(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源からのレーザ光を偏向角度を変化させつつ偏向するスキャナと、
該スキャナにより偏向されたレーザ光の光路から該レーザ光を分岐可能な光分岐部と、
前記光源と前記スキャナとの間に配置され、前記光分岐部により分岐されたレーザ光を前記スキャナに向かわせる光路合成部と、
前記光分岐部と前記光路合成部との間に配置され、前記光分岐部により分岐されたレーザ光をリレーして、前記光路合成部を介して前記スキャナにおける前記光源からの前記レーザ光の入射位置と同位置に再度入射させる等倍のリレー倍率を有する再入射用リレー光学系とを備えるスキャン光学系。
【請求項２】
前記スキャナと前記光分岐部との間の光路または前記光路合成部と前記スキャナとの間の光路に配され、前記レーザ光の偏光方向を切り替える偏光素子を備え、
前記光分岐部および前記光路合成部が偏光ビームスプリッタである請求項１に記載のスキャン光学系。
【請求項３】
前記スキャナにより再び偏向された前記レーザ光を対物レンズにリレー可能な瞳投影リレー光学系を備える請求項１または請求項２に記載のスキャン光学系。
【請求項４】
前記スキャナにより再び偏向されたレーザ光の光束径を拡大して前記瞳投影リレー光学系にリレーする拡大リレー光学系を備える請求項３に記載のスキャナ光学系。
【請求項５】
前記スキャナが、互いに交差する揺動軸回りに揺動可能な互いに近接配置された第１スキャナミラーと第２スキャナミラーとを備える請求項１から請求項４のいずれかに記載のスキャナ光学系。
【請求項６】
前記スキャナが、互いに交差する揺動軸回りに揺動可能な互いに離間して配置された第１スキャナミラーと第２スキャナミラーとを備え、
これら第１スキャナミラーと第２スキャナミラーとの間に配され、前記第１スキャナミラーにより偏向されたレーザ光を前記第２スキャナミラーにリレーするスキャナミラー間リレー光学系を備える請求項１から請求項４のいずれかに記載のスキャン光学系。
【請求項７】
請求項１または請求項２に記載のスキャン光学系を２つ備え、
さらに、これら２つのスキャン光学系の間に配されたスキャナ間リレー光学系を備え、
一方の前記スキャン光学系の前記スキャナが、前記レーザ光を第１の方向に偏向する第１スキャナであり、
他方の前記スキャン光学系の前記スキャナが、前記レーザ光を前記第１の方向と直交する第２の方向に偏向する第２スキャナであり、
前記スキャナ間リレー光学系が、前記第１スキャナにより偏向された前記レーザ光を前記第２スキャナにリレーするスキャン装置。
【請求項８】
前記スキャナよる１回目の偏向によって、該１回目の偏向後のレーザ光に対物レンズの光軸に対して偏向角度に応じた角度を付与し、
前記光分岐部による分岐および前記再入射用リレー光学系によるリレーによって、前記１回目の偏向と同じ揺動角度の前記スキャナに対して、１回目の入射位置と同一の入射位置に１回目の前記スキャナからの出射角と同角度の入射角でレーザ光を再度入射させ、
前記スキャナよる２回目の偏向によって、該２回目の偏向後のレーザ光に前記対物レンズの光軸に対して前記１回目の偏向による角度の２倍の角度を付与して射出させる請求項１から請求項６のいずれかに記載のスキャン光学系。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スキャン光学系およびスキャン装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、光源からのパルスレーザ光をスキャナによって走査し、リレーレンズによってリレーし、対物レンズによって標本に集光させることにより、多光子励起効果により発生した蛍光を観察する顕微鏡装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
この特許文献１の顕微鏡装置において、大きな標本を高分解能で観察するためには、実視野の広い低倍率の対物レンズを装着するとともに、対物レンズに入射するレーザ光の光束径を拡大させる必要がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−８５８２６号公報
【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、ガルバノミラーを用いたスキャナを備える顕微鏡装置においては、観察範囲と対物レンズに入射するレーザ光の光束径とを独立に設計することは困難であり、観察範囲は、リレーレンズによるガルバノミラーから対物レンズの瞳位置へのリレー倍率に反比例するのに対し、対物レンズに入射するレーザ光の光束径は、リレーレンズによるガルバノミラーから対物レンズの瞳位置へのリレー倍率に比例するという関係にある。
【０００６】
したがって、観察範囲の確保を優先すると、対物レンズの瞳径を満たすように光束径を拡大することはできず、対物レンズの焦点位置におけるレーザ光の開口数を十分に増大させることができないので、分解能が制限されてしまうという不都合がある。一方、対物レンズに入射するレーザ光の光束径の十分な拡大を優先すると、ガルバノミラーの振り角が足りず観察範囲を十分に確保できないという不都合がある。
【０００７】
本発明は上述した事情に鑑みてなされたものであって、分解能を犠牲にすることなく、観察範囲の拡大を図ることができるスキャン光学系およびスキャン装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明は以下の手段を提供する。
本発明は、光源からのレーザ光を偏向角度を変化させつつ偏向するスキャナと、該スキャナにより偏向されたレーザ光の光路から該レーザ光を分岐可能な光分岐部と、前記光源と前記スキャナとの間に配置され、前記光分岐部により分岐されたレーザ光を前記スキャナに向かわせる光路合成部と、前記光分岐部と前記光路合成部との間に配置され、前記光分岐部により分岐されたレーザ光をリレーして、前記光路合成部を介して前記スキャナにおける前記光源からの前記レーザ光の入射位置と同位置に再度入射させる等倍のリレー倍率を有する再入射用リレー光学系とを備えるスキャン光学系を提供する。
【０００９】
本発明によれば、光源から発せられたレーザ光がスキャナにより偏向角度が変化されつつ偏向されて、光分岐部により光路から一端分岐される。そして、分岐されたレーザ光が再入射用リレー光学系によりリレーされて、光路合成部を介して再びスキャナに向かい、スキャナにおける光源からのレーザ光の入射位置で再度偏向される。
【００１０】
この場合において、再入射用リレー光学系によりリレーされたレーザ光は、スキャナによる１回目の偏向によって付与された角度でスキャナに再度入射する。その結果、スキャナにより再び偏向されたレーザ光は、１回目の偏向による角度の２倍の角度が付与されて射出される。
【００１１】
これにより、観察範囲はリレー光学系のリレー倍率に反比例し、分解能はリレー光学系のリレー倍率に比例するところ、スキャナの振り角を２倍にすることなく、また、再入射用リレー光学系のリレー倍率を１／２倍にすることなく、レーザ光の角度を２倍にして出射することができる。したがって、分解能を犠牲にすることなく、観察範囲の拡大を図ることができる。
【００１２】
上記発明においては、前記スキャナと前記光分岐部との間の光路または前記光路合成部と前記スキャナとの間の光路に配され、前記レーザ光の偏光方向を切り替える偏光素子を備え、前記光分岐部および前記光路合成部が偏光ビームスプリッタであることとしてもよい。
【００１３】
このように構成することで、スキャナと光分岐部との間のまたは光路合成部とスキャナとの間での偏光素子による偏光方向の切り換えにより、スキャナによる１回目の偏向を受けて光分岐部に入射するレーザ光と、スキャナによる２回目の偏向を受けて光分岐部に入射するレーザ光とは偏光方向が異なる。したがって、光分岐部として偏光ビームスプリッタを用いることで、スキャナによる１回目の偏向後にスキャナに戻すレーザ光と、スキャナによる２回目の偏向後に出射されるレーザ光とを容易に分岐させることができる。
【００１４】
上記発明においては、前記スキャナにより再び偏向された前記レーザ光を対物レンズにリレー可能な瞳投影リレー光学系を備えることとしてもよい。
このように構成することで、スキャナにより２倍の角度が付与されたレーザ光をそのまま対物レンズに入射させることができる。
【００１５】
上記発明においては、前記スキャナにより再び偏向されたレーザ光の光束径を拡大して前記瞳投影リレー光学系にリレーする拡大用リレー光学系を備えることとしてもよい。
【００１６】
上述したように、観察範囲はリレー光学系のリレー倍率に反比例し、分解能はリレー光学系のリレー倍率に比例するので、このように構成することで、スキャナにより再び偏向されて１回目の偏向による角度の２倍の角度が付与されたレーザ光は、瞳投影リレー光学系によりリレーされることによって瞳投影リレー光学系のリレー倍率に反比例した角度に戻るものの、対物レンズへ入射する光束径が拡大される。したがって、この場合は、観察範囲を犠牲にすることなく分解能を向上することができる。
【００１７】
上記発明においては、前記スキャナが、互いに交差する揺動軸回りに揺動可能な互いに近接配置された第１スキャナミラーと第２スキャナミラーとを備えることとしてもよいし、あるいは、前記スキャナが、互いに交差する揺動軸回りに揺動可能な互いに離間して配置された第１スキャナミラーと第２スキャナミラーとを備え、これら第１スキャナミラーと第２スキャナミラーとの間に配され、前記第１スキャナミラーにより偏向されたレーザ光を前記第２スキャナミラーにリレーするスキャナミラー間リレー光学系を備えることとしてもよい。
これらのように構成することで、それぞれレーザ光を第１スキャナミラーおよび第２スキャナミラーにより２次元的に走査させることができる。
上記発明においては、前記スキャナよる１回目の偏向によって、該１回目の偏向後のレーザ光に対物レンズの光軸に対して偏向角度に応じた角度を付与し、前記光分岐部による分岐および前記再入射用リレー光学系によるリレーによって、前記１回目の偏向と同じ揺動角度の前記スキャナに対して、１回目の入射位置と同一の入射位置に１回目の前記スキャナからの出射角と同角度の入射角でレーザ光を再度入射させ、前記スキャナよる２回目の偏向によって、該２回目の偏向後のレーザ光に前記対物レンズの光軸に対して前記１回目の偏向による角度の２倍の角度を付与して射出させることとしてもよい。
【００１８】
本発明は、上記のスキャン光学系を２つ備え、さらに、これら２つのスキャン光学系の間に配されたスキャナ間リレー光学系を備え、一方の前記スキャン光学系の前記スキャナが、前記レーザ光を第１の方向に偏向する第１スキャナであり、他方の前記スキャン光学系の前記スキャナが、前記レーザ光を前記第１の方向と直交する第２の方向に偏向する第２スキャナであり、前記スキャナ間リレー光学系が、前記第１スキャナにより偏向された前記レーザ光を前記第２スキャナにリレーするスキャン装置を提供する。
【００１９】
本発明によれば、２つスキャン光学系により、互いに交差する第１の方向と第２の方向とにそれぞれレーザ光の角度を２倍にして出射することができる。したがって、時間および分解能を犠牲にすることなく、観察範囲を拡大することができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、分解能を犠牲にすることなく、観察範囲の拡大を図ることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の第１実施形態に係るスキャン光学系が備えられる顕微鏡装置を示す全体構成図である。
【図２】図１のスキャン光学系を示す概略構成図である。
【図３】図２のスキャン光学系の一例を示す概略構成図である。
【図４】一般的なレーザ走査型顕微鏡の照明光学系の構成図である。
【図５】本発明の第２実施形態に係るスキャン光学系が備えられる顕微鏡装置を示す全体構成図である。
【図６】本発明の第２実施形態に係るスキャン光学系を示す概略構成図である。
【図７】本発明の各実施形態の第１変形例に係るスキャン装置が備えられる顕微鏡装置を示す全体構成図である。
【図８】本発明の各実施形態の第２変形例に係るスキャン光学系が備えられる顕微鏡装置を示す概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
〔第１実施形態〕
本発明の第１実施形態に係るスキャン光学系について図面を参照して以下に説明する。
本実施形態に係るスキャン光学系１は、図１に示すように、顕微鏡装置１００に備えられるようになっている。顕微鏡装置１００は、図示しない光源から発せられるＩＲレーザ光（以下、単にレーザ光Ｌという。）Ｌを走査するスキャン光学系１と、スキャン光学系１により走査されたレーザ光Ｌを標本（図示略）に照射し、標本において発生した蛍光Ｆを集光する対物レンズ３と、対物レンズ３により集光された蛍光Ｆをレーザ光Ｌの光路から分岐するダイクロイックミラー５と、ダイクロイックミラー５により分岐された蛍光Ｆを集光する集光レンズ７と、集光レンズ７により集光された蛍光Ｆを検出する光検出器９とを備えている。
【００２３】
光源は、例えば、Ｐ偏光のレーザ光Ｌを発振するようになっている。
スキャン光学系１は、図１および図２に示すように、光源からのレーザ光Ｌを偏向角度を変化させつつ偏向するスキャナ１１と、スキャナ１１により偏向されたレーザ光Ｌの偏光方向を切り替えるλ／２板（偏光素子）１３と、λ／２板１３を通過したレーザ光Ｌを対物レンズ３に向かうレーザ光Ｌの光路から分岐可能な偏光ビームスプリッタ（光分岐部）１５と、偏光ビームスプリッタ１５により分岐されたレーザ光Ｌをリレーする第１リレー光学系（再入射用リレー光学系）１７と、第１リレー光学系１７によりリレーされたレーザ光Ｌをスキャナ１１に向けて反射する偏光ビームスプリッタ（光路合成部）１９と、偏光ビームスプリッタ１９により反射されてスキャナ１１により再び偏向されたレーザ光Ｌを対物レンズ３にリレーする第２リレー光学系（瞳投影リレー光学系）２１とを備えている。
【００２４】
スキャナ１１は、例えば、近接ガルバノミラーであり、非平行な軸回りに揺動する２枚のガルバノミラー１２（第１スキャナミラー，第２スキャナミラー、図では１枚のみ表示）を備えている。２枚のガルバノミラー１２は、レーザ光の光路中に互いに近接して配置されている。このスキャナ１１は、ガルバノミラー１２の揺動角度の組み合わせにより、レーザ光Ｌを互いに直交するＸ方向およびＹ方向の２次元方向に走査させることができるようになっている。
【００２５】
λ／２板１３は、入射するレーザ光Ｌの偏光状態がＰ偏光であればＳ偏光に変換し、偏光状態がＳ偏光であればＰ偏光に変換して射出するようになっている。
偏光ビームスプリッタ１５は、対物レンズ３の光軸に対して４５°の角度をなして配置されている。この偏光ビームスプリッタ１５は、λ／２板１３からのＳ偏光のレーザ光Ｌを光源の光軸に略平行な光路に沿って光源側に折り返すよう反射する一方、λ／２板１３からのＰ偏光のレーザ光Ｌを対物レンズ３に向けて透過させるようになっている。
【００２６】
第１リレー光学系１７は、光軸方向に間隔を空けて配置された２枚一対の第１レンズ１８Ａおよび第２レンズ１８Ｂと、これら第１レンズ１８Ａと第２レンズ１８Ｂとの間に配されたミラー２０Ａおよびミラー２０Ｂとを備えている。この第１リレー光学系１７は、第１レンズ１８Ａおよび第２レンズ１８Ｂの焦点距離（ＦＬ）が同一であり、等倍のリレー倍率を有している。
【００２７】
第１レンズ１８Ａは、光源の光軸に平行な光路上に配されており、偏光ビームスプリッタ１５からのレーザ光Ｌを集光してミラー２０Ａに入射させるようになっている。ミラー２０Ａは、第１レンズ１８Ａからのレーザ光Ｌをミラー２０Ｂに向けて反射し、ミラー２０Ｂは、ミラー２０Ａからのレーザ光Ｌを第２レンズ１８Ｂに向けて反射するようになっている。第２レンズ１８Ｂは、光源の光軸に直交する光路上に配されており、ミラー２０Ｂからのレーザ光Ｌを平行光に変換して偏光ビームスプリッタ１９に入射させるようになっている。
【００２８】
偏光ビームスプリッタ１９は、光源の光軸に対して４５°の角度をなして配置されている。この偏光ビームスプリッタ１９は、光源からのＰ偏光のレーザ光Ｌをスキャナ１１に向けて透過させる一方、第１リレー光学系１７からのＳ偏光のレーザ光Ｌをスキャナ１１に向けて反射するようになっている。
【００２９】
上記第１リレー光学系１７は、偏光ビームスプリッタ１５により分岐されたレーザ光Ｌを等倍のリレー倍率でリレーし、偏光ビームスプリッタ１９を介して、スキャナ１１における光源からのレーザ光Ｌの入射位置と同位置にレーザ光Ｌを再度入射させることができるようになっている。
【００３０】
第２リレー光学系２１は、図１に示すように、光軸方向に間隔を空けて配置された２枚一対の第１レンズ２２Ａと第２レンズ２２Ｂとを備えている。スキャナ１１に近い側の第１レンズ２２Ａの後ろ焦点位置は、スキャナ１１から離れた側の第２レンズ２２Ｂの前側焦点位置と一致しており、略平行光の形態で入射されたレーザ光Ｌを一旦結像させた後に略平行光の形態で射出するようになっている。
【００３１】
ダイクロイックミラー５は、対物レンズ３の後ろ側に近接して、対物レンズ３の光軸に対して４５°の角度をなして配置されている。ダイクロイックミラー５はレーザ光Ｌを透過し、蛍光Ｆを反射する透過率特性を有している。これにより、光源からのレーザ光Ｌはダイクロイックミラー５を透過して対物レンズ３に入射される一方、対物レンズ３により集光された蛍光Ｆはダイクロイックミラー５によって９０°偏向されて集光レンズ７により集光され光検出器９により検出されるようになっている。
【００３２】
光検出器９は、例えば、光電子増倍管（ＰＭＴ）である。スキャナ１１により走査されるレーザ光Ｌの各走査位置と、その走査位置にレーザ光Ｌが照射されることにより発生した蛍光Ｆの強度とを対応づけて記憶することにより、２次元的な蛍光Ｆ画像を取得することができる。
【００３３】
このように構成された本実施形態に係る顕微鏡装置１００の作用について、以下に説明する。
本実施形態に係る顕微鏡装置１００を用いて標本の蛍光観察を行うには、図１および図２に示されるように、光源からＰ偏光のレーザ光Ｌを発生させてスキャン光学系１に入射させる。スキャン光学系１に入射したＰ偏光のレーザ光Ｌは、偏光ビームスプリッタ１９を透過してスキャナ１１により偏向され、λ／２板１３によりＳ偏光に変換されて偏光ビームスプリッタ１５により反射される。
【００３４】
偏光ビームスプリッタ１５により反射されたＳ偏光のレーザ光Ｌは、第１リレー光学系１７によりリレーされて偏光ビームスプリッタ１９により反射され、スキャナ１１における１回目の入射位置と同位置に再度入射して再び偏向される。レーザ光Ｌの１回目の偏向も２回目の偏向もスキャナ１１の揺動角度は同じである。すなわち、スキャナ１１の揺動角度が同じ状態で、そのスキャナ１１の同一の入射位置にレーザ光Ｌが２回入射して繰り返し偏向される。
【００３５】
スキャナ１１により２回偏向されたレーザ光Ｌは、λ／２板１３によりＰ偏光に変換されて偏光ビームスプリッタ１５を透過する。偏光ビームスプリッタ１５を透過したレーザ光Ｌは、第２リレー光学系２１によってリレーされてダイクロイックミラー５を透過し、対物レンズ３により標本に集光される。これにより、レーザ光Ｌの集光位置において標本内に存在する蛍光Ｆ物質が多光子励起効果によって励起されて蛍光Ｆが発生する。
【００３６】
標本において発生した蛍光Ｆは、対物レンズ３により集光されてダイクロイックミラー５により反射され、集光レンズ７により集光されて光検出器９によって検出される。スキャナ１１によるレーザ光Ｌの走査位置と光検出器９によって検出された蛍光Ｆの強度とを対応づけて記憶しておくことにより、蛍光画像を取得することができる。
【００３７】
この場合において、図２に示すように、スキャナ１１による１回目の偏向後のレーザ光Ｌには、スキャナ１１よる１回目の偏向によって対物レンズ３の光軸に対して偏向角度に応じた角度が付与されている。そのため、偏光ビームスプリッタ１５により分岐されて第１リレー光学系１７によりリレーされたレーザ光Ｌは、１回目の偏向と同じ揺動角度のスキャナ１１に対して同一の入射位置に、１回目のスキャナ１１からの出射角と同角度の入射角で入射される。したがって、スキャナ１１により再び偏向されたレーザ光Ｌは、対物レンズ３の光軸に対して１回目の偏向による角度の２倍の角度が付与されて射出される。
【００３８】
例えば、図３に示すように、スキャナ１１による１回目の偏向により対物レンズ３の光軸に対して角度が２°付与されてレーザ光が射出された場合、そのレーザ光は、第１リレー光学系１７によりスキャナ１１における１回目の入射位置と同位置に再度入射されて再び偏向されることで、対物レンズ３の光軸に対して１回目の偏向による角度の２倍の４°の角度が付与されて射出される。
【００３９】
ここで、図４に示すように、リレー光学系のリレー倍率（ＭＧ）は、次の式により求められる。
ＭＧ＝ＦＬ２／ＦＬ１
ＦＬ１はリレー光学系の第１レンズの焦点距離を示し、ＦＬ２はリレー光学系の第２レンズの焦点距離を示している。
【００４０】
また、対物レンズに入射する光線の太さの半径（ｈ´）は、次の式により求められる。
ｈ´＝ｈ×ＭＧ
ｈはガルバノミラーから出射される光線の太さの半径であり、通常はガルバノミラーの大きさよりも若干小さめに設定されている。なお、ガルバノミラーに入射する光束径がガルバノミラーよりも大きい場合は、ｈはガルバノミラーの高さと同寸法となる。
リレー倍率（ＭＧ）は、一般に、対物レンズの持っている分解能を発揮させるために、対物レンズに入射する光線束が対物レンズの瞳径を満たすよう、所望の値に設定されるのが望ましい。
【００４１】
さらに、レーザ光の照射位置（Ｈ）は、次の式により求められる。
Ｈ＝ＮＡ´×ＦＬｏｂ＝（ＮＡ／ＭＧ）×ＦＬｏｂ
ＮＡ，ＮＡ´は光線の角度を示し、ＦＬｏｂは対物レンズの焦点距離を示している。
【００４２】
これらの式から導かれるように、観察範囲はリレー光学系のリレー倍率に反比例し、分解能はリレー光学系のリレー倍率に比例する。
なお、対物レンズに入射する光線の太さ（ｈ´）を大きくする別の方法として、ガルバノミラー自体を大きくしてガルバノミラーから出射する光線の太さの半径を大きくする方法も考えられるが、ガルバノミラーが大きくなればなるほど、揺動動作が遅くなり走査に時間が掛かる。
【００４３】
本実施形態においては、スキャン光学系１において、同じ揺動角度のスキャナ１１における同一の入射位置でレーザ光Ｌを２回連続して偏向させることで、スキャナ１１の振り角を２倍にすることなく、また、第２リレー光学系２１のリレー倍率を１／２倍にすることなく、対物レンズ３に入射させるレーザ光Ｌの角度を２倍にすることができる。
【００４４】
したがって、本実施形態に係るスキャン光学系１によれば、スキャナ１１の振り角を広げて走査に掛かる時間を犠牲にしたり、リレー光学系のリレー倍率を下げて分解能を犠牲にしたりすることなく、観察範囲を拡大することができる。また、本実施形態に係る顕微鏡装置１００によれば、このようなスキャン光学系１により、分解能を犠牲にすることなく観察範囲を拡大して標本の画像を得ることができる。
【００４５】
〔第２実施形態〕
次に、本発明の第２実施形態に係るスキャン光学系について説明する。
本実施形態に係る顕微鏡装置１００は、図５に示すように、スキャン光学系１が、近接ガルバノミラーのスキャナ１１に代えて、光軸方向に間隔をあけて配置されたＸガルバノミラー（第１スキャナミラー）１２ＡおよびＹガルバノミラー（第２スキャナミラー）１２Ｂにより構成されるスキャナ３１を備える点で第１実施形態と異なる。
以下、第１実施形態に係るスキャン光学系１および顕微鏡装置１００と構成を共通する箇所には、同一符号を付して説明を省略する。
【００４６】
本実施形態に係るスキャン光学系１は、スキャナ３１と、スキャナ３１におけるＸガルバノミラー１２ＡとＹガルバノミラー１２Ｂとの間の光軸上に配置されたリレー光学系（スキャナミラー間リレー光学系）３３と、λ／２板１３と、偏光ビームスプリッタ１５と、偏光ビームスプリッタ１５により分岐されたレーザ光Ｌを反射するミラー３５と、第１リレー光学系１７と、偏光ビームスプリッタ１９と、第２リレー光学系２１とを備えている。
【００４７】
Ｘガルバノミラー１２Ａは、レーザ光Ｌを偏向角度を変化させつつＸ方向に偏向し、Ｙガルバノミラー１２Ｂは、レーザ光Ｌを偏向角度を変化させつつＹ方向に偏向するようになっている。これらＸガルバノミラー１２ＡおよびＹガルバノミラー１２Ｂは、共に対物レンズ３の瞳と共役な位置に配置されている。
【００４８】
リレー光学系３３は、光軸方向に間隔を空けて配置された２枚一対の第１レンズ３４Ａと第２レンズ３４Ｂとを備えている。また、リレー光学系３３は、第１レンズ３４Ａおよび第２レンズ３４Ｂの焦点距離が同一であり、等倍のリレー倍率を有している。
【００４９】
第１リレー光学系１７は、第１レンズ１８Ａと第２レンズ１８Ｂと、これら第１レンズ１８Ａと第２レンズ１８Ｂとの間に配置されたミラー２０とを備えている。第１レンズ１８Ａはミラー３５からのレーザ光Ｌを集光してミラー２０に入射させ、ミラー２０は第１レンズ１８Ａからのレーザ光Ｌを第２レンズ１８Ｂに向けて反射し、第２レンズ１８Ｂはミラー２０からのレーザ光Ｌを平行光に変換して偏光ビームスプリッタ１９に入射させるようになっている。
【００５０】
このように構成際された顕微鏡装置１００の作用について説明する。
本実施形態に係る顕微鏡装置１００により標本を観察する場合は、光源からＰ偏光のレーザ光Ｌを発生させてスキャン光学系１に入射させる。スキャン光学系１に入射したＰ偏光のレーザ光Ｌは、偏光ビームスプリッタ１９を透過してＸガルバノミラー１２ＡによりＸ方向に偏向された後、リレー光学系３３によりリレーされてＹガルバノミラー１２ＢによりＹ方向に偏向される。
【００５１】
Ｙガルバノミラー１２Ｂにより偏向されたレーザ光Ｌは、λ／２板１３によりＳ偏光に変換されて偏光ビームスプリッタ１５により反射され、ミラー３５を介して第１リレー光学系１７によりリレーされ、偏光ビームスプリッタ１９によりＸガルバノミラー１２Ａに向けて反射される。
【００５２】
偏光ビームスプリッタ１９により反射されたレーザ光Ｌは、１回目の偏向と同じ揺動角度のＸガルバノミラー１２Ａにおける１回目の入射位置と同位置に再度入射してＸ方向に再び偏向される。そして、レーザ光Ｌは、リレー光学系３３によりリレーされて、１回目の偏向と同じ揺動角度のＹガルバノミラー１２Ｂにおける１回目の入射位置と同位置に再度入射してＹ方向に再び偏向される。
【００５３】
Ｙガルバノミラー１２Ｂにより再び偏向されたレーザ光Ｌは、λ／２板１３によりＰ偏光に変換されて偏光ビームスプリッタ１５を透過し、第２リレー光学系２１によりリレーされて対物レンズ３により標本に集光される。標本において発生した蛍光Ｆは、対物レンズ３によって集光されてダイクロイックミラー（図示略）によって反射され、集光レンズ（図示略）により集光されて光検出器（図示略）によって検出される。
【００５４】
この場合において、図６に示すように、Ｘガルバノミラー１２ＡおよびＹガルバノミラー１２Ｂによる１回目の偏向後のレーザ光Ｌには、各ガルバノミラー１２Ａ，１２Ｂよる１回目の偏向によって対物レンズ３の光軸に対してＸ方向およびＹ方向の偏向角度に応じた角度が付与されている。そして、偏光ビームスプリッタ１５により分岐されて第１リレー光学系１７によりリレーされたレーザ光Ｌは、１回目の偏向と同じ揺動角度の各ガルバノミラー１２Ａ，１２Ｂに対して同一の入射位置に、１回目のガルバノミラー１２Ａ，１２Ｂからの出射角と同角度の入射角で入射される。これにより、各ガルバノミラー１２Ａ，１２Ｂにより再び偏向されたレーザ光Ｌは、対物レンズ３の光軸に対してＸ方向およびＹ方向にそれぞれ１回目の偏向による角度の２倍の角度が付与されて射出される。
【００５５】
本実施形態に係るスキャン光学系１においても、各ガルバノミラー１２Ａ，１２Ｂの振り角を広げて走査に掛かる時間を犠牲にしたり、リレー光学系のリレー倍率を下げて分解能を犠牲にしたりすることなく、観察範囲を拡大することができる。また、本実施形態に係る顕微鏡装置１００においても、このようなスキャン光学系１により、時間および分解能を犠牲にすることなく観察範囲を拡大して標本の画像を得ることができる。
【００５６】
上記実施形態は以下のように変形することができる。
すなわち、第１変形例としては、図７に示すように、第１実施形態のスキャン光学系１を光軸方向に間隔をあけて連続して２つ配置し（スキャン光学系１Ａ，１Ｂとする。）、一方のスキャン光学系１Ａのスキャナ（第１スキャナ）１１としてＸガルバノミラー１２Ａを採用し、他方のスキャン光学系１Ｂのスキャナ（第２スキャナ）１１としてＹガルバノミラー１２Ｂを採用してスキャン装置４１を構成することとしてもよい。
【００５７】
スキャン装置４１は、スキャン光学系１ＡのＸガルバノミラー１２Ａにより偏向されたレーザ光を他方のスキャン光学系１ＢのＹガルバノミラー１２Ｂにリレーするリレー光学系（スキャナ間リレー光学系）４３を備え、Ｘガルバノミラー１２ＡとＹガルバノミラー１２Ｂとがそれぞれ対物レンズ３の瞳と共役な位置に配置されていることとすればよい。リレー光学系４３は、光軸方向に間隔を空けて配置された互いに焦点距離が同一の２枚一対の第１レンズ４４Ａと第２レンズ４４Ｂとを備え、等倍のリレー倍率を有しているものとする。
【００５８】
本変形例によれば、光源から発せられたレーザ光Ｌは、スキャン光学系１Ａにおいて、同じ揺動角度のＸガルバノミラー１２Ａにより同一の入射位置で２回偏向されて射出され、スキャン光学系１Ｂにおいて、同じ揺動角度のＹガルバノミラー１２Ｂにより同一の入射位置で２回偏向されて射出され、ダイクロイックミラー５を透過して対物レンズ３により標本に照射される。
【００５９】
本変形例においても、ガルバノミラー１２Ａ，１２Ｂの振り角を２倍にすることなく、また、リレー光学系のリレー倍率を１／２倍にすることなく、対物レンズ３に入射させるレーザ光Ｌの角度を２倍にすることができる。したがって、時間および分解能を犠牲にすることなく、観察範囲を拡大することができる。
【００６０】
また、第２変形例としては、図８に示すように、偏光ビームスプリッタ１５と第２リレー光学系（瞳投影リレー光学系）４５との間に２倍のリレー倍率を有するリレー光学系（拡大リレー光学系）４７を備えることとしてもよい。
【００６１】
リレー光学系４７は、例えば、焦点距離（ＦＬ）が１２５ｍｍの第１レンズ４８Ａと、焦点距離（ＦＬ）が２５０ｍｍの第２レンズ４８Ｂとが軸方向に間隔をあけて配置されている。このリレー光学系４７は、スキャナ１１により２回偏向されて偏光ビームスプリッタ１５を透過したレーザ光Ｌを第２リレー光学系４５にリレーするようになっている。第２リレー光学系４５は、例えば、焦点距離（ＦＬ）が６０ｍｍの第１レンズ４６Ａと、焦点距離（ＦＬ）が１８０ｍｍの第２レンズ４６Ｂとが軸方向に間隔をあけて配置されている。
【００６２】
本変形例によれば、観察範囲はリレー光学系のリレー倍率に反比例し、分解能はリレー光学系のリレー倍率に比例することから、スキャナ１１における同一の入射位置で２回偏向されて対物レンズ３の光軸に対して１回目の偏向による角度の２倍の角度が付与されたレーザ光Ｌは、リレー倍率が２倍の第３リレー光学系４７によりリレーされることによって、対物レンズに入射する角度が１回目の偏向による角度に戻るものの、対物レンズに入射するレーザ光の光束径が２倍になる。したがって、この場合は、観察範囲を犠牲にすることなく分解能を向上することができる。
【００６３】
以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。例えば、本発明を上記各実施形態および変形例に適用したものに限定されることなく、これらの実施形態および変形例を適宜組み合わせた実施形態に適用してもよく、特に限定されるものではない。例えば、上記実施形態においては、スキャナがスキャナミラーとしてガルバノミラー１２，１２Ａ，１２Ｂを備えた態様を示したが、ガルバノミラーに代え、スキャナミラーとして共振スキャナミラーなどを用いてもよい。
【符号の説明】
【００６４】
１，１Ａ，１Ｂ    スキャン光学系
３    対物レンズ
１１，３１    スキャナ
１２    ガルバノミラー（第１スキャナミラー、第２スキャナミラー）
１２Ａ    Ｘガルバノミラー（第１スキャナミラー）
１２Ｂ    Ｙガルバノミラー（第２スキャナミラー）
１３    λ／２板（偏光素子）
１５    偏光ビームスプリッタ（光分岐部）
１７    第１リレー光学系（再入射用リレー光学系）
１９    偏光ビームスプリッタ（光路合成部）
２１，４５    第２リレー光学系（瞳投影リレー光学系）
３３    リレー光学系（スキャナミラー間リレー光学系）
４３    リレー光学系（スキャナ間リレー光学系）
４７    リレー光学系（拡大リレー光学系）
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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