(57)【要約】      （修正有）【課題】安価且つ簡易な構成により、撮像に使用される標本上の領域で、対物レンズの光軸方向における輝度分布が均一となる照明光を形成できるライトフィールド顕微鏡を提供する。【解決手段】ライトフィールド顕微鏡１０は、標本Ｓからの光を取り込む対物レンズ１１と、対物レンズ１１の光軸と直交する方向から標本Ｓへ照明光を照射する照明装置と、を備え、照明装置は、照明光を射出する光源２５と、光源２５からの照明光を導光し、出射端面から射出するマルチモードファイバー１と、出射端面１ａの像を、対物レンズ１１の光軸上に投影する照明光学系１８と、を備え、照明装置は、照明光学系１８によって投影される投影面上で照明光が対物レンズ１１の光軸方向に一定の厚みを有するように、照明光を照射することを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
標本からの光を取り込む対物レンズと、
前記対物レンズの光軸と直交する方向から前記標本へ照明光を照射する照明装置と、を備え、
前記照明装置は、
前記照明光を射出する光源と、
前記光源からの前記照明光を導光し、出射端面から射出するマルチモードファイバーと、
前記出射端面の像を、前記対物レンズの光軸上に投影する照明光学系と、を備え、
前記照明装置は、前記照明光学系によって投影される投影面上で前記照明光が前記対物レンズの光軸方向に一定の厚みを有するように、前記照明光を照射する
ことを特徴とするライトフィールド顕微鏡。
【請求項２】
請求項１に記載のライトフィールド顕微鏡であって、
前記照明光学系は、前記照明範囲を前記対物レンズの光軸の方向に一定とする、第１の絞りを有する
ことを特徴とするライトフィールド顕微鏡。
【請求項３】
請求項２に記載のライトフィールド顕微鏡であって、
前記照明光学系は、中間像を形成し、
前記照明光学系は、前記第１の絞りを前記中間像位置若しくはその近傍に有する
ことを特徴とするライトフィールド顕微鏡。
【請求項４】
請求項２または請求項３に記載のライトフィールド顕微鏡であって、
前記第１の絞りは、前記第１の絞りの前記照明光が通過する領域の外周に矩形形状を形成する絞りであり、前記矩形形状を成す４辺のうちいずれかの対向する２辺が前記対物レンズの光軸と直交する
ことを特徴とするライトフィールド顕微鏡。
【請求項５】
請求項２乃至請求項４のいずれか１項に記載のライトフィールド顕微鏡であって、
前記照明光学系は、前記照明光学系における出射側瞳位置に第２の絞りを有する
ことを特徴とするライトフィールド顕微鏡。
【請求項６】
請求項５に記載のライトフィールド顕微鏡であって、
前記第１の絞りと前記第２の絞りは、それぞれ絞り具合が可変に構成される、または、大きさの異なる他の絞りと切替可能に構成される
ことを特徴とするライトフィールド顕微鏡。
【請求項７】
請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載のライトフィールド顕微鏡であって、
前記マルチモードファイバーのコアは、矩形形状を有する矩形コアであり、前記出射端面において前記矩形コアの外周を成す４辺のうちいずれかの対向する２辺が前記対物レンズの光軸と直交する
ことを特徴とするライトフィールド顕微鏡。
【請求項８】
請求項７に記載のライトフィールド顕微鏡であって、
前記矩形コアの前記対物レンズの光軸と直交する２辺の各辺の長さは、前記矩形コアの前記対物レンズの光軸と平行な２辺の各辺の長さよりも大きい
ことを特徴とするライトフィールド顕微鏡。
【請求項９】
請求項１乃至請求項８のいずれか１項に記載のライトフィールド顕微鏡であって、
前記照明光学系は、前記対物レンズの光軸方向、または、前記対物レンズの光軸と直交する方向のうちいずれか、または、両方に対してテレセントリックに構成される
ことを特徴とするライトフィールド顕微鏡。
【請求項１０】
請求項１乃至請求項９のいずれか１項に記載のライトフィールド顕微鏡であって、
前記照明光学系は、前記対物レンズの光軸方向と、前記対物レンズの光軸と直交する方向とで異なる投影倍率を有する
ことを特徴とするライトフィールド顕微鏡。
【請求項１１】
請求項１０に記載のライトフィールド顕微鏡であって、
前記照明光学系は、前記対物レンズの光軸と直交する方向に前記対物レンズの光軸方向よりも大きな投影倍率を有する
ことを特徴とするライトフィールド顕微鏡。
【請求項１２】
請求項１０または請求項１１に記載のライトフィールド顕微鏡であって、
前記照明光学系は、前記対物レンズの光軸と直交する方向にパワーを有する第１及び第３のシリンドリカルレンズと、前記対物レンズの光軸方向にパワーを有する第２及び第４のシリンドリカルレンズと、を有し、
前記第１〜前記第４のシリンドリカルレンズは、前記マルチモードファイバーの前記出射端面側から前記第１、前記第２、前記第３、前記第４のシリンドリカルレンズの順に配置される
ことを特徴とするライトフィールド顕微鏡。
【請求項１３】
請求項１乃至請求項１２のいずれか１項に記載のライトフィールド顕微鏡であって、
前記照明光学系は、異なる投影倍率を有する他の照明光学系と切替可能に構成される
ことを特徴とするライトフィールド顕微鏡。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
ライトフィールド顕微鏡に関する。
【背景技術】
【０００２】
ライトフィールド顕微鏡では、一度の撮像により一定範囲（対物レンズの焦点深度によって決まる）の３次元情報を取得することができるため、撮像時における焦点位置を合わせるための調整作業の省略、撮像回数の削減等が可能となり、より効率的な観察を行うことが可能である。このようなライトフィールド顕微鏡に関する技術は、例えば、特許文献１に開示がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許第7723662号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
一方で、ライトフィールド顕微鏡では、上記のように焦点深度内の情報を一度の撮像によって取得するため、他の顕微鏡と比較して、対物レンズの光軸方向において広い照明範囲が撮像に使用される。即ち、撮像に使用する広い照明範囲において、対物レンズの光軸方向における照明光の輝度分布の不均一さは標本の観察に影響し得る。特に、蛍光量の定量を行うような場合には、輝度分布の不均一性が与える影響は大きい。
【０００５】
そして、一般的な点光源を用いる場合、形成される照明光は焦点位置からデフォーカスするにつれ輝度が減衰する輝度分布となり、ライトフィールド顕微鏡を用いた観察において対物レンズの光軸方向に十分な均一性を有しているとはいえない。
【０００６】
以上の実情を踏まえて、本発明では、安価且つ簡易な構成により、撮像に使用される標本上の領域で、対物レンズの光軸方向における輝度分布が均一となる照明光を形成できるライトフィールド顕微鏡を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一態様におけるライトフィールド顕微鏡は、前記標本からの光を取り込む対物レンズと、前記対物レンズの光軸と直交する方向から前記標本へ照明光を照射する照明装置と、を備え、前記照明装置は、前記照明光を射出する光源と、前記光源からの前記照明光を導光し、出射端面から射出するマルチモードファイバーと、前記出射端面の像を、前記対物レンズの光軸上に投影する照明光学系と、を備え、前記照明装置は、前記照明光学系によって投影される投影面上で前記照明光が前記対物レンズの光軸方向に一定の厚みを有するように、前記照明光を照射することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、安価且つ簡易な構成により、撮像に使用される標本上の領域で、対物レンズの光軸方向における輝度分布が均一となる照明光を形成できるライトフィールド顕微鏡を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】第１の実施形態のライトフィールド顕微鏡の構成を示す図。
【図２】第１の実施形態のマルチモードファイバーの出射端面をＺ方向から見た様子を示す図。
【図３】第１の実施形態の視野絞りをＺ方向から見た様子を示す図。
【図４】第１の実施形態の制御装置の機能構成を示す図。
【図５】第２の実施形態のライトフィールド顕微鏡の構成を示す図。
【図６】第３の実施形態のライトフィールド顕微鏡の構成を示す図。
【図７】第３の実施形態のマルチモードファイバーの出射端面をＺ方向から見た様子を示す図。
【図８】第３の実施形態の視野絞りをＺ方向から見た様子を示す図。
【図９】第３の実施形態の明るさ絞りをＺ方向から見た様子を示す図。
【図１０】第３の実施形態の制御装置の機能構成を示す図。
【図１１】第４の実施形態のライトフィールド顕微鏡の構成を示す図。
【図１２】第４の実施形態のマルチモードファイバーの出射端面をＺ方向から見た様子を示す図。
【図１３】第４の実施形態の一構成例における視野絞りをＺ方向から見た様子を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の第１の実施形態におけるライトフィールド顕微鏡１０について図面を参照しつつ説明する。図１は、ライトフィールド顕微鏡１０の構成を示す図である。
【００１１】
ライトフィールド顕微鏡１０は、光源２５と、マルチモードファイバー１と、照明光学系１８と、標本Ｓを内包した光透過性のある容器８を設置するステージ９と、観察光学系１９と、ライトフィールド顕微鏡１０内の各種構成を制御する制御装置２０と、を備えている。尚、以下では、照明光学系１８の光軸方向をＺ方向、観察光学系１９の光軸方向をＸ方向、Ｘ方向及びＺ方向に直交する方向をＹ方向と記載する。図１では、Ｘ方向及びＺ方向が図示されている。
【００１２】
容器８は、例えば、キュベットである。標本Ｓは、ゼブラフィッシュ等の生態サンプルであり、容器８内にアガロースとともに封入される。
【００１３】
ライトフィールド顕微鏡１０において、光源２５と、マルチモードファイバー１と、照明光学系１８は、観察光学系１９の対物レンズ１１の光軸と直交する方向から標本Ｓへ照明光を照射する照明装置として機能する。
【００１４】
光源２５は、標本Ｓから蛍光を発生させるためのレーザ光を照明光として射出する光源である。光源２５から射出された照明光は、マルチモードファイバー１を介して導光される。
【００１５】
マルチモードファイバー１は、異なる複数のモードで光を反射させながら伝送する光ファイバーである。マルチモードファイバー１は、光源２５からの照明光を導光し、出射端面１ａから射出する。
【００１６】
図２は、マルチモードファイバー１の出射端面１ａをＺ方向から見た様子を示す図である。マルチモードファイバー１は、矩形形状を有する矩形コアであるコア１ｂを含む。コア１ｂは、コアサイズが２００×８００μｍの矩形コアであり、コア１ｂの射出ＮＡは、０．１である。ここで、マルチモードファイバー１のコア１ｂは、外周を成す４辺のうちいずれかの対向する２辺が、観察光学系１９が有する対物レンズ１１の光軸と直交する方向（即ちＹ方向）を向いているように配置されている。また、対物レンズ１１の光軸と直交する２辺の各辺の長さは、コア１ｂの対物レンズ１１の光軸と平行な２辺の各辺の長さよりも大きく形成される。ここでは、Ｙ方向と平行な２辺が長手方向の２辺となる。
【００１７】
このようなマルチモードファイバー１により射出される照明光は、その出射端面１ａにおいてＸ方向に２００μｍ、Ｙ方向に８００μｍの矩形断面を有する光束であって、その出射端面１ａ上で均一な輝度分布を有する光束となる。そのため、後述するように出射端面１ａの像を標本Ｓ上に投影することで、標本Ｓ上の投影面において均一な輝度分布を有する光束を形成することができる。例えば、光ファイバー用いず点光源からの光を照明光学系を通して射出する場合や、出射端面が点光源と見なせるシングルモードファイバーを用いた場合では、標本上での輝度分布がＸＹ平面上で不均一な輝度分布を有してしまう。本構成のようにマルチモードファイバーを用いることで、ＸＹ平面上の断面（ＸＹ断面とも記載する）である投影面における照明光の光束（照明光束とも記載する）が均一な輝度分布を有する光束を形成することができる。
【００１８】
照明光学系１８は、レンズ２、３、５、７と、視野絞り４と、明るさ絞り６と、を備えている。照明光学系１８は、マルチモードファイバー１の出射端面１ａの像を、観察光学系１９の対物レンズ１１の光軸上に投影するものである。以下、照明光学系１８の各構成について説明する。
【００１９】
レンズ２、３は、マルチモードファイバー１から射出された照明光をリレーし、照明光学系１８内で中間像を形成する。詳しくは、レンズ２、３は、出射端面１ａにおける照明光の像を２倍に拡大して中間像位置に投影する。即ち、この中間像位置には、４００×１６００μｍとなった出射端面１ａの矩形光束の像が投影される。また、レンズ２、３は、テレセントリックに構成される。
【００２０】
視野絞り４は、レンズ２、３によって形成される中間像位置もしくはその近傍に配置される絞り（第１の絞り）である。図３は、視野絞り４をＺ方向から見た様子を示す図である。視野絞り４は、４枚の絞り板（絞り板４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ）で構成され、視野絞り４の照明光が通過する領域の外周に矩形形状を形成している。この矩形形状を成す４辺のうちいずれかの対向する２辺が対物レンズ１１の光軸と直交するように配置される。ここでは、絞り板４ａ、４ｃで作られる２辺が対物レンズ１１の光軸と直交する。視野絞り４は、この４枚の絞り板を図３の矢印の方向に移動させることで、開口幅を調整することが可能であり、レンズ２、３によって投影された光束の矩形の幅（各辺の長さ）を任意に調整することができる。
【００２１】
尚、視野絞り４における開口幅の調整は、制御装置２０によって制御される。視野絞り４による開口幅の調整は、照明光学系１８の光軸を中心に対称性を維持しながら行われる。また、このときに調整される開口幅は、予め使用する対物レンズ１１の種類に対応して決められるとよい。対物レンズ１１の倍率が異なると、焦点深度が変化することから、視野絞り４によって観察時の焦点深度に合わせた開口幅となるように変更することが望ましい。制御装置２０は、例えば、使用する対物レンズ１１の種類と各対物レンズに適した開口幅を記録しておき、対物レンズ１１の切替に応じて視野絞り４の開口幅を制御する。
【００２２】
また、視野絞り４は、図３に示されるような複数の絞り板で構成される可変絞りではなく、大きさの異なる複数の絞りが切替可能に光路中に設置されるような構成であってもよい。
【００２３】
レンズ５、７は、レンズ２、３によって形成された中間像をリレーし、対物レンズ１１の光軸上の標本Ｓ上に略等倍で投影する。尚、レンズ５、７は、テレセントリックに構成されている。即ち、レンズ２、３及びレンズ５、７はテレセントリックに構成されており、照明光学系１８はテレセントリックに構成されている。
【００２４】
また、照明光学系１８は、レンズ７の瞳位置、即ち照明光学系１８の出射側の瞳位置に明るさ絞り６（第２の絞り）を備えている。明るさ絞り６は、視野絞り４と同様の矩形の開口を有しており、その開口幅がＸ方向、Ｙ方向に調整可能である。明るさ絞り６を調整することで、照明光束のＸＹ断面の大きさを調整できる。例えば、明るさ絞り６を絞ることで、標本Ｓへの照射光量は減少するが、照明光軸方向（Ｚ方向）における照明光束のＸＹ断面の大きさの変化を抑えることができる。逆に、明るさ絞り６を拡げることで、照明光束のＸＹ断面の大きさの変化を抑える効果は弱くなるが、標本Ｓの照射光量は増加する。このように、明るさ絞り６の調整において、照射光量と、照明光束のＸＹ断面の大きさの変化の抑制効果とはトレードオフの関係を有しており、標本Ｓの特性に応じて明るさ絞り６が調整されることが望ましい。尚、明るさ絞り６の調整は、制御装置２０によって制御される。
【００２５】
また、明るさ絞り６は、視野絞り４同様複数の絞り板で構成される可変絞りであってもよく、また、大きさの異なる複数の絞りが切替可能に光路中に設置されるような構成であってもよい。即ち、第１の絞り、第２の絞りは、それぞれ絞り具合が可変に構成される、または、大きさの異なる他の絞りと切替可能に構成されるものである。
【００２６】
上記照明装置（光源２５、マルチモードファイバー１、照明光学系１８）の構成の特徴を以下にまとめる。
【００２７】
光源２５からの照明光は、マルチモードファイバー１、照明光学系１８、を介して標本Ｓに照射される。マルチモードファイバー１の出射端面１ａにおける輝度分布が均一となった像を投影していることから、対物レンズ１１の光軸上のＸＹ平面上の断面において均一な輝度分布を有する照明光を標本Ｓに照射することができる。
【００２８】
また、マルチモードファイバー１の出射端面１ａにおいて形成される光束は、ＸＹ平面上に対向する２辺が対物レンズ１１の光軸と直交する方向（即ちＹ方向）を向いた矩形断面を有する。従って、標本Ｓ上の射出端面１ａの投影面における照明光束は、対物レンズ１１の光軸方向（Ｘ方向）に一定の厚みを有し、Ｙ方向に一定の幅を有する。換言すると、照明装置（光源２５、マルチモードファイバー１、照明光学系１８）は、照明光学系１８によって投影される投影面上で照明光が対物レンズ１１の光軸方向に一定の厚みを有するように、前記照明光を照射することができる。
【００２９】
従って、照明装置（光源２５、マルチモードファイバー１、照明光学系１８）の構成によれば、安価且つ簡易な構成により、撮像に使用される標本上の領域で、対物レンズの光軸方向における輝度分布が均一となる照明光を形成することができる。
【００３０】
また、照明光学系１８がテレセントリックに構成されていることで、照明光束は、照明光軸方向（Ｚ方向）に対物レンズ１１の光軸に対して対称となる。従って、テレセントリックではない照明光学系のように像位置を境にＺ方向に非対称な照明光束を照射してしまうことで、標本Ｓ上での照明に偏りが生じ、部分的に大きく褪色が進んでしまう事態を抑制することができる。
【００３１】
また、照明光が照射されているＸ方向、Ｙ方向、Ｚ方向で囲まれる領域であり、対物レンズ１１の視野範囲内の領域を照明領域と規定する。即ち、照明領域は、一度の撮像に使用される領域である。このとき本実施形態の照明装置によれば、出射端面１ａの投影面である対物レンズ１１の光軸上のＸＹ断面では、照明光束は、輝度分布の均一性を有している。そして、照明光学系１８がテレセントリックに構成されているため、テレセントリックでない照明光学系によって照射される光束と比べて、Ｚ方向においてもある程度、投影面における均一性が維持された照明光束が形成されるといえる。特に対物レンズ１１の視野範囲程度であれば投影面における均一性は維持される。従って、対物レンズ１１の視野範囲内の上記照明領域中での照明分布についても、均一性を有している。
【００３２】
観察光学系１９は、対物レンズ１１と、第１の切替装置１２と、エミッションフィルタ１３と、結像レンズ１４と、マイクロレンズアレイ１５と、第２の切替装置１６と、カメラ１７と、を備えている。
【００３３】
対物レンズ１１は、標本Ｓからの光（蛍光を含む）を取り込む。即ち、対物レンズ１１は、照明領域からの光を取り込む。また、第１の切替装置１２は、観察光学系１９の光路上に配置する対物レンズ１１を、複数の対物レンズの中から切り替えて配置する切替装置である。第１の切替装置１２は、例えば、レボルバーである。
【００３４】
エミッションフィルタ１３は、標本Ｓからの蛍光以外の不要光（照明光の散乱光等）を分離するフィルタである。エミッションフィルタ１３は、蛍光を含む一定の波長以上の光を透過するようなフィルタが選ばれる。
【００３５】
結像レンズ１４は、対物レンズ１１、エミッションフィルタ１３を介して入射した蛍光を結像レンズ１４の略焦点位置に配置されたマイクロレンズアレイ１５へ結像する。
【００３６】
マイクロレンズアレイ１５は、結像レンズ１４の略焦点位置に配置されている。マイクロレンズアレイ１５は、複数のマイクロレンズを同一平面（ＹＺ平面）上に配置したレンズアレイである。そのため、照明領域中において、ＹＺ平面上に異なる各標本Ｓの位置からの光は、それぞれマイクロレンズアレイ１５上の異なるマイクロレンズに入射し、カメラ１７に導光される。そして、カメラ１７はライトフィールドデータを撮像する。
【００３７】
第２の切替え装置１６は、観察光学系１９の光路上に配置するマイクロレンズアレイ１５を、複数のマイクロレンズアレイの中から切り替えて配置する切替装置である。第２の切替装置１６は、例えば、ターレットである。
【００３８】
このように、ライトフィールド顕微鏡１０における観察光学系１９によれば、照明領域内の情報を一度の撮像で取得し、撮像後の画像処理によって該照明領域における３次元画像データを生成することができる。
【００３９】
制御装置２０は、ライトフィールド顕微鏡１０の各構成を制御するための制御用コンピュータである。制御装置２０の機能構成を、図面を用いて説明する。図４は、制御装置２０の機能構成を示す図である。制御装置２０は、絞り制御部２１と、ステージ制御部２２と、対物レンズ切替部２３と、レンズアレイ切替部２４と、を備えている。
【００４０】
絞り制御部２１は、視野絞り４及び明るさ絞り６の開口幅を調整する。ステージ制御部２２は、ステージ９の位置を少なくともＸ方向に移動制御する。ステージ９の移動には、モータ等（不図示）が用いられる。特に、標本Ｓが照明領域に対して大きい場合には、標本Ｓの全ての領域を撮像するために、ステージ９がＹ、Ｚ方向においても移動制御されることが望ましい。ステージ９を移動させ、それぞれ異なる位置で取得された画像は、撮像後に貼り合せ等が行われることで、一つの画像とすることもできる。対物レンズ切替部２３は、第１の切替装置１２（リボルバー等）を制御し、光路上に配置する対物レンズ１１を選択する。レンズアレイ切替部２４は、第２の切替装置１６（ターレット等）を制御し、光路上に配置するマイクロレンズアレイ１５を選択する。
【００４１】
制御装置２０の制御の例として、対物レンズ切替部２３による対物レンズ１１の切り替えに応じて、使用する対物レンズに適した開口幅となるように、絞り制御部２１によって視野絞り４が調整される。また、この際、明るさ絞り６についても適宜調整されてもよい。また、レンズアレイ切替部２４によるマイクロレンズアレイ１５の切り替えは、１つの対物レンズ１１に対して異なるマイクロレンズアレイ１５が光路上に切り替えて設置される状況が想定される。
【００４２】
以上の構成を有するライトフィールド顕微鏡１０によれば、上述したように、照明装置（光源２５、マルチモードファイバー１、照明光学系１８）によって、撮像に使用される標本上の領域（照明領域）で、対物レンズの光軸方向における輝度分布が均一となる照明光を形成することができる。
【００４３】
また、本発明のように照明領域中で均一な輝度分布を有する照明を可能とすることで、ライトフィールド顕微鏡において良好な観察を行うことができるようになる。ライトフィールド顕微鏡の技術分野では、一度の撮像に使用する照明領域（Ｘ方向、Ｙ方向、Ｚ方向を含む）は、他の顕微鏡装置（ライトシート顕微鏡等）と比べると、対物レンズの光軸方向（Ｘ軸方向）に大きい。そのため、該照明領域における輝度分布の不均一性が撮像に及ぼす影響は大きく、照明光束の断面の輝度分布を均一なものとする技術は、特にライトフィールド顕微鏡の観察において効果的なものとなる。
【００４４】
以下、第２の実施形態におけるライトフィールド顕微鏡３０について説明する。図５は、ライトフィールド顕微鏡３０の構成を示す図である。ライトフィールド顕微鏡３０は、切替可能な複数の照明光学系３１と、その切替を行うための第３の切替装置３２と、制御装置３３を有する点においてライトフィールド顕微鏡１０と異なるがそれ以外の点については同様である。
【００４５】
複数の照明光学系３１は、投影倍率がそれぞれ異なる光学系である。第３の切替装置３２は、配置する照明光学系を、複数の照明光学系３１の中から切り替える切替装置である。第３の切替装置３２は、例えば、ターレットである。また、制御装置３３は、第３の切替装置３２の切り替え動作を制御するための機能構成を新たに有し、絞り制御部２１を有さない点において制御装置２０の機能構成と異なる。
【００４６】
また、ライトフィールド顕微鏡３０における複数の照明光学系３１はいずれも、照明光学系中で中間像を形成せず、絞り（視野絞り４、明るさ絞り６に相当する絞り）を有さず、コア１ａの出射端面１ｂにおける照明光の像がそのまま、対物レンズ１１の光軸上に投影されるような光学系である。このような構成によっても、標本Ｓ上に均一な輝度分布を有する照明光を形成することができる。
【００４７】
また、ライトフィールド顕微鏡３０は、中間像を形成しない構成であることから、照明光学系の全長をライトフィールド顕微鏡１０よりも抑えることができるため、装置を小型化することが可能である。
【００４８】
以下、第３の実施形態におけるライトフィールド顕微鏡４０について図面を用いて説明する。図６は、ライトフィールド顕微鏡４０の構成を示す図である。ライトフィールド顕微鏡４０は、照明装置として、光源２５（第１の実施形態と同様）、マルチモードファイバー４１、照明光学系５１を備えているという点、及び、制御装置２０の代わりに制御装置６０を備えている点において、ライトフィールド顕微鏡１０と異なるが、それ以外の点については同様である。
【００４９】
図７は、マルチモードファイバー４１の出射端面４１ａをＺ方向から見た様子を示す図である。マルチモードファイバー４１は、矩形形状を有する矩形コアであるコア４１ｂを含む。コア４１ｂは、コアサイズが８００×８００μｍの矩形（正方形）コアであり、コア４１ｂの射出ＮＡは、０．１である。ここで、マルチモードファイバー４１のコア４１ｂは、外周を成す４辺のうちいずれかの対向する２辺が、観察光学系１９が有する対物レンズ１１の光軸と直交する方向（即ちＹ方向）を向いているように配置されている。
【００５０】
照明光学系５１は、レンズ４２、４３と、シリンドリカルレンズ４５、４７、４８、５０、及び、視野絞り４４と、明るさ絞り４６、４９を備えている。尚、シリンドリカルレンズ４５、４７、４８、５０は、それぞれ第１、２、３、４のシリンドリカルレンズと記載する。各シリンドリカルレンズは、光源側から順に第１、２、３、４のシリンドリカルレンズの順に配置される。
【００５１】
レンズ４２、４３は、マルチモードファイバー４１から射出された照明光をリレーし、照明光学系５１内で中間像を形成する。詳しくは、レンズ４２、４３は、出射端面４１ａにおける照明光の像を２倍に拡大して中間像位置に投影する。即ち、この中間像位置には、１６００×１６００μｍとなった出射端面１ａにおける矩形（正方形）の像が投影される。また、レンズ４２、４３はテレセントリックに構成される。
【００５２】
視野絞り４４は、レンズ４２、４３によって形成される中間像位置もしくはその近傍に配置される絞り（第１の絞り）である。図８は、視野絞り４をＺ方向から見た様子を示す図である。視野絞り４４は、４枚の絞り板（絞り板４４ａ、４４ｂ、４４ｃ、４４ｄ）で構成され、視野絞り４４の照明光が通過する領域の外周に矩形形状を形成している。尚、視野絞り４４は、視野絞り４と同様の構成であり、開口幅を任意に調整可能であるとともに、制御装置（ここでは制御装置６０）によって制御されることについても同様である。
【００５３】
ここで、視野絞り４４を通過した光束は照明光学系５１中で、図６に示す通り、ＸＺ平面上と、ＹＺ平面上とで異なった寄与を受ける。
【００５４】
ＸＺ平面上で寄与する照明光学系５１中の構成について、図６の照明光学系５１上部を参照しつつ説明する。シリンドリカルレンズ４７、５０（第２、第４のシリンドリカルレンズ）は、対物レンズの光軸方向（Ｘ方向）にパワーを有するシリンドリカルレンズであり、レンズ４２、４３による中間像を、標本Ｓ上に縮小倍率０．５倍で縮小投影する。また、シリンドリカルレンズ４７、５０は、対物レンズの光軸方向（Ｘ方向）においてテレセントリックに構成される。
【００５５】
明るさ絞り４９は、Ｘ方向にのみ寄与する絞りであり、シリンドリカルレンズ５０の瞳位置に配置される。図９は、明るさ絞り４９をＺ方向から見た様子を示す図である。明るさ絞り４９は、２枚の絞り板（絞り板４９ａ、４９ｂ）で構成され、絞り板４９ａ、４９ｂの幅を変更することで、Ｘ方向の光束の厚さを変更する。尚、明るさ絞り４９は、第１の実施形態における明るさ絞り６をＸ方向のみに作用するようにしたものであり、即ち、機能としては、第２の絞りに相当する。また、明るさ絞り４９は、制御装置６０によって制御される。
【００５６】
ＹＺ平面上で寄与する照明光学系５１中の構成は、残りのシリンドリカルレンズ４５、４８（第１、第３のシリンドリカルレンズ）と、明るさ絞り４６である。シリンドリカルレンズ４５、４８（第１、第３のシリンドリカルレンズ）は、対物レンズの光軸と直交する方向（Ｙ方向）にパワーを有するシリンドリカルレンズであり、レンズ４２、４３による中間像を、標本Ｓ上に拡大倍率４倍で拡大投影する。即ち、照明光学系５１は、対物レンズ１１の光軸と直交する方向（Ｙ方向）に対物レンズ１１の光軸方向（Ｘ方向）よりも大きな投影倍率を有する。また、シリンドリカルレンズ４５、４８は、対物レンズの光軸と直交する方向（Ｙ方向）においてテレセントリックに構成される。
【００５７】
明るさ絞り４６は、Ｙ方向にのみ寄与する絞りであり、明るさ絞り４９と同様の構成の絞りの向きを変えて配置したものである。即ち、明るさ絞り４６は、Ｙ方向の光束の幅を変更する。また、明るさ絞り４６は、シリンドリカルレンズ４８の瞳位置に配置される。明るさ絞り４６についても制御装置６０によって制御を受ける。
【００５８】
上記構成では、照明光学系５１により、対物レンズ１１の光軸上の標本Ｓ上にＸＹ平面上で８００×６４００μｍの矩形断面を有する光束が形成されて、照射される。上述したように、光束の矩形断面は、視野絞り４０によって任意の矩形断面に調整することができる。
【００５９】
図１０は、ライトフィールド顕微鏡４０の各構成を制御するための制御用コンピュータである制御装置６０の機能構成を示す図である。制御装置６０は、絞り制御部６１と、ステージ制御部６２と、対物レンズ切替部６３と、レンズアレイ切替部６４と、を備えている。絞り制御部６１は、複数の明るさ絞り（明るさ絞り４６、４９）を制御する点で、絞り制御部２１と異なる。また、ステージ制御部６２と、対物レンズ切替部６３と、レンズアレイ切替部６４については、制御装置２０のステージ制御部２２と、対物レンズ切替部２３と、レンズアレイ切替部２４と同様の機能を有する。
【００６０】
以上のように、照明光学系５１は、Ｘ方向及びＹ方向で異なる投影倍率を有するような構成とすることも可能である。特に、本構成では、Ｘ方向とＹ方向のそれぞれに寄与する明るさ絞りが独立に設置されており、これらを適宜調整することで、Ｘ方向とＹ方向での射出ＮＡの差を抑えることが可能である。本構成によれば、光束の矩形断面の幅及び厚さの調整をより幅広く行うことが可能となる。
【００６１】
また、上記のコア４１ｂのコアサイズ、各レンズの投影倍率は、目的の観察に応じて値を変更して設計してもよい。
【００６２】
また、本構成では、対物レンズ１１の光軸方向（Ｘ方向）、または、対物レンズ１１の光軸と直交する方向（Ｙ方向）のそれぞれにテレセントリックとなるように照明光学系５１が構成されている。従って、本構成によっても、ライトフィールド顕微鏡１０のようにＸ方向、Ｙ方向の両方に対してテレセントリックに構成される照明光学系とすることができる。また、対物レンズ１１の光軸方向（Ｘ方向）、または、対物レンズ１１の光軸と直交する方向（Ｙ方向）のいずれかがテレセントリックに構成されるようにすることも可能である。
【００６３】
以下、本発明の第４の実施形態におけるライトフィールド顕微鏡７０について図面を用いて説明する。図１１は、ライトフィールド顕微鏡７０の構成を示す図である。
【００６４】
ライトフィールド顕微鏡７０は、マルチモードファイバー１の代わりにマルチモードファイバー７１を有する点においてライトフィールド顕微鏡１０と異なるがそれ以外の構成についてはライトフィールド顕微鏡１０と同様である。
【００６５】
図１２は、マルチモードファイバー７１の出射端面７１ａを照明光軸方向（Ｚ方向）から見た様子を示す図である。マルチモードファイバー７１は、断面が円形形状のコアであるコア７１ｂを有している。
【００６６】
このような構成であっても、照明光学系１８が、第１の絞りである視野絞り４を構成として備えていることで、中間像位置で照明光束がＸＹ断面で矩形形状の光束となり、対物レンズ１１の光軸方向（Ｘ方向）に一定の厚みを有し、Ｙ方向に一定の幅を有する、照明光を照射することができる。即ち、第４の実施形態では、第１の絞りである視野絞り４が、標本Ｓ上のＸＹ断面の投影面における照明光束について、Ｘ軸方向に一定の厚みを持たせるという役割を有している。
【００６７】
図１３は、視野絞り４のその他の構成の例を示す図であり、Ｚ方向から見た様子を示す図である。視野絞り４は、絞り板４ａ、４ｂのみを有する構成、即ち、Ｘ方向の厚みを一定とし、Ｙ方向には光束の形状を変更しないような構成であってもよい。例えば、対物レンズ１１の視野範囲よりも照明光束が十分に大きい場合であれば、Ｙ方向に幅が一定な光束でなくともよい。その場合、対物レンズ１１の視野範囲外の光束は撮像に寄与しない。また、この場合、明るさ絞り６は、瞳形状に対応して円形または円形近似の絞りが用いられる。
【００６８】
また、本実施形態では、視野絞り４のような照明光束を絞る手段は、レンズ２、３によって形成される中間像位置に配置される構成に限らない。例えば、出射端面７１ａにおいて矩形形状の絞りが設置されることで、円形形状のコアであるコア７１ｂを有するようなマルチモードファイバー７１であっても、第１の実施形態のマルチモードファイバー１のような矩形断面の光束を出射端面において形成することができる。
【００６９】
以上のように、本発明において使用されるマルチモードファイバーのコア形状は限定されない。従って、ライトフィールド顕微鏡７０によっても、標本Ｓ上に均一な輝度分布を有する照明光を形成することができる。
【００７０】
尚、上述した実施形態は、発明の理解を容易にするために具体例を示したものであり、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではない。上述したライトフィールド顕微鏡は、特許請求の範囲に記載した本発明を逸脱しない範囲において、さまざまな変形、変更が可能である。
【符号の説明】
【００７１】
１０、３０、４０、７０        ライトフィールド顕微鏡
１、４１、７１                マルチモードファイバー
１ａ、４１ａ、７１ａ          出射端面
１ｂ、４１ｂ、７１ｂ          コア
２、３、５、７、４２、４３    レンズ
４、４４                      視野絞り
６、４６、４９                明るさ絞り
４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ、４４ａ、４４ｂ、
４４ｃ、４４ｄ、４９ａ、４９ｂ            絞り板
８                            容器
９                            ステージ
１１                          対物レンズ
１２                          第１の切替装置
１３                          エミッションフィルタ
１４                          結像レンズ
１５                          マイクロレンズアレイ
１６                          第２の切替装置
１７                        カメラ
１８、５１                  照明光学系
１９                        観察光学系
２０、３３、６０            制御装置
２５                        光源
３１                        複数の照明光学系
３２                        第３の切替装置
４５、４７、４８、５０      シリンドリカルレンズ
Ｓ                          標本
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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