(57)【要約】【課題】焦点位置を移動させる補正を行っても比較的広い焦点移動範囲で収差の補正を同時に精度良く行うことができること。【解決手段】レーザ光を発生する光源１０と、光源１０からのレーザ光を標本２０上に集光させる対物レンズ１９と、光源１０からのレーザ光を直交する２つの方向に走査するスキャナ１６と、標本２０上の集光位置からの光を共焦点検出する共焦点ピンホール２３と、共焦点ピンホール２３を通過した光を検出するフォトマル２４と、を有したレーザ走査型顕微鏡であって、反射面の変形可能範囲が凹面状態であり該反射面の初期反射面形状が前記変形可能範囲のほぼ中間位置に設定され、対物レンズ１９を経由する光の収差補正および／または焦点移動を行う可変ミラー１４と、フォトマル２４の検出結果をもとに、可変ミラー１４の形状を前記変形可能範囲内で変形させる制御部２５とを備える。【選択図】        図１
2008026643.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光を発生する光源と、
前記光源からのレーザ光を標本上に集光させる対物レンズと、
前記光源からのレーザ光を二次元的に走査するスキャナと、
前記標本上の集光位置からの光を共焦点検出する共焦点開口と、
前記共焦点開口を通過した光を検出する光検出器と、
を有したレーザ走査型顕微鏡であって、
反射面の変形可能範囲が凹面状態であり該反射面の初期反射面形状が前記変形可能範囲のほぼ中間位置に設定され、前記対物レンズを経由する光の収差補正および／または焦点移動を行う初期凹面可変ミラーと、
前記光検出器の検出結果をもとに、前記初期凹面可変ミラーの形状を前記変形可能範囲内で変形させる制御手段と、
を備えたことを特徴とするレーザ走査型顕微鏡。
【請求項２】
反射面の変形可能範囲が平面と凹面との間であり、該反射面の初期反射面形状が平面に設定され、前記対物レンズを経由する光の焦点移動を行う初期平面可変ミラーをさらに備え、
前記制御手段は、前記初期凹面可変ミラーの反射面を変形させて収差補正を行うとともに前記初期平面可変ミラーの反射面を変形させて焦点移動を行うことを特徴とする請求項１に記載のレーザ走査型顕微鏡。
【請求項３】
前記初期凹面可変ミラーは、反射面の変形可能範囲が凹面状態であり該反射面の初期反射面形状が前記変形可能範囲のほぼ中間位置に設定された２つの第１および第２の初期凹面可変ミラーであり、
前記制御手段は、前記第１の初期凹面可変ミラーの反射面を変形させて焦点移動および／または収差補正を行い、前記第１の初期凹面可変ミラーの変形可能範囲内で焦点移動および／または収差補正が十分でない場合、前記第２の初期凹面可変ミラーの反射面を変形させて焦点移動および／または収差補正を行うことを特徴とする請求項１に記載のレーザ走査型顕微鏡。
【請求項４】
前記初期凹面可変ミラー、前記第１および第２の初期凹面可変ミラーは、多電極の静電駆動型の可変ミラーであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載のレーザ走査型顕微鏡。
【請求項５】
前記初期平面可変ミラーは、単電極の静電駆動型可変ミラーであることを特徴とする請求項２に記載のレーザ走査型顕微鏡。
【請求項６】
前記制御手段は、前記共焦点開口を通る光量が最大になるように前記初期凹面可変ミラー、前記第１および第２の初期凹面可変ミラー、および／または前記初期平面可変ミラーを駆動制御することを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載のレーザ走査型顕微鏡。
【請求項７】
前記制御手段は、前記初期凹面可変ミラー、前記第１および第２の初期凹面可変ミラー、および／または前記初期平面可変ミラーの反射面形状を記憶したデータベースを備え、該データベースから読み出した前記反射面形状をもとに、前記初期凹面可変ミラー、前記第１および第２の初期凹面可変ミラー、および／または前記初期平面可変ミラーを駆動制御することを特徴とする請求項６に記載のレーザ走査型顕微鏡。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、収差を補正可能にするとともに対物レンズの焦点位置を変更可能にしたレーザ走査型顕微鏡に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
最近、レーザ走査型顕微鏡は、益々高画質の画像を取得できるものが要求される傾向にあり、このため、光源からの光を標本に集光する対物レンズ等に残存する収差を補正可能にしたものが用いられるようになっている。
【０００３】
この対物レンズの収差を補正可能にした光学顕微鏡としては、顕微鏡の対物レンズ手前に波面変調器としての可変ミラーを配置し、この可変ミラーの表面を変形させ、光の波面を変調することによって、対物レンズの焦点位置を移動するとともに、収差を補正するものがある（特許文献１参照）。
【０００４】
また、可変ミラーの表面を変形させて焦点位置を移動させるとともに、屈折率の補正手段を設けることによって観察標本を密封するカバーガラスなどの屈折による収差を補正するものがある（特許文献２参照）。
【０００５】
【特許文献１】特開平１１−１０１９４２号公報
【特許文献２】特開２００５−４３４５９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、上述した可変ミラーを用いて焦点位置の移動を行う場合、反射面形状を全体的に緩やかに歪んだ光波面に対応させるのに対し、収差の補正を行う場合、反射面形状を複雑に歪んだ光波面に対応した形状にする必要がある。ここで、一般的に、静電駆動型の可変ミラーでは、反射面の形成可能な形状は凹面となっているので、焦点位置の移動によっては、反射面が平面に近い形状となってしまい、焦点位置の移動と収差の補正とを同時に精度良く行うことができない場合があるという問題点があった。
【０００７】
この発明は、上記に鑑みてなされたものであって、焦点位置を移動させる補正を行っても比較的広い焦点移動範囲で収差の補正を同時に精度良く行うことができるレーザ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】
【０００８】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、この発明にかかるレーザ走査型顕微鏡は、レーザ光を発生する光源と、前記光源からのレーザ光を標本上に集光させる対物レンズと、前記光源からのレーザ光を二次元的に走査するスキャナと、前記標本上の集光位置からの光を共焦点検出する共焦点開口と、前記共焦点開口を通過した光を検出する光検出器と、を有したレーザ走査型顕微鏡であって、反射面の変形可能範囲が凹面状態であり該反射面の初期反射面形状が前記変形可能範囲のほぼ中間位置に設定され、前記対物レンズを経由する光の収差補正および／または焦点移動を行う初期凹面可変ミラーと、前記光検出器の検出結果をもとに、前記初期凹面可変ミラーの形状を前記変形可能範囲内で変形させる制御手段と、を備えたことを特徴とする。
【０００９】
また、この発明にかかるレーザ走査型顕微鏡は、上記の発明において、反射面の変形可能範囲が平面と凹面との間であり、該反射面の初期反射面形状が平面に設定され、前記対物レンズを経由する光の焦点移動を行う初期平面可変ミラーをさらに備え、前記制御手段は、前記初期凹面可変ミラーの反射面を変形させて収差補正を行うとともに前記初期平面可変ミラーの反射面を変形させて焦点移動を行うことを特徴とする。
【００１０】
また、この発明にかかるレーザ走査型顕微鏡は、上記の発明において、前記初期凹面可変ミラーは、反射面の変形可能範囲が凹面状態であり該反射面の初期反射面形状が前記変形可能範囲のほぼ中間位置に設定された２つの第１および第２の初期凹面可変ミラーであり、前記制御手段は、前記第１の初期凹面可変ミラーの反射面を変形させて焦点移動および／または収差補正を行い、前記第１の初期凹面可変ミラーの変形可能範囲内で焦点移動および／または収差補正が十分でない場合、前記第２の初期凹面可変ミラーの反射面を変形させて焦点移動および／または収差補正を行うことを特徴とする。
【００１１】
また、この発明にかかるレーザ走査型顕微鏡は、上記の発明において、前記初期凹面可変ミラー、前記第１および第２の初期凹面可変ミラーは、多電極の静電駆動型の可変ミラーであることを特徴とする。
【００１２】
また、この発明にかかるレーザ走査型顕微鏡は、上記の発明において、前記初期平面可変ミラーは、単電極の静電駆動型可変ミラーであることを特徴とする。
【００１３】
また、この発明にかかるレーザ走査型顕微鏡は、上記の発明において、前記制御手段は、前記共焦点開口を通る光量が最大になるように前記初期凹面可変ミラー、前記第１および第２の初期凹面可変ミラー、および／または前記初期平面可変ミラーを駆動制御することを特徴とする。
【００１４】
また、この発明にかかるレーザ走査型顕微鏡は、上記の発明において、前記制御手段は、前記初期凹面可変ミラー、前記第１および第２の初期凹面可変ミラー、および／または前記初期平面可変ミラーの反射面形状を記憶したデータベースを備え、該データベースから読み出した前記反射面形状をもとに、前記初期凹面可変ミラー、前記第１および第２の初期凹面可変ミラー、および／または前記初期平面可変ミラーを駆動制御することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
この発明にかかるレーザ走査型顕微鏡では、反射面の変形可能範囲が凹面状態であり該反射面の初期反射面形状が前記変形可能範囲のほぼ中間位置に設定され、前記対物レンズを経由する光の収差補正および／または焦点移動を行う初期凹面可変ミラーを設けているので、焦点位置を移動させる補正を行っても比較的広い焦点移動範囲で収差の補正を同時に精度良く行う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】
【００１６】
以下、この発明を実施するための最良の形態であるレーザ走査型顕微鏡について説明する。
【００１７】
（実施の形態１）
図１は、この発明の実施の形態１にかかるレーザ走査型顕微鏡の構成を示すブロック図である。図１において、このレーザ走査型顕微鏡は、標本２０の蛍光色素を励起する波長のレーザ光を発生する光源１０を有する。光源１０が発するレーザ光の光路上には、コリメート光学系１１が配置され、コリメート光学系１１は、光源１０が発したレーザ光を平行光にするとともに、そのビーム系を変更して出力する。
【００１８】
コリメート光学系１１の出力側には、ダイクロイックミラー１２またはハーフミラー１３が切替可能に配置される。ダイクロイックミラー１２は、光源１０からのレーザ光を反射し、標本２０から出力される光のうちの所定波長の光、すなわち標本２０から発せられる蛍光波長の光を透過する。一方、ハーフミラー１３は、波長にかかわらず約５０％の透過率を有し、光源１０からのレーザ光を反射し、標本２０からの光を透過する。ダイクロイックミラー１２を配置するのは、蛍光波長の光、すなわち観察光の画像を得る場合であり、ハーフミラー１３を配置するのは、標本２０の反射像を得る場合である。また、後述する可変ミラー１４の表面形状制御を行う場合にも、ハーフミラー１３を使用する。図１では、ダイクロイックミラー１２が配置された状態を示し、以下ダイクロイックミラー１２が配置された状態のレーザ走査型顕微鏡について説明する。
【００１９】
ダイクロイックミラー１２の光源１０側からみた反射光路には、初期凹面可変ミラーとしての可変ミラー１４が配置され、さらに反射ミラー１５が配置される。可変ミラー１４は、多電極構成の静電駆動型の可変ミラーであり、制御部２５の制御のもとに、表面形状が変形され、対物レンズ１９の標本２０上での焦点位置を、対物レンズ１９の光軸方向に可変制御して焦点位置の移動を行うとともに、歪んだ光波面に対応して表面形状を変形することによって収差の補正を行う。ここで、可変ミラー１４は、反射面の変形可能範囲が凹面状態であり、この反射面の初期反射面形状が変形可能範囲のほぼ中心位置に設定されている。このため、可変ミラー１４は、焦点位置の移動が行われても、常に凹面形状を維持するため、焦点位置の移動と収差の補正とを同時に行うことができる。
【００２０】
可変ミラー１４および反射ミラー１５の反射光路には、スキャナ１６が配置される。スキャナ１６は、たとえば直交する２方向に光を偏光するための２枚のミラーを有し、これらのミラーによって標本２０上に集光されるレーザ光を２次元方向に走査する。
【００２１】
スキャナ１６によって２次元走査されたレーザ光の光路上には、瞳投影レンズ１７、中間結像レンズ１８、対物レンズ１９が配置される。瞳投影レンズ１７と中間結像レンズ１８によって対物レンズ１９の瞳がスキャナ１６に投影される。これによって、スキャナ１６で２次元走査されたレーザ光は、瞳投影レンズ１７、中間結像レンズ１８、対物レンズ１９を介して、図示しないステージ上に載置された標本２０の焦点位置に集光され、標本２０からの光は、上述した逆の光路をたどって、対物レンズ１９、中間結像レンズ１８、瞳投影レンズ１７、スキャナ１６、反射ミラー１５、可変ミラー１４を介してダイクロイックミラー１２まで戻る。
【００２２】
ダイクロイックミラー１２の標本２０側からみた透過光路上には、結像レンズ２１、吸収フィルタ２２、共焦点ピンホール２３、光検出器としてのフォトマル２４が配置される。吸収フィルタ２２は、標本２０からの光から検出したい波長を選択するものである。共焦点ピンホール２３は、対物レンズ１９の焦点と光学的に共役な位置に配置され、標本２０からの光のうち合焦の成分を通過させ、非合焦の成分を遮断して高い空間分解能を得るためのものである。フォトマル２４は、共焦点ピンホール２３を通過した光の強度を検出し、電気信号に変換出力する。
【００２３】
制御部２５は、フォトマル２４から出力された電気信号の値をもとに、可変ミラー１４の表面形状を可変制御する。すなわち、制御部２５は、共焦点ピンホール２３を通る光量が最大となるように可変ミラー１４の図示しない電極に電圧を印加して表面形状を制御する。
【００２４】
ここで、制御部２５は、共焦点ピンホール２３を通る光量が最大となるように可変制御するようにしていたが、たとえば可変ミラー１４の焦点移動にともなって、焦点移動と収差の補正との各表面形状の情報を予めデータベース化し、データベース２６として記憶しておき、このデータベース２６の情報を用いて可変ミラー１４の表面形状の制御を行うようにしてもよい。この場合、データベース２６に記憶される内容は、たとえば、対物レンズ１９の焦点位置、標本２０の種類、標本２０から発せられる蛍光波長域とともに、これらに対し最適状態で制御された可変ミラー１４の表面形状の情報である。
【００２５】
なお、制御部２５が可変ミラー１４の表面形状の制御を行う際、共焦点ピンホール２３を通る光量が最大となるようにすると説明したが、この場合、制御部２５は、フォトマル２４からの出力信号に対して所定の基準値を設定し、この基準値を超えた時点で表面形状を確定するようにしてもよい。
【００２６】
また、上述した実施の形態１の構成に加え、図２に示すように、可変ミラー１４と反射ミラー１５との間に、瞳投影レンズ３０，３１を設けるようにしてもよい。この場合、収差の補正の精度を高めることができる。
【００２７】
この実施の形態１では、可変ミラー１４の反射面の初期反射面形状を、反射面の変形可能範囲のほぼ中間位置に初期設定しているので、対物レンズ１９を経由する光の焦点移動とともに精度の高い収差補正とを常に行うことができる。
【００２８】
（実施の形態２）
つぎに、この発明の実施の形態２について説明する。上述した実施の形態１では、可変ミラー１４が、焦点移動と収差の補正との双方に対応した表面形状となるように制御されていたが、この実施の形態２では、可変ミラー１４を収差の補正専用のミラーとし、焦点移動専用の可変ミラーをさらに設けるようにしている。
【００２９】
図３は、この発明の実施の形態２であるレーザ走査型顕微鏡の構成を示すブロック図である。図３に示すように、このレーザ走査型顕微鏡は、図２に示したレーザ走査型顕微鏡の反射ミラー１５に替えて、可変ミラー３２を設けている。この可変ミラー３２は、反射面の初期反射面形状が平面に設定され、表面形状は、平面状態から凹面状態に変形できるようになっている。なお、可変ミラー３２は、単電極構成の静電駆動型の可変ミラーである。そして、反射ミラー１５は、制御部２５に対応する制御部３５によって表面形状が可変制御され、焦点移動の制御がなされる。
【００３０】
一方、可変ミラー１４は、実施の形態１と同じように、多電極構成の静電駆動型の可変ミラーであって凹面状態を維持するが、収差の補正のためだけの表面形状の変形を行う。すなわち、実施の形態１では、１つの可変ミラー１４によって焦点移動と収差の補正との双方の表面形状の変形を同時に行うようにしていたが、この実施の形態２では、焦点移動のための可変ミラー３２と収差の補正のための可変ミラー１４との２つの可変ミラーを用いて焦点移動と収差の補正とを行うようにしている。もちろん、制御部３５は、可変ミラー１４，１５の表面形状を連動させて制御する。
【００３１】
この実施の形態２では、焦点移動用の可変ミラー３２と収差補正用の可変ミラー１４とに分離した光学系を用いているので、焦点移動にともなって十分な収差補正ができない場合が生ずることがないようにし、常に焦点移動にともなった精度の高い収差補正ができるようにしている。この場合、焦点移動用の可変ミラー３２は、単電極構成であるので、簡易な構成で実現することができる。
【００３２】
（実施の形態３）
つぎに、この発明の実施の形態３について説明する。この実施の形態３では、実施の形態２と同様に２つの可変ミラーを設けるようにしているが、各可変ミラーがそれぞれ焦点移動と収差補正とを行う点が異なる。
【００３３】
図４は、この発明の実施の形態３であるレーザ走査型顕微鏡の構成を示すブロック図である。図４に示すように、このレーザ走査型顕微鏡は、実施の形態２に示した可変ミラー３２に替えて、可変ミラー１４と同じ構成の可変ミラー３３を設けている。すなわち、可変ミラー１４と同じ構成の２つの可変ミラー１４，４５を設けている。
【００３４】
ここで、制御部３５に対応する制御部４５は、２つの可変ミラー１４，３３を連動させて制御する。制御部４５は、まず、可変ミラー１４に対して焦点移動とこの焦点移動に伴う収差補正のための表面形状制御を行う。この際、図４に示すように可変ミラー１４の変形が点線１４ａに示す位置まで平面側に変形した場合、この可変ミラー１４の変形状態を維持したまま、可変ミラー３３を変形し、最終的な焦点移動と収差補正とを補う。
【００３５】
すなわち、この実施の形態３では、２つの可変ミラーを用いて、１つの可変ミラーでは十分な焦点移動および／または収差補正が実現できない場合でも確実に焦点移動および／または収差補正を実現できるようにしている。この場合、各可変ミラー１４，３３の変形範囲では凹面状態が維持され、焦点移動および収差補正の双方が可能となる。もちろん、可変ミラー３３の表面形状制御が焦点移動だけの場合もあるし、収差補正だけの場合もある。
【００３６】
この実施の形態３では、凹面状態を維持する２つの可変ミラーを用いているので、大きな焦点移動および収差補正を行うことができる。特に、大型の可変ミラーを用いる必要がないので、小型化を促進できるとともに、コストを抑えることができる。
【００３７】
なお、上述した実施の形態１〜３では、可変ミラー１４、可変ミラー１４，３２、可変ミラー１４，３３などの１つの光学系をダイクロイックミラー１２とスキャナ１６との間に設けて焦点移動および収差補正を行うようにしていたが、同様な光学系をダイクロイックミラーと共焦点ピンホール２３との間にも設けるようにしてもよい。この場合、ハーフミラー１３に切り替えて光源１０からのレーザ光の標本２０に対する焦点移動と収差補正とを、ハーフミラー１３とスキャナ１６との間に設けられた可変ミラーの光学系に対して行って記憶しておき、その後、ダイクロイックミラー１２に切り替えて、標本１０が発する蛍光などの光に対する焦点移動と収差補正とを、ダイクロイックミラー１２と共焦点ピンホール２３との間に設けられた可変ミラーの光学系に対して行って記憶しておき、ダイクロイックミラー１２を介した標本２０からの観察光の画像を得る場合、記憶しておいたデータをもとに各光学系の表面形状を制御するようにしてもよい。これによって、レーザ光の標本２０への照射位置制御を精度高く行うことができ、結果として得られる観察光も精度の良いものとなる。
【００３８】
また、上述した実施の形態１〜３に示した可変ミラー１４，１５、可変ミラー１４，３２、可変ミラー１４，３３の各配置は逆であってもよい。さらに、可変ミラー１４，３２，３３は、ダイクロイックミラー１２と標本２０との間の任意の位置に配置することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】この発明の実施の形態１にかかるレーザ走査型顕微鏡の構成を示すブロック図である。
【図２】この発明の実施の形態１にかかるレーザ走査型顕微鏡の変形例の構成を示すブロック図である。
【図３】この発明の実施の形態２にかかるレーザ走査型顕微鏡の構成を示すブロック図である。
【図４】この発明の実施の形態３にかかるレーザ走査型顕微鏡の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００４０】
１０  光源
１１  コリメート光学系
１２  ダイクロイックミラー
１３  ハーフミラー
１４，３２，３３  可変ミラー
１５  反射ミラー
１６  スキャナ
１７  瞳投影レンズ
１８  中間結像レンズ
１９  対物レンズ
２０  標本
２１  結像レンズ
２２  吸収フィルタ
２３  共焦点ピンホール
２４  フォトマル
２５，３５，４５  制御部
２６  データベース
３０，３１  瞳投影レンズ
【図１】
2008026643.tif 000003
【図２】
2008026643.tif 000004
【図３】
2008026643.tif 000005
【図４】
2008026643.tif 000006