(57)【要約】【課題】照明光の標本への集光性能を変化させることなく照明光を２次元的に走査する。【解決手段】光源２からの照明光の波面を変調する空間光変調素子１４と、非平行な２つの軸線回りにそれぞれ揺動する第１のミラー５ａおよび第２のミラー５ｂを有し、空間光変調素子１４により波面が変調された照明光を２次元的に走査するスキャナ５と、該スキャナ５の第１のミラー５ａ上から第２のミラー５ｂ上に像をリレーする第１のリレー光学系９と、第２のミラー５ｂ上から対物光学系６の瞳位置に像をリレーする第２のリレー光学系１０とを備える顕微鏡装置１を提供する。【選択図】図１
2012150238.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源からの照明光の波面を変調する空間光変調素子と、
非平行な２つの軸線回りにそれぞれ揺動する第１のミラーおよび第２のミラーを有し、前記空間光変調素子により波面が変調された照明光を２次元的に走査するスキャナと、
該スキャナの前記第１のミラー上から前記第２のミラー上に像をリレーする第１のリレー光学系と、
前記第２のミラー上から対物光学系の瞳位置に像をリレーする第２のリレー光学系とを備える顕微鏡装置。
【請求項２】
前記空間光変調素子上の像を前記スキャナの前記第１のミラー上にリレーする第３のリレー光学系を備える請求項１に記載の顕微鏡装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、顕微鏡装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、デフォーマブルミラーによって波面を変形させたレーザ光をガルバノミラーユニットを経由して対物レンズに入射させる走査型共焦点顕微鏡装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。この装置は、デフォーマブルミラーの反射面を変化させることにより、レーザ光の集光点が深さ方向に変化するように構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−１６５２１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に開示されている走査型共焦点顕微鏡装置では、レンズと結像レンズとにより対物レンズの瞳面へリレーされる変調波面が、ガルバノミラーの揺動によって瞳面上において光軸と直交する方向にシフトされてしまう。このようなシフトが発生すると、偏心と同様のコマ収差が増大するという不都合がある。このようなシフトは撮像領域の中央では少ないが周辺になるに従って増大し、光学性能が著しく低下してしまうことになる。
【０００５】
本発明は上述した事情に鑑みてなされたものであって、光源から導かれてきた照明光の標本への集光性能を変化させることなく、標本上において照明光を２次元的に走査することができる顕微鏡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】
【０００６】
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、光源からの照明光の波面を変調する空間光変調素子と、非平行な２つの軸線回りにそれぞれ揺動する第１のミラーおよび第２のミラーを有し、前記空間光変調素子により波面が変調された照明光を２次元的に走査するスキャナと、該スキャナの前記第１のミラー上から前記第２のミラー上に像をリレーする第１のリレー光学系と、前記第２のミラー上から対物光学系の瞳位置に像をリレーする第２のリレー光学系とを備える顕微鏡装置を提供する。
【０００７】
本発明によれば、空間光変調素子により波面が変調された光源からの照明光は、第１のミラーに入射されて該第１のミラーの揺動角度に応じた方向に偏向された後、第１のリレー光学系によってリレーされて第２のミラーに入射されて該第２のミラーの揺動角度に応じた方向に偏向される。第１のミラーと第２のミラーは非平行な軸線回りにそれぞれ揺動させられるので、２つのミラーの揺動角度をそれぞれ変化させることによって、照明光を２次元的に走査することができる。そして、２次元的に走査された照明光は第２のリレー光学系によってリレーされて対物光学系に入射され、標本に照射される。
【０００８】
この場合において、スキャナを構成する２枚のミラーの間に第１のリレー光学系を配置することによって、２枚のミラーを共に対物光学系の瞳位置と光学的に共役な位置に配置することができる。その結果、２枚のミラーがそれぞれ揺動させられても、対物光学系の瞳位置にリレーされる像が光軸に交差する方向に移動しないので、照明光の標本への集光性能が変化せず、標本上において照明光を２次元的に走査させることができる。
【０００９】
上記発明においては、前記空間光変調素子上の像を前記スキャナの前記第１のミラー上にリレーする第３のリレー光学系を備えていてもよい。
このようにすることで、第１、第２のリレー光学系により対物光学系の瞳位置と光学的に共役関係にある第１のミラー上の位置と、空間光変調素子上の位置との間で発生する波面の変形を、第３のリレー光学系によってリレーすることにより防止でき、より正確に対物光学系の瞳位置での波面補正を行うことができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、光源から導かれてきた照明光の標本への集光性能を変化させることなく、標本上において照明光を２次元的に走査することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の一実施形態に係る顕微鏡装置を示す全体構成図である。
【図２】図１の顕微鏡装置のスキャナおよび第１のリレー光学系を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明の一実施形態に係る顕微鏡装置１について、図面を参照して以下に説明する。
本実施形態に係る顕微鏡装置１は、図１に示されるように、レーザ光（照明光）を発生する光源２と、光源２から発せられたレーザ光の波面を略平面波に変換するコリメータレンズ３と、略平面波に変換されたレーザ光の波面を変調する波面変調部４と、該波面変調部４によって波面が変調されたレーザ光を２次元的に走査するスキャナ５と、該スキャナ５により走査されたレーザ光を標本Ａに集光する対物光学系６と、スキャナ５および波面変調部４を制御する制御部７と、対物光学系６により集光された標本Ａからの蛍光を検出する光検出器８とを備えている。
【００１３】
また、本実施形態に係る顕微鏡装置１は、スキャナ５の内部に設けられた第１のリレー光学系９と、スキャナ５と対物光学系６との間に配置された第２のリレー光学系１０と、波面変調部４とスキャナ５との間に配置された第３のリレー光学系１１とを備えている。
図中、符号１２は、スライドガラス上に載置された標本Ａを搭載するステージである。
【００１４】
波面変調部４は、コリメータレンズ３によって略平面波に変換されたレーザ光を反射するプリズム１３と、該プリズム１３により反射されたレーザ光を反射し、その際に、その表面形状に従う形態にレーザ光の波面を変調してプリズム１３に戻す反射型の空間光変調素子１４とを備えている。
【００１５】
プリズム１３により反射されたレーザ光は空間光変調素子１４によって同じプリズム１３に戻るように光路が折り返され、プリズム１３によって光源２からのレーザ光と同軸の光路に戻されるようになっている。
空間光変調素子１４は、制御部７からの形状指令信号によって、その表面形状を任意に変化させることができるセグメントタイプのＭＥＭＳによって構成されている。空間光変調素子１４と対物光学系６の入射瞳位置とは光学的に共役な位置関係に配置されている。
【００１６】
スキャナ５は、図２に示されるように、捻れの位置に配置される２つの揺動軸線Ｓ１，Ｓ２回りにそれぞれ揺動可能に設けられた第１のミラー５ａと第２のミラー５ｂとを備えている。一方の揺動軸線Ｓ１は、他方の揺動軸線Ｓ２に直交する平面内に配置されている。これにより、上記平面に沿う一方向から見ると、２つの揺動軸線Ｓ１，Ｓ２は相互に直交して配置されている。
【００１７】
なお、図１においては、図示を容易にするために、２つの揺動軸線Ｓ１，Ｓ２は便宜的に相互に平行に示されているが、実際には、図２に示されるように、相互に非平行な位置関係に配置されている。
【００１８】
第１のミラー５ａの揺動速度は、第２のミラー５ｂの揺動速度に対して十分に速く設定されている。高速側の第１のミラー５ａはレーザ光の標本Ａ上における走査のために使用され、低速側の第２のミラー５ｂはレーザ光の標本Ａ上における走査位置を送るために使用される。図中、符号５ｃ，５ｄは各ミラー５ａ，５ｂを揺動動作させるためのモータである。
【００１９】
第１のミラー５ａと第２のミラー５ｂとの間には、第１のミラー５ａ上の像を第２のミラー５ｂ上にリレーする第１のリレー光学系９が配置されている。
また、第２のリレー光学系１０は、スキャナ５と対物光学系６との間に配置され、スキャナの第２のミラー５ｂ上の像を対物光学系６の瞳位置にリレーするようになっている。
【００２０】
さらに、第３のリレー光学系１１は、波面変調部４とスキャナ５との間に配置され、波面変調部４の空間光変調素子１４上の像をスキャナ５の第１のミラー５ａ上にリレーするようになっている。
第１のリレー光学系９、第２のリレー光学系１０および第３のリレー光学系１１は、いずれも、複数のレンズにより構成されている。
【００２１】
その結果、空間光変調素子１４の表面位置、スキャナ５の第１のミラー５ａの表面位置、第２のミラー５ｂの表面位置は、いずれも、対物光学系の入射瞳位置と光学的に共役な位置に配置されている。図２におけるハッチングは、第１のミラー５ａおよび第２のミラー５ｂの表面が、いずれも対物光学系６の入射瞳位置と光学的に共役な位置に配置されていることを示している。
【００２２】
図１において、符号１５はレーザ光を反射し蛍光を透過するダイクロイックミラー、符号１６は集光レンズである。ダイクロイックミラー１５を透過した蛍光は集光レンズ１６によって集光され、光検出器８によって検出されるようになっている。光検出器８によって検出された蛍光の強度と、その検出時のスキャナ５によるレーザ光の走査位置情報とを対応づけて記憶しておくことにより、２次元的な蛍光画像を取得することができるようになっている。
【００２３】
制御部７は、空間光変調素子１４の変調領域における表面形状が予め設定された形状となるように、空間光変調素子１４に対して形状指令信号を出力するようになっている。空間光変調素子１４の変調領域の表面形状は、該変調領域に入射された平面波の波面を変調して、対物光学系６の焦点位置において１点に集光させることができるような表面形状であり、各種光学系の収差や標本Ａにおける屈折率分布等を考慮して、予め算出あるいは測定しておくことができる。
また、制御部７は、スキャナ５の各ミラー５ａ，５ｂを揺動させるモータ５ｃ，５ｄに対して、揺動角度を指令する角度指令信号を出力する。
【００２４】
このように構成された本実施形態に係る顕微鏡装置１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１を用いて標本Ａの蛍光観察を行うには、制御部７から空間光変調素子１４に対して表面形状を指令する形状指令信号を出力した状態で、光源２において発生させたレーザ光をコリメータレンズ３を介して略平面波として、波面変調部４に入射させる。
【００２５】
波面変調部４に入射されたレーザ光は、プリズム１３によって反射されて空間光変調素子１４に入射される。空間光変調素子１４においては、変調領域に入射されたレーザ光が波面を変調されて反射され、プリズム１３によって反射されて第３のリレー光学系１１に入射される。
【００２６】
第３のリレー光学系１１は、空間光変調素子１４の変調領域の像を、これと光学的に共役な位置に配置されたスキャナ５の第１のミラー５ａ面上にリレーする。スキャナ５においては、高速側の第１のミラー５ａが揺動させられることにより、反射されたレーザ光が走査方向に揺動させられ、低速側の第２のミラー５ｂが揺動させられることにより、反射されたレーザ光が送り方向に揺動させられる。これにより、レーザ光が２次元的に走査される。
【００２７】
スキャナ５の第１のミラー５ａにより一方向に走査されたレーザ光は、第１のリレー光学系９を透過した後、第２のミラー５ｂにより他の方向に走査される。これにより、第１のミラー５ａの表面上の像が、第１のリレー光学系９によって第２のミラー５ｂの表面上にリレーされる。
【００２８】
スキャナ５により２次元的に走査されたレーザ光は、第２のリレー光学系１０に入射される。第２のリレー光学系１０は、第２のミラー５ｂの表面上に形成されたレーザ光の像を、これと光学的に共役な位置に配置されている対物光学系６の入射瞳位置にリレーする。
【００２９】
このようにすることで、空間光変調素子１４の変調領域の像が、対物光学系６の入射瞳位置にリレーされる。
すなわち、本実施形態に係る顕微鏡装置１によれば、スキャナ５の２つのミラー５ａ，５ｂの揺動に拘わらず、対物光学系６の入射瞳位置にリレーされるレーザ光の像を静止させた状態に維持することができる。
【００３０】
入射瞳位置に入射するレーザ光が光軸に交差する方向に変動しないので、入射瞳全体にわたるようにレーザ光を入射させることができ、最大限に明るい照明を行うことができる。
また、この場合において、スキャナ５のミラー５ａ，５ｂの揺動によっても、対物光学系６の入射瞳位置における像が移動しないので、空間光変調素子１４で変調した波面を対物光学系６の入射瞳位置に正確にリレーし、集光性能の低下を防止することができる。
【００３１】
これにより、各種光学系の収差や、標本Ａ内の屈折率分布等によって発生する収差が補償され、対物光学系６によって標本Ａ内の所望の１点にレーザ光を精度良く集光させることができるという利点がある。光源２から発生されるレーザ光を極短パルスレーザ光とすれば、対物光学系６の焦点位置のみにおいて多光子励起効果によって蛍光を発生させ、鮮明な蛍光画像を取得することが可能となる。
【００３２】
また、本実施形態においては、空間光変調素子１４として、その表面形状を変化させるセグメントタイプのＭＥＭＳミラーを例示したが、これに代えて、他の任意の空間光変調素子１４、例えば、液晶素子、デフォーマブルミラー等でもよい。
【符号の説明】
【００３３】
１  顕微鏡装置
２  光源
５  スキャナ
５ａ  第１のミラー
５ｂ  第２のミラー
６  対物光学系
９  第１のリレー光学系
１０  第２のリレー光学系
１１  第３のリレー光学系
１４  空間光変調素子
Ｓ１，Ｓ２  揺動軸線（軸線）
【図１】
2012150238.tif 000003
【図２】
2012150238.tif 000004