(57)【要約】【課題】微小光変調要素の動作パターンを変更することなく、スキャン手段の走査だけで、鮮明な画像を取得するとともに、画像取得の高速化を図る。【解決手段】走査型顕微鏡１０は、レーザ光源１と、２次元配列された複数のマイクロミラー２３を備えるＤＭＤ７と、レーザ光源１から発せられ、ＤＭＤ７を通過したレーザ光を一方向に走査するガルバノミラー９と、ガルバノミラー9により走査されたレーザ光を集光して試料１９に照射する対物レンズ１１と、少なくとも１次元配列された複数の画素を有し、試料１９からの光を検出する光検出器１７とを備え、ＤＭＤ７が、対物レンズ１１の試料側焦点位置と光学的に共役な位置に配置されるとともに、ガルバノミラー9による走査方向に直交する方向に隣接する列のマイクロミラー２３の内、前記走査方向に間隔を空けたマイクロミラー２３´をオン状態にする動作パターンで作動させられる。【選択図】図１
2008180851.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と、
２次元配列された複数の微小光変調要素を備える微小光変調要素アレイと、
前記光源から発せられ、前記微小光変調要素アレイを通過した照明光を一方向に走査するスキャン手段と、
該スキャン手段により走査された照明光を集光して試料に照射する対物レンズと、
少なくとも１次元配列された複数の画素を有し、前記試料からの光を検出する光検出器とを備え、
前記微小光変調要素アレイが、前記対物レンズの試料側焦点位置と光学的に共役な位置に配置されるとともに、前記スキャン手段による走査方向に直交する方向に隣接する列の微小光変調要素の内、前記走査方向に間隔を空けた微小光変調要素をオン状態にする動作パターンで作動させられる走査型顕微鏡。
【請求項２】
前記光源と前記微小変調要素アレイとの間に配置され、該微小光変調要素アレイに入射される照明光束の幅を、前記走査方向に小さくするアスペクト比変換光学系を備える請求項１に記載の走査型顕微鏡。
【請求項３】
前記アスペクト比変換光学系が、光軸方向と直交する２軸方向に曲率が異なるとともに、前記走査方向の照射幅を制限して前記照明光を前記微小光変調要素アレイに照射する異曲率レンズを備え、
該異曲率レンズが、前記アスペクト比変換光学系の前記微小光変調要素アレイ側に、光軸方向に移動可能に設けられ、光線の光軸に対する角度を一定に保ちながら前記照明光を前記微小光変調要素アレイに照射する請求項２に記載の走査型顕微鏡。
【請求項４】
前記対物レンズの瞳径に応じて、前記異曲率レンズの位置を光軸方向に移動させる制御部を備える請求項３に記載の走査型顕微鏡。
【請求項５】
前記対物レンズが、さらに前記試料から戻る光を集光し、
前記微小光変調要素アレイと前記光検出器との間に、前記微小光変調要素アレイを介して戻る光を前記スキャン手段と同期して同じ方向に走査する他のスキャン手段を備える請求項１から請求項４のいずれかに記載の走査型顕微鏡。
【請求項６】
前記光源がレーザ光源である請求項１から請求項５のいずれかに記載の走査型顕微鏡。
【請求項７】
前記微小光変調要素がマイクロミラーである請求項１から請求項６のいずれかに記載の走査型顕微鏡。
【請求項８】
光源と、
２次元配列された複数のマイクロミラーを備えるデジタルマイクロミラーアレイ部と、平面ミラー部とを備える反射部材と、
該反射部材の前記デジタルマイクロミラーアレイ部と前記平面ミラー部とを切替える切替手段と、
前記光源から発せられ、前記反射部材により反射される照明光を一方向に走査するスキャン手段と、
該スキャン手段により走査された照明光を集光して試料に照射する一方、該試料から戻る光を集光する対物レンズと、
少なくとも１次元配列された複数の画素を有し、前記試料から前記対物レンズおよび前記反射部材を介して戻る光を検出する光検出器とを備え、
前記デジタルマイクロミラーアレイ部が、前記対物レンズの試料側焦点位置と光学的に共役な位置に配置されるとともに、前記スキャン手段による走査方向に直交する方向に隣接する列のマイクロミラーの内、前記走査方向に間隔を空けたマイクロミラーをオン状態にする動作パターンで作動させられる走査型顕微鏡。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、走査型顕微鏡に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、試料を高速で走査および画像化する技術として、走査型顕微鏡や共焦点顕微鏡が知られている（特許文献１参照）。特許文献1による共焦点顕微鏡では、光源からの光が直線的に集束されてＤＭＤまたは液晶などの光変調部材上に入射される。次に光変調部材により直線光がその光線の方向に沿って所定の明暗を有する光に変調されるのに伴い、光が試料体に照射される。そして、試料体から発生された光（反射光および蛍光等）は、この光変調部材へと戻され、その後、照明光路から分離され、光検出器によって検出されるようになっている。
【特許文献１】特開２００４−１９９０６３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上記特許文献１に開示されている技術によれば、光変調部材（例えば、ＤＭＤ）のミラーがオフからオンに切替えられることにより、照明光がＤＭＤのＸ方向に走査されるようになっている。そして、このＸ軸上の１ライン区分の照明が完了すると、次にガルバノメータミラーがＹ方向に１ラインシフトするようになっている。このように、Ｘ軸上の１ライン区分の照明が完了した後、Ｙ軸上のラインにシフトされるという動作が順次繰り返されるため、走査が複数回にわたり、画像を獲得するのに時間がかかるという問題があった。
【０００４】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、光変調部材の動作パターンを変更することなく、スキャン手段の走査だけで、鮮明な画像を取得することができるとともに、画像取得の高速化を図ることができる走査型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】
【０００５】
上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を採用する。
本発明は、光源と、２次元配列された複数の微小光変調要素を備える微小光変調要素アレイと、前記光源から発せられ、前記微小光変調要素アレイを通過した照明光を一方向に走査するスキャン手段と、該スキャン手段により走査された照明光を集光して試料に照射する対物レンズと、少なくとも１次元配列された複数の画素を有し、前記試料からの光を検出する光検出器とを備え、前記微小光変調要素アレイが、前記対物レンズの試料側焦点位置と光学的に共役な位置に配置されるとともに、前記スキャン手段による走査方向に直交する方向に隣接する列の微小光変調要素の内、前記走査方向に間隔を空けた微小光変調要素をオン状態にする動作パターンで作動させられる走査型顕微鏡を提供する。
【０００６】
本発明によれば、光源から発せられた照明光が、微小光変調要素アレイに入射され、その内のオン状態に作動された微小光変調要素を通過した照明光が、スキャン手段により一方向に走査される。微小光変調要素アレイは、対物レンズの試料側焦点位置と光学的に共役な位置に配置されるとともに、走査方向に間隔を空けた微小光変調要素をオン状態にする動作パターンで作動されているので、オン状態の微小光変調要素を共焦点ピンホールとして機能させることができる。したがって、対物レンズの試料側焦点面に沿う鮮明な画像を取得することができる。
【０００７】
また、微小光変調要素アレイは、走査方向に直交する方向に隣接する全ての列のいずれかの微小光変調要素をオン状態とされているので、スキャン手段を１回走査させるだけで、走査範囲の全面にわたって、試料に対し照明光を照射することができる。したがって、画像取得の高速化を図ることができ、早い反応を逃すことなく観察することができる。
【０００８】
上記発明においては、前記光源と前記微小変調要素アレイとの間に配置され、該微小光変調要素アレイに入射される照明光束の幅を、前記走査方向に小さくするアスペクト比変換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、アスペクト比変換光学系により、微小光変調要素アレイに入射される照明光の光束の断面形状を、スキャン手段による走査方向に小さくなる形状に整形することができる。これにより、微小光変調要素アレイにおけるオン状態に作動される微小光変調要素の範囲が、スキャン手段による走査方向に小さく制限されても、その範囲に合わせて照明光の集光範囲を設定することができるので、光量のロスを低減することができる。
【０００９】
また、上記発明においては、前記アスペクト比変換光学系が、光軸方向と直交する２軸方向に曲率が異なるとともに、前記走査方向の照射幅を制限して前記照明光を前記微小光変調要素アレイに照射する異曲率レンズを備え、該異曲率レンズが、前記アスペクト比変換光学系の前記微小光変調要素アレイ側に、光軸方向に移動可能に設けられ、光線の光軸に対する角度を一定に保ちながら前記照明光を前記微小光変調要素アレイに照射することとしてもよい。
【００１０】
このように構成することで、アスペクト比変換光学系の異曲率レンズは、スキャン手段による走査方向の照射幅を制限した照明光を微小光変調要素アレイに照射する。ここで、異曲率レンズは、アナモフィックレンズまたはシリンドリカルレンズを指す。これにより、アスペクト比変換光学系を作動させ、異曲率レンズが、その焦点位置を微小光変調要素アレイに一致させた状態から光軸方向に沿って移動させられることで、微小光変調要素アレイに対する照明光の入射範囲の大きさを簡易に変化させることができる。
【００１１】
さらに、異曲率レンズは、アスペクト比変換光学系の微小光変調要素アレイ側に設けられ、光線の光軸に対する角度を一定に保ちながら照明光を微小光変調要素アレイに照射するように構成されている。すなわち、異曲率レンズは、微小光変調要素アレイとの間に集光作用を有する光学系を介在させないように配置されている。これにより、異曲率レンズが光軸方向に移動しても、微小光変調要素アレイにおける照明光の入射範囲を、スキャン手段による走査方向に直交する方向に大きく変化させないようにすることができる。
【００１２】
したがって、オン状態に作動される微小光変調要素群の大きさを変更して、共焦点ピンホールのピンホール径を変化させた場合等に、ピンホール径に合わせて照明光の入射範囲を変更するために異曲率レンズを光軸方向に移動させても、オン状態の微小光変調要素群を含む最小限の領域に照明光の入射範囲を制限することができるので、光量のロスを低減することができる。
【００１３】
また、上記発明においては、前記対物レンズの瞳径に応じて、前記異曲率レンズの位置を光軸方向に移動させる制御部を備えることとしてもよい。
このように構成することで、微小光変調要素アレイのオン領域の大きさを変更して観察したい場合にも、光量の低下を防ぐことが可能となる。例えば、対物レンズの瞳径が大きい場合には、対物レンズの持つ光軸方向の分解能を損なうことなく画像を得るために、微小光変調要素アレイのオン領域を小さくすることにより、共焦点ピンホールのピンホール径を小さくする必要がある。この場合、制御部の作動により、微小光変調要素アレイへの照明光の入射範囲を狭くする方向に異曲率レンズを移動させる。これにより、オン状態に作動される微小光変調要素の領域を小さくしても、対物レンズの持つ光軸方向の分解能を十分に保ちつつ、光量の低下を防ぐことができる。
【００１４】
一方、対物レンズの瞳径が小さい場合には、共焦点ピンホールのピンホール径を大きくしても、対物レンズの持つ光軸方向の分解能を大きく損なうことがない。よって、制御部の作動により、微小光変調要素アレイへの照明光の入射範囲を広げる方向に異曲率レンズを移動させる。これにより、オン状態に作動される微小光変調要素の領域を大きくして、試料から戻る光の量を増加させることができる。この結果、対物レンズの持つ光軸方向の分解能を保ちつつ、明るい画像を得ることできる。
【００１５】
また、上記発明においては、前記対物レンズが、さらに前記試料から戻る光を集光し、前記微小光変調要素アレイと前記光検出器との間に、前記微小光変調要素アレイを介して戻る光を前記スキャン手段と同期して同じ方向に走査する他のスキャン手段を備えることとしてもよい。
【００１６】
このように構成することで、同一の対物レンズにより、試料への照明および試料からの受光が行われる。この場合において、試料から発せられ、対物レンズおよび微小光変調要素アレイを介して戻る光を、他のスキャン手段の作動により光検出器上の２次元的な領域に導くことができる。したがって、光検出器として、ＣＣＤ等の２次元的な撮像手段を使用して、この２次元的な撮像手段に試料全体の像を結像させることができるため、ラインスキャン画像を取得してから２次元的な画像を構築する場合に比べて、画像取得の高速化を図ることができる。
【００１７】
また、上記発明においては、前記光源がレーザ光源であることとしてもよい。レーザ光を用いることにより、光量を大きくすることが可能となるため、高速でスキャンを行う場合であっても、光検出器の各画素において検出される光量の低下を防ぐことができる。
また、上記発明においては、前記微小光変調要素がマイクロミラーであることとしてもよい。
【００１８】
本発明は、光源と、２次元配列された複数のマイクロミラーを備えるデジタルマイクロミラーアレイ部と、平面ミラー部とを備える反射部材と、該反射部材の前記デジタルマイクロミラーアレイ部と前記平面ミラー部とを切替える切替手段と、前記光源から発せられ、前記反射部材により反射される照明光を一方向に走査するスキャン手段と、該スキャン手段により走査された照明光を集光して試料に照射する一方、該試料から戻る光を集光する対物レンズと、少なくとも１次元配列された複数の画素を有し、前記試料から前記対物レンズおよび前記反射部材を介して戻る光を検出する光検出器とを備え、前記デジタルマイクロミラーアレイ部が、前記対物レンズの試料側焦点位置と光学的に共役な位置に配置されるとともに、前記スキャン手段による走査方向に直交する方向に隣接する列のマイクロミラーの内、前記走査方向に間隔を空けたマイクロミラーをオン状態にする動作パターンで作動させられる走査型顕微鏡を提供する。
【００１９】
本発明によれば、切替手段の作動により、反射部材がデジタルマイクロミラーアレイ部または平面ミラー部に切替えられる。そして、光源から発せられた照明光が、反射部材に入射され、その内のオン状態に作動されたマイクロミラー、または、平面ミラー部により反射された照明光が、スキャン手段により一方向に走査される。
【００２０】
ここで、照明光がデジタルマイクロミラーアレイ部によって反射される場合には、デジタルマイクロミラーアレイ部が、対物レンズの試料側焦点位置と光学的に共役な位置に配置されるとともに、走査方向に間隔を空けたマイクロミラーをオン状態にする動作パターンで作動されているので、オン状態のマイクロミラーを共焦点ピンホールとして機能させることができる。したがって、対物レンズの試料側焦点面に沿う鮮明な画像を取得することができる。
【００２１】
また、デジタルマイクロミラーアレイ部は、走査方向に直交する方向に隣接する全ての列のいずれかのマイクロミラーをオン状態とされているので、スキャン手段を１回走査させるだけで、走査範囲の全面に渡って、試料に対し照明光を照射することができる。したがって、画像取得の高速化を図ることができ、早い反応を逃すことなく観察することができる。
【００２２】
一方、平面ミラー部により照明光が反射される場合には、照明光を継ぎ目のない鏡面により反射でき、迷光を発生させることなく、フレア等のない鮮明なラインスキャン画像を得ることができる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、微小光変調要素の動作パターンを変更することなく、スキャン手段の走査だけで、試料全面の鮮明な画像を取得することができるとともに、走査の回数を少なくして、画像取得の高速化を図ることができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
〔第１の実施形態〕
以下、本発明の第１の実施形態に係る走査型顕微鏡１０について、図面を参照して説明する。
本実施形態に係る走査型顕微鏡１０は、図１に示すように、レーザ光源（光源）１と、該レーザ光源１から発せられたレーザ光（照明光）の光束径を拡大するコリメータ３と、該コリメータ３により光束径を拡大されたレーザ光を反射するＤＭＤ（微小光変調要素アレイ，デジタルマイクロミラーアレイ）７と、該ＤＭＤ７により反射されたレーザ光を一方向に走査するガルバノミラー（スキャン手段）９と、該ガルバノミラー９により反射されたレーザ光を集光して試料１９に照射する一方、該試料１９から発せられる蛍光を集光する対物レンズ１１と、該対物レンズ１１により集光された蛍光を結像させる第１の結像レンズ１３および第２の結像レンズ１５と、第２の結像レンズ１５により結像された蛍光を検出する光検出器１７とを備えている。
なお、図中、符号５はダイクロイックミラーであり、符号２５は第１のリレーレンズ、符号２７は第２のリレーレンズである。
【００２５】
レーザ光源１は、照明光として、例えば、断面略円形の略平行なレーザ光を出射するようになっている。
コリメータ３は、レーザ光源１とＤＭＤ７との間に配置され、レーザ光の光束径を拡大して、大径の平行光束とするようになっている。
【００２６】
ＤＭＤ７は、図２（ａ）に示すように、２次元配列された複数のマイクロミラー（微小光変調要素）２３を備え、図２（ｂ）に示すように、ガルバノミラー９による走査方向に直交する方向に隣接する列のマイクロミラー２３の内、前記走査方向に間隔を空けたマイクロミラー２３´をオン状態にする動作パターンで作動させるようになっている。すなわち、同図においては、ガルバノミラー９の走査方向を矢印Ａで示すと、これに直交する矢印Ｂの方向に隣接する全ての列において、矢印Ａの方向に２つおきにマイクロミラー２３´がオン状態に作動させられている。
【００２７】
これにより、ＤＭＤ７に入射されたレーザ光のうち、上記オン状態に作動されたオン領域のマイクロミラー２３´に照射されたレーザ光が反射されるようになっている。
そして、ＤＭＤ７のオン領域において反射されたレーザ光は、第１のリレーレンズ２５を介して、ガルバノミラー９に入射されるので、ガルバノミラー９へのレーザ光の入射位置も、上述したＤＭＤ７のオン領域に対応している。
【００２８】
また、ＤＭＤ７は、対物レンズ１１の試料側焦点位置と光学的に共役な位置に配置されている。そして、本実施形態においては、１つのオン状態のマイクロミラー２３´に対して、矢印Ｂの方向に隣接する列のマイクロミラー２３´は、図２（ｂ）に示す矢印Ａの方向に間隔を空けたものがオン状態とされるため、オン状態に作動される各マイクロミラー２３´は、隣接する全てのマイクロミラー２３がオフ状態とされている。したがって、上記各マイクロミラー２３´における反射光が互いに干渉し合うことを防止して、該複数のマイクロミラー２３´を複数の共焦点ピンホールとして機能させることができるようになっている。
【００２９】
ＤＭＤ７により反射されたレーザ光は、ガルバノミラー９により偏向され、第２のリレーレンズ２７および対物レンズ１１を介して、試料１９に集光させられるようになっている。この場合において、ＤＭＤ７が、ガルバノミラー９の走査方向と直交する方向に隣接する全ての列のいずれかのマイクロミラー２３´をオン状態とされているので、ガルバノミラー９を１回走査することにより、走査範囲の全面に渡って、２次元的に走査されたレーザ光を試料１９に照射することができるようになっている。
【００３０】
試料１９にレーザ光が照射されることにより、試料１９内に含まれる蛍光物質が励起されて発生した蛍光は、対物レンズ１１により集光された後、第１の結像レンズ１３、第２のリレーレンズ２７、ガルバノミラー９、第１のリレーレンズ２５およびＤＭＤ７を介して、レーザ光とは逆向きに戻るようになっている。そして、蛍光は、ダイクロイックミラー５を通過することでレーザ光から分離された後、第２の結像レンズ１５により集光されて、光検出器１７に入射されるようになっている。
【００３１】
光検出器１７は、１次元配列された複数の画素を有するラインセンサであり、各画素は、例えば、図３に示すように、ガルバノミラー９による走査方向（図３において横方向）の幅寸法が、これと直交する方向（図３において縦方向）の幅寸法より大きな形状を有し、前記走査方向と直交する方向に等間隔に配列されている。そして、各画素は、受光面の前記走査方向において、ガルバノミラー９による走査方向における全てのマイクロミラー２３´からの反射光を受光可能な幅寸法を有している。なお、図中符号１８は、受光面上での光のスポットを表している。
【００３２】
これにより、光検出器１７は、ガルバノミラー９の各揺動位置においてＤＭＤ７のオン領域により反射された試料１９の蛍光像を逐次取得するようになっている。取得された蛍光像は、ガルバノミラー９の揺動位置と対応付けて記憶されることにより、後に走査範囲の全面にわたる２次元的な蛍光画像を構築することができるようになっている。
【００３３】
このように構成された本実施形態に係る走査型顕微鏡１０の作用について説明する。
レーザ光源１から発せられたレーザ光は、コリメータ３を通過することにより、その光束径が拡大されて、大径の平行光束となる。そして、レーザ光は、ダイクロイックミラー５によって反射されて、ＤＭＤ７に入射される。
【００３４】
ＤＭＤ７は、ガルバノミラー９による走査方向に直交する方向に隣接する全ての列において、図２（ｂ）に示す矢印Ａの方向に間隔を空けたマイクロミラー２３´がオン状態とされており、このオン状態に作動された各マイクロミラー２３´により反射されたレーザ光が、第１のリレーレンズ２５を介してガルバノミラー９に入射される。
【００３５】
そして、ガルバノミラー９が揺動されることにより、ガルバノミラー９に入射されたレーザ光が、試料１９上において一方向へ走査される。
試料１９にレーザ光が照射されることにより蛍光が発生すると、蛍光は、対物レンズ１１によって集光された後、第１の結像レンズ１３、第２のリレーレンズ２７、ガルバノミラーミラー９、第１のリレーレンズ２５およびＤＭＤ７を介して、レーザ光とは逆向きに戻る。
【００３６】
ＤＭＤ７が対物レンズ１１の試料側焦点位置と光学的に共役な位置に配置されているので、蛍光は、レーザ光を反射したマイクロミラー２３´と同じマイクロミラー２３´によって反射される。そして、ＤＭＤ７により反射された蛍光は、ダイクロイックミラー５を通過してレーザ光から分離された後、第２の結像レンズ１５により集光されて、光検出器１７に入射される。
【００３７】
光検出器１７においては、１次元配列された複数の画素により、１次元の画像として蛍光像が取得される。そして、ガルバノミラー９の揺動位置毎に光検出器１７により取得された蛍光像が、ガルバノミラー９の揺動位置と対応付けて記憶される。これにより、記憶された蛍光像に基づいて、走査範囲の全面にわたる２次元の蛍光画像を構築することができる。
【００３８】
この場合において、ガルバノミラー９の走査方向に直交する方向に隣接する全ての列のいずれかのマイクロミラー２３´がオン状態とされているので、ＤＭＤ７のオン領域の動作パターンを変更することなく、ガルバノミラー９を１回走査することにより、試料１９において、レーザ光が２次元的に走査される。
【００３９】
したがって、ガルバノミラー９による走査の回数を少なくして、試料１９の蛍光像を光検出器１７により取得することができる。
また、ＤＭＤ７の各オン領域が共焦点ピンホールとして機能することにより、対物レンズ１１の試料側焦点面に沿う試料１９の鮮明な蛍光像を光検出器１７により取得することができる。
【００４０】
以上説明したように、本実施形態に係る走査型顕微鏡１０によれば、画像取得の高速化と高精度化を図ることができ、早い反応を逃すことなく、かつ、精度よく観察することができる。
【００４１】
なお、本実施形態においては、検出器１７として、ラインセンサを例示して説明したが、これに代えて、ＣＣＤ、ＣＭＯＳ等の２次元的な撮像手段を採用してもよい。
また、本実施形態においては、オン状態に作動されるマイクロミラー２３´が１×１＝１からなる複数のオン領域を例示して説明したが、これに代えて、２×２＝４や３×３＝９からなる複数のオン領域としてもよい。
このようにすることで、レーザ光の光量および試料１９から戻る蛍光量を増加させ、より明るい蛍光画像を得ることができる。
【００４２】
〔第２の実施形態〕
次に、本発明の第２の実施形態に係る走査型顕微鏡２０について、図４を参照して説明する。
本実施形態の説明において、上述した第１の実施形態に係る走査型顕微鏡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。
本実施形態に係る走査型顕微鏡２０は、コリメータ３とＤＭＤ７との間に、レーザ光の光束の幅をガルバノミラー９による走査方向に小さくするアスペクト比変換光学系３１を備えている。
【００４３】
アスペクト比変換光学系３１は、レーザ光源１とＤＭＤ７との間に配置され、レーザ光源1側に、該レーザ光源1から発せられたレーザ光の光束径を拡大して、大径の平行光束にするコリメータ3を備え、ＤＭＤ7側に、光軸方向と直交する2軸方向に曲率が異なるとともに、レーザ光の照射幅、具体的には、ガルバノミラー９による走査方向の照射幅を制限するシリンドリカルレンズ（異曲率レンズ）３３を備えている。
【００４４】
シリンドリカルレンズ３３は、図示しない移動機構により、光軸に沿う方向に移動可能に設けられている。
また、シリンドリカルレンズ33は、図４に示すように、ＤＭＤ7との間に集光作用を有する光学系を介在させないように配置されており、レーザ光の光束に含まれる軸外光線の光軸に対する角度を一定に保ちながらレーザ光をＤＭＤ7に照射するようになっている。
【００４５】
アスペクト比変換光学系３１に入射されたレーザ光は、コリメータ３によって所定の大きさの光束径に拡大された後、シリンドリカルレンズ３３によって、一軸方向の光束径が維持されたまま、それに直交する軸方向のみに集光されるようになっている。これにより、レーザ光は、その光束の断面形状のアスペクト比が変換され、ガルバノミラー９による走査方向の照射幅が制限される。その結果、シリンドリカルレンズ３３が光軸方向に沿って移動させられることにより、ＤＭＤ７へのレーザ光の入射範囲が変更されるようになっている。
【００４６】
すなわち、シリンドリカルレンズ３３の焦点位置がＤＭＤ７に一致したときには、レーザ光のＤＭＤ７への入射範囲が直線状になり、その位置からいずれかの光軸方向にずれた位置に配置されたときには、それよりも幅の広い入射範囲でＤＭＤ７に入射されるようになっている。
【００４７】
このように構成された本実施形態に係る走査型顕微鏡２０の作用について説明する。
コリメータ３を通過したレーザ光は、アスペクト比変換光学系３１において、シリンドリカルレンズ３３を通過することにより、その光束の断面形状のアスペクト比が変換されて、ガルバノミラー９による走査方向に小さくなる形状に整形される。
【００４８】
また、アスペクト比変換光学系３１が、シリンドリカルレンズ３３を、その焦点位置をＤＭＤ７に一致させた状態から光軸方向に沿って移動させることにより、ＤＭＤ７に対するレーザ光の入射範囲を変化させる。この場合において、シリンドリカルレンズ３３は、上述のように、レーザ光の光束に含まれる軸外光線の光軸に対する角度を一定に保ちながらレーザ光をＤＭＤ７に照射するので、シリンドリカルレンズ３３が光軸方向に移動しても、ＤＭＤ7におけるレーザ光の入射範囲が、ガルバノミラー9による走査方向に直交する方向（例えば、図２（ｂ）においてＢ方向参照）に対して大きく変化することがない。
【００４９】
これにより、例えば、オン状態に作動させるマイクロミラー２３´の範囲を、ガルバノミラー９による走査方向に変化させた場合等に、ＤＭＤ７のオン領域のピンホール径に合わせてレーザ光の入射範囲を変更するためにシリンドリカルレンズ３３が光軸方向に移動されても、オン領域を含む最小限の領域にレーザ光の入射範囲が制限される。
このようにして、アスペクト比変換光学系３１を通過したレーザ光は、ダイクロイックミラー５によって反射されて、ＤＭＤ７に入射される。
【００５０】
以上説明したように、本実施形態に係る走査型顕微鏡２０によれば、アスペクト比変換光学系３１におけるシリンドリカルレンズ３３により、レーザ光の光束の断面形状をガルバノミラー９による走査方向に小さくなる形状に整形することができる。そして、アスペクト比変換光学系３１の作動により、シリンドリカルレンズ３３を光軸方向に移動させた場合に、ＤＭＤ７のオン領域を含む最小限の領域にレーザ光の入射範囲を設定できる。その結果、光量のロスを低減することが可能となる。
【００５１】
なお、本実施形態は、以下のように変形することができる。
例えば、図５に示すように、走査型顕微鏡２０Ａが、ガルバノミラー９、すなわち、スキャン手段を備えない構成としてもよい。この場合には、試料１９が、第２の実施形態におけるスキャン手段の走査方向と同じ方向に移動可能に設けられていることが望ましい。具体的には、試料１９をステージ３５上に設置して、ステージ移動部３７の作動により、第２の実施形態におけるガルバノミラー９の走査方向と同じ方向（図５においてＸ方向参照）に試料１９を往復動作させる。そして、ＤＭＤ７によって反射されたレーザ光が、第1の結像レンズ１３，対物レンズ１１を介して試料１９に照射され、該試料１９から発せられた蛍光が、対物レンズ１１，第１の結像レンズ１３を通過した後、ＤＭＤ７，ダイクロイックミラー５，第２の結像レンズ１５を介して、光検出器１７に入射されるように配置すればよい。このようにすることで、２次元的に走査されたレーザ光を試料１９に照射することができる。
【００５２】
また、図６に示すように、走査型顕微鏡２０Ｂが、微小光変調要素アレイとして、ＤＭＤ７に代えて、透過型の素子、例えば、液晶素子３９を採用することとしてもよい。この場合には、液晶素子３９が、対物レンズ１１の試料側焦点位置と光学的に共役な位置に配置されていることが望ましい。具体的には、ダイクロイックミラー５によって反射されたレーザ光が、液晶素子３９を透過した後、第１のリレーレンズ２５，ガルバノミラー９，第２のリレーレンズ２７，第１の結像レンズ１３および対物レンズ１１を介して試料１９に照射される。そして、該試料１９から発せられた蛍光が、対物レンズ１１，第１の結像レンズ１３，第２のリレーレンズ２７，ガルバノミラー９および第１のリレーレンズ２５を介して液晶素子３９を透過した後、ダイクロイックミラー５および第２の結像レンズ１５を通過して光検出器１７に入射されるように配置すればよい。このようにすることで、液晶素子３９を共焦点ピンホールとして機能させることができる。
【００５３】
また、例えば、図７に示すように、光源として、レーザ光源１に代えて、ハロゲンランプを採用することとしてもよい。この場合には、例えば、アスペクト比変換光学系３１´との間にディフューザ４１を介してハロゲンランプ４３を設けることとしてもよい。また、ハロゲンランプ４３に代えて、パルス光源（図示せず）を採用することとしてもよい。
【００５４】
また、例えば、図８に示すように、走査型顕微鏡２０Ｃが、試料１９から発生される蛍光がＤＭＤ７を通過しない構成としてもよい。この場合には、照明光としてパルスレーザを採用することが望ましい。具体的には、レーザ光源１´から出射されてアスペクト比変換光学系３１を通過したパルスレーザが、ＤＭＤ７，第１のリレーレンズ２５，ガルバノミラー９，第２のリレーレンズ２７および結像レンズ１３を介して、ダイクロイックミラー５´によって反射された後、対物レンズ１１によって集光されて試料１９に照射される。そして、該試料１９から発せられた光が、対物レンズ１１によって集光されてダイクロイックミラー５´を透過した後、第２の結像レンズ１５により集光されてＣＣＤ４５に入射されるように配置すればよい。このようにすることで、パルスレーザによる多光子励起効果を利用して、対物レンズ１１の試料側焦点面における試料１９の鮮明な蛍光画像を取得することができる。
【００５５】
〔第３の実施形態〕
次に、本発明の第３の実施形態に係る走査型顕微鏡３０について、図９を参照して説明する。
本実施形態に係る走査型顕微鏡３０は、透過型の顕微鏡であり、パルスレーザを出射するレーザ光源１´と、試料１９を挟んで対物レンズ１１と対向して配置され、試料１９から発せられる蛍光を集光する第２の対物レンズ４７と、該第２の対物レンズ４７により集光されて第２の結像レンズ１５により結像された蛍光を検出するＣＣＤ（光検出器）４５とを備えており、ダイクロイックミラー５を備えていない点で、第２の実施形態と異なる。
以下、本実施形態の説明において、第２の実施形態に係る走査型顕微鏡２０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。
【００５６】
このような構成によれば、レーザ光源１´から出射されてアスペクト比変換光学系３を通過したパルスレーザは、ＤＭＤ７，第１のリレーレンズ２５，ガルバノミラー９，第２のリレーレンズ２７および第１の結像レンズ１３を介して、第１の対物レンズ１１により集光されて試料１９に照射される。そして、試料１９にパルスレーザが照射されることにより、第１の対物レンズ１１の試料側焦点面における多光子励起により発生した蛍光が、第２の対物レンズ４７により集光されて第２の結像レンズ１５を介してＣＣＤ４５で撮影される。
【００５７】
以上説明したように、本実施形態に係る走査型顕微鏡３０によれば、試料１９を透過して得られる蛍光が検出される。したがって、例えば、試料１９に厚みがあり、試料１９のうち照明用の第１の対物レンズ１１から離れた位置を観察したい場合等に適する。この場合において、多光子励起効果を利用して、第１の対物レンズ１１の試料側焦点面における鮮明な蛍光画像を取得することができる。
【００５８】
〔第４の実施形態〕
次に、本発明の第４の実施形態に係る走査型顕微鏡４０について、図１０を参照して説明する。
本実施形態に係る走査型顕微鏡４０は、レーザ光源１と、第３の実施形態におけるＣＣＤ４５の位置に配置された第２のＤＭＤ４９と、該第２のＤＭＤ４９により反射された蛍光を結像させる第３の結像レンズ５１とを備えている点で、第３の実施形態と異なる。
以下、本実施形態の説明において、上述した第３の実施形態に係る走査型顕微鏡３０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。
【００５９】
第２のＤＭＤ４９は、マイクロミラー（図示せず）が２次元配列されたものを用いることが望ましい。
また、第２のＤＭＤ４９のマイクロミラーは、ＤＭＤ７のオン状態に作動されるマイクロミラー２３´と対応するマイクロミラーがオン状態に作動されるようになっている。
【００６０】
このような構成によれば、試料１９を透過して得られる蛍光は、第２の対物レンズ４７により集光されて第２の結像レンズ１５を介して第２のＤＭＤ４９に入射される。この場合において、ＤＭＤ７のマイクロミラー２３と第２のＤＭＤ４９のマイクロミラーのうち、対応するマイクロミラーがオン状態に作動されているので、第２のＤＭＤ４９を共焦点ピンホールとして機能させることができる。これにより、本実施形態に係る走査型顕微鏡４０によれば、透過型の顕微鏡であっても、通常のレーザ光を用いて、第１の対物レンズ１１の試料側焦点面における鮮明な蛍光画像を取得することができる。
【００６１】
なお、本実施形態においては、走査型顕微鏡４０が、試料１９を透過して得られる蛍光を、ガルバノミラー９と同期して走査する第２のガルバノミラー（図示せず）を備えることにより、試料１９の２次元的な画像を取得することとしてもよい。
【００６２】
〔第５の実施形態〕
次に、本発明の第５の実施形態に係る走査型顕微鏡５０について、図１１および図１２を参照して説明する。
本実施形態の説明において、上述した第２の実施形態に係る走査型顕微鏡２０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。
【００６３】
本実施形態に係る走査型顕微鏡５０は、アスペクト比変換光学系３１によりアスペクト比を変換されたレーザ光を反射する反射部材５３と、該反射部材５３の備えるＤＭＤ部（ダイクロイックミラー部）５５と平面ミラー部５７（図１２参照）とを切替える切替手段（図示せず）とを備えている。
【００６４】
反射部材５３は、図１２に示すように、２次元配列された複数のマイクロミラー５９を備えるＤＭＤ部５５と、単一の平面ミラーからなる平面ミラー部５７とを同一平面上に並列して備えている。
切替手段は、例えば、任意の直線移動機構からなり、レーザ光の焦点位置を中心として、ＤＭＤ部５５と平面ミラー部５７の並列方向（例えば、図１１および図１２に示す矢印Ｃの方向）に反射部材５３を往復移動させるようになっている。これにより、切替手段は、ＤＭＤ部５５が対物レンズ１１の試料側焦点位置と光学的に共役な位置となるように、反射部材５３の位置を切替えるようになっている。
【００６５】
このように構成された本実施形態に係る走査型顕微鏡５０の作用について説明する。
ダイクロイックミラー５によって反射されたレーザ光は、反射部材５３に入射される。
試料１９の共焦点観察を行う場合には、切替手段の作動により、レーザ光がＤＭＤ部５５に入射されるように、ＤＭＤ部５５の表面に沿って反射部材５３が並進移動させられる。そして、レーザ光は、オン状態に作動されたマイクロミラー５９によって反射され、ガルバノミラー９に入射される。
【００６６】
ここで、レーザ光がＤＭＤ部５５のマイクロミラー５９によって反射された場合には、その作用は、上記第２の実施形態に係るＤＭＤ７（図４参照）によってレーザ光が反射された場合と同様である。
【００６７】
一方、試料１９の反射光観察を行う場合には、切替手段の作動により、レーザ光が平面ミラー部５７に入射されるように、平面ミラー部５７の表面に沿って反射部材５３が並進移動させられる。そして、レーザ光は、単一の平面ミラーによって反射され、ガルバノミラー９に入射される。
【００６８】
ここで、レーザ光が平面ミラー部５７によって反射された場合には、レーザ光を継ぎ目のない鏡面によって反射させることにより、迷光を発生させることなく、フレア等のない鮮明なラインスキャン画像を得ることができる。
【００６９】
以上、本実施形態に係る走査型顕微鏡５０によれば、切替手段を作動させるだけの簡易な方法により、レーザ光をＤＭＤ部５５によって反射させて、鮮明な共焦点蛍光画像を取得する場合と、レーザ光を平面ミラー部５７によって反射させて、明るい反射光画像を取得する場合とを使い分けることが可能となる。
【００７０】
また、アスペクト比変換光学系３１の作動により、シリンドリカルレンズ３３を光軸方向に移動させることによって、反射部材５３のうち、ＤＭＤ部５５または平面ミラー部５７のどちらか一方にレーザ光の入射範囲を制限することができる。これにより、光量のロスを効果的に低減することができる。
【００７１】
〔第６の実施形態〕
次に、本発明の第６の実施形態に係る走査型顕微鏡６０について、図１３を参照して説明する。
本実施形態の説明において、上述した第２の実施形態に係る走査型顕微鏡２０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。
【００７２】
本実施形態に係る走査型顕微鏡６０は、試料１９から発せられ、ＤＭＤ７を介して戻る蛍光を一方向に走査するガルバノミラー（他のスキャン手段）６１と、その蛍光を結像させる第３の結像レンズ６３とをさらに備え、ラインセンサに代えて、ＣＣＤ等の２次元的な撮像手段からなる光検出器１７´とを備えている。
【００７３】
ガルバノミラー６１は、ＤＭＤ７により反射されて第２の結像レンズ１５を通過した蛍光を、ガルバノミラー９と同期して同じ方向に走査する。
また、第３の結像レンズ６３は、ガルバノミラー６１により走査された蛍光を集光して、光検出器１７´に入射させる。これにより、試料１９の蛍光像が、光検出器１７´の２次元的な領域において走査される。
【００７４】
以上説明したように、本実施形態に係る走査型顕微鏡６０によれば、２次元的な撮像手段からなる光検出器１７´により撮像されるので、ラインスキャン画像を取得してから２次元的な画像を構築する場合に比べて、画像をより高速に取得することができる。
【００７５】
以上、本発明の各実施形態について図面を参照して説明してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではない。
例えば、第２の実施形態に係る走査型顕微鏡２０（図４参照）が、対物レンズ１１の瞳径に応じて、シリンドリカルレンズ３３の位置を光軸方向に移動させる制御部（図示せず）を備えることとしてもよい。
【００７６】
これにより、ＤＭＤ７のオン領域の大きさを変更して観察したい場合にも、光量の低下を防ぐことが可能となる。例えば、対物レンズ１１の瞳径が大きい場合には、対物レンズ１１の持つ光軸方向の分解能を損なうことなく画像を得るために、ＤＭＤ７のオン領域を小さくすることにより、共焦点ピンホールのピンホール径を小さくする必要がある。この場合、制御部の作動により、ＤＭＤ７へのレーザ光の入射範囲を狭くする方向にシリンドリカルレンズ３３を移動させる。
【００７７】
この場合、ＤＭＤ７の各オン領域を小さくし（例えば１×１＝１の各オン領域）、これに対応させて、オン状態に作動させるマイクロミラー２３´の範囲をガルバノミラー９による走査方向に小さくすることができる。その結果、対物レンズ１１の持つ光軸方向の分解能を十分に保ちつつ、光量の低下を防ぐことが可能となる。
【００７８】
一方、対物レンズ１１の瞳径が小さい場合には、共焦点ピンホールのピンホール径を大きくしても、対物レンズ１１の持つ光軸方向の分解能を大きく損なうことがない。よって、制御部の作動により、ＤＭＤ７へのレーザ光の入射範囲を広げる方向に、シリンドリカルレンズ３３を移動させる。
【００７９】
この場合、ＤＭＤ７の各オン領域を大きくし（例えば、２×２＝４や３×３＝９の各オン領域）、これに対応させて、オン状態に作動させるマイクロミラー２３´の範囲をガルバノミラー９による走査方向に大きくすることができる。その結果、対物レンズ１１の持つ光軸方向の分解能を保ちつつ、試料１９から戻る光の量を増加させて、明るい画像を取得すること可能となる。
【００８０】
また、第２の実施形態に係る走査型顕微鏡２０（図４参照）が、例えば、ロッドレンズおよびディフーザ（図示せず）をアスペクト比変換光学系３１の前段に備えていてもよい。
このようにすることで、レーザ光源１から発せられるレーザ光は、ロッドレンズおよびディフーザを通過することにより分散され、光軸上と光軸外の光量の分布が均一な光束となるように補正される。
【００８１】
これにより、ＤＭＤ７のオン領域に均一な光量分布を有するレーザ光が入射されるので、対物レンズ１１の試料側焦点面に沿う試料１９に対して、均一にレーザ光を照射することができるため、ムラの少ない鮮明な画像を取得することが可能となる。
【００８２】
また、各上記実施形態においては、ダイクロイックミラー５を例示して説明したが、これに代えて、例えば、ハーフミラーを採用することとしてもよい。このようにすることで、レーザ光が、対物レンズ１１によって集光されて試料１９に照射される一方、試料１９において反射された反射光が、対物レンズ１１によって集光され、ハーフミラーを透過して光検出器１７，１７´またはＣＣＤ４５に導かれる。これにより、蛍光に代えて反射光を検出することができる。
また、各上記実施形態においては、シリンドリカルレンズ２３を例示して説明したが、これに代えて、アナモフィックレンズを採用することとしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００８３】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る走査型顕微鏡の概略構成を示すブロック図である。
【図２】図２（ａ）は、本発明の第１の実施形態に係るＤＭＤを示す図であり、図２（ｂ）は、本実施形態に係るＤＭＤの動作パターンを示す図である。
【図３】本発明の第１の実施形態に係る走査型顕微鏡の光検出器の受光面を示す図である。
【図４】本発明の第２の実施形態に係る走査型顕微鏡の概略構成を示すブロック図である。
【図５】本発明の第２の実施形態の変形例に係る走査型顕微鏡の概略構成を示すブロック図である。
【図６】本発明の第２の実施形態の他の変形例に係る走査型顕微鏡の概略構成を示すブロック図である。
【図７】本発明の第２の実施形態の他の変形例に係る走査型顕微鏡の光源周りの概略構成を示すブロック図である。
【図８】本発明の第２の実施形態の他の変形例に係る走査型顕微鏡の概略構成を示すブロック図である。
【図９】本発明の第３の実施形態に係る走査型顕微鏡の概略構成を示すブロック図である。
【図１０】本発明の第４の実施形態に係る走査型顕微鏡の概略構成を示すブロック図である。
【図１１】本発明の第５の実施形態に係る走査型顕微鏡の概略構成を示すブロック図である。
【図１２】本発明の第５の実施形態に係る反射部材におけるＤＭＤ部と平面ミラー部とを示す図である。
【図１３】本発明の第６の実施形態に係る走査型顕微鏡の概略構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００８４】
１  レーザ光源（光源）
７  ＤＭＤ（微小光変調要素アレイ，デジタルマイクロミラーアレイ）
９  ガルバノミラー（スキャン手段）
１０  走査型顕微鏡
１１  対物レンズ
１７  光検出器
１９  試料
２３  マイクロミラー（微小光変調要素）
２３´  オン状態に作動されたマイクロミラー（オン状態に作動された微小光変調要素）
【図１】
2008180851.tif 000003
【図２】
2008180851.tif 000004
【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】
2008180851.tif 000009
【図８】
2008180851.tif 000010
【図９】
2008180851.tif 000011
【図１０】
2008180851.tif 000012
【図１１】
2008180851.tif 000013
【図１２】
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【図１３】
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