(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光を射出するレーザ光源と、
前記レーザ光を任意の偏向方向に偏向させ、略平行光として射出する偏向手段と、
前記偏向手段から射出された前記レーザ光を集光させる集光光学系と、
前記集光光学系の光軸と直交する方向で、前記光軸の方向の異なる位置に、前記集光光学系から射出された前記レーザ光を反射する反射面を有する反射手段と、を含み、
前記偏向手段は、前記集光光学系の後側焦点位置近傍に配置され、
前記反射手段は、前記光軸に対して傾斜した一平面からなる前記反射面を有し、
前記偏向手段は、前記光軸からずれた位置に配置されることを特徴とするレーザ照明装置。
【請求項２】
請求項１に記載のレーザ照明装置において、
前記反射手段は、前記集光光学系の前側焦点位置近傍に配置されることを特徴とするレーザ照明装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載のレーザ照明装置において、
前記反射面は、前記集光光学系から射出された前記レーザ光の主光線と直交することを特徴とするレーザ照明装置。
【請求項４】
請求項３に記載のレーザ照明装置において、
さらに、前記レーザ光源と前記偏向手段の間に、光路分割素子を含むことを特徴とするレーザ照明装置。
【請求項５】
請求項４に記載のレーザ照明装置において、
前記光路分割素子は、ハーフミラーであることを特徴とするレーザ照明装置。
【請求項６】
請求項４に記載のレーザ照明装置において、
前記光路分割素子は、偏光ビームスプリッタと、λ／４板と、を含むことを特徴とするレーザ照明装置。
【請求項７】
請求項１または請求項２に記載のレーザ照明装置において、
前記反射面は、前記集光光学系から射出された前記レーザ光の主光線と直交しないことを特徴とするレーザ照明装置。
【請求項８】
請求項７に記載のレーザ照明装置において、
さらに、前記レーザ光源と前記偏向手段の間に、入射する光を波長により反射または透過させる波長分離素子があることを特徴とするレーザ照明装置。
【請求項９】
請求項１乃至請求項５または請求項７または請求項８のいずれか１項に記載のレーザ照明装置において、
前記偏向手段は、音響光学変調器であることを特徴とするレーザ照明装置。
【請求項１０】
請求項１乃至請求項８のいずれか１項に記載のレーザ照明装置において、
前記偏向手段は、ガルバノミラーであることを特徴とするレーザ照明装置。
【請求項１１】
請求項１０に記載のレーザ照明装置において、
さらに、前記レーザ光源と前記偏向手段の間に、音響光学波長可変フィルタを含むことを特徴とするレーザ照明装置。
【請求項１２】
請求項１乃至請求項１１のいずれか１項に記載のレーザ照明装置において、
さらに、前記レーザ光を標本上に集光させる対物レンズを含み、
前記偏向手段は、前記対物レンズの後側焦点位置と光学的に共役な位置に配置され、
前記偏向手段と前記対物レンズの間に、前記偏向手段の像を前記対物レンズの前記後側焦点位置に投影する瞳リレー光学系を含むことを特徴とするレーザ照明装置。
【請求項１３】
請求項１乃至請求項１２のいずれか１項に記載のレーザ照明装置を含むことを特徴とするレーザ顕微鏡。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ照明装置の技術に関し、特にレーザ照明装置により標本を光軸方向に走査する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、医学、生物学の分野において、集光性に優れたレーザ光を利用することで高い空間分解能の画像が得られるレーザ顕微鏡が広く用いられている。
【０００３】
レーザ顕微鏡は、対物レンズを介してレーザ光を標本の極狭い領域に集光した状態で照射し、その極狭い領域から生じた蛍光等を検出する。このため、レーザ顕微鏡は、対物レンズの光軸と直交するＸ方向及びＹ方向（以降、ＸＹ方向と記す。）や、光軸方向であるＺ方向にレーザ光の照射位置を変化させる走査手段を有している。レーザ顕微鏡はこの走査手段を用いてレーザ光で標本を走査することで空間分解能の高い標本像を得ることができる。
【０００４】
ところで、標本はリアルタイムに表示されることが望ましい。特に、生きた標本を観察することの多い医学や生物学の分野では、標本をリアルタイムに表示する機能が重要視されている。レーザ顕微鏡において、標本の表示に関して観察に支障をきたさない程度のリアルタイム性を実現するためには、走査手段による高速な走査の実現が不可欠である。
【０００５】
一般に、ＸＹ方向への走査手段としては、共振型やサーボ型のガルバノミラーが用いられていて、例えば、１ｋＨｚ以上の走査が実現されている。このため、ＸＹ方向の走査は十分に高速である。
【０００６】
これに対して、Ｚ方向への走査手段としては、図８に例示されるように、さまざまな手段が提案されている。図８（ａ）には、対物レンズ１００とステージの間の相対的な距離を変化させるピエゾ素子１０１が例示されている。図８（ｂ）には、レーザ光の波面を制御することでレーザ光の状態を収束状態や発散状態に変化させる位相変調素子１０２が例示されている。図８（ｃ）には、反射面の形状を変化させることでレーザ光の状態を収束状態や発散状態に変化させるデフォーマブルミラー１０３が例示されている。
【０００７】
上記の手段のうち最も高速なピエゾ素子１０１によるＺ方向への走査でも、一般に数百Ｈｚ程度の走査が限界である。従って、上記のいずれの手段でも、ＸＹ方向の走査と同程度の十分な走査速度で走査することはできない。また、ピエゾ素子１０１による走査では、対物レンズ１００とステージの間の距離を物理的に変化させているため、標本に振動が生じてしまうなど、他の課題も生じてしまう。
このような実情を踏まえ、高速なＺ方向の走査を実現する技術が特許文献１に開示されている。
【０００８】
特許文献１に開示される技術では、標本をＺ方向に走査するための可動ミラーが設けられ、その可動ミラーの回転角に応じて標本をＺ方向に走査することができる。このため、特許文献１に開示される技術を用いることで、Ｚ方向への走査も、ＸＹ方向への走査と同様に、十分に高速に行うことができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００４−１９８４９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
ところで、特許文献１に開示される技術によるＺ方向への走査は、可動ミラーで偏向された光が入射する集光光学系が、可動ミラーの回転角に応じて集光光学系の光軸方向の異なる位置に光を集光させることを利用している。
【００１１】
このような光軸方向の集光位置の変化は、集光光学系が像面湾曲を有するために生じる。このため、特許文献１に開示される技術によりＺ方向へ走査することのできる最大長さ（以降、ストロークと記す。）は、集光光学系の像面湾曲収差量に依存することになる。一般に、像面湾曲収差量が過度に大きな光学系の設計は困難であるので、Ｚ方向のストロークは短くならざるを得ない。
【００１２】
従って、特許文献１に開示される技術によれば、標本をＺ方向へ高速に走査することは可能であるが、その一方で、Ｚ方向のストロークが短くなり、Ｚ方向へ広範囲に走査することができない。
以上のような実情を踏まえ、本発明では、レーザ光により標本を光軸方向（Ｚ方向）に高速且つ広い範囲に走査する技術を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の第１の観点は、レーザ光を射出するレーザ光源と、レーザ光を任意の偏向方向に偏向させ、略平行光として射出する偏向手段と、偏向手段から射出されたレーザ光を集光させる集光光学系と、集光光学系の光軸と直交する方向で、光軸の方向の異なる位置に、集光光学系から射出されたレーザ光を反射する反射面を有する反射手段と、を含み、偏向手段は、集光光学系の後側焦点位置近傍に配置され、反射手段は、光軸に対して傾斜した一平面からなる反射面を有し、偏向手段は、光軸からずれた位置に配置されるレーザ照明装置を提供する。
【００１４】
本発明の第２の観点は、第１の観点に記載のレーザ照明装置において、反射手段は、集光光学系の前側焦点位置近傍に配置されるレーザ照明装置を提供する。
【００１７】
本発明の第３の観点は、第１の観点または第２の観点に記載のレーザ照明装置において、反射面は、集光光学系から射出されたレーザ光の主光線と直交するレーザ照明装置を提供する。
本発明の第４の観点は、第３の観点に記載のレーザ照明装置において、さらに、レーザ光源と偏向手段の間に、光路分割素子を含むレーザ照明装置を提供する。
本発明の第５の観点は、第４の観点に記載のレーザ照明装置において、光路分割素子は、ハーフミラーであるレーザ照明装置を提供する。
【００１８】
本発明の第６の観点は、第４の観点に記載のレーザ照明装置において、光路分割素子は、偏光ビームスプリッタと、λ／４板と、を含むレーザ照明装置を提供する。
【００１９】
本発明の第７の観点は、第１の観点または第２の観点に記載のレーザ照明装置において、反射面は、集光光学系から射出されたレーザ光の主光線と直交しないレーザ照明装置を提供する。
【００２０】
本発明の第８の観点は、第７の観点に記載のレーザ照明装置において、さらに、レーザ光源と偏向手段の間に、入射する光を波長により反射または透過させる波長分離素子があるレーザ照明装置を提供する。
【００２１】
本発明の第９の観点は、第１の観点乃至第５の観点または第７の観点または第８の観点のいずれか１つに記載のレーザ照明装置において、偏向手段は、音響光学変調器であるレーザ照明装置を提供する。
【００２２】
本発明の第１０の観点は、第１の観点乃至第８の観点のいずれか１つに記載のレーザ照明装置において、偏向手段は、ガルバノミラーであるレーザ照明装置を提供する。
【００２３】
本発明の第１１の観点は、第１０の観点に記載のレーザ照明装置において、さらに、レーザ光源と偏向手段の間に、音響光学波長可変フィルタを含むレーザ照明装置を提供する。
【００２４】
本発明の第１２の観点は、第１の観点乃至第１１の観点のいずれか１つに記載のレーザ照明装置において、さらに、レーザ光を標本上に集光させる対物レンズを含み、偏向手段は、対物レンズの後側焦点位置と光学的に共役な位置に配置され、偏向手段と対物レンズの間に、偏向手段の像を対物レンズの後側焦点位置に投影する瞳リレー光学系を含むレーザ照明装置を提供する。
本発明の第１３の観点は、第１の観点乃至第１２の観点のいずれか１つに記載のレーザ照明装置を含むレーザ顕微鏡を提供する。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、レーザ光により標本を光軸方向（Ｚ方向）に高速且つ広い範囲に走査する技術を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】実施例１に係る多光子励起顕微鏡の構成を例示する概略図である。
【図２】実施例１に係る光束変換ユニットの構成を例示する概略図である。
【図３】実施例２に係る光束変換ユニットの構成を例示する概略図である。
【図４】実施例３に係る光束変換ユニットの構成を例示する概略図である。
【図５】実施例４に係る光束変換ユニットの構成を例示する概略図である。
【図６】実施例５に係る光束変換ユニットの構成を例示する概略図である。
【図７】実施例６に係る共焦点顕微鏡の構成の例示する概略図である。
【図８】従来技術に係るＺ方向への走査手段を例示する概略図である。
【発明を実施するための形態】
【実施例１】
【００２７】
以下、図面を参照しながら、本実施例について説明する。
【００２８】
図１は、本実施例に係る多光子励起顕微鏡の構成を例示する概略図である。図１に例示される多光子励起顕微鏡１は、レーザ顕微鏡の一種であり、多光子過程により励起された蛍光を検出することで標本Ｓを観察する顕微鏡である。
【００２９】
多光子励起顕微鏡１は、レーザ光により標本Ｓを照明するレーザ照明装置２と、吸収フィルタ８と、集光光学系９と、光検出器１０とを含んで構成されている。レーザ照明装置２は、光束変換ユニット３と、ＸＹスキャナ４と、瞳リレー光学系５と、ダイクロイックミラー６と、レーザ光を標本Ｓ上に集光させる対物レンズ７と、を含んで構成されている。
【００３０】
光束変換ユニット３は、レーザ光を射出する手段であり、且つ、レーザ光により対物レンズ７の光軸方向（以降、Ｚ方向と記す。）に標本Ｓを走査するための走査手段（以降、Ｚ方向走査手段と記す。）である。光束変換ユニット３は、発散状態、収束状態などレーザ光の状態（以降、光束状態と記す。）をさまざまに変換してレーザ光を射出することで、レーザ照明装置２が標本Ｓを照射する位置をＺ方向に変化させることができる。なお、図１では、一例として、光束変換ユニット３から射出される平行状態の光線Ｂ１と収束状態の光線Ｂ２の光路が示されている。また、光線Ｂ１と光線Ｂ２の主光線ＰＲは一致している。光束変換ユニット３については、後に詳述する。
【００３１】
ＸＹスキャナ４は、レーザ光により対物レンズ７の光軸と直交する方向（以降、ＸＹ方向と記す。）に標本Ｓを走査するために走査手段である。ＸＹスキャナ４としては、共振型やサーボ型のガルバノミラーを用いることができる。また、瞳リレー光学系５は、ＸＹスキャナ４の像を対物レンズ７の後側焦点位置に投影する瞳リレー光学系である。
多光子励起顕微鏡１の作用について概説する。
【００３２】
不図示のレーザ光源を含む光束変換ユニット３から射出されたレーザ光は、ＸＹスキャナ４及び瞳リレー光学系５を介してダイクロイックミラー６に入射する。レーザ光はダイクロイックミラー６を透過し、対物レンズ７により標本Ｓ上に集光される。
標本Ｓでは、レーザ光が照射されることによって、多光子過程を経て励起された蛍光物質から、蛍光が発生する。
【００３３】
標本Ｓから発生した蛍光は、対物レンズ７を介してダイクロイックミラー６に入射する。蛍光は、ダイクロイックミラー６を反射し、吸収フィルタ８を透過し、集光光学系９により光検出器１０に導かれる。そして、光検出器１０で電気信号に変換されて、標本Ｓが画像化される。
【００３４】
なお、ダイクロイックミラー６を反射し吸収フィルタ８に入射する光には、蛍光の他に標本Ｓを反射したレーザ光等も混ざっている。蛍光はレーザ光に比べて極微弱であるため、レーザ光が光検出器１０へ入射すると、蛍光の検出精度が著しく劣化してしまう。このため、多光子励起顕微鏡１は、レーザ光を反射または吸収する吸収フィルタ８を用いて、レーザ光を光検出器１０への向かう光路上から排除する。
【００３５】
また、多光子励起顕微鏡１は、多光子過程により蛍光を発生させる。多光子過程は、確率的に光子密度の高い状態で生じる現象であるため、蛍光は、レーザ光の光子密度が高い標本Ｓの集光位置でのみ発生する。
【００３６】
このため、多光子励起顕微鏡１では、ＸＹスキャナ４で集光位置をＸＹ方向に変化させ、且つ、光束変換ユニット３で集光位置をＺ方向に変化させながら標本Ｓを走査することで、各集光位置のみからの蛍光を光検出器１０で検出することができる。これにより、多光子励起顕微鏡１では、空間分解能の高い画像を生成することができる。
【００３７】
なお、ここでは、吸収フィルタ８、集光光学系９、及び光検出器１０からなる検出系及びダイクロイックミラー６を標本Ｓに対してレーザ光源１１側に配置したが、特にこれに限られない。検出系は、標本Ｓに対してレーザ光源１１と反対側の光路上に配置されてもよい。
多光子励起顕微鏡１に含まれる光束変換ユニット３について詳述する。
【００３８】
図２は、本実施例に係る光束変換ユニットの構成を例示する概略図である。光束変換ユニット３は、図１に例示されるレーザ照明装置２の一部として構成されている。
【００３９】
光束変換ユニット３は、射出されるレーザ光の主光線ＰＲの方向を変化させることなく、レーザ光の光束状態をさまざまに変換する。なお、レーザ光の光束状態の違いは、例えば、主光線とマージナル光線の成す角により、定量的に表すことができる。
【００４０】
図２（ａ）に例示されるように、光束変換ユニット３は、レーザ光を射出するレーザ光源１１と、入射する光の一部を反射し残りを透過する光路分割素子であるハーフミラー１２と、レーザ光を任意の偏向方向に偏向させ略平行光として射出する偏向手段である音響光学変調器１３と、音響光学変調器１３から射出されたレーザ光を集光させる集光光学系１４と、集光光学系１４から射出されたレーザ光を反射する反射面を有する反射手段であるミラー１５と、音響光学変調器１３の像を図１に例示される対物レンズ７の後側焦点位置に投影する瞳リレー光学系１６と、を含んで構成されている。
【００４１】
なお、音響光学変調器１３は、集光光学系１４の後側焦点位置に配置されている。従って、集光光学系１４の光軸ＡＸ上に配置されている。一方、ミラー１５は、集光光学系１４の前側焦点位置近傍に配置されている。
ここで、レーザ光源から射出されたレーザ光が集光光学系１４に最初に入射する側にある焦点位置を後側焦点位置と定義し、その反対側の焦点位置を前側焦点位置と定義する。
また、集光光学系１４は、屈折を使った光学系に限られず、ミラーを使う光学系でもよい。
【００４２】
また、ミラー１５は、集光光学系１４の光軸ＡＸと直交する方向で、光軸ＡＸの方向の異なる位置に反射面を有している。より具体的には、図２（ａ）に例示されるように、ミラー１５は、集光光学系１４の光軸ＡＸと直交する複数の反射面（反射面１５ａ、反射面１５ｂ、反射面１５ｃ、反射面１５ｄ）を、集光光学系１４の光軸ＡＸの方向の異なる位置に有している。図２（ｂ）は、ミラー１５を集光光学系１４の光軸ＡＸの方向から見た様子を示している。図２（ｂ）に例示されるように、複数の反射面（反射面１５ａ、反射面１５ｂ、反射面１５ｃ、反射面１５ｄ）は、互いに平行に並べられた矩形の平面となっている。つまり、ミラー１５は複数の反射面が階段状に並べられたミラーである。
光束変換ユニット３の作用について説明する。
【００４３】
図２（ａ）に例示されるように、レーザ光源１１から射出されたレーザ光はハーフミラー１２に入射し、そのうちの一部のレーザ光が音響光学変調器１３に向けて反射される。そして、音響光学変調器１３は、入射したレーザ光を任意に偏向させる。ここで、レーザ光源１１から射出されたレーザ光は平行光であるため、音響光学変調器１３から射出されるレーザ光も平行光である。
音響光学変調器１３から射出されたレーザ光が、破線で示される光線Ｂ１の場合と、実線で示される光線Ｂ２ａの場合について説明する。
【００４４】
まず、光線Ｂ１の場合、光線Ｂ１の主光線ＰＲ１と光軸ＡＸが一致しているため、主光線ＰＲ１は集光光学系１４で偏向されない。また、光線Ｂ１は平行光であるので、集光光学系１４から集光光学系１４の焦点距離ｆだけ離れた位置に集光する。
【００４５】
このため、光線Ｂ１は光軸ＡＸと焦点面ＦＰの交点である位置Ｐ１に集光し、位置Ｐ１を含む焦点面ＦＰ上の領域に形成された反射面１５ａで反射される。反射面１５ａは光軸ＡＸと直交しているため、主光線ＰＲ１と反射面１５ａも直交する。従って、反射面１５ａを反射した光線Ｂ１は、反射前と共通の主光線ＰＲ１を有し、同じ光路を反対方向に進行する。そして、光線Ｂ１は、平行光として音響光学変調器１３へ入射する。
【００４６】
これに対して、光線Ｂ２ａの場合、光線Ｂ２ａの主光線ＰＲ２は光軸ＡＸに対して傾いた状態で集光光学系１４へ入射するため、主光線ＰＲ２は集光光学系１４で偏向される。ただし、音響光学変調器１３が集光光学系１４の後側焦点位置に配置されているため、主光線ＰＲ２は集光光学系１４で光軸ＡＸと平行な方向に偏向される。また、光線Ｂ２ａは平行光であるので、集光光学系１４から焦点距離ｆだけ離れた位置に集光する。
【００４７】
このため、光線Ｂ２ａは焦点面ＦＰ上の光軸ＡＸからずれた位置Ｐ２に集光し、その後、発散した状態で焦点面ＦＰから距離Ｇだけ離れた反射面１５ｂに入射する。反射面１５ｂは光軸ＡＸと直交しているため、光軸ＡＸと平行な主光線ＰＲ２とも直交する。従って、反射面１５ｂを反射した光線Ｂ２ｂは、反射前と共通の主光線ＰＲ２を有し、同じ光路を反対方向に進行する。
【００４８】
ただし、光線Ｂ２ｂは発散した状態で反射された光であり、集光した状態で反射された光ではないため、反射面１５ｂを中心として集光位置（位置Ｐ２）と対称な位置Ｐ２’から射出された光のように振舞う。つまり、光線Ｂ２ｂは、焦点距離ｆより離れた位置（具体的には、焦点距離ｆ＋距離２Ｇだけ離れた位置）から集光光学系１４へ入射する光と同じである。このため、光線Ｂ２ｂは、集光光学系１４により収束光に変換され、音響光学変調器１３へ入射する。
【００４９】
音響光学変調器１３へ入射した光線Ｂ１及び光線Ｂ２ｂは、音響光学変調器１３、ハーフミラー１２、瞳リレー光学系１６を介して、光束変換ユニット３から射出される。なお、光束変換ユニット３から射出される光線の状態は、音響光学変調器１３へ入射した状態と対応する。このため、光線Ｂ１は平行光として、光線Ｂ２（光線Ｂ２ｂ）は収束光として、光束変換ユニット３から射出される。また、各光線の主光線は一致し、光線Ｂ１及び光線Ｂ２の主光線はいずれも主光線ＰＲとなる。
【００５０】
図２（ａ）では、光束変換ユニット３から射出される光線を平行光とする例と収束光とする例を示したが、発散光とすることも可能である。例えば、音響光学変調器１３により偏向された光線が焦点面ＦＰより集光光学系１４側にある反射面１５ｃで反射される場合には、その光線は、反射面１５ｃよりも集光光学系１４に近い位置から射出された光のように振舞うため、発散光となる。
【００５１】
また、図２（ａ）では、音響光学変調器１３は、集光光学系１４の後側焦点位置に配置されているが、集光光学系１４の後側焦点位置近傍に配置されてもよい。集光光学系１４の配置は、音響光学変調器１３で異なる方向に偏向された光線間での光束変換ユニット３から射出される光線の主光線の一致具合に影響する。このため、集光光学系１４の配置位置は、主光線のずれが許容できる範囲内であればよく、集光光学系１４の後側焦点位置に厳密に一致していなくてもよい。
【００５２】
このように、光束変換ユニット３は、音響光学変調器１３で光線を偏向させる方向を変化させるだけで、射出時の光線の状態を変化させることができる。そして、光束変換ユニット３から射出される光線が収束するほど、集光位置は対物レンズ７に近づく。反対に、光束変換ユニット３から射出される光線が発散するほど、集光位置は対物レンズ７から離れる。このような作用を利用することで、レーザ照明装置２及び多光子励起顕微鏡１は、標本ＳをＺ方向に走査することができる。
【００５３】
なお、Ｚ方向へ走査することのできる最大長さ（以降、ストロークと記す。）、つまり、Ｚ方向への走査範囲は、集光光学系１４に最も近い反射面１５ｃと最も遠い反射面１５ｄの間の光軸ＡＸの方向の距離Ｄに依存している。従って、光束変換ユニット３を含むレーザ照明装置２及び多光子励起顕微鏡１によれば、反射面１５ｃと反射面１５ｄの間の距離Ｄが長いミラー１５を用いることで、Ｚ方向へ広範囲な走査を実現することができる。
【００５４】
ただし、反射面が焦点面ＦＰから離れすぎると、レーザ照明装置２内でケラレが生じてしまうことがある。このため、反射面１５ｃと反射面１５ｄの間の距離Ｄは、ケラレが生じない範囲、又は、ケラレによるレーザ光の光量損失や強度分布の変化が許容できる範囲に制限されることが望ましい。このため、ミラー１５は、図２（ａ）に例示されるように、集光光学系１４の前側焦点位置近傍に配置されることが望ましい。
【００５５】
また、Ｚ方向への走査することのできる最小長さ、つまりＺ方向への走査単位は、ミラー１５の隣接する反射面間の光軸ＡＸの方向の距離Ｄ１に依存している。このため、反射面間の距離Ｄ１を短くすることで、つまり、反射面をより多く形成することで、Ｚ方向の走査単位を細かくすることができる。
【００５６】
ただし、各反射面には、レーザ光が複数の反射面にまたがって入射しない程度の大きさが必要である。距離Ｄ１を短くし反射面を増やすと、光軸ＡＸと直交する方向の距離Ｄ２も短くなる。距離Ｄ１は、距離Ｄ２が必要な反射面の大きさが確保できる距離となる範囲に制限されることが望ましい。
【００５７】
また、Ｚ方向への走査速度は、音響光学変調器１３によって光線の偏向方向が変化する速度に依存している。より厳密には、さらに、光軸ＡＸと直交する方向の距離Ｄ２にも依存する。音響光学変調器１３は、高速に偏向方向を変化させることができる。従って、光束変換ユニット３を含むレーザ照明装置２及び多光子励起顕微鏡１によれば、高速なＺ方向への走査を実現することができる。より具体的には、ピエゾ素子やデフォーマブルミラー、液晶などの位相変調素子による走査に比べて高速であり、ガルバノミラー等によるＸＹ方向の走査と同程度の速度の走査を実現することができる。
【００５８】
また、ミラー１５を距離Ｄ１や距離Ｄ２が異なるミラーと交換することで、さまざまなストローク、走査単位、及び走査速度のＺ方向への走査を行うことができる。
【００５９】
また、図２（ａ）では、反射面間の距離Ｄ１及び距離Ｄ２が一定のミラー１５を例示したが、特にこれに限られない。反射面間の距離Ｄ１及び距離Ｄ２は、反射面毎に異なっても良い。
【００６０】
以上により、光束変換ユニット３を含むレーザ照明装置２及び多光子励起顕微鏡１によれば、レーザ光により標本を光軸方向（Ｚ方向）に高速且つ広い範囲に走査することができる。
【００６１】
なお、図１では、光束変換ユニット３を含むレーザ照明装置２を多光子励起顕微鏡１に適用した例を示したが、レーザ照明装置２の利用は、特にこれに限られない。例えば、レーザ照明装置２は、刺激用のレーザ照明装置として利用されても良い。この場合、レーザ照明装置２は、共焦点顕微鏡など他のレーザ顕微鏡でも使用することができる。
【実施例２】
【００６２】
図３は、本実施例に係る光束変換ユニットの構成を例示する概略図である。本実施例に係る光束変換ユニットも、多光子励起顕微鏡に適用することができる。なお、本実施例に係る多光子励起顕微鏡は、光束変換ユニットが異なる点を除き、図１に例示される多光子励起顕微鏡１と同様である。このため、ここでは多光子励起顕微鏡の説明を省略する。
【００６３】
本実施例に係る光束変換ユニット１７は、レーザ光を射出するレーザ光源１１と、表面弾性波の周波数を変えることによって特定波長の光を取り出す音響光学波長可変フィルタ１９と、入射する光の一部を反射し残りを透過する光路分割素子であるハーフミラー１２と、レーザ光を任意の偏向方向に偏向させ略平行光として射出する偏向手段であるガルバノミラー１８と、ガルバノミラー１８から射出されたレーザ光を集光させる集光光学系１４と、集光光学系１４から射出されたレーザ光を反射する反射面を有する反射手段であるミラー１５と、ガルバノミラー１８の像を対物レンズの後側焦点位置に投影する瞳リレー光学系１６と、を含んで構成されている。
【００６４】
本実施例に係る光束変換ユニット１７は、偏向手段がガルバノミラー１８である点と、レーザ光源１１と偏向手段との間に音響光学波長可変フィルタ１９を含む点が、実施例１に係る光束変換ユニット３と異なる。
【００６５】
ガルバノミラー１８は、音響光学変調器１３と同様に、高速に入射光の偏向方向を変化させることができる。しかし、ガルバノミラー１８は、音響光学変調器１３と異なり、連続的にしか偏向方向を変化させることができない。このため、Ｚ方向の集光位置も連続的にしか変化させることができず、集光位置を変化させている途中の位置にもレーザ光が照射されることになる。
本実施例の光束変換ユニット１７では、ガルバノミラー１８を音響光学波長可変フィルタ１９とともに用いることでこれを回避することができる。
【００６６】
具体的には、集光位置の移動中に、表面弾性波の周波数を変化させることで、音響光学波長可変フィルタ１９によりレーザ光が遮断されるため、集光位置を変化させている途中の位置にレーザ光が照射されることを防止することができる。つまり、音響光学波長可変フィルタ１９によりシャッター機能を実現する。
【００６７】
また、本実施例に係る光束変換ユニット１７を含むレーザ照明装置も、ミラー１５を距離Ｄ１や距離Ｄ２が異なるミラーと交換することで、さまざまなストローク、走査単位、及び走査速度のＺ方向への走査を行うことができる。また、反射面間の距離Ｄ１及び距離Ｄ２は、反射面毎に異なっても良い。
【００６８】
以上、本実施例に係る光束変換ユニット１７を含むレーザ照明装置及び多光子励起顕微鏡によれば、レーザ光により標本を光軸方向（Ｚ方向）に高速且つ広い範囲に走査することができる。
なお、本実施例に係る光束変換ユニット１７を含むレーザ照明装置も、実施例１と同様に、刺激用のレーザ照明装置として利用されても良い。
【実施例３】
【００６９】
図４は、本実施例に係る光束変換ユニットの構成を例示する概略図である。本実施例に係る光束変換ユニットも、多光子励起顕微鏡に適用することができる。なお、本実施例に係る多光子励起顕微鏡は、光束変換ユニットが異なる点を除き、図１に例示される多光子励起顕微鏡１と同様である。このため、ここでは多光子励起顕微鏡の説明を省略する。
【００７０】
本実施例に係る光束変換ユニット２０は、図４（ａ）に例示されるように、レーザ光を射出するレーザ光源１１と、表面弾性波の周波数を変えることによって特定波長の光を取り出す音響光学波長可変フィルタ１９と、入射する光の一部を反射し残りを透過する光路分割素子であるハーフミラー１２と、レーザ光を任意の偏向方向に偏向させ略平行光として射出する偏向手段である２軸ガルバノミラー２２と、２軸ガルバノミラー２２から射出されたレーザ光を集光させる集光光学系１４と、集光光学系１４から射出されたレーザ光を反射する反射面を有する反射手段であるミラー２１と、２軸ガルバノミラー２２の像を対物レンズの後側焦点位置に投影する瞳リレー光学系１６と、を含んで構成されている。
【００７１】
本実施例に係る光束変換ユニット２０は、偏向手段が２軸ガルバノミラー２２である点と、反射手段がミラー２１である点が、実施例２に係る光束変換ユニット１７と異なる。
【００７２】
ミラー２１は、図４（ａ）に例示されるように、集光光学系１４の光軸ＡＸと直交する複数の反射面（反射面２１ａ、反射面２１ｂ、反射面２１ｃ）を、集光光学系１４の光軸ＡＸの方向の異なる位置に有している点は、ミラー１５と同様である。ただし、図４（ｂ）に例示されるように、複数の反射面（反射面２１ａ、反射面２１ｂ、反射面２１ｃ）は、同心円状に並べられた平面となっている。なお、図４（ｂ）は、ミラー２１を集光光学系１４の光軸ＡＸの方向から見た様子を示している。
【００７３】
一般に、ガルバノミラーは、ミラーを高速に動作させて偏向方向を変化させるため、慣性の影響を受けやすい。走査速度の高速化のためにミラーを高速に偏向させるほど、ミラーは慣性の影響を大きく受け、所望の偏向角（又は、所望の偏向角を中心とする一定の範囲）に安定するまでに時間がかかってしまう。従って、走査速度の高速化が制限されてしまう。
本実施例の光束変換ユニット２０では、ミラー２１と２軸ガルバノミラー２２を用いることで、走査速度をさらに高速化することができる。
【００７４】
具体的には、２軸ガルバノミラー２２は、２つのミラーが互いに直交する２方向に、同一の振幅、同一の周波数で振動するガルバノミラーである。この２軸ガルバノミラー２２は、２つのミラーを位相差９０度で振動させることで、２軸ガルバノミラー２２で偏向された光線の偏向方向を円状に変化させることができる。この場合、光線の軌跡は円を描くことになり、光線はミラー２１の同一反射面内で反射されることになる。
【００７５】
また、光線の軌跡が描く円の径は、２つのミラーの振幅によって決まる。従って、２軸ガルバノミラー２２は、２つのミラーの振動の振幅を変化させることで、光線が入射するミラー２１の反射面を変化させることができる。
【００７６】
つまり、光束変換ユニット２０では、２軸ガルバノミラー２２の振動の振幅を変化させることにより、標本ＳをＺ方向に走査することができる。振動の振幅を所望の振幅に変化させる際にミラーが受ける慣性の影響は、ミラーを所望の偏向角を変化させる場合に比べて小さい。このため、振動の振幅が安定するまでに要する時間は、ミラーが所望の偏向角で安定するまでに要する時間に比べて短くなり、走査速度の高速化を図ることができる。
【００７７】
また、本実施例に係る光束変換ユニット２０を含むレーザ照明装置も、ミラー２１を距離Ｄ１や距離Ｄ２が異なるミラーと交換することで、さまざまなストローク、走査単位、及び走査速度のＺ方向への走査を行うことができる。また、反射面間の距離Ｄ１及び距離Ｄ２は、反射面毎に異なっても良い。
【００７８】
以上、本実施例に係る光束変換ユニット２０を含むレーザ照明装置及び多光子励起顕微鏡によれば、レーザ光により標本を光軸方向（Ｚ方向）に高速且つ広い範囲に走査することができる。
なお、本実施例に係る光束変換ユニット２０を含むレーザ照明装置も、実施例１と同様に、刺激用のレーザ照明装置として利用されても良い。
【実施例４】
【００７９】
図５は、本実施例に係る光束変換ユニットの構成を例示する概略図である。本実施例に係る光束変換ユニットも、多光子励起顕微鏡に適用することができる。なお、本実施例に係る多光子励起顕微鏡は、光束変換ユニットが異なる点を除き、図１に例示される多光子励起顕微鏡１と同様である。このため、ここでは多光子励起顕微鏡の説明を省略する。
【００８０】
本実施例に係る光束変換ユニット２３は、レーザ光を射出するレーザ光源１１と、表面弾性波の周波数を変えることによって特定波長の光を取り出す音響光学波長可変フィルタ１９と、Ｓ偏光の反射しＰ偏光を透過させる偏光ビームスプリッタ２４と、偏光方向を９０度変化させるλ／４板２５と、レーザ光を任意の偏向方向に偏向させ略平行光として射出する偏向手段であるガルバノミラー１８と、ガルバノミラー１８から射出されたレーザ光を集光させる集光光学系１４と、集光光学系１４から射出されたレーザ光を反射する反射面を有する反射手段であるミラー１５と、ガルバノミラー１８の像を対物レンズの後側焦点位置に投影する瞳リレー光学系１６と、を含んで構成されている。なお、光束変換ユニット２３では、偏光ビームスプリッタ２４とλ／４板２５が、光路分割素子として機能している。
本実施例に係る光束変換ユニット２３は、光路分割素子がビームスプリッタ２４とλ／４板２５からなる点が、実施例２に係る光束変換ユニット１７と異なる。
【００８１】
実施例２に係る光束変換ユニット１７では、レーザ光源１１から射出されたレーザ光は、ハーフミラー１２を２回透過して射出されるため、レーザ光の光量の損失が大きい。
【００８２】
本実施例に係る光束変換ユニット２３では、ハーフミラー１２の代わりに、偏光ビームスプリッタ２４及びλ／４板２５を用いることで、レーザ光の光量の損失を抑制することができる。
【００８３】
具体的には、レーザ光源１１から射出されたレーザ光がＳ偏光である場合、偏光ビームスプリッタ２４に入射するレーザ光のほとんどが反射され、λ／４板２５へ入射する。λ／４板２５では、レーザ光の偏光方向が９０度変化し、レーザ光は円偏光に変換される。その後、レーザ光は円偏光として、ガルバノミラー１８、集光光学系１４を介して、ミラー１５へ入射する。そして、ミラー１５を反射することにより、レーザ光の偏光方向が１８０度変化し、レーザ光はミラー１５へ入射したときとは反対回りの円偏光に変換される。そして、レーザ光は、集光光学系１４、ガルバノミラー１８を介してλ／４板２５へ入射する。λ／４板２５では、レーザ光の偏光方向がさらに９０度変化し、レーザ光はＰ偏光に変換される。このため、Ｐ偏光として偏光ビームスプリッタ２４に入射したレーザ光は、偏光ビームスプリッタ２４をほとんど透過し、瞳リレー光学系１６を介して射出される。このように、光束変換ユニット２３では、偏光方向を利用してレーザ光の光路を切り替えることで、レーザ光源１１から射出されたレーザ光の光量の損失を抑制することができる。
【００８４】
なお、ここでは、レーザ光源１１から射出されるレーザ光がＳ偏光の場合を例示したが、Ｐ偏光の場合には、偏光ビームスプリッタ２４として、Ｐ偏光の反射しＳ偏光を透過させる偏光ビームスプリッタを用いればよい。
【００８５】
また、本実施例に係る光束変換ユニット２３を含むレーザ照明装置も、ミラー１５を距離Ｄ１や距離Ｄ２が異なるミラーと交換することで、さまざまなストローク、走査単位、及び走査速度のＺ方向への走査を行うことができる。また、反射面間の距離Ｄ１及び距離Ｄ２は、反射面毎に異なっても良い。また、実施例３に係る光束変換ユニット２０と同様に、ミラー２１と２軸ガルバノミラー２２を組み合わせて用いても良い。
【００８６】
以上、本実施例に係る光束変換ユニット２３を含むレーザ照明装置及び多光子励起顕微鏡によれば、レーザ光により標本を光軸方向（Ｚ方向）に高速且つ広い範囲に走査することができる。
なお、本実施例に係る光束変換ユニット２３を含むレーザ照明装置も、実施例１と同様に、刺激用のレーザ照明装置として利用されても良い。
【実施例５】
【００８７】
図６は、本実施例に係る光束変換ユニットの構成を例示する概略図である。本実施例に係る光束変換ユニットも、多光子励起顕微鏡に適用することができる。なお、本実施例に係る多光子励起顕微鏡は、光束変換ユニットが異なる点を除き、図１に例示される多光子励起顕微鏡１と同様である。このため、ここでは多光子励起顕微鏡の説明を省略する。
【００８８】
本実施例に係る光束変換ユニット２６は、レーザ光を射出するレーザ光源１１と、入射する光の一部を反射し残りを透過する光路分割素子であるハーフミラー１２と、レーザ光を任意の偏向方向に偏向させ略平行光として射出する偏向手段である音響光学変調器１３と、音響光学変調器１３から射出されたレーザ光を集光させる集光光学系１４と、集光光学系１４から射出されたレーザ光を反射する反射面を有する反射手段であるミラー２７と、音響光学変調器１３の像を対物レンズの後側焦点位置に投影する瞳リレー光学系１６と、を含んで構成されている。
【００８９】
本実施例に係る光束変換ユニット２６は、音響光学変調器１３が集光光学系１４の光軸ＡＸからずれた位置に配置されている点と、反射手段がミラー２７である点が、実施例１に係る光束変換ユニット３と異なる。
【００９０】
反射手段であるミラー２７は、焦点面ＦＰに対して角度θだけ傾いた一平面からなる反射面２７ａを有している。つまり、反射面２７ａは、集光光学系１４の光軸ＡＸに対して傾斜した一平面である。
【００９１】
音響光学変調器１３は、集光光学系１４の後側焦点位置近傍に配置されている。より具体的には、集光光学系１４から焦点距離ｆだけ離れた位置であるが、集光光学系１４の光軸ＡＸから距離Ｄ３だけ離れた位置に配置されている。
音響光学変調器１３から射出されたレーザ光が、破線で示される光線Ｂ１の場合と、実線で示される光線Ｂ２の場合について説明する。
【００９２】
まず、光線Ｂ１の場合、光線Ｂ１の主光線ＰＲ１は、光軸ＡＸと平行であるので、集光光学系１４により光軸ＡＸと焦点面ＦＰの交点である前側焦点位置（位置Ｐ１）に向けて偏向される。また、光線Ｂ１は平行光であるので、集光光学系１４から集光光学系１４の焦点距離ｆだけ離れた位置に集光する。
【００９３】
このため、光線Ｂ１は、光軸ＡＸと焦点面ＦＰの交点である位置Ｐ１に集光し、反射面２７ａ上の位置Ｐ１で反射する。このとき、光線Ｂ１の主光線ＰＲ１は、光軸ＡＸに対して角度θだけ傾いて反射面２７ａに入射するが、角度θは距離Ｄ３と焦点距離ｆとから予め既知であり、反射面２７ａは光線Ｂ１の主光線ＰＲ１と直交する平面として形成されている。従って、反射した光線Ｂ１は、反射前と共通の主光線ＰＲ１を有し、同じ光路を反対方向に進行する。そして、光線Ｂ１は、平行光として音響光学変調器１３へ入射する。
【００９４】
これに対して、光線Ｂ２の場合、光線Ｂ２は平行光であるので、集光光学系１４から集光光学系１４の焦点距離ｆだけ離れた位置に集光する。ただし、光線Ｂ２の主光線ＰＲ２は、光軸ＡＸと平行でないため、集光光学系１４により、前側焦点位置（位置Ｐ１）からずれた位置に向けて偏向される。
【００９５】
このため、光線Ｂ２は焦点面ＦＰ上の光軸ＡＸからずれた位置Ｐ２に集光し、その後、発散した状態で、主光線ＰＲ２の方向に位置Ｐ２から距離Ｇだけ離れた位置で反射面２７ａに入射する。なお、光線Ｂ２の主光線ＰＲ２は、集光光学系１４により光線Ｂ１の主光線ＰＲ１と平行な方向に偏向されるため、反射面２７ａと主光線ＰＲ２も直交する。従って、ミラー２７を反射した光線Ｂ２は、反射前と共通の主光線ＰＲ２を有し、同じ光路を反対方向に進行する。
【００９６】
ただし、光線Ｂ２は発散した状態で反射された光であり、集光した状態で反射された光ではないため、反射面２７ａを中心として集光位置（位置Ｐ２）と対称な位置Ｐ２’から射出された光のように振舞う。つまり、光線Ｂ２は、焦点距離ｆより離れた位置から集光光学系１４へ入射する光と同じである。このため、光線Ｂ２は、図６では図示していないが、集光光学系１４により収束光に変換され、音響光学変調器１３へ入射する。
【００９７】
従って、光線Ｂ１は平行光として光束変換ユニット２６から射出され、光線Ｂ２は収束光として光束変換ユニット２６から射出される。また、光束変換ユニット２６から射出される光線を発散光とすることも可能である。
【００９８】
このように、光束変換ユニット２６は、音響光学変調器１３で光線が偏向する方向を変化させるだけで、主光線ＰＲの方向を変化させることなく、射出時の光線の光束状態を変化させることができる。そして、光束変換ユニット２６から射出される光線が収束するほど、集光位置は対物レンズ７近づく。反対に、光束変換ユニット２６から射出される光線が発散するほど、集光位置は対物レンズから離れる。このような作用を利用することで、光束変換ユニット２６を含むレーザ照明装置及び多光子励起顕微鏡は、標本ＳをＺ方向に走査することができる。
【００９９】
なお、Ｚ方向のストローク、つまり、Ｚ方向への走査範囲は、ミラー２７に入射する主光線の光軸ＡＸに対する角度θに依存している。より具体的には、距離Ｄ３が長いほど、集光光学系１４の焦点距離ｆが短いほど、ストロークを長くすることができる。また、集光光学系１４の有効径も大きいほどストロークを長くすることができる。従って、本実施例に係るレーザ照明装置及び多光子励起顕微鏡によれば、有効径が大きく焦点距離が短い集光光学系１４と、光軸ＡＸからずれた位置に配置された音響光学変調器１３とを含むことで、Ｚ方向へ広範囲に走査することができる。
【０１００】
ただし、光線が反射する位置が焦点面ＦＰから離れすぎると、レーザ照明装置内でケラレが生じてしまうことがある。このため、ミラー２７は、集光光学系１４の前側焦点位置近傍に配置されることが望ましい。
【０１０１】
また、Ｚ方向への走査単位は、実施例１に係るレーザ照明装置２及び多光子励起顕微鏡１に比べて、さらに細かくすることができる。本実施例に係る光束変換ユニット２６では、反射面２７ａが一平面であり、反射位置を連続的に変化させることができるため、射出される光線の状態も連続的に変化させることができる。つまり、Ｚ方向の集光位置を連続的に変化させることができる。
【０１０２】
また、Ｚ方向への走査速度は、音響光学変調器１３によって光線の偏向方向が変化する速度に依存している。このため、光束変換ユニット２６を含むレーザ照明装置及び多光子励起顕微鏡によれば、実施例１に係るレーザ照明装置２及び多光子励起顕微鏡１と同様に、高速なＺ方向への走査を実現することができる。
【０１０３】
また、実施例２に係る光束変換ユニット１７と同様に、偏向手段として、音響光学変調器１３の代わりに、ガルバノミラー１８を用いても良い。その場合、レーザ光源１１と偏向手段の間に、音響光学波長可変フィルタ１９を含むことが望ましい。
【０１０４】
以上により、光束変換ユニット２６を含むレーザ照明装置及び多光子励起顕微鏡によれば、レーザ光により標本を光軸方向（Ｚ方向）に高速且つ広い範囲に走査することができる。
なお、本実施例に係る光束変換ユニット２６を含むレーザ照明装置も、実施例１と同様に、刺激用のレーザ照明装置として利用されても良い。
【実施例６】
【０１０５】
図７は、本実施例に係る共焦点顕微鏡の構成を例示する概略図である。図１に例示される共焦点顕微鏡２８は、レーザ顕微鏡の一種であり、レーザ光により励起された蛍光物質から生じる蛍光を共焦点絞り３２を介して検出することで標本Ｓを観察する顕微鏡である。
【０１０６】
共焦点顕微鏡２８は、レーザ光により標本Ｓを照明するレーザ照明装置と、ミラー３０と、吸収フィルタ３１と、集光光学系３２と、共焦点絞り３３と、光検出器３４とを含んで構成されている。レーザ照明装置は、レーザ光源１１と、入射する光を波長により反射または透過させる波長分離素子であるダイクロイックミラー２９と、レーザ光を任意の偏向方向に偏向させ略平行光として射出する偏向手段である音響光学変調器１３と、音響光学変調器１３から射出されたレーザ光を集光させる集光光学系１４と、集光光学系１４から射出されたレーザ光を反射する反射面を有する反射手段であるミラー１５と、瞳リレー光学系１６と、ＸＹスキャナ４と、瞳リレー光学系５と、レーザ光を標本Ｓ上に集光させる対物レンズ７と、を含んで構成されている。
なお、以降では、ミラー３０、吸収フィルタ３１、集光光学系３２、共焦点絞り３３、及び光検出器３４のことをまとめて、検出系と記す。
【０１０７】
図７では、一例として、レーザ光が対物レンズ７の後側焦点位置に平行光として入射する光線Ｂ１の光路が示されている。本実施例に係る共焦点顕微鏡２８は、実施例１から実施例５と同様に、偏向手段（音響光学変調器１３）により光線の偏向方向を変化させることで、対物レンズ７の後側焦点位置に入射する光線の光束状態を変化させ、それによって、光線の集光位置をＺ方向に変化させることができる。
【０１０８】
ＸＹスキャナ４は、レーザ光によりＸＹ方向に標本Ｓを走査するために走査手段である。ＸＹスキャナ４としては、共振型やサーボ型のガルバノミラーを用いることができる。また、瞳リレー光学系５は、ＸＹスキャナ４の像を対物レンズ７の後側焦点位置に投影する瞳リレー光学系である。
本実施例に係る共焦点顕微鏡２８は、実施例１に係る多光子励起顕微鏡１と、以下の３点が大きく異なっている。
【０１０９】
まず、第１点目は、集光光学系３２と光検出器３４の間に設けられた共焦点絞り３３である。共焦点顕微鏡２８で用いられるレーザ光は、多光子励起顕微鏡１と異なり１光子で蛍光物質が励起される波長を有している。このため、多光子励起顕微鏡１に比べ、集光位置を含む広い領域から蛍光が生じてしまう。共焦点絞り３３は、このような集光位置以外からの光が光検出器３４へ入射することを防止するためのものである。
【０１１０】
共焦点絞り３３は、共焦点ピンホールを有し、共焦点ピンホールが対物レンズ７による集光位置と光学的に共役になるように配置されている。これにより、集光位置から生じる蛍光は共焦点ピンホールを通過し、それ以外の光は共焦点絞り３３で遮断される。このため、共焦点顕微鏡２８は、多光子励起顕微鏡１と同様に、集光位置からの蛍光のみを光検出器３４で検出することができる。
【０１１１】
第２点目は、ダイクロイックミラー２９と検出系の配置である。一般に、集光位置がＺ方向に変化すると集光位置と共役な位置も変化する。このため、共焦点絞り３３を配置すべき位置も変化してしまう。そこで、本実施例に係る共焦点顕微鏡２８では、レーザ光源１１と音響光学変調器１３の間に、ハーフミラーの代わりに、ダイクロイックミラー２９を設けている。また、ダイクロイックミラー２９を透過した光が進行する光路上に検出系が配置されている。
【０１１２】
このように構成することで、集光位置から生じる蛍光は、ダイクロイックミラー２９へ入射する前に、Ｚ方向走査手段として機能する音響光学変調器１３、集光光学系１４及びミラー１５を通過する。このため、集光位置が対物レンズ７の前側焦点位置からずれた位置にある場合であっても、蛍光は、Ｚ方向走査手段がレーザ光の場合とは反対に作用することで、平行光に変換されてからダイクロイックミラー２９へ入射する。つまり、蛍光は、ダイクロイックミラー２９に常に平行光として入射する。
【０１１３】
これにより、集光光学系３２による蛍光の集光位置も常に一定となり、共焦点ピンホールの位置は、常に対物レンズ７による集光位置と光学的に共役になる。従って、Ｚ方向の集光位置によらず、共焦点絞り３３により安定して集光位置以外からの光を遮断することができるため、共焦点顕微鏡２８は、集光位置からの蛍光のみを光検出器３４で検出することができる。
【０１１４】
なお、図７では、ダイクロイックミラー２９がレーザ光を反射し蛍光を透過させる特性を有する場合を例示しているが、特にこれに限られない。ダイクロイックミラー２９がレーザ光を透過させ蛍光を反射する場合であれば、レーザ光源１１の配置と検出系の配置を反対にすればよい。
【０１１５】
第３点目は、ミラー１５へ入射する光線Ｂ１ａの主光線ＰＲ１ａと反射面の関係である。本実施例に係る共焦点顕微鏡２８では、ハーフミラーの代わりにダイクロイックミラー２９を用いて光路を分割している。このため、実施例１から実施例５のレーザ照明装置のように、レーザ光源１１から射出されたレーザ光がミラー１５（ミラー２１、ミラー２７）で同軸方向に反射されると、ダイクロイックミラー２９へ再度入射して反射されてしまい、標本Ｓへ向けて射出されない。そこで、本実施例に係る共焦点顕微鏡２８では、レーザ光が音響光学変調器１３で偏向される位置を集光光学系１４の光軸ＡＸに対して偏心させている。
【０１１６】
このように構成することで、集光光学系１４で偏向された光線Ｂ１ａの主光線ＰＲ１ａは、光軸ＡＸに対して傾いた状態でミラー１５の反射面１５ａへ入射する。反射面１５ａは、光軸ＡＸと直交しているため、集光光学系１４から射出された光線Ｂ１ａの主光線ＰＲ１ａと直交しない。このため、反射された光線Ｂ１ｂの主光線ＰＲ１ｂは、光線Ｂ１ａの主光線ＰＲ１ａと一致せず、光線Ｂ１ｂは光線Ｂ１ａとは異なる光路を進行する。
【０１１７】
これにより、レーザ照明装置は、ダイクロイックミラー２９がレーザ光源１１と音響光学変調器１３の間に配置された場合であっても、光線Ｂ１ｂをダイクロイックミラー２９で反射することなく、標本Ｓへ向けて射出することができる。
【０１１８】
なお、本実施例に係るレーザ照明装置及び共焦点顕微鏡２８でも、偏向手段として、ガルバノミラーや、２軸ガルバノミラーを利用しても良い。また、偏向手段としてこれらを用いる場合には、さらにレーザ光源１１と偏向手段の間に、音響光学波長可変フィルタを設けることが望ましい。
【０１１９】
また、反射手段として、ミラー１５の代わりに、図４に例示されるミラー２１や、図６に例示されるミラー２７を用いても良い。また、ミラー１５を距離Ｄ１や距離Ｄ２が異なるミラーと交換してもよく、ミラー１５の反射面間の距離Ｄ１及び距離Ｄ２を、反射面毎に異ならせても良い。
【０１２０】
以上、本実施例に係るレーザ照明装置及び共焦点顕微鏡によれば、実施例１から実施例５に係るレーザ照明装置及び多光子励起顕微鏡と同様に、レーザ光により標本を光軸方向（Ｚ方向）に高速且つ広い範囲に走査することができる。
なお、本実施例に係る構成は、多光子励起顕微鏡でも同様に利用することもできる。
【符号の説明】
【０１２１】
１・・・多光子励起顕微鏡、２・・・レーザ照明装置、３、１７、２０、２３、２６・・・光束変換ユニット、４・・・ＸＹスキャナ、５、１６・・・瞳リレー光学系、６、２９・・・ダイクロイックミラー、７、１００・・・対物レンズ、８、３１・・・吸収フィルタ、９、１４、３２・・・集光光学系、１０、３４・・・光検出器、１１・・・レーザ光源、１２・・・ハーフミラー、１３・・・音響光学変調器、１５、２１、２７、３０・・・ミラー、１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄ、２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２７ａ・・・反射面、１８・・・ガルバノミラー、１９・・・音響光学波長可変フィルタ、２２・・・２軸ガルバノミラー、２４・・・偏光ビームスプリッタ、２５・・・λ／４板、２８・・・共焦点顕微鏡、３３・・・共焦点絞り、１０１・・・ピエゾ素子、１０２・・・位相変調素子、１０３・・・デフォーマブルミラー、ＦＰ・・・焦点面、ＰＲ、ＰＲ１、ＰＲ１ａ、ＰＲ１ｂ、ＰＲ２・・・主光線、Ｂ１、Ｂ１ａ、Ｂ１ｂ、Ｂ２、Ｂ２ａ、Ｂ２ｂ・・・光線、ＡＸ・・・光軸、Ｓ・・・標本、Ｐ１、Ｐ２、Ｐ２’・・・位置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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