(57)【要約】【課題】照野において、強度分布は平坦にしつつ、十分な光量を得ることができる照明装置、及び、この照明装置を有する顕微鏡を提供する。【解決手段】レーザー光源Ｌ１，Ｌ２からの光を光ファイバー（マルチモードファイバー）１２、照明光学系２００を介して標本３２に照射する照明装置（レーザーユニット１００）は、レーザー光源Ｌ１，Ｌ２からの光を拡散する回転拡散板７と、この回転拡散板７と光ファイバー１２の入射端面とが略共役となるように配置され、回転拡散板７を経た光を入射端面に導くカップリング光学系１０と、を有し、光ファイバー１２の光軸Ｘ２は、カップリング光学系１０から出射される光束の中心軸Ｘ１に対して傾斜して配置されている。【選択図】図１
2015055643.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザー光源からの光を光ファイバー、照明光学系を介して標本に照射する照明装置であって、
前記レーザー光源からの光を拡散する拡散部材と、
前記拡散部材と前記光ファイバーの入射端面とが略共役となるように配置され、前記拡散部材を経た前記光を前記入射端面に導く光学系と、を有し、
前記光ファイバーの光軸は、前記光学系から射出される光束の中心軸に対して傾斜して配置されていることを特徴とする照明装置。
【請求項２】
前記光学系から射出される光束の中心軸は、前記光学系の光軸と略一致することを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
【請求項３】
前記拡散部材で拡散された前記光の角度に対する強度分布の半値全幅を前記光学系の結像倍率で除した値は、前記光ファイバーの入射側の開口数よりも小さいことを特徴とする請求項１又は２に記載の照明装置。
【請求項４】
次式の条件を満足することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の照明装置。
０．５  ＜  ０．８５×ＦＷｄ／（ＮＡｆ×β）  ＜  １
但し、
ＦＷｄ：前記拡散部材で拡散された前記光の角度に対する強度分布の半値全幅
ＮＡｆ：前記光ファイバーの入射側の開口数
β：前記光学系の結像倍率
【請求項５】
次式の条件を満足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照明装置。
０．３  ＜  α／ＮＡｆ  ＜  ０．６
但し、
α：前記光ファイバーの光軸と前記光学系から射出される光束の中心軸とがなす角度
ＮＡｆ：前記光ファイバーの入射側の開口数
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか一項に記載の照明装置を有することを特徴とする顕微鏡。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、照明装置及び顕微鏡に関する。
【背景技術】
【０００２】
レーザー光を光源として観察対象域を一様もしくは構造化して照明する顕微鏡としては、構造化照明顕微鏡がある。照明光の強度と空間コヒーレンスが必要なためにレーザー光源が使用される。構造化照明顕微鏡の場合、照明領域内（照野内）を縞パターンで照明するが、照野内では同等の強度、コントラストのパターンであることが要求される。またレーザー光で観察対象域の一部を光刺激して観察する顕微鏡は、視野共役に配置したＤＭＤ（デジタルマイクロミラーデバイス）等を用いて複数のマイクロミラーを制御して、観察対象の所望の刺激領域に対応するマイクロミラーを選択し、選択されたマイクロミラーによって光を反射させ、所望の刺激領域を光刺激する。この場合マイクロデバイスの各マイクロミラーに起因して発生する回折光などが干渉して余計なパターンを形成しないようにする必要がある。
【０００３】
このようなレーザー光を光源にすると、スペックルノイズが発生したり、光学系を構成する複数のレンズの各レンズ面での複数回反射によるノイズ干渉縞が発生したり、あるいは光路に配置した規則性のある素子の構造に起因して回折したノイズ光が干渉して余計なパターンを形成することで、観察対象面に不要な強度分布が発生する。これは像の品質を悪化する要因となる。公知の解決策としては、レーザー光を顕微鏡に導入する際に、マルチモードの光ファイバー（以下、「マルチモードファイバー」と呼ぶ）を利用してファイバー伝送中の平均化効果を利用したり、レーザー光をファイバーに導入する前に、回転拡散板を配置してコヒーレンシーを下げたりしていた。例えば、パルス化されたレーザー光を用いてパルス数およびパルス幅を回転速度に同期させることにより、拡散板の粒度とレーザービーム断面における強度不均質を平均化する効果を得ることができる。さらには、回転拡散板を２枚配置し、互いに反対方向に回転すると有利である（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許第６９２５２２５号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、回転拡散板を用いると、その回転拡散板で光量ロスが発生してしまうという課題があった。
【０００６】
本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、照野において、強度分布は平坦にしつつ、十分な光量を得ることができる照明装置、及び、この照明装置を有する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】
前記課題を解決するために、本発明に係る照明装置は、レーザー光源からの光を光ファイバー、照明光学系を介して標本に照射する照明装置であって、レーザー光源からの光を拡散する拡散部材と、拡散部材と光ファイバーの入射端面とが略共役となるように配置され、拡散部材を経た光を入射端面に導く光学系と、を有し、光ファイバーの光軸は、光学系から射出される光束の中心軸に対して傾斜して配置されていることを特徴とする。
【０００８】
このような照明装置において、光学系から射出される光束の中心軸は、光学系の光軸と略一致することが好ましい。
【０００９】
また、このような照明装置において、拡散部材で拡散された光の角度に対する強度分布の半値全幅を光学系の結像倍率で除した値は、光ファイバーの入射側の開口数よりも小さいことが好ましい。
【００１０】
また、このような照明装置は、次式の条件を満足することが好ましい。
０．５  ＜  ０．８５×ＦＷｄ／（ＮＡｆ×β）  ＜  １
但し、
ＦＷｄ：拡散部材で拡散された光の角度に対する強度分布の半値全幅
ＮＡｆ：光ファイバーの入射側の開口数
β：光学系の結像倍率
【００１１】
また、このような照明装置は、次式の条件を満足することが好ましい。
０．３  ＜  α／ＮＡｆ  ＜  ０．６
但し、
α：光ファイバーの光軸と光学系から射出される光束の中心軸とがなす角度
ＮＡｆ：光ファイバーの入射側の開口数
【００１２】
また、本発明に係る顕微鏡は、上述の照明装置のいずれかを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によると、照野において、強度分布は平坦にしつつ、十分な光量を得ることができる照明装置、及び、この照明装置を有する顕微鏡を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】レーザーユニットの構成を説明するための説明図である。
【図２】構造化照明顕微鏡の構成を説明するための説明図である。
【図３】カップリング光学系から出射したレーザー光が、光ファイバーへ入射する状態を示す拡大図である。
【図４】レーザー光の強度分布を説明するための説明図であって、（ａ）は回転拡散板で拡散されたレーザー光の強度分布を示し、（ｂ）は光ファイバーから射出するレーザー光の強度分布を示す。
【図５】レーザー光刺激顕微鏡の構成を説明するための説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の好ましい実施形態について図面を参照して説明する。まず、図１及び図２を用いて顕微鏡の一例である構造化照明顕微鏡を構成するレーザーユニット１００、照明光学系２００及び結像光学系３００について説明する。
【００１６】
図１は、レーザーユニット１００の構成図である。この図１に示すように、レーザーユニット１００には、第１レーザー光源Ｌ１、第２レーザー光源Ｌ２、第１シャッタＳ１、第２シャッタＳ２、ミラー３、光源用ダイクロイックミラー４、ＡＯＴＦ（音響光学可変波長フィルタ）５、第１集光レンズ６、回転拡散板７、第１リレーレンズ８及び第２リレーレンズ９からなるカップリング光学系１０、並びに、入射端にＦＣコネクタ１１が取り付けられた光ファイバー１２が配置されている。なお、このようなレーザーユニット１００において、第１レーザー光源Ｌ１及び第２レーザー光源Ｌ２の各々は、可干渉性の高いレーザー光を射出する光源であって、互いの出射波長は異なる。ここでは、第１レーザー光源Ｌ１から放射されるレーザー光の波長λ１は、第２レーザー光源Ｌ２から放射されるレーザー光の波長λ２よりも短いと仮定する（λ１＜λ２）。
【００１７】
この第１レーザー光源Ｌ１から放射されたレーザー光は、第１シャッタＳ１を通過してミラー３に入射し、このミラー３で偏向されて光源用ダイクロイックミラー４に入射し、さらに、このダイクロイックミラー４で反射されてＡＯＴＦ５に入射する。また、第２レーザー光源Ｌ２から放射されたレーザー光は、第２シャッタＳ２を通過して光源用ダイクロイックミラー４に入射し、このダイクロイックミラー４を透過してＡＯＴＦ５に入射する。そして、これらのレーザー光は、ＡＯＴＦ５により波長ごとに強度変調を受け、第１集光レンズ６により回転拡散板７の拡散面に集光される。この回転拡散板７は図１に示すように、レーザーユニット１００の光軸に対してその拡散面が略直交するように配置されており、その光軸に略平行に延びる軸１３を回転軸として回転される。この軸１３はモータ１４に接続されており、軸１３を中心に回転拡散板７を回転させることにより、この拡散面で拡散されたレーザー光の時間コヒーレンシーを下げるように構成されている。そして、この回転拡散板７を透過する過程で拡散されたレーザー光（以下「拡散光」と呼ぶ）は、カップリング光学系１０の第１及び第２リレーレンズ８，９により適切な倍率関係で、ＦＣコネクタ１１が接続された光ファイバー１２の入射端面に集光される。なお、第１レーザー光源Ｌ１、第２レーザー光源Ｌ２、第１シャッタＳ１、第２シャッタＳ２、ＡＯＴＦ７及び回転拡散板７のモータ１４は、それぞれコントローラ１５によって駆動される。また、光ファイバー１２は、レーザーユニット１００から射出したレーザー光を照明光学系２００に導光するために、マルチモードファイバーによって構成されている。
【００１８】
図２は、構造化照明顕微鏡の構成図である。この図２に示すように、照明光学系２００には、光ファイバー１２の出射端側から順に、コレクタレンズ２２、偏光板５１、回折格子２３、第２集光レンズ２４、光束選択部材２５、第３集光レンズ２６、視野絞り２７、フィールドレンズ２８、励起フィルタ２９、第１のダイクロイックミラー３０、及び、対物レンズ３１が配置されている。なお、回折格子２３は、並進機構４２と図２には図示しない回転機構とが備えられ、並進機構４２、回転機構及び光束選択部材２５の各々は、制御装置４０によって駆動される。
【００１９】
結像光学系３００には、標本３２の側から順に、対物レンズ３１、第１のダイクロイックミラー３０、バリアフィルタ３３、第２対物レンズ３４、及び、第２のダイクロイックミラー３５が配置され、この第２のダイクロイックミラー３５の透過方向には標本像３６を撮像する第１の撮像素子３７が配置され、反射方向には標本像３８を撮像する第２の撮像素子３９が配置されている。
【００２０】
標本３２は、例えば、平行平板状のガラス表面に滴下された培養液であって、その培養液におけるガラス界面の近傍には、蛍光性を有した細胞（蛍光色素で染色された細胞）が存在している。この細胞には、波長λ１の光によって励起される第１蛍光領域と、波長λ２の光によって励起される第２蛍光領域との双方が発現している。この標本３２からの蛍光は対物レンズ３１で集光され、第１のダイクロイックミラー３０を透過し、バリアフィルタ３３を透過し、第２対物レンズ３４で集光作用を受けたのち、第２のダイクロイックミラー３５で波長選択される。波長λ１の励起光で励起された物質の蛍光は、第２のダイクロイックミラー３５で反射され、標本像３８を形成し、第２の撮像素子３９で撮像される。また、波長λ２の励起光で励起された物質の蛍光は、第２のダイクロイックミラー３５を透過し、標本像３６を形成し、第１の撮像素子３７で撮像される。なお、バリアフィルタ３３は、標本３２等で反射したレーザー光を除去するものである。
【００２１】
構造化照明を利用して超解像画像を得る手法は公知の手段と同様だが、本実施例では、構造化照明の位相変調は並進機構４２で行い、方向変換は、不図示の回転機構をもちいて回折格子２３を回転することで行う。なお、上述した第１及び第２レーザー光源Ｌ１，Ｌ２、第１及び第２シャッタＳ１，Ｓ２、ＡＯＴＦ５及び回転拡散板７を駆動するモータ１４の作動もコントローラ１５を介して制御装置４０により制御される。
【００２２】
以上のような構造化照明顕微鏡において、構造化照明（縞パターン）の実視野における、中心と周辺との励起光の強度比は少なくとも５０％程度はあることが望ましい。より望ましくは８０％程度がよい。その理由としては、１枚の画像だけであれば、中心と周辺の強度比が５０％程度であっても、取得した画像において大きな問題は生じないが、スティッチングと呼ばれる、複数の画像を並べて取得・表示する場合には、隣り合う画像の周辺強度はなるべく変化のない状態がよいからである。
【００２３】
ケーラー照明を行う場合、光ファイバー１２の射出端は、照明光学系２００を介して、対物レンズ３１の瞳と共役関係にあるので、光ファイバー１２から射出されるレーザー光の射出角度の強度分布が照明領域（以下、単に「照野」という）の強度分布になる。例えばマルチモードファイバーの射出端面の直径（φ）を０．１ｍｍ、開口数（ＮＡ）を０．１２とし、マルチモードファイバーの射出端面を対物レンズ３１の瞳面へ投影する倍率（以下、単に「光源投影倍率」という）を４倍とすると、対物レンズ３１の瞳面上にできるファイバーの射出端面像の直径（φ′）は、０．４ｍｍとなる。また、ＮＡ×φ＝ＮＡ′×φ′が成立するので、射出端面の像から射出する光の開口数（ＮＡ′）は０．０３となる。ＮＡ′＝ｎ・ｓｉｎθ′、ｎ＝１、照野の半径をｈ、対物レンズ３１の倍率を１００倍（焦点距離ｆは２ｍｍ）とすると、θは極めて小さいので、ｓｉｎθ′＝θ＝ｈ／ｆ＝０．０３より、照野の半径ｈは、０．０３×２＝０．０６、つまり６０μｍである。
【００２４】
ここで、光ファイバー１２の射出側の開口数（ＮＡ）は、射出光の射出角度に対する強度分布の中心強度を１とした場合、強度が１／ｅ2となる半角度で定義される。すなわち、照野の半径６０μｍの強度は、中心強度の１３％程度に落ちるところであって、実用上は暗すぎて使えない。
【００２５】
照野の中心強度に対して、強度が５０％になる照野の半径は、以下のようにして求められる。すなわち、ＮＡ０．１２のマルチモードファイバー１２の射出端から射出する光の射出角度δに対する射出強度Ｉ（δ）は、次式（ａ）で表される。
【００２６】
Ｉ（δ）＝ｅｘｐ（−２×δ2／（０．１２）2）                （ａ）
【００２７】
この式（ａ）において、Ｉ（δ）＝０．５となるδを求めると、次式（ｂ）となる。
【００２８】
δ＝ｓｑｒｔ（ｌｎ（０．５）×（０．１２）2／（−２））     （ｂ）
【００２９】
この式（ｂ）より、δ＝０．０７となる。そして、この角度δに相当する照野は、上述した光源投影倍率（４倍）及び対物レンズ３１の焦点距離（２ｍｍ）から、０．０７／４×２＝０．０３５となり、照野の中心強度に対して、強度が５０％になる照野の半径は３５μｍ（直径７０μｍ）となる。１次像面に配置する第１の撮像素子３７、第２の撮像素子３９の撮像サイズを直径７ｍｍとすると、対物レンズ３１の倍率が１００倍であることから、物体面上の実視野は直径０．０７ｍｍとなり、画面の対角に当たる部分の強度が５０％ということになる。
【００３０】
光ファイバー１２、対物レンズ３１、第１の撮像素子３７及び第２の撮像素子３９は同じで、画角の対角の強度を中心の８０％にしたい場合は、光源投影倍率を下げることになる。たとえば光源投影倍率を２．３倍に下げると、同じ光ファイバー１２を用いて強度が８０％となる実視野を直径７０μｍとすることができる。しかしながら光源投影倍率を下げると、対物レンズ３１の瞳面上の射出端画像（光源像）のサイズが小さくなって瞳充足率が下がるため、暗くなってしまう。したがって、レーザー光を用いた一括照明の顕微鏡は明るさと照明均一性のトレードオフが厳しく、設計値は常にぎりぎりのところで決定され、あまり余裕がないのが現状である。
【００３１】
ここに、マルチモードファイバーの入射端面に入射する光の開口数が、このマルチモードファイバーの仕様入射側の開口数よりも小さく、マルチモードファイバーの射出端面からの射出光の開口数が仕様を満たさないことがあると、照野が設計値よりも小さくなってしまうため、撮像素子の対角の強度が、中心の８０％より暗くなり、良好な画像が得られない可能性がある。したがって、マルチモードファイバーの入射端面に入射する光の開口数は、このマルチモードファイバーの仕様入射端面の開口数以上にして、多少の設置誤差があってもマルチモードファイバーの射出端面からの射出光が常に仕様の開口数を満たすようにしなければならない。
【００３２】
ここで、回転拡散板７の拡散角度Ｘ（回転拡散板７で拡散されたレーザー光の角度）は、回転拡散板７で拡散されたレーザー光（拡散光）の射出角度に対する強度分布の半値全幅（最大強度を１としたとき、その半分である０．５になる全角度）で定義され、半値全幅をＦＷｄとすると、半値半幅はＦＷｄ／２となる。
【００３３】
一方、マルチモードファイバーの開口数は、前述したように、強度が１／ｅ2となる半角度で定義されることから、半値半幅と強度１／ｅ2の半幅との関係は、次式（ｃ）で表される。また、回転拡散板７の拡散角度を強度が１／ｅ2における値に換算すると、次式（ｄ）となる。
【００３４】
（半値半幅）×１．７＝強度１／ｅ2の半幅                     （ｃ）
１．７×ＦＷｄ／２＝０．８５×ＦＷｄ                        （ｄ）
【００３５】
さらに、カップリング光学系１０の倍率（上述の結像倍率）をβ、マルチモードファイバー（光ファイバー１２）の入射側の開口数をＮＡｆ（＝射出側の開口数ＮＡ）とすると、次式（ｅ）の関係を満たすとき、マルチモードファイバー１２の入射端側の集光許容開口数と、回転拡散板７で拡散され、カップリング光学系１０を経て供給される光の開口数とが一致することになる。
【００３６】
０．８５×ＦＷｄ／β＝ＮＡｆ                                （ｅ）
【００３７】
従前の装置では、ほぼこの式（ｅ）で示す状態となるように光学系を設定するが、多少の誤差を考慮して、回転拡散板７で拡散され、カップリング光学系１０を経て供給される光の開口数を大きめにしておくのが通常である。その為、拡散した光束を全てマルチモードファイバーに導入できるわけではなく、光量ロスが発生していた。
【００３８】
そこで、本実施形態に係る構造化照明顕微鏡では、上述した光量ロスを抑えつつ、マルチモードファイバー（光ファイバー１２）の射出端からの射出光の開口数が、常に仕様ＮＡを満たすために、レーザーユニット１００において、光ファイバー１２の光軸は、カップリング光学系１０から出射される光束の中心軸に対して傾斜して配置されている。また、光ファイバー１２の光軸に対して第１及び第２レーザー光源Ｌ１，Ｌ２からカップリング光学系１０までの光軸が傾斜して配置されている。ここで、光ファイバー１２の光軸とは、図１に示すように、カップリング光学系１０から出射したレーザー光が入射する光ファイバー１２の端面（ＦＣコネクタ１１が取り付けられた入射端面）における光ファイバー１２の中心軸（光軸）の延長線Ｘ２である。また、カップリング光学系１０から出射される光束の中心軸とは、第１及び第２レーザー光源Ｌ１，Ｌ２から放射されて、カップリング光学系１０の第２リレーレンズ９から出射される光の中心を通る軸Ｘ１である。
【００３９】
図３は、カップリング光学系１０から出射したレーザー光が、光ファイバー１２へ入射する状態を示す拡大図である。ここで、「光ファイバー１２の光軸は、カップリング光学系１０から出射される光束の中心軸に対して傾斜している」とは、図１、図３（ａ）に示すように、光ファイバー１２の中心軸（光軸）の延長線Ｘ２と、カップリング光学系１０から出射したレーザー光の中心軸が所定の角度をなすように、カップリング光学系１０が配置される。光ファイバー１２の中心軸（光軸）の延長線Ｘ２と、第１及び第２レーザー光源Ｌ１、Ｌ２からカップリング光学系１０までの光軸Ｘ１とが所定の角度（図１ではα）をなすように配置することである。
【００４０】
実際には、図３（ａ）に示すように、回転拡散板７の拡散角度（回転拡散板７で拡散されたレーザー光の射出角度に対する強度分布の半値全幅）を、光ファイバー１２の入射側の開口数ＮＡｆの角度に設定し、光ファイバー１２の中心軸（光軸）Ｘ２とレーザーユニット１００の光軸Ｘ１とのなす角度αを、光ファイバー１２の入射側の開口数（ＮＡｆ）の略半分になるように配置することが望ましい。
【００４１】
光ファイバー１２の光軸に対してレーザーユニット１００の光軸を以上のように配置すると、回転拡散板７の拡散角度を小さくしても、光ファイバー１２の射出端からの射出光の開口数が小さくなることがなく（光ファイバー１２の射出側の開口数（ＮＡ）と同じになる）、しかも回転拡散板７の拡散角度を小さくした効果で射出光量を向上させることができる。その理由は、図３（ａ）に示すように、光ファイバー１２（マルチモードファイバー）の中を通過する過程で全反射を繰り返す間に反射方向や位相が混合され、射出する時には全体に広がって、光ファイバー１２のコアとクラッドの屈折率差で決まる角度で射出されるからである。つまり、光ファイバー１２から射出するレーザー光の開口数は、図３（ｂ）に示すように、回転拡散板７の拡散角度を光ファイバー１２の入射側の開口数の２倍の角度に設定して、光ファイバー１２の中心軸と、カップリング光学系１０から出射したレーザー光の中心を一致させて入射させたのと略同じにすることができる。
【００４２】
図４（ａ）は、回転拡散板７で拡散されたレーザー光（拡散光）がカップリング光学系１０を経て供給されたときの、射出角度に対する強度分布の特性である。この図４において、θは光軸を中心（０°）とする射出角度を示し、Ｉはレーザー光（拡散光）の強度を示す。回転拡散板７の拡散角度の半値全幅をＦｗｄとし、上述したように、強度が１／ｅ2となる半角に換算するとともに、カップリング光学系１０の結像倍率βで換算すると、０．８５×Ｆｗｄ／βであるので、次式（ｆ）を満たすように配置することになる。
【００４３】
０．８５×ＦＷｄ／β＝ＮＡｆ／２                            （ｆ）
【００４４】
図４（ｂ）は、光ファイバー１２の射出端から射出するレーザー光の、射出角度に対する強度分布特性である。この図４（ｂ）に示すように、光ファイバー１２（マルチモードファイバー）の中を通過する過程において全反射を繰り返すことにより、入射時にＡの強度分布であったものが、Ａ＋Ａ′の強度分布まで拡張され、結果的にマルチモードファイバーの角度特性で規定されるＮＡまで伝播することができる。
【００４５】
以上の説明から、本実施形態に係る構造化照明顕微鏡において、レーザーユニット１００の、第１及び第２レーザー光源Ｌ１，Ｌ２からカップリング光学系１０までと、このレーザーユニット１００からのレーザー光を照明光学系２００に導く光ファイバー１２との関係は、次式（ｇ）の条件を満足することが望ましい。
【００４６】
ＮＡｆ／２  ＜  ０．８５×ＦＷｄ／β  ＜  ＮＡｆ            （ｇ）
【００４７】
すなわち、本実施形態に係る構造化照明顕微鏡のレーザーユニット１００は、式（ｇ）をＮＡｆで正規化した次式（１）の条件を満足することが望ましい。
【００４８】
０．５  ＜  ０．８５×ＦＷｄ／（ＮＡｆ×β）  ＜  １        （１）
但し、
ＦＷｄ：回転拡散板７の拡散角の半値全幅
ＮＡｆ：光ファイバー１２の入射端側の開口数
β：カップリング光学系１０の結像倍率
【００４９】
条件式（１）の上限値は、従前の共軸構成（光ファイバー１２の中心軸（光軸）の延長線Ｘ２と、第１レーザー光源Ｌ１及び第２レーザー光源Ｌ２からカップリング光学系１０までの光軸Ｘ１とが一致する構成）のときの拡散角度であるから、この上限値を超えることは、光量ロスが多くなるので望ましくない。また、条件式（１）の下限値は、光ファイバー１２の入射側の開口数（ＮＡｆ）よりも拡散角度が小さいことになり、光ファイバー１２から射出するレーザー光の射出側の開口数（ＮＡ）の角度の全てに対して、このレーザー光が満たされない可能性があり、射出するレーザー光がドーナツ状の角度分布になったり（以下、「中抜け状態」と呼ぶ）、射出するレーザー光の開口数が仕様ＮＡに達しなかったりするので望ましくない。
【００５０】
また、本実施形態に係る構造化照明顕微鏡において、レーザーユニット１００は、次式（２）の条件を満足することが望ましい。
【００５１】
０．３  ＜  α／ＮＡｆ  ＜  ０．６                          （２）
但し、
α：光ファイバー１２の光軸に対して、第１及び第２レーザー光源Ｌ１，Ｌ２からカップリング光学系１０までの光軸がなす角度
ＮＡｆ：光ファイバー１２の入射側の開口数
【００５２】
条件式（２）は光ファイバー１２の光軸と第１及び第２レーザー光源Ｌ１，Ｌ２からカップリング光学系１０までの光軸とのなす角度αを規定するものである。この条件式（２）の下限値を下回ると、光ファイバー１２の入射側の開口数（ＮＡｆ）に対してαが小さすぎ、光ファイバー１２の中を通過する過程で全反射を繰り返して合成される際、中間部の強度が低い、いわば中抜け状態になって照明ムラが生じてしまう。また、条件式（２）の上限値を上回ると、照明ムラは問題ないが、光ファイバー１２の入射端で集光できなくて無駄になってしまう光量が増えるため、照明強度が弱くなってしまう。
【００５３】
なお、α／ＮＡｆ＝０．５のときは、光ファイバー１２に対して入射するレーザー光の中央部の強度は０．５のため折り返して合成するとちょうど１となり、合成した強度分布（光ファイバー１２の射出端から射出されるレーザー光の射出角度に対する強度分布）はほぼ平坦になるので最も望ましい。また、下限値として示すα／ＮＡｆ＝０．３のときは、中央部の強度は約０．１４のため、折り返して合成すると０．２８となり、かなり中央部が低くなる。その後の光学系の照明ムラは、口径食で周辺が減光する方向に働くので多少は相殺するがこのあたりが限度であるため条件式（２）の下限値以上にすることが望ましい。反対に、上限値として示すα／ＮＡｆ＝０．６のときは、光の利用効率は４０％になり、レーザーユニット１００からのレーザー光の６０％を捨ててしまうことになる。これ以上のロスは避ける必要があるため、条件式（２）の上限値以下にすることが望ましい。
【００５４】
［顕微鏡の変形例］
図２では、レーザー光源を用いた一括照明の例として、構造化照明顕微鏡の照明光学系２００を紹介したが、他の例としては、図５に示すような、ＤＭＤモジュールを用いた光刺激用照明光学系を有するレーザー光刺激顕微鏡がある。以下、図５を用いて光刺激用照明光学系２００′の構成について説明する。なお、レーザーユニット１００及び光ファイバー１２の構成は、図１に示す通りである。また、図２と同一の構成要素については、同一の符号を付し詳細な説明は省略する。
【００５５】
この図５において、照明光学系２００′は、光ファイバー１２（マルチモードファイバ−）から出た光をレンズ２２２で略平行にし、２枚のミラー２２３、２２４で偏向したのち、ＤＭＤモジュール２２５に照射する。このＤＭＤモジュール２２５は複数のマイクロミラーが並列して２次元状に配置されたデバイスであり、コントローラ４０によりマイクロミラーごとにオン／オフを制御できる。オフ時の正反射光は遮光部材２２８の方へ反射されて吸収される。一方、オン時にマイクロミラーの角度が偏向すると、信号光（レーザー光）は光軸ＡＸの方向に反射する。レンズ２２６とレンズ２５でＤＭＤの像が視野絞り２７の面に結像する。また２２７の位置に開口絞りを配置する。視野絞り２７以降の構成は、図２の顕微鏡と同様である。この例では結像光学系３００は１台のカメラのみの構成としているが、図２に示すように２台のカメラで構成してもよい。また、ＤＭＤモジュール２２５は、上述のコントローラ１５を介して制御装置４０により行われる。
【００５６】
ＤＭＤのようなマイクロデバイスの場合、マイクロミラーのエッジによる回折光がノイズとなる場合があるので、回折光が干渉しないように、光源のコヒーレンシーを下げるため、マルチモードファイバー（光ファイバー１２）と回転拡散板７が用いられる。その場合も、上述した構成により、照野の強度分布はなるべく平坦になるようにしつつ、明るい照明光が得られれば、刺激する領域による明るさの変化が小さく、より強い刺激が可能な、光刺激装置を提供することができる。
【符号の説明】
【００５７】
１００  レーザーユニット
Ｌ１  第１レーザー光源    Ｌ２  第２レーザー光源
７  回転拡散板    １０  カップリング光学系
１２  光ファイバー（マルチモードファイバー）
２００，２００′  照明光学系    ３００  結像光学系
【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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