(57)【要約】【課題】  フィルタを構成するガラス基板をそのまま透過して進む透過光成分と、ガラス基板の二平面の双方において反射した後透過光成分とほぼ同一の方向に進む二回反射光成分とが干渉することを防止する。【解決手段】  フィルタ１２を構成するガラス基板１３の二平面１３ａ，１３ｂの双方を通過して進む透過光成分Ｌ１の光軸Ａ1と、ガラス基板１３の上記二平面１３ａ，１３ｂの双方において反射して透過光成分Ｌ１とほぼ同一の方向に進む二回反射光成分Ｌ２の光軸Ａ2との間隔をΔｘ、入射するレーザ光Ｌのガラス基板１３に対する入射角をθ、レーザ光源部１１より射出されるレーザ光のビーム径をφとしたとき、条件式Δｘ＞０．６×φ，０°＜θ＜１５°を常に満足するようにする。【選択図】        図３
2005191427.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光を平行光束として射出するレーザ光源部と、前記レーザ光源部より射出されたレーザ光の光路中に介装されたフィルタとを有して構成されたレーザ光源装置において、
前記フィルタは、前記レーザ光源部から射出されたレーザ光の通過方向に対向するほぼ平行な二平面を有してなるガラス基板を備え、前記ガラス基板の前記二平面の双方を通過して進む透過光成分の光軸と、前記ガラス基板の前記二平面の双方において反射した後前記透過光成分とほぼ同一の方向に進む二回反射光成分の光軸との間隔をΔｘ、前記レーザ光源部より射出されるレーザ光の前記ガラス基板に対する入射角をθ、前記レーザ光源部より射出されるレーザ光のビーム径をφとしたとき、下の条件式を常に満足することを特徴とするレーザ光源装置。
Δｘ  ＞０．６×φ
０°＜θ＜１５°
【請求項２】
レーザ光を平行光束として射出するレーザ光源部と、前記レーザ光源部より射出されたレーザ光の光路中に介装されたフィルタとを有して構成されたレーザ光源装置において、
前記フィルタは、前記レーザ光源部から射出されたレーザ光の通過方向に対向する平行な二平面を有してなるガラス基板を備え、前記ガラス基板の厚さをｄ、前記ガラス基板の屈折率をｎ、前記レーザ光源部より射出されるレーザ光の前記ガラス基板に対する入射角をθ、前記レーザ光源部より射出されるレーザ光のビーム径をφとしたとき、下の条件式を満足することを特徴とするレーザ光源装置。
２×ｄ×（sinθ×cosθ）／√（ｎ2−sin2θ）＞０．６×φ
０°＜θ＜１５°
【請求項３】
前記ガラス基板の厚さｄと前記ビーム径φとが下の関係式を満たすことを特徴とする請求項２記載のレーザ光源装置。
ｄ＞１０×φ
【請求項４】
前記フィルタを通過したレーザ光を集光する集光レンズと、前記集光レンズにより集光されたレーザ光を伝送する光ファイバとを備えたことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のレーザ光源装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載のレーザ光源装置と、前記レーザ光源装置より射出されたレーザ光を標本試料上に集光する第１集光光学系と、前記第１集光光学系により標本試料上に集光される光を偏向し前記標本試料の表面上を走査する走査手段と、前記標本試料からの光を集光する第２集光光学系と、前記第２集光光学系により集光された前記標本試料からの光を検出する光検出手段と、前記光検出手段において検出された前記標本試料からの光の情報に基づいて前記標本試料表面の画像処理を行う画像処理手段とを備えたことを特徴とするレーザ走査顕微鏡。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ光を平行光束として射出するレーザ光源部と、このレーザ光源部より射出されたレーザ光の光路中に介装されたフィルタとを有して構成されるレーザ光源装置及びこのレーザ光源装置を用いたレーザ走査顕微鏡に関する。
【背景技術】
【０００２】
レーザ走査顕微鏡は、レーザ光源装置より射出されたレーザ光を標本試料の表面上に集光しつつ走査し、標本試料からの光を集光・検出してこれを二次元的に画像処理することにより、標本試料表面の観察を行うことができるようになっている。このようなレーザ走査顕微鏡に使用されるレーザ光源装置は、空間的に可干渉性を持ちほぼ平行な光束を有するレーザ光を射出するレーザ光源部（一般にはレーザ光源と、そのレーザ光源が射出するレーザ光を平行光にするレンズ系とからなる）を有するが、このレーザ光源部より射出された光の強度を調節したり波長を選択したりするため、レーザ光源部から射出されたレーザ光の光路中にはフィルタ（光学フィルタ）が介装される場合が多い。このフィルタは、１ｍｍ以下から数ｍｍ程度の厚さを有するガラス基板の表面に波長特性（透過率特性）を持たせた透過膜を成膜することにより製造される。下に示す特許文献には、このような構成のフィルタを用いたレーザ走査顕微鏡が示されている。
【特許文献１】特開平７−３１８８１０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、上記従来のレーザ光源装置では、フィルタを構成するガラス基板をそのまま透過して進む光成分（以下、透過光成分と称する）と、ガラス基板の対向する二平面の双方において反射した後、上記透過光成分と同一の方向に進む光成分（以下、二回反射光成分と称する）とが存在し、これら２つの光成分が重なり合って干渉するときには、安定した強度（光量）のレーザ光を得ることが困難となる。この場合、レーザ光が通過するガラス基板の対向する二平面が平行である場合（ガラス基板が平行平板ガラスである場合）には、レーザ光源部より射出されたレーザ光の光軸に対してフィルタを傾ければ、上記透過光成分の光軸と二回反射光成分の光軸との距離を大きくすることができるので、これら両光成分を分離して互いに干渉しないようにすることが可能である。しかし、このような両光成分の分離のためにレーザ光の光軸に対するフィルタの傾き角度（すなわちフィルタに対するレーザ光の入射角度）を大きくする場合には、フィルタの特性がレーザ光の入射角度に依存して変化することから、フィルタの光学特性が低下してしまうという問題が生じる。また、ガラス基板の二平面が平行でない場合（ガラス基板が楔形である場合、或いは平行平板ガラスであっても平行度が悪い場合）には、フィルタの交換時における取り付け誤差やガラス基板の加工の困難性に伴うフィルタの製造誤差等により得られるレーザ光の光量が変動してしまうこともあった。
【０００４】
本発明はこのような問題に鑑みてなされたものであり、フィルタを構成するガラス基板をそのまま透過して進む透過光成分と、ガラス基板の二平面の双方において反射した後透過光成分とほぼ同一の方向に進む二回反射光成分とが干渉することを防止し、安定した強度（光量）のレーザ光が得られる構成のレーザ光源装置及びこのレーザ光源装置を用いたレーザ走査顕微鏡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】
【０００５】
このような目的を達成するため、請求項１に係る発明のレーザ光源装置は、レーザ光を平行光束として射出するレーザ光源部と、前記レーザ光源部より射出されたレーザ光の光路中に介装されたフィルタとを有して構成されたレーザ光源装置において、前記フィルタは、前記レーザ光源部から射出されたレーザ光の通過方向に対向するほぼ平行な二平面を有してなるガラス基板を備え、前記ガラス基板の前記二平面の双方を通過して進む透過光成分の光軸と、前記ガラス基板の前記二平面の双方において反射した後前記透過光成分とほぼ同一の方向に進む二回反射光成分の光軸との間隔をΔｘ、前記レーザ光源部より射出されるレーザ光の前記ガラス基板に対する入射角をθ、前記レーザ光源部より射出されるレーザ光のビーム径をφとしたとき、下の条件式を常に満足することを特徴とする。
Δｘ  ＞０．６×φ
０°＜θ＜１５°
【０００６】
請求項２に係る発明のレーザ光源装置は、レーザ光を平行光束として射出するレーザ光源部と、前記レーザ光源部より射出されたレーザ光の光路中に介装されたフィルタとを有して構成されたレーザ光源装置において、前記フィルタは、前記レーザ光源部から射出されたレーザ光の通過方向に対向する平行な二平面を有してなるガラス基板を備え、前記ガラス基板の厚さをｄ、前記ガラス基板の屈折率をｎ、前記レーザ光源部より射出されるレーザ光の前記ガラス基板に対する入射角をθ、前記レーザ光源部より射出されるレーザ光のビーム径をφとしたとき、下の条件式を満足することを特徴とする。
２×ｄ×（sinθ×cosθ）／√（ｎ2−sin2θ）＞０．６×φ
０°＜θ＜１５°
【０００７】
請求項３に係る発明のレーザ光源装置は、請求項２に記載のレーザ光源装置において、前記ガラス基板の厚さｄと前記ビーム径φとが下の関係式を満たすことを特徴とする。
ｄ＞１０×φ
【０００８】
請求項４に係る発明のレーザ光源装置は、請求項１〜３のいずれかに記載のレーザ光源装置において、前記フィルタを通過したレーザ光を集光する集光レンズと、前記集光レンズにより集光されたレーザ光を伝送する光ファイバとを備えたことを特徴とする。
【０００９】
請求項５に係る発明のレーザ走査顕微鏡は、請求項１〜４のいずれかに記載のレーザ光源装置と、前記レーザ光源装置より射出されたレーザ光を標本試料上に集光する第１集光光学系と、前記第１集光光学系により標本試料上に集光される光を偏向し前記標本試料の表面上を走査する走査手段と、前記標本試料からの光を集光する第２集光光学系と、前記第２集光光学系により集光された前記標本試料からの光を検出する光検出手段と、前記光検出手段において検出された前記標本試料からの光の情報に基づいて前記標本試料表面の画像処理を行う画像処理手段とを備えたことを特徴とする。ここで、上記標本試料からの光の例としては、例えば、透過光、反射光、蛍光等が挙げられる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、フィルタを構成するガラス基板をそのまま透過して進む透過光成分と、ガラス基板の二平面の双方において反射した後透過光成分とほぼ同一の方向に進む二回反射光成分とが干渉することを防止し、安定した強度（光量）のレーザ光が得られる構成のレーザ光源装置及びこのレーザ光源装置を用いたレーザ走査顕微鏡が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、図面を参照して本発明の好ましい実施形態について説明する。図１は本発明の一実施形態に係るレーザ走査顕微鏡１の簡略構成図である。このレーザ走査顕微鏡１はいわゆる走査型共焦点顕微鏡であり、レーザ光を平行光束として射出するレーザ光源装置１０（本発明の一実施形態に係るレーザ光源装置に相当する）と、このレーザ光源装置１０より射出されたレーザ光を標本試料ＳＡ上に集光する第１集光光学系２０と、この第１集光光学系２０により標本試料ＳＡ上に集光される光を偏向し標本試料ＳＡの表面上を走査する走査装置３０と、標本試料ＳＡからの光を集光する第２集光光学系４０と、この第２集光光学系４０により集光されたＳＡ標本試料からの光を検出する光検出装置５０と、この光検出装置５０において検出された標本試料ＳＡからの光の情報に基づいて標本試料ＳＡ表面の画像処理を行う画像処理装置６０とを備える。
【００１２】
レーザ光源装置１０は、図２に示すように筐体１０ａ内に設置されたレーザ光源１１ａ及びこのレーザ光源１１ａが発するレーザ光を平行光に変換するコリメータレンズ１１ｂから構成されるレーザ光源部１１と、このレーザ光源部１１より射出されたレーザ光の光路中に介装されたフィルタ１２と、このフィルタ１２を通過したレーザ光を集光する集光レンズ１５と、筐体１０ａ外に設けられて集光レンズ１５により集光された光を伝送する光ファイバ（シングルモード光ファイバ）１６とを有して構成される。また、図２に示すように、集光レンズ１５におけるレーザ光の入射側には、レーザ光のビーム径よりも若干大きい瞳径を有する遮光板１７が配置される。
【００１３】
第１集光光学系２０は、レーザ光源装置１０の光ファイバ１６より射出されたレーザ光を平行光に変換するコリメータレンズ２１と、このコリメータレンズ２１により平行光に変換されたレーザ光を標本試料ＳＡに向けて反射させるダイクロイックミラー２２と、固定側対物レンズ２３ａ及びこの固定側対物レンズ２３ａに対して上下方向相対移動自在な可動側対物レンズ２３ｂからなる対物レンズ２３を有して構成される。
【００１４】
走査装置３０は、図示しないガルバノミラーを有して構成される光走査部３１と、この光走査部３１の下方に設置された走査レンズ３２とを備えて構成され、第１集光光学系２０を構成する上記ダイクロイックミラー２２と固定側対物レンズ２３ａとの間に配置される。
【００１５】
第２集光光学系４０は、上記対物レンズ２３と、ダイクロイックミラー２２の上方に設置されて標本試料ＳＡからの蛍光を反射させる全反射ミラー４１と、この全反射ミラー４１において反射した蛍光を集光する集光レンズ４２とを備えて構成される。
【００１６】
光検出装置５０は、ピンホール５１ａを有した遮光板５１と、この遮光板５１のピンホール５１ａを通過して入射した光（蛍光）を伝送するマルチモード光ファイバ５２と、このマルチモード光ファイバ５２より射出した光を受光してこれを検出する光検出器５３とを備える。また、画像処理装置６０は光検出器５３と信号線６１を介して繋がっており、光検出器５３において検出された情報に基づいて標本試料ＳＡ表面の画像処理を行い、標本試料ＳＡの画像をモニター６２に表示する。
【００１７】
図３に示すように、レーザ光源装置１０を構成するフィルタ１２は、レーザ光源部１１から射出されたレーザ光Ｌの通過方向に対向するほぼ平行な二平面１３ａ，１３ｂを有してなるガラス基板１３の一方の平面１３ａに透過膜１４を蒸着等により形成して構成される。フィルタ１２に入射したレーザ光の一部は、フィルタ１２を構成するガラス基板１３の二平面１３ａ，１３ｂの双方をそのまま通過して進んで透過光成分Ｌ１となり、上記レーザ光の他の一部は、ガラス基板１３の二平面１３ａ，１３ｂの双方において反射して上記透過光成分Ｌ１とほぼ同一の方向に進む二回反射光成分Ｌ２となる。そして、レーザ光源部１１より射出されるレーザ光のフィルタ１２に（ガラス基板１３に）対する入射角θが０°でない限り、これら両光成分Ｌ１，Ｌ２それぞれの光軸は同一ではなく、ガラス基板１３の厚さ、レーザ光の入射角度及びガラス基板１３の屈折率ｎに応じた間隔Δｘを有することとなる。但し、この間隔Δｘは、ガラス基板１３が平行平板ガラスである（二平面１３ａ，１３ｂが平行である場合）のみ常に一定であり、ガラス基板１３が平行平板ガラスでないときには、間隔Δｘは常に一定とはならない。
【００１８】
集光レンズ１５には、主としてフィルタ１２のガラス基板１３をそのまま透過した（二平面１３ａ，１３ｂの双方を通過して進んだ）透過光成分Ｌ１が入射され、集光レンズ１５はこの透過光成分Ｌ１を主とするレーザ光を集光して光ファイバ１６のコア（図示せず）に入射する。ここで、上記透過光成分Ｌ１の光軸と二回反射光成分Ｌ２の光軸との間隔が近接しており、互いに重なり合って干渉するときには、透過光成分Ｌ１に二回反射光成分Ｌ２が外乱として混じってしまい、必要とする照射光の強度（光量）が変動することになる。このため本レーザ光源装置１０では、フィルタ１２をレーザ光源部１１から射出されるレーザ光Ｌの光軸Ａ0に対して傾け、透過光成分Ｌ１に対して二回反射光成分Ｌ２を分離できるようになっている（詳細は後述）。
【００１９】
次に、上記構成を有したレーザ走査顕微鏡１を用いて、蛍光試料（標本試料ＳＡ）を観察する場合の作用について説明する。なお、ここではレーザ光源１１ａより射出されるレーザ光の波長は４８８ｎｍであるとする。
【００２０】
レーザ光源部１１から射出されたレーザ光はフィルタ１２を通過した後、集光レンズ１５により集光されて光ファイバ１６の一端側に入射される。フィルタ１２では、ガラス基板１３の表面に形成した透過膜１４の性能に応じて、所要の波長選択や光量調整などがなされる。また、レーザ光はこのフィルタ１２を通過することにより透過光成分Ｌ１のほかに二回反射光成分Ｌ２が発生するが、本フィルタ１２では前述のようにこの二回反射光成分Ｌ２の影響が効果的に除去されるので、光ファイバ１６には光量変動の少ない良好な光が入射される。光ファイバ１６は入射されたレーザ光を伝送し、他端側より所定の開口数（ＮＡ）で射出する。
【００２１】
このようにしてレーザ光源装置１０より射出されたレーザ光は、コリメータレンズ２１により平行光に変換された後、ダイクロイックミラー２２において反射され、走査装置３０の光走査部３１に入射する。なお、本実施形態において、ダイクロイックミラー２２は、波長４８８ｎｍの光をほぼ反射し、波長５００ｎｍ以上の光をほぼ透過する特性を有している。ダイクロイックミラー２２から光走査部３１に入射したレーザ光は、光走査部３１を構成する図示しないガルバノミラーにより、レーザ光の光軸と直交する面内において二次元的に走査される。光走査部３１から射出されたレーザ光は、走査レンズ３２を介して一次像面３３に結像された後、対物レンズ２３（固定側対物レンズ２３ａ及び可動側対物レンズ２３ｂ）によって標本試料ＳＡ上に集光（結像）される。
【００２２】
このとき、標本試料ＳＡ上に結像されたスポット状のレーザ光（点像）は、光走査部３１により標本試料ＳＡ上の観察領域を二次元的に走査され、標本試料ＳＡの光学的な特性によって反射、吸収、蛍光、散乱等がレーザ光の照射領域において生じる。生物組織を蛍光観察する場合には、標本試料ＳＡの組織を複数の蛍光試薬で染色して観察する。標本試料ＳＡにレーザ光が照射されると、蛍光試薬で染色された各組織から試薬に応じた蛍光が発せられる。このとき、標本試料ＳＡに波長４８８ｎｍのレーザ光（励起光）が照射されると、このレーザ光より波長の長い蛍光が発せられる。これらの蛍光はほとんどレーザ光が照射された領域から発せられるが、その領域の周辺領域からも蛍光が若干発生する。
【００２３】
標本試料ＳＡから発せられた蛍光は、対物レンズ２３により一次像面３３の位置に結像された後、走査レンズ３２により平行光にされて光走査部３１に入射する。標本試料ＳＡからの蛍光はレーザ光が照射された領域から射出されるので、光走査部３１によって再び走査されることにより（すなわちデスキャンされることにより）、ダイクロイックミラー２２から光走査部３１に入射したレーザ光と同一の光路に常に戻されることになる。
【００２４】
光走査部３１からダイクロイックミラー２２に射出された蛍光は、レーザ光より波長が長いため、ダイクロイックミラー２２を透過し、全反射ミラー４１により反射された後に集光レンズ４２に入射する。そして、蛍光は集光レンズ４２により遮光板５１上に集光（結像）される。すなわち、遮光板５１と標本試料ＳＡとは共役な位置関係にあり、遮光板５１に形成されたピンホール５１ａの位置にスポット状の蛍光（レーザ光）の像が形成される。そして、ピンホール５１ａを通過した蛍光のみがマルチモード光ファイバ５２を介して光検出器５３に伝送される。前述したように、レーザ光が照射される領域の周辺領域からも蛍光が射出されるが、これらの蛍光は遮光板５１上のピンホール５１ａより外側に結像される。このため、蛍光観察に悪影響を与える（レーザ光が照射される領域の）周辺領域からの蛍光は、遮光板５１に遮られて光検出器５３には伝送されない。
【００２５】
マルチモード光ファイバ５２により光検出器５３に伝送された蛍光は、光検出器５３に設けられた図示しない蛍光フィルタによって波長選択された後、図示しない光電子増倍管により光強度が検出される。光強度の検出信号は信号線６１を介して画像処理装置６０へ送信され、ここにおいて画像処理が行われ画像情報として取得されるとともに、標本試料ＳＡの観察画像（画像情報）がモニター６２に表示される。なお、観察者は必要に応じてこの画像情報を記録媒体（図示せず）に保存することができる。
【００２６】
続いて、上記レーザ走査顕微鏡１が備えるレーザ光源装置１０（本発明の一実施形態に係るレーザ光源装置）について説明する。このレーザ光源装置１０は前述のように、フィルタ１２をレーザ光源部１１から射出されるレーザ光Ｌの光軸Ａ0に対して傾けることにより、透過光成分Ｌ１に対して二回反射光成分Ｌ２を分離する構成になっている。図４は、透過光成分Ｌ１の光軸Ａ1と二回反射光成分Ｌ２の光軸Ａ2とが間隔Δｘだけ離れているときの、これら二つの光成分Ｌ１，Ｌ２の重なり具合を説明する概念図であり、実線の円は透過光成分Ｌ１の断面を、また点線の円は二回反射光成分Ｌ２の断面を示している。ここでは簡単のため、それぞれの光成分の断面は円であるとしており、二つの円の重なる部分が干渉を起こす領域を示している。
【００２７】
また、図５は、図４におけるｘ軸上の透過光成分Ｌ１及び二回反射光成分Ｌ２それぞれの光強度分布を示している。この図に示すように、二回反射光成分Ｌ２の強度は、透過光成分Ｌ１の強度と同等ではなく、これよりもかなり小さくなることが分かっている。
【００２８】
図６は、透過光成分Ｌ１の光軸Ａ1と二回反射光成分Ｌ２の光軸Ａ2との間隔Δｘと、両光成分Ｌ１，Ｌ２の干渉の影響を受けた照射光強度との関係を示した図である。図中の実線は干渉の影響を受けて強め合ったときの照射光強度と弱め合ったときの照射光強度とを示しており、破線は干渉がない場合の照射光強度を示している。この図より、Δｘが小さいときには干渉の影響が大きいが、Δｘを大きくしていくと干渉の影響が小さくなっていき、次第に干渉がない場合の強度に近づいていくことが分かる。ここで、図４からも容易に分かるように、両光成分Ｌ１，Ｌ２の光軸Ａ1，Ａ2同士の間隔Δｘが、透過光成分Ｌ１のビーム径φの半分の大きさ（φ／２）と二回反射光成分Ｌ２のビーム径φの半分の大きさ（φ／２）との和（φ／２＋φ／２＝φ）よりも大きく、式Δｘ＞φが成り立つのであれば、両光成分Ｌ１，Ｌ２の重なる領域はないので、透過光成分Ｌ１と二回反射光成分Ｌ２との干渉は全くないことになる。ここで、変動量とは、「両光成分Ｌ１，Ｌ２が干渉により強め合ったときの照射光強度」と「両光成分Ｌ１，Ｌ２が干渉により弱め合ったときの照射光強度」との差と、「両光成分Ｌ１，Ｌ２の干渉が全くなかったときに得られる照射光強度」の比とする。干渉の影響とは、この変動量が存在することであるとする。
【００２９】
さて、実際にはレーザ光の強度分布は一般にガウス分布である。このとき、強度がその中心強度の１／ｅ2（ｅは自然対数の底）になる点の集合からなる円の直径をビーム径φとする（また、透過光成分Ｌ１のビーム径と二回反射光成分Ｌ２のビーム径はともにレーザ光源部１１より射出されるビーム径φと同一であるとする）。強度がガウス分布であるレーザ光は、その中心からの距離がビーム径より離れても強度は零にはならない。そのため、式Δｘ＞φが成り立っていても、両光成分Ｌ１とＬ２の重なる領域は零ではないので、両光成分の干渉が起こる。よって、変動量も零にはならず、つまりは干渉の影響を完全に消すことはできない。図７はこの様子を表したグラフである。横軸にΔｘ、縦軸に変動量をとっている。Δｘはビーム径φに対して規格化してあり、変動量はΔｘ＝０の値に対して規格化している。本来は変動量の大きさは、ガラス基板の反射率によって異なる（つまり両光成分Ｌ１，Ｌ２の大きさによって異なる）のだが、このように規格化すると同じ大きさの値として表すことができる。この図７に示すように、Δｘが大きくなると変動量は小さくなり零に漸近するが、完全に零にはならないことが分かる。しかし、変動量が最大となるΔｘ＝０のときに対して、Δｘ＞０．６×φが成り立つときには変動量を半分以下に減少させることができ、干渉の影響を小さくするのに十分効果的であることが分かる。
【００３０】
これらのことを踏まえ、本発明に係るレーザ走査顕微鏡１においては、レーザ光源装置１０を構成するフィルタ１２が、下の条件式を常に満足するように構成されている。
Δｘ  ＞０．６×φ  ・・・  （１）
０°＜θ＜１５°    ・・・  （２）
【００３１】
上記条件式（１）は、透過光成分Ｌ１の光軸Ａ1と二回反射光成分Ｌ２の光軸Ａ2との間隔Δｘが満たすべき条件であって、間隔Δｘが上記条件を外れると、両光成分Ｌ１，Ｌ２の干渉による影響が過大となってしまい、レーザ光源装置１０が安定した強度（光量）の光を射出することができなくなる。ここで、両光成分Ｌ１，Ｌ２の干渉による影響とは、「両光成分Ｌ１，Ｌ２が干渉により強め合ったときの照射光強度」と「両光成分Ｌ１，Ｌ２が干渉により弱め合ったときの照射光強度」との差と、「両光成分Ｌ１，Ｌ２の干渉が全くなかったときに得られる照射光強度」の比として定義される変動量が存在することであり、安定した強度（光量）とは、変動量が最大となるΔｘ＝０のときに対して変動量が半分以下に減少されたときをいう。また、上記条件式（２）は、レーザ光Ｌのガラス基板１３に対する入射角θ（図３参照）に要求される条件であって、入射角θが上記条件をはずれると、フィルタ１２としての光学特性が十分に発揮されなくなってしまう。
【００３２】
上記条件式（１）はフィルタ１２を構成するガラス基板１３の二平面１３ａ，１３ｂがほぼ平行であるとき、すなわちガラス基板１３の二平面１３ａ，１３ｂが必ずしも平行でないときに満たすべき条件であるが、ガラス基板１３の二平面１３ａ，１３ｂが平行であるときには、上記条件式（１）の代わりに、
２×ｄ×sinθ×cosθ／√（ｎ2−sin2θ）＞０．６×φ  ・・・  （１）′
が満たされればよい。ここで、ｄはガラス基板１３の厚さ、ｎはガラス基板１３の屈折率である。なお、この場合も上記条件式（２）が満たされる必要があるのは二平面１３ａ，１３ｂがほぼ平行である場合（必ずしも平行でない場合）と同様である。
【００３３】
ここで、ガラス基板１３の二平面１３ａ，１３ｂが平行である場合に上記条件式（１）′が前述の条件式（１）と同等となる理由を説明する。ガラス基板１３の二平面１３ａ，１３ｂが平行である場合には、透過光成分Ｌ１の光軸Ａ1と二回反射光成分Ｌ２の光軸Ａ2とは常に平行であり、図８に示すように透過光成分Ｌ１と二回反射光成分Ｌ２がそれぞれフィルタ１２を出る位置の平面１３ｂに沿った方向のずれ量をａとすると、透過光成分Ｌ１の光軸Ａ1と二回反射光成分Ｌ２の光軸Ａ2との間隔Δｘは、
Δｘ＝ａ×cosθ  ・・・  （３）
を満たす。ここで、ずれ量ａは図３及び図８より
ａ／２＝ｄ×tanθ′＝ｄ×sinθ′／√（１−sin2θ′）  ・・・  （４）
を満たす。但し、θ′はスネルの公式より
sinθ＝ｎ×sinθ′  ・・・  （５）
を満たす角度である。式（４），（５）よりθ′を消去すると、
ａ＝２×ｄ×sinθ／√（ｎ2−sin2θ）  ・・・  （６）
が得られる。式（６）を式（３）に代入すると、
Δｘ＝２×ｄ×sinθ×cosθ／√（ｎ2−sin2θ）  ・・・  （７）
となる。よって、式（７）と式（１）とから、上記式（１）′が得られる。
【００３４】
このように上記レーザ光源装置１０によれば、フィルタ１２を構成するガラス基板１３をそのまま透過して進む透過光成分Ｌ１と、ガラス基板１３の二平面１３ａ，１３ｂの双方において反射した後透過光成分Ｌ１とほぼ同一の方向に進む二回反射光成分Ｌ２とが干渉することを防止し、安定した強度（光量）のレーザ光が得られるのであるが、レーザ光源部１１から射出されたレーザ光の入射角を特に大きくすることなく、透過光成分Ｌ１から二回反射光成分Ｌ２を分離することが可能となるため、フィルタ１２が例えば励起光フィルタやバリアフィルタのように透過膜の光学特性が入射角に依存する場合であっても、その光学特性を劣化させることがない。また、平行平板ガラスをガラス基板１３とするフィルタ１２を用いて安定した強度（光量）のレーザ光が得られるので、楔形のガラス基板を用いた場合のように基板の製造誤差（特に傾角のばらつき）に起因する偏角の変化が引き起こされる心配がない。また、このようなレーザ光源装置１０を備えたレーザ走査顕微鏡１によれば、フィルタ１２において生じる二回反射光成分Ｌ２の影響の小さい安定した強度（光量）のレーザ光を用いることができるので、精度のよい観察を行うことが可能となる。
【００３５】
また、上記ガラス基板１３の厚さｄと、ビーム径φの関係を、ｄ＞１０×φを満たす構成とすることで、上記の実施形態をより容易に実現することが可能となる。これは入射角θを大きくすることよりもガラス基板１３の厚さｄを大きくする方が容易であるために、ガラス基板１３の厚さｄをレーザ光のビーム径φの１０倍以上とすることで、入射角θが特に小さい構成を実現できるからである。
【００３６】
なお、本願ではガラス基板１３の二平面１３ａ，１３ｂのなす角が１分以内をほぼ平行という。すなわち、二平面１３ａ，１３ｂのなす角が１分以内では、Δｘが透過光と二回反射光の間隔にほぼ一致する。なぜなら、透過光成分Ｌ１と二回反射光成分Ｌ２のそれぞれの光軸Ａ１，Ａ２のなす角は、二平面１３ａ，１３ｂのなす角をψとすると、ほぼ３ψによく近似できる。このとき、ビーム径をφとすると、透過光と二回反射光の波面収差ΔＷは、ほぼΔＷ＝φ×ｔａｎ３ψで求めることができる。レーザ光のビーム径φは１ｍｍ以下であることが多いので、二平面のなす角ψ＜１分が成り立つならば、ΔＷ＜１×ｔａｎ３分＝８７０ｎｍとなる。つまり、特に可視光において波面収差はほぼ１波長以下に収まることが分かる。また、一般的なフィルタは、薄膜を有するガラス基板を複数接合したものをひとつのフィルタとして使用することが多い。このようなフィルタでは、２回以上反射した後にフィルタから射出される光と、反射せずに透過する透過光との干渉を防止するためには、フィルタを構成する各ガラス基板において式（１）′を満たすことが望ましい。
【００３７】
これまで本発明の好ましい実施について説明してきたが、本発明の範囲は上述の実施形態に示したものに限定されない。例えば、上述の実施形態では、本発明に係るレーザ光源装置１０が、レーザ光のビーム径よりも若干大きい瞳径を有する遮光板１７と、フィルタ１２を通過したレーザ光を集光する集光レンズ１５と、この集光レンズ１５により集光されたレーザ光を伝送する光ファイバ１６とを備えた構成となっていたが、これは必須の要件ではなく、これらの構成部品を有していなくても構わない。しかし、遮光板１７及び光ファイバ１６は自身の有効な径と入射角に対する特性とを有するので、二回反射光成分Ｌ２が透過光成分Ｌ１に与える干渉を制限する効果が得られ、上記実施形態に示したような構成とすることにより、レーザ光源装置から射出されるレーザ光の光量変化をより小さくすることが可能である。また、上述の実施形態において示した本発明に係るレーザ走査顕微鏡は走査型共焦点顕微鏡であったが、これは一例であり、この型の顕微鏡に限定されるものではない。
【実施例】
【００３８】
以下、本発明に係るレーザ光源装置の実施例を示す。この実施例では、フィルタ１２を構成するガラス基板１３が平行平板ガラスであり、その厚さｄが６ｍｍ、レーザ光源部１１から射出されたレーザ光のフィルタ１２に（ガラス基板１３に）対する入射角θが４．４°、ガラス基板１３の屈折率ｎが１．５、レーザ光のビーム径φが１ｍｍであった。
【００３９】
図９は、透過光成分Ｌ１の光強度及び二回反射光成分Ｌ２の光強度がそれぞれフィルタ１２に入射するビーム径φが１ｍｍのレーザ光の強度の８１％及び０．８％（ガラス基板１３の二平面１３ａ，１３ｂでの反射率がともに１０％である場合を想定）としたときの両光成分Ｌ１，Ｌ２の間隔Δｘと照明光（レーザ光源装置１０より射出されるレーザ光）強度との関係を示した図である。
【００４０】
また、図１０は図９における間隔ΔｘとΔｘに対する照射光強度の変動量との関係を示した図である。ここで、図１０における照射光強度の変動量は、「両光成分Ｌ１，Ｌ２が干渉により強め合ったときの照射光強度」と「両光成分Ｌ１，Ｌ２が干渉により弱め合ったときの照射光強度」との差と、「両光成分Ｌ１，Ｌ２の干渉が全くなかったときに得られる照射光強度」の比を示している。上記条件のとき式（１）′よりΔｘ≒０．６ｍｍとなるが、このときの変動量は図１０より約１９％であり、Δｘ＝０ｍｍのときの変動量の約３９％の半分以下という低レベルであることが分かる。
【００４１】
更に、上記条件においてガラス基板１３の厚さｄをビーム径φの１０倍の１０ｍｍにした場合には、式（１）′よりθ＝２．６°と小さい角度でΔｘ≒０．６ｍｍとすることができるので、ガラス基板１３が５ｍｍの場合よりも透過膜を有利な条件（垂直入射に近い）で設計及び製造し易くなることが分かる。
【比較例】
【００４２】
比較例では、フィルタ１２を構成するガラス基板１３が平行平板ガラスであり、その厚さｄが２ｍｍ、レーザ光源部１１から射出されたレーザ光のフィルタ１２に（ガラス基板１３に）対する入射角θが４．４°、ガラス基板１３の屈折率ｎが１．５、レーザ光のビーム径φが１ｍｍとした。このとき式（１）′よりΔｘ≒０．２ｍｍとなるが、照明光強度の変動量は図１０より約３７％であり、Δｘ＝０ｍｍのときの変動量の約３９％に近い変動量となっていることが分かる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の一実施形態に係るレーザ走査顕微鏡の簡略構成図である。
【図２】レーザ光源装置の簡略構成図である。
【図３】本発明に係るレーザ光源装置におけるフィルタの構成説明図である。
【図４】透過光成分の光軸と二回反射光成分の光軸とが間隔Δｘだけ離れているときの、これら二つの光成分の重なり具合を説明する図である。
【図５】図４におけるｘ軸上の透過光成分と二回反射光成分それぞれの強度分布を示す図である。
【図６】透過光成分の光軸と二回反射光成分の光軸との間隔Δｘと、両光成分の干渉の影響を受けた照射光強度との関係を示したグラフである。
【図７】式Δｘ＞φが成り立っていても透過光成分と二回反射光成分との干渉が起こる様子を表したグラフである。
【図８】図３中における領域VIIIの拡大図である。
【図９】実施例における透過光成分及び二回反射光成分の間隔Δｘと照明光強度との関係を示したグラフである。
【図１０】図９における間隔ΔｘとΔｘに対する照射光強度の変動量との関係を示したグラフである。
【符号の説明】
【００４４】
１      レーザ走査顕微鏡
１０    レーザ光源装置
１１    レーザ光源部
１２    フィルタ
１３    ガラス基板
１３ａ，１３ｂ  平面
１４    透過膜
１５    集光レンズ
１６    光ファイバ
２０    第１集光光学系
３０    走査装置
４０    第２集光光学系
５０    光検出装置
６０    画像処理装置
ＳＡ    標本試料
【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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【図９】
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【図１０】
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