumference centered on the sample and irradiates the sample with excitation laser light and laser light for measuring fluorescence decay, and a laser on the opposite side of the laser to the sample. An excitation laser beam that passes through a sample through a highly directional light receiving system that captures at least the 0th-order light of a Fraunhofer diffraction image, and a plurality of detectors that detect fluorescence. And a device for measuring a fluorescence tomographic image by rotationally scanning a plurality of detectors, wherein excitation laser light is detected by at least one of the plurality of detectors to obtain attenuation of the excitation laser light, and fluorescence attenuation measurement is performed. A fluorescence tomographic image measuring apparatus, characterized in that the laser light for use is detected, the attenuation of fluorescence is obtained, and the measured fluorescence tomographic image is corrected.
【請求項6】 試料を中心にした円周上を回転走査さ
れ、試料に対して励起レーザ光、蛍光減衰測定用レーザ
光を照射するレーザと、 試料を中心とし、前記レーザが回転走査される回転半径
よりも大きい半径の円周上に配置され、少なくともフラ
ウンフォーファ回折像の0次光を取り込む高指向性受光
系を介して試料を透過する励起レーザ光、蛍光を検出す
る複数の検出器とを備え、 前記レーザを回転走査して
蛍光断層像を測定する装置であって、 前記レーザに対向する複数の検出器で励起レーザ光を検
出して励起レーザ光の減衰を求めるとともに、蛍光減衰
測定用レーザ光を検出して蛍光の減衰を求め、測定した
蛍光断層像の補正をすることを特徴とする蛍光断層像測
定装置。
6. A laser which is rotatively scanned on a circumference centered on the sample and irradiates the sample with excitation laser light and laser light for measuring fluorescence decay, and the laser is rotatively scanned around the sample. A plurality of detections for detecting excitation laser light and fluorescence, which are arranged on a circumference having a radius larger than the radius of gyration and are transmitted through the sample through a highly directional light receiving system that captures at least the 0th-order light of the Fraunhofer diffraction image. And a device for measuring a fluorescence tomographic image by rotationally scanning the laser, wherein the excitation laser light is detected by a plurality of detectors facing the laser, and the attenuation of the excitation laser light is obtained. An apparatus for measuring a fluorescence tomographic image, characterized in that a laser beam for attenuation measurement is detected to determine the attenuation of fluorescence, and the measured fluorescence tomographic image is corrected.
【請求項7】 前記高指向性受光系は、検出するレーザ
光の方向に向きが駆動制御されることを特徴とする請求
項6記載の蛍光断層像測定装置。
7. The fluorescence tomographic image measuring apparatus according to claim 6, wherein the direction of the highly directional light receiving system is drive-controlled in a direction of a laser beam to be detected.
【請求項8】 試料に対して励起レーザ光を照射する励
起用レーザと、 試料に対して励起用レーザと直交する位置で、かつ試料
を挟んで対向する位置に配置された第1、第2の結像レ
ンズと、 第1、第2の結像レンズにより試料の蛍光像がそれぞれ
結像される位置に配置された第1、第2の検出器とを備
え、 励起用レーザ、第1、第2の結像レンズ、及び第1、第
2の検出器を同期して走査し、試料からの蛍光を第1、
第2の検出器で検出して蛍光断層像を測定する装置であ
って、 さらに、試料を挟んで励起用レーザと反対側の位置に配
置され、少なくともフラウンフォーファ回折像の0次光
を取り込む高指向性受光系を介して試料を透過する励起
レーザ光を検出する励起レーザ光検出器と、 試料からの蛍光と同じ波長のレーザ光を出力する蛍光波
長レーザと、 前記第1または第2の検出器と試料間に配置され、蛍光
波長レーザからのレーザ光を第1及び第2の検出器へ導
くハーフミラーまたはセクタと、 蛍光波長レーザからのレーザ光をハーフミラーまたはセ
クタを介して直接第1または第2の検出器の一方の面上
に集光する集光レンズ系と、 前記第1、第2の検出器出力同士を乗算する乗算器とを
備え、 励起レーザ光検出器の検出結果により励起レーザ光の減
衰を求めるとともに、蛍光波長レーザを第1、第2の検
出器で検出したときの乗算器出力により蛍光の減衰を求
め、測定した蛍光断層像の補正をすることを特徴とする
蛍光断層像測定装置。
8. A pumping laser for irradiating a sample with a pumping laser beam, and first and second pumps arranged at a position orthogonal to the pumping laser with respect to the sample and facing each other across the sample. Image forming lens, and first and second detectors arranged at the positions where the fluorescence images of the sample are formed by the first and second image forming lenses, respectively. The second imaging lens and the first and second detectors are synchronously scanned to detect the fluorescence from the sample in the first and second directions.
A device for measuring a fluorescence tomographic image by detecting with a second detector, which is further arranged at a position opposite to the excitation laser with the sample interposed therebetween and at least the 0th-order light of the Fraunhofer diffraction image is An excitation laser light detector for detecting an excitation laser light transmitted through the sample via a highly directional light receiving system to be taken in, a fluorescence wavelength laser for outputting a laser light having the same wavelength as the fluorescence from the sample, and the first or second Is placed between the detector and the sample and guides the laser light from the fluorescence wavelength laser to the first and second detectors, and the laser light from the fluorescence wavelength laser directly through the half mirror or sector. A condensing lens system that condenses light on one surface of the first or second detector, and a multiplier that multiplies the outputs of the first and second detectors. Depending on the result A fluorescence tomographic image characterized in that the attenuation of fluorescence is determined by the output of the multiplier when the fluorescence wavelength laser is detected by the first and second detectors, and the measured fluorescence tomographic image is corrected. Image measuring device.
【請求項9】 試料に対して励起レーザ光を照射する励
起用レーザと、 試料に対して励起用レーザと直交する位置で、かつ試料
を挟んで対向する位置に配置された第1、第2の無指向
性検出器とを備え、 励起用レーザを走査して試料からの蛍光を第1、第2の
検出器で検出して蛍光断層像を測定する装置であって、 さらに、試料を挟んで励起用レーザと反対側の位置に配
置された無指向性の励起レーザ光検出器と、 試料からの蛍光と同じ波長のレーザ光を出力する蛍光波
長レーザと、 前記第1または第2の検出器と試料間に配置され、蛍光
波長レーザからのレーザ光を第1及び第2の検出器へ導
くハーフミラーまたはセクタと、 前記第1、第2の検出器出力同士を乗算する乗算器とを
備え、 励起レーザ光検出器の検出結果により励起レーザ光の減
衰を求めるとともに、蛍光波長レーザを第1、第2の検
出器で検出したときの乗算器出力により蛍光の減衰を求
め、測定した蛍光断層像の補正をすることを特徴とする
蛍光断層像測定装置。
9. A pumping laser for irradiating a sample with a pumping laser beam, and first and second pumps arranged at a position orthogonal to the pumping laser with respect to the sample and facing each other across the sample. And an omnidirectional detector for scanning the excitation laser to detect fluorescence from the sample with the first and second detectors and measure a fluorescence tomographic image. An omnidirectional excitation laser light detector arranged on the opposite side of the excitation laser, a fluorescence wavelength laser that outputs laser light of the same wavelength as the fluorescence from the sample, and the first or second detection A half mirror or a sector that is arranged between the detector and the sample and guides the laser light from the fluorescence wavelength laser to the first and second detectors, and a multiplier that multiplies the outputs of the first and second detectors. Equipped with the pump laser based on the detection result of the pump laser photodetector. A fluorescence tomographic image characterized in that the attenuation of fluorescence is determined by the output of the multiplier when the fluorescence wavelength laser is detected by the first and second detectors, and the measured fluorescence tomographic image is corrected. Image measuring device.
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