(57)【要約】【課題】装置の小型化を図った、共焦点顕微鏡と全反射顕微鏡とを切り換えて使用可能な顕微鏡装置を提供する。【解決手段】レーザ光源（不図示）と、レーザ光源から射出したレーザ光束を対物レンズ１６を介して標本１２に照射する共焦点走査観察系（照明光学系）３１と、標本１２からの蛍光を検出する撮像素子２３を備えた顕微鏡装置１において、レーザ光源と対物レンズ１６との間の光路上に挿脱可能に液体レンズ６２を設け、液体レンズ６２を前記光路上に挿入したときに、レーザ光源から射出したレーザ光束の主光線を共焦点走査観察系３１の光軸に対して略平行にするとともに、前記レーザ光束を対物レンズ１６の瞳位置Ｐの所定領域内に集光し、標本１２の全反射照明を可能にする。【選択図】  図３
2011118264.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光源と、前記レーザ光源から射出したレーザ光束を対物レンズを介して標本に照射する照明光学系と、前記標本からの蛍光を検出する蛍光検出光学系とを備えた顕微鏡装置において、
前記レーザ光源と前記対物レンズとの間の光路上に液体レンズを挿脱可能に設け、
前記液体レンズを前記光路上に挿入することにより、前記レーザ光源から射出した前記レーザ光束の主光線を前記照明光学系の光軸に対して略平行にするとともに、前記レーザ光束を前記対物レンズの瞳位置の所定領域内に集光し、前記標本の全反射照明を可能にすることを特徴とする顕微鏡装置。
【請求項２】
前記標本の全反射照明時において、エバネッセント場の深さをｚとし、全反射照明光波長をλとし、前記液体レンズにより前記対物レンズの瞳位置に集光させた前記レーザ光束の前記照明光学系の光軸からの偏心量をｄとし、前記対物レンズの焦点距離をｆとし、前記標本の内部の屈折率をｎとしたとき、次式
ｚ＝λ／［４π×｛（ｄ２／ｆ２）−ｎ２｝1/2］
の条件を満足することを特徴とする請求項１に記載の顕微鏡装置。
【請求項３】
前記液体レンズは、焦点距離及び前記照明光学系の光軸からの偏心量の少なくとも一方が変更可能であり、
前記レーザ光源から射出した前記レーザ光束を集光させる位置を調整するために、前記液体レンズの焦点距離及び前記照明光学系の光軸からの偏心量の少なくとも一方を制御する制御手段を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の顕微鏡装置。
【請求項４】
前記レーザ光源と前記照明光学系との間の光路上に、前記レーザ光源から射出した前記レーザ光束を偏向する偏向手段を有し、
前記液体レンズを前記光路上から外したときに、前記レーザ光束が標本面に集光し、前記偏向手段により前記標本面上を走査するように構成したことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の顕微鏡装置。
【請求項５】
前記照明光学系として、落射照明光学系を有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の顕微鏡装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、共焦点顕微鏡と全反射顕微鏡とを切り換えて使用可能な顕微鏡装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
共焦点顕微鏡や全反射蛍光顕微鏡は、生体細胞等の観察に広く利用されている。両者は共にレーザ光源を使用する点で一致しており、共焦点顕微鏡と全反射蛍光顕微鏡とを切り換えて使用することができる顕微鏡装置が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−１２１７９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の顕微鏡では、共焦点顕微鏡から全反射顕微鏡に切り換える際に、対物レンズの瞳位置の全反射領域にレーザ光を集光させるための光学部材を照明光学系内に挿入しなければならず、この切り換えのために大掛かりな切り換え機構が必要となり、顕微鏡装置の大型化に繋がるという問題があった。
【０００５】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、装置の小型化を図った、共焦点顕微鏡と全反射顕微鏡とを切り換えて使用可能な顕微鏡装置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】
【０００６】
このような目的を達成するため、本発明は、レーザ光源と、前記レーザ光源から射出したレーザ光束を対物レンズを介して標本に照射する照明光学系と、前記標本からの蛍光を検出する蛍光検出光学系とを備えた顕微鏡装置において、前記レーザ光源と前記対物レンズとの間の光路上に液体レンズを挿脱可能に設け、前記液体レンズを前記光路上に挿入することにより、前記レーザ光源から射出した前記レーザ光束の主光線を前記照明光学系の光軸に対して略平行にするとともに、前記レーザ光束を前記対物レンズの瞳位置の所定領域内に集光し、前記標本の全反射照明を可能にする。
【０００７】
なお、前記標本の全反射照明時において、エバネッセント場の深さをｚとし、全反射照明光波長をλとし、前記液体レンズにより前記対物レンズの瞳位置に集光させた前記レーザ光束の前記照明光学系の光軸からの偏心量をｄとし、前記対物レンズの焦点距離をｆとし、前記標本の内部の屈折率をｎとしたとき、次式  ｚ＝λ／［４π×｛（ｄ2／ｆ2）−ｎ2｝1/2］  の条件を満足することが好ましい。
【０００８】
また、前記液体レンズは、焦点距離及び前記照明光学系の光軸からの偏心量の少なくとも一方が変更可能であり、前記レーザ光源から射出した前記レーザ光束を集光させる位置を調整するために、前記液体レンズの焦点距離及び前記照明光学系の光軸からの偏心量の少なくとも一方を制御する制御手段を有することが好ましい。
【０００９】
また、前記レーザ光源と前記照明光学系との間の光路上に、前記レーザ光源から射出した前記レーザ光束を偏向する偏向手段を有し、前記液体レンズを前記光路上から外したときに、前記レーザ光束が標本面に集光し、前記偏向手段により前記標本面上を走査するように構成することが好ましい。
【００１０】
また、前記照明光学系として、落射照明光学系を有することが好ましい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、装置の小型化を図った、共焦点顕微鏡と全反射顕微鏡とを切り換えて使用可能な顕微鏡装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】第１の実施形態に係る顕微鏡装置の概略断面図である。
【図２】第１の実施形態に係る顕微鏡装置の光学系を示した図である。
【図３】第１の実施形態に係る顕微鏡装置において、全反射顕微鏡に切り換えた際の顕微鏡装置の光学系を示した図である。
【図４】本実施形態に係る顕微鏡装置を構成する液体レンズの作用を説明する図である。
【図５】第２の実施形態に係る顕微鏡装置の光学系を示した図である。
【図６】第２の実施形態に係る顕微鏡装置において、全反射顕微鏡に切り換えた際の顕微鏡装置の光学系を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明に係る実施形態について、図面を参照しながら説明する。図１は、第１の実施形態に係る顕微鏡装置の概略断面図である。図２は、第１の実施形態に係る顕微鏡装置の光学系を示した図である。図３は、第１の実施形態に係る顕微鏡装置において、全反射顕微鏡に切り換えた際の顕微鏡装置の光学系を示した図である。図４は、本実施形態に係る顕微鏡装置を構成する液体レンズの作用を説明する図である。なお、図２、図３では、後述する透過照明光学系の記載を省略している。
【００１４】
図１から図４において、顕微鏡装置１は、倒立型蛍光顕微鏡本体２と、顕微鏡本体２に搭載されている各種装置を制御するパーソナルコンピュータ等を有する制御装置（以下、ＰＣと記す）３とから構成される。
【００１５】
まず、顕微鏡装置１を透過型顕微鏡として使用する場合について、図１及び図２を用いて説明する。
【００１６】
顕微鏡本体２は、ステージ１１と、ステージ１１に載置された標本１２に透過照明光源１３からの光を照射する透過照明光学系１４と、標本１２を透過した光を集光する対物レンズ１６と、対物レンズ１６を複数搭載したリボルバ１５と、結像光学系１７と、レンズ１９ａを備えた接眼鏡筒１９と、不図示の接眼レンズとを有する。結像光学系１７は、対物レンズ１６側から順に、結像レンズ１８と、ミラーＭ１と、リレーレンズ１７ｂと、ミラーＭ２と、リレーレンズ１７ｃと、ミラーＭ３とを備える。
【００１７】
なお、顕微鏡本体２は、対物レンズ１６と結像光学系１７との間に、後述の照明光学系５１を構成する蛍光キューブボックス２０を備えている。蛍光キューブボックス２０は、内部に複数の蛍光キューブを装着可能であり、必要に応じて光路上から該当する蛍光キューブを光路上から挿脱可能に構成されている。なお、今回のように透過型顕微鏡として使用する場合、蛍光キューブボックス２０内の蛍光キューブは、いずれも光路上から外されている。
【００１８】
また、顕微鏡本体２は、結像光学系１７を構成する結像レンズ１８とミラーＭ１との間に、プリズム２２を備えている。プリズム２２は、光路上から挿脱可能に構成されており、標本１２の透過像を観察する場合には光路上から外す。
【００１９】
透過型顕微鏡として使用する場合、透過照明光源１１から射出した光は透過照明光学系１４を介してステージ１１上の標本１２に照射され、標本１２を透過した光は対物レンズ１６により集光される。そして、対物レンズ１６により集光された光は、結像光学系１７に入り、結像レンズ１８と、ミラーＭ１とを介して、一次像面１７ａに結像される。一次像面１７ａに結像された標本１２の像は、リレーレンズ１７ｂと、ミラーＭ２と、リレーレンズ１７ｃと、接眼鏡筒１９のレンズ１９ａ及びミラーＭ３を介して二次像面１８ｂに結像され、不図示の接眼レンズを介して観察者に観察される。このように、顕微鏡装置１を、透過型顕微鏡として使用することができる。
【００２０】
第１の実施形態においては、顕微鏡本体２に、共焦点走査観察系３１と、落射照明系４１とが、共通の照明光学系５１（結像レンズ５２、蛍光キューブ２１、対物レンズ１６）を介して配置されている。
【００２１】
次に、顕微鏡装置１を走査型顕微鏡（走査型蛍光顕微鏡、共焦点走査型顕微鏡）として使用する場合について、図２を参照しつつ説明する。
【００２２】
共焦点走査観察系３１は、不図示のレーザ光源と、このレーザ光源からのレーザ光を導く光ファイバ３２と、光ファイバ３２の端面から射出されたレーザ光を略平行光に変換するコレクタレンズ３３と、コレクタレンズ３３によって変換された略平行光を標本１２上で二次元に走査させる二次元スキャナ３４と、二次元スキャナ３４を通った略平行光を集光して像面ＩＰ１に結像させる瞳リレーレンズ３５と、コレクタレンズ３３と二次元スキャナ３４との間に設けられたダイクロイックミラー３６と、ダイクロイックミラー３６により反射された光をピンホール３８を介してＰＭＴ等の受光素子３９に結像させる結像レンズ３７とを備える。
【００２３】
照明光学系５１は、像面ＩＰ１で瞳リレーレンズ３５により結像された像を光軸に略平行なレーザ光に変換する結像レンズ５２と、上述の蛍光キューブ２１と、対物レンズ１６とを備える。
【００２４】
走査型顕微鏡として使用する場合、光路上に配置する蛍光キューブ２１として、波長選択フィルタ２１ａ、ダイクロイックミラー２１ｂ、及び、エミッションフィルタ２１ｃを内蔵したものを、蛍光キューブボックス２０内から選択し、光路上に配置する。
【００２５】
なお、顕微鏡本体２は、共焦点走査観察系３１（具体的には瞳リレーレンズ３５）と照明光学系５１（具体的には結像レンズ５２）との間に、後述する落射照明系４１を構成するダイクロイックミラー４４を備えているが、共焦点走査観察系３１を使用する場合には照明光学系５１の光軸上から外す。
【００２６】
また、顕微鏡本体２は、結像光学系１７を構成する結像レンズ１８とミラーＭ１との間に、光路上から挿脱可能に設けたプリズム２２を備えており、共焦点走査観察系３１を使用する場合は光路上に配置する。
【００２７】
走査型蛍光顕微鏡として使用する場合、共焦点走査観察系３１において、不図示のレーザ光源から射出されたレーザ光は、光ファイバ３２によりコレクタレンズ３３に導かれ、このコレクタレンズ３３により略平行光に変換された後、二次元スキャナ３４を経て、瞳リレーレンズ３５に入射し、この瞳リレーレンズ３２により像面ＩＰ１にて結像される。続いて、像面ＩＰ１から射出したレーザ光は、照明光学系５１において、結像レンズ５２により略平行光にされた後、蛍光キューブ２１に入射する。蛍光キューブ２１に入射したレーザ光は、波長選択フィルタ２１ａにより所定の励起波長のレーザ光が選択された後、ダイクロイックミラー２１ｂにより対物レンズ１６の方向に反射され、対物レンズ１６に入射して標本１２に集光される。
【００２８】
レーザ光で励起され標本１２で発現した蛍光は、対物レンズ１６により集光されて蛍光キューブ２１に入射し、蛍光キューブ２１を構成するダイクロイックミラー２１ｂを透過し、エミッションフィルタ２１ｃにより所定の蛍光が選択された後、結像レンズ１８によりプリズム２２を介して撮像素子２３に結像され、撮像素子２３により蛍光像が撮像される。そして、撮像素子２３により撮像された蛍光像は、図１に示すＰＣ３により画像処理され、モニター３ａに表示される。このように、顕微鏡装置１は、走査型蛍光顕微鏡として使用することができる。
【００２９】
一方、共焦点走査型顕微鏡として使用する場合、標本１２で発現した蛍光は、対物レンズ１６により集光され、蛍光キューブ２１内の不図示のミラーにより反射され、照明光学系５１の結像レンズ５２と共焦点走査観察光学系３１の瞳リレーレンズ３５とを逆行し、二次元スキャナ３４に入射してデスキャンされ、ダイクロイックミラー３６により反射され、結像レンズ３７とピンホール３８とを介して、ＰＭＴ等の受光素子３９に入射し、該素子３９上の各点での光の強度に基づきＰＣ３により二次元像が生成され、モニター３ａに表示される。このように、顕微鏡装置１は、共焦点走査型顕微鏡として使用することができる。
【００３０】
なお、顕微鏡装置１では、撮像素子２３により撮像された蛍光画像と、受光素子３９により受光された共焦点画像とを、モニター３ａに重ねて表示させるなどして観察することが可能である。
【００３１】
次に、顕微鏡装置１を落射蛍光顕微鏡として使用する場合について、図２を参照しつつ説明する。
【００３２】
顕微鏡本体２は、落射照明系４１として、不図示の光源と、この光源からの光を導く光ファイバ４２と、光ファイバ４２の端面から射出された光を略平行光に変換するコレクタレンズ４３と、視野絞り４５と、照明光学系５１の光軸上から挿脱可能に構成されたダイクロイックミラー４４とを備える。なお、不図示の光源には、レーザ光源、高圧水銀ランプ、あるいはキセノンランプ等が使用可能である。
【００３３】
落射蛍光顕微鏡として使用する場合、照明光学系５１内に配置する蛍光キューブ２１として、波長選択フィルタ２１ａ、ダイクロイックミラー２１ｂ、及び、エミッションフィルタ２１ｃを内蔵したものを、蛍光キューブボックス２０内から選択し、光路上に配置する。
【００３４】
落射蛍光顕微鏡として使用する場合、落射照明系４１において、不図示の光源から射出した光は、光ファイバ４２によりコレクタレンズ４３に導かれ、このコレクタレンズ４３により略平行に変換された後、視野絞り４５を介し、照明光学系５１の光軸上に配置されたダイクロイックミラー４４により反射され、照明光学系５１の結像レンズ５２により集光され、照明光学系５１の光軸に対して略平行な光として光路上に配置された蛍光キューブ２１に入射する。蛍光キューブ２１に入射した光は、波長選択フィルタ２１ａにより所定の励起波長のレーザ光が選択され、ダイクロイックミラー２１ｂにより対物レンズ１６の方向に反射され、対物レンズ１６に入射して標本１２に集光される。
【００３５】
この光で励起され標本１２で発現した蛍光は、対物レンズ１６により集光され、蛍光キューブ２１を構成するダイクロイックミラー２１ｂを透過し、エミッションフィルタ２１ｃにより所定の蛍光が選択された後、結像レンズ１８により結像光学系１７内に配置されたプリズム２２を介して撮像素子２３に結像され、撮像素子２３により蛍光像が撮像される。そして、撮像素子２３により撮像された蛍光像は、図１に示すＰＣ３により画像処理され、モニター３ａに表示される。このように、顕微鏡装置１は、落射蛍光顕微鏡として使用することができる。
【００３６】
続いて、顕微鏡装置１を全反射顕微鏡として使用する場合について、図３及び図４を参照しつつ説明する。
【００３７】
全反射顕微鏡として使用する場合、照明として、上述の共焦点走査観察系３１を使用する。また、蛍光キューブボックス２０内から、ダイクロイックミラー２１ｂ、エミッションフィルタ２１ｃ、及び、液体レンズ６２を内蔵した蛍光キューブ６１を選択し、光路上に配置する。
【００３８】
液体レンズ６２は、境界面で混合することなく隣接する少なくとも２種類の液体を有し、印加電圧に応じてこれら液体の境界面の形状を変化させることにより、レンズの焦点距離が調節できるように構成されている。なお、液体レンズ６２は、図１に示すＰＣ３のレンズ制御部により制御される。
【００３９】
本実施形態では、図４に示すように、蛍光キューブ６１に入射した照明レーザ光の主光線が照明光学系５１の光軸（図４では軸ｘが該当）に対して略平行で、且つ、照明レーザ光が対物レンズ１６の瞳位置Ｐにおいて照明光学系５１の光軸（瞳中心）に対して距離「ｄ」だけ偏心した位置に集光するように、ＰＣ３のレンズ制御部（図１参照）により液体レンズ６２への印加電圧が制御されている。この距離「ｄ」は、対物レンズ１６の全反射条件に対応したものである。
【００４０】
全反射顕微鏡として使用する場合、共焦点走査観察系３１の不図示のレーザ光源から射出されたレーザ光は、光ファイバ３２によりコレクタレンズ３３に導かれ、このコレクタレンズ３３により略平行な光に変換され、二次元スキャナ３４に入射する。二次元スキャナ３４を構成するＸＹミラーの傾斜角度は、対物レンズ１６の瞳位置Ｐの全反射条件領域にレーザ光を集光するため、ＰＣ３の制御部（図１参照）により所定の角度に制御されている。二次元スキャナ３４から射出した照明レーザ光は、瞳リレーレンズ３５により像面ＩＰ１で結像された後、結像レンズ５２を介して光軸に対して略平行光に変換され、光路上に配置された蛍光キューブ６１に入射する。
【００４１】
蛍光キューブ６１に入射したレーザ光は、液体レンズ６２を通ってダイクロイックミラー２１ｂにより対物レンズ１６の方向に反射され、その光軸が照明光学系５１（共焦点走査観察系３１）の光軸（瞳中心）から距離「ｄ」だけ偏心した、対物レンズ１６の瞳位置Ｐの輪帯状の全反射条件領域に集光される。この全反射条件領域に集光されたレーザ光は、標本１２とこれを支持する不図示のガラス基板との境界面にて全反射を起こす入射角で、対物レンズ１６から標本１２に入射する。全反射角で標本１２に入射したレーザ光は、境界面にエバネッセント波を発生し、標本１２の境界面近傍では、このエバネッセント波により励起された蛍光が発生する。
【００４２】
ここで、標本１２の全反射照明が最適化された状態にある場合、図４に示すように、エバネッセント場の深さをｚとし、全反射照明光波長をλとし、液体レンズ６２により対物レンズ１６の瞳位置Ｐに集光させたレーザ光束の照明光学系５１（共焦点走査観察系３１）の光軸からの偏心量をｄとし、対物レンズ１６の焦点距離をｆとし、標本１２内部の屈折率をｎとしたとき、以下の条件式（１）を満足する。
【００４３】
ｚ＝λ／［４π×｛（ｄ2／ｆ2）−ｎ2｝1/2］      …（１）
【００４４】
例えば、対物レンズ１６が、全反射蛍光観察を可能にするために十分な開口数を有する場合、蛍光キューブ６１内の液体レンズ６２により、対物レンズ１６の瞳位置Ｐ上に照明レーザ光の集光位置を保ち、その偏心量ｄを制御することにより、エバネッセント光の沁み出し量を任意に選択することが可能である。
【００４５】
エバネッセント波で励起され標本１２で発現した蛍光は、対物レンズ１６により集光されて蛍光キューブ６１に入射し、蛍光キューブ２１を構成するダイクロイックミラー２１ｂを透過し、エミッションフィルタ２１ｃにより所定の蛍光が選択された後、結像レンズ１８によりプリズム２２を介して撮像素子２３に結像され、撮像素子２３により蛍光像が撮像される。そして、撮像素子２３により撮像された蛍光像は、図１に示すＰＣ３により画像処理され、モニター３ａに表示される。
【００４６】
このように、顕微鏡装置１は、前述の蛍光キューブ２１を蛍光キューブ６１に交換し、二次元スキャナ３４と液体レンズ６２を用いて、照明レーザ光を、照明光学系５１の光軸から距離「ｄ」だけ偏心した、対物レンズ１６の瞳位置Ｐの輪帯状の全反射条件領域に集光させることにより、全反射蛍光顕微鏡として使用することができる。
【００４７】
以上述べたように、本実施形態に係る顕微鏡装置１によれば、共焦点走査観察系３１の二次元スキャナ３４のＸＹミラーの傾斜角度を所定の傾きに制御し、蛍光キューブボックス２０内から液体レンズ６２を備えた蛍光キューブ６１を選択し、光路上に配置することにより、全反射蛍光観察を可能にすることができる。また、透過観察、走査型蛍光観察、共焦点走査型観察、落射蛍光観察等の顕微鏡としても使用可能な顕微鏡装置１を提供することができる。
【００４８】
次に、第２の実施形態に係る顕微鏡装置１０１について、図面を参照しつつ説明する。なお、顕微鏡装置１０１の概略構成は、第１の実施形態とほぼ同様であり、図面並びに説明を省略する。
【００４９】
図５は、第２の実施形態に係る顕微鏡装置の光学系を示した図である。図６は、第２の実施形態に係る顕微鏡装置において、全反射顕微鏡に切り換えた際の顕微鏡装置の光学系を示した図である。なお、図５、図６では、第１の実施形態と同様の構成には、同じ符号を付して説明している。また、図５、図６では、第１の実施形態の場合と同様に、透過照明光学系１４の記載を省略している。
【００５０】
まず、顕微鏡装置１０１を透過型顕微鏡として使用する場合について、図５を用いて説明する。
【００５１】
顕微鏡本体２は、ステージ１１と、ステージ１１に載置された標本１２に透過照明光源１３からの光を照射する透過照明光学系１４と、標本１２を透過した光を集光する対物レンズ１６と、対物レンズ１６を複数搭載したリボルバ１５と、結像光学系１７と、レンズ１９ａを備えた接眼鏡筒１９と、不図示の接眼レンズとを有する。結像光学系１７は、対物レンズ１６側から順に、結像レンズ１８と、ミラーＭ１と、リレーレンズ１７ｂと、ミラーＭ２と、リレーレンズ１７ｃと、ミラーＭ３とを備える。
【００５２】
なお、顕微鏡本体２は、対物レンズ１６と結像光学系１７との間に、後述の照明光学系５１を構成する蛍光キューブボックス２０を備えている。蛍光キューブボックス２０は、内部に複数の蛍光キューブを装着可能であり、必要に応じて光路上から該当する蛍光キューブを光路上から挿脱可能に構成されている。なお、今回のように透過型顕微鏡として使用する場合、蛍光キューブボックス２０内の蛍光キューブは、いずれも光路上から外されている。
【００５３】
また、顕微鏡本体２は、第１の実施形態とは異なり、結像光学系１７を構成する結像レンズ１８とミラーＭ１との間にダイクロイックミラー７１と、対物レンズ１６と蛍光キューブボックス２０との間にダイクロイックミラー７２とを備えている。これらダイクロイックミラー７１，７２は、光路上から挿脱可能に構成されており、標本１２の透過像を観察する場合にはいずれも光路上から外す。
【００５４】
透過型顕微鏡として使用する場合、透過照明光源１１から射出した光は透過照明光学系１４を介してステージ１１上の標本１２に照射され、標本１２を透過した光は対物レンズ１６により集光される。そして、対物レンズ１６により集光された光は、結像光学系１７に入り、結像レンズ１８と、ミラーＭ１とを介して、一次像面１７ａに結像される。一次像面１７ａに結像された標本１２の像は、リレーレンズ１７ｂと、ミラーＭ２と、リレーレンズ１７ｃと、接眼鏡筒１９のレンズ１９ａ及びミラーＭ３を介して二次像面１８ｂに結像され、不図示の接眼レンズを介して観察者に観察される。このように、顕微鏡装置１を、透過型顕微鏡として使用することができる。
【００５５】
第２の実施形態においては、顕微鏡本体２に、共焦点走査観察系３１と落射照明系４１は、一部を除いて互いに独立して配置されている。
【００５６】
次に、顕微鏡装置１０１を走査型顕微鏡（走査型蛍光顕微鏡、共焦点走査型顕微鏡）として使用する場合について、図５を参照しつつ説明する。
【００５７】
なお、走査型顕微鏡として使用する場合、顕微鏡本体２は、上述の蛍光キューブ２１は光路上から外し、ダイクロイックミラー７１，７２は光路上に設置する。
【００５８】
顕微鏡本体２は、共焦点走査観察系３１として、不図示のレーザ光源と、このレーザ光源からのレーザ光を導く光ファイバ３２と、光ファイバ３２の端面から射出されたレーザ光を略平行光に変換するコレクタレンズ３３と、コレクタレンズ３３によって変換された略平行光を標本１２上で二次元に走査させる二次元スキャナ３４と、二次元スキャナ３４を通った略平行光を集光して像面ＩＰ１に結像させる瞳リレーレンズ３５と、コレクタレンズ３３と二次元スキャナ３４との間に設けられたダイクロイックミラー３６と、ダイクロイックミラー３６により反射された光をピンホール３８を介してＰＭＴ等の受光素子３９に結像させる結像レンズ３７とを備える。
【００５９】
また、顕微鏡本体２は、上述したダイクロイックミラー７２により反射された光のうち所定の蛍光を選択透過するエミッションフィルタ７３と、エミッションフィルタ７３を透過した光を撮像素子２３に結像させる結像レンズ７３とを備える。
【００６０】
走査型蛍光顕微鏡として使用する場合、共焦点走査観察系３１において、不図示のレーザ光源から射出されたレーザ光は、光ファイバ３２によりコレクタレンズ３３に導かれ、このコレクタレンズ３３により略平行光に変換された後、二次元スキャナ３４を経て、瞳リレーレンズ３５に入射し、この瞳リレーレンズ３２により像面ＩＰ１にて結像される。続いて、像面ＩＰ１から射出したレーザ光は、ダイクロイックミラー７１で反射され、結像レンズ１８により略平行光にされた後、対物レンズ１６に入射し、標本１２に集光される。
【００６１】
レーザ光で励起され標本１２で発現した蛍光は、対物レンズ１６により集光され、ダイクロイックミラー７２により反射され、エミッションフィルタ７３により所定の蛍光が選択された後、結像レンズ７４により撮像素子２３に結像され、撮像素子２３により蛍光像が撮像される。そして、撮像素子２３により撮像された蛍光像は、図１に示すＰＣ３により画像処理され、モニター３ａに表示される。このように、顕微鏡装置１は、走査型蛍光顕微鏡として使用することができる。
【００６２】
一方、共焦点走査型顕微鏡として使用する場合、標本１２で発現した蛍光は、対物レンズ１６により集光され、光路を逆行して、ダイクロイックミラー７２を透過し、ダイクロイックミラー７１により反射された後、瞳リレーレンズ３５を介して、二次元スキャナ３４に入射してデスキャンされ、ダイクロイックミラー３６により反射され、結像レンズ３７とピンホール３８とを介して、ＰＭＴ等の受光素子３９に入射し、該素子３９上の各点での光の強度に基づきＰＣ３により二次元像が生成され、モニター３ａに表示される。このように、顕微鏡装置１は、共焦点走査型顕微鏡として使用することができる。
【００６３】
なお、顕微鏡装置１では、撮像素子２３により撮像された蛍光画像と、受光素子３９により受光された共焦点画像とを、モニター３ａに重ねて表示させるなどして観察することが可能である。
【００６４】
次に、顕微鏡装置１０１を落射蛍光顕微鏡として使用する場合について、図５を参照しつつ説明する。
【００６５】
なお、落射蛍光顕微鏡として使用する場合、顕微鏡本体２は、上述のダイクロイックミラー７２を光路上に配置する。
【００６６】
顕微鏡本体２は、落射照明系４１として、不図示の光源と、この光源からの光を導く光ファイバ４２と、光ファイバ４２の端面から射出された光を略平行光に変換するコレクタレンズ４３と、視野絞り４５とを備える。なお、不図示の光源には、レーザ光源、高圧水銀ランプ、あるいはキセノンランプ等が使用可能である。
【００６７】
落射照明系４１は、さらに、結像レンズ５２と、蛍光キューブボックス２０内から選択し、光路上に配置した、波長選択フィルタ２１ａ、ダイクロイックミラー２１ｂ、及び、エミッションフィルタ２１ｃを内蔵した蛍光キューブ２１とを備える。
【００６８】
なお、本実施形態では、走査顕微鏡として使用する場合にも流用可能な、上述の蛍光キューブ２１を用いたが、これに限定されるものではない。例えば、エミッションフィルタ２１ｃを持たない、波長選択フィルタ２１ａとダイクロイックミラー２１ｂとから構成された、別の蛍光キューブを用いることも可能である。
【００６９】
落射蛍光顕微鏡として使用する場合、落射照明系４１において、不図示の光源から射出された光は、落射照明系４１を構成する光ファイバ４２によりコレクタレンズ４３に導かれ、このコレクタレンズ４３により略平行に変換された後、視野絞り４５を介し、結像レンズ５２により集光され、光軸に対して略平行な光として光路上に配置された蛍光キューブ２１に入射する。蛍光キューブ２１に入射した光は、波長選択フィルタ２１ａにより所定の励起波長のレーザ光が選択され、ダイクロイックミラー２１ｂにより対物レンズ１６の方向に反射され、対物レンズ１６に入射して標本１２に集光される。
【００７０】
この光で励起され標本１２で発現した蛍光は、対物レンズ１６により集光され、ダイクロイックミラー７２により反射され、エミッションフィルタ７３により所定の蛍光が選択された後、結像レンズ７４により撮像素子２３に結像され、撮像素子２３により蛍光像が撮像される。そして、撮像素子２３により撮像された蛍光像は、図１に示すＰＣ３により画像処理され、モニター３ａに表示される。このように、顕微鏡装置１は、落射蛍光顕微鏡として使用することができる。
【００７１】
続いて、顕微鏡装置１を全反射顕微鏡として使用する場合について、図６を参照しつつ説明する。
【００７２】
なお、全反射顕微鏡として使用する場合、照明として、上述の共焦点走査観察系３１（以下、照明光学系とも言う）を使用する。また、ダイクロイックミラー７１，７２を共に光路上に配置する。また、蛍光キューブとして、液体レンズ８２を内蔵した蛍光キューブ８１を蛍光キューブボックス２０内から選択し、光路上に配置する。
【００７３】
液体レンズ８２は、境界面で混合することなく隣接する少なくとも２種類の液体を有し、印加電圧に応じて液体の境界面の形状を変化させることにより、レンズの焦点距離が調節できるように構成されている。なお、液体レンズ８２は、ＰＣ３のレンズ制御部（図１参照）により制御される。
【００７４】
本実施形態では、図４に示すように、蛍光キューブ８１に入射した照明レーザ光の主光線が照明光学系の光軸（図４では軸ｘが該当）に対して略平行で、且つ、照明レーザ光が対物レンズ１６の瞳位置Ｐにおいて共焦点走査観察系（照明光学系）３１の光軸（瞳中心）に対して距離「ｄ」だけ偏心した位置に集光するように、ＰＣ３のレンズ制御部（図１参照）により液体レンズ８２への印加電圧が制御されている。この距離「ｄ」は、対物レンズ１６の全反射条件に対応したものである。
【００７５】
全反射顕微鏡として使用する場合、共焦点走査観察系３１の不図示のレーザ光源から射出されたレーザ光は、光ファイバ３２によりコレクタレンズ３３に導かれ、このコレクタレンズ３３により略平行な光に変換され、二次元スキャナ３４に入射する。二次元スキャナ３４を構成するＸＹミラーの傾斜角度は、入射した照明レーザ光の光軸を共焦点走査観察系３１の光軸に一致させるため、ＰＣ３の制御部（図１参照）により所定の角度に制御されている。二次元スキャナ３４から射出した照明レーザ光は、瞳リレーレンズ３５により像面ＩＰ１で結像された後、ダイクロイックミラー７１により反射され、結像レンズ１８により光軸に対して略平行なレーザ光に変換され、光路上に配置された蛍光キューブ８１に入射する。
【００７６】
蛍光キューブ８１に入射したレーザ光は、液体レンズ８２により、その光軸が共焦点走査観察系（照明光学系）３１の光軸（瞳中心）から距離「ｄ」だけ偏心した、対物レンズ１６の瞳位置Ｐの輪帯状の全反射条件領域に集光される。この全反射条件領域に集光されたレーザ光は、標本１２とこれを支持する不図示のガラス基板との境界面にて全反射を起こす入射角で、対物レンズ１６から標本１２に入射する。全反射角で標本１２に入射したレーザ光は、境界面にエバネッセント波を発生し、標本１２の境界面近傍では、このエバネッセント波により励起された蛍光が発生する。
【００７７】
ここで、標本１２の全反射照明が最適化された状態にある場合、エバネッセント場の深さをｚとし、全反射照明光波長をλとし、液体レンズ６２により対物レンズ１６の瞳位置Ｐに集光させたレーザ光束の共焦点走査観察系（照明光学系）３１の光軸からの偏心量をｄとし、対物レンズ１６の焦点距離をｆとし、標本１２内部の屈折率をｎとしたとき、第１の実施形態と同様に、以下の条件式（１）を満足する。
【００７８】
ｚ＝λ／［４π×｛（ｄ2／ｆ2）−ｎ2｝1/2］      …（１）
【００７９】
例えば、対物レンズ１６が、全反射蛍光観察を可能にするために十分な開口数を有する場合、蛍光キューブ８１内の液体レンズ８２により、対物レンズ１６の瞳位置Ｐ上に照明レーザ光の集光位置を保ち、その偏心量ｄを制御することにより、エバネッセント光の沁み出し量を任意に選択することが可能である。
【００８０】
エバネッセント波で励起され標本１２で発現した蛍光は、対物レンズ１６により集光され、ダイクロイックミラー７２により反射され、エミッションフィルタ７３により所定の蛍光が選択された後、結像レンズ７４により撮像素子２３に結像され、撮像素子２３により蛍光像が撮像される。そして、撮像素子２３により撮像された蛍光像は、図１に示すＰＣ３により画像処理され、モニター３ａに表示される。
【００８１】
このように、顕微鏡装置１０１は、二次元スキャナ３４のＸＹミラーの傾斜角度を所定の傾きに制御し、照明レーザ光の主光線を共焦点走査観察系（照明光学系）３１の光軸に一致させ、蛍光キューブボックス２０内から液体レンズ８２を備えた蛍光キューブ８１を選択・配置し、前記スキャナ３４を射出したレーザ光を光軸から距離「ｄ」だけ偏心した、対物レンズ１６の瞳位置Ｐの輪帯状の全反射条件領域に集光させることにより、全反射蛍光顕微鏡として使用することができる。
【００８２】
以上述べたように、本実施形態に係る顕微鏡装置１０１によれば、共焦点走査観察系３１の二次元スキャナ３４のＸＹミラーの傾斜角度を所定の傾きに制御し、蛍光キューブボックス２０内から液体レンズ８２を備えた蛍光キューブ８１を選択し、光路上に配置することにより、全反射蛍光観察を可能にすることができる。また、透過観察、走査型蛍光観察、共焦点走査型観察、落射蛍光観察等の顕微鏡としても使用可能な顕微鏡装置１０１を提供することができる。
【００８３】
以上、本発明を分かりやすくするために、実施形態の構成要件を付して説明したが、本発明がこれに限定されるものではないことは言うまでもない。
【００８４】
例えば、全反射照明時において、対物レンズ１６の瞳位置Ｐの輪帯状の全反射条件領域をレーザ光がスキャンするように、二次元スキャナ３４を構成するＸＹミラーの傾斜角度を制御することも可能である。輪帯状の全反射条件領域をレーザ光がスキャンすることにより、良好な全反射照明を行うことが可能である。
【００８５】
また、対物レンズ１６の開口数ＮＡに応じて液体レンズを制御する蛍光キューブを、蛍光キューブボックス２０内に装着させておくことにより、対物レンズ１６を交換した場合でも容易に全反射照明を達成することが可能である。また、対物レンズ１６の瞳位置に応じて液体レンズ６２，８２を制御することで、対物レンズ１６を交換した場合でも容易にムラのない全反射照明を達成することが可能である。
【００８６】
また、上記実施形態において、瞳位置Ｐでの照明光の偏心量「ｄ」は、対物レンズ１６の瞳位置Ｐに対して近傍にある、蛍光キューブ６１，８１内の液体レンズ６２，８２の制御により調整されている。なお、この偏心量「ｄ」の調整は、対物レンズ１６の瞳位置Ｐに対して遠方に設置された二次元スキャナ３４を用いて行うことも可能であるが、本実施形態のように二次元スキャナ３４よりも瞳位置Ｐに近い液体レンズ６２，８２を用いて行うことも可能である。これにより、精度の高い偏心量調整が実施可能である。また、液体レンズ６２，８２と、二次元スキャナ３４と同時に制御することにより、最適な全反射照明を達成することが可能である。
【００８７】
また、上記実施形態に係る液体レンズを有する蛍光キューブの構成は、上記に限定されるものではなく、他の液体レンズ、単レンズ、光学部材など、適宜組み合わせることが可能である。また、液体レンズは、必ずしも蛍光キューブ（蛍光キューブボックス２０）内に装着しておく必要はなく、所定の焦点位置に設置して対応することも可能である。これにより更なる小型化も期待できる。
【符号の説明】
【００８８】
１，１０１  顕微鏡装置
２          倒立型蛍光顕微鏡（顕微鏡本体）
３          制御装置（ＰＣ，制御部、レンズ制御部）
１１        ステージ
１２        標本
１３        透過照明光源
１４        透過照明光学系
１５        リボルバ
１６        対物レンズ
１７        結像光学系
１８        結像レンズ
１９        接眼鏡筒
２０        蛍光キューブボックス
２１        蛍光キューブ
２２        プリズム
２３        撮像素子
３１        共焦点走査観察系
３２        光ファイバ
３３        コレクタレンズ
３４        二次元スキャナ
３５        瞳リレーレンズ
４１        落射照明系
４２        光ファイバ
４３        コレクタレンズ
４４        ダイクロイックミラー
５１        照明光学系
５２        結像レンズ
６１，８１  蛍光キューブ
６２，８２  液体レンズ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図５】
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【図６】
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【図４】
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