(57)【要約】【課題】良好な観察画像を得ることが可能な走査型顕微鏡を提供する。【解決手段】第１の光源１３を含み、該第１の光源１３からの光を走査光に変える走査手段７、及び前記走査光を試料４上に集光する対物レンズ６を有する照明光学装置と、検出器１１を含み、試料４からの観察光を対物レンズ６及び走査手段７を介して検出器１１で受光させる受光光学装置とを備えた走査型顕微鏡１において、第２の光源１６を含み、該第２の光源１６からの光を走査手段７により所定パターンが形成されたスケール２０上を走査し、スケール２０からの光を検出してサンプリングクロックを発生させるサンプリングクロック発生装置３を有し、第２の光源１６からの光の波長は、前記観察光の波長とは異なり、前記受光光学装置は、第２の光源１６からの光と前記観察光のうち前記観察光を選択して検出器１１で検出する選択機能を備えたことを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の光源を含み、該第１の光源からの光を走査光に変える走査手段、及び前記走査光を試料上に集光する対物レンズを有する照明光学装置と、
検出器を含み、前記試料からの観察光を前記対物レンズ及び前記走査手段を介して前記検出器で受光させる受光光学装置とを備えた走査型顕微鏡において、
第２の光源を含み、該第２の光源からの光を前記走査手段により所定パターンが形成されたスケール上を走査し、前記スケールからの光を検出してサンプリングクロックを発生させるサンプリングクロック発生装置を有し、
前記第２の光源からの光の波長は、前記観察光の波長とは異なり、前記受光光学装置は、前記第２の光源からの光と前記観察光のうち前記観察光を選択して前記検出器で検出する選択機能を備えたことを特徴とする走査型顕微鏡。
【請求項２】
前記第１の光源は、複数の波長を出射する複数の光源を切り替え可能に備え、
前記第２の光源からの光の波長は、前記複数の光源の切り替えに伴って変化する前記観察光のいずれの波長とも異なる波長であることを特徴とする請求項１に記載の走査型顕微鏡。
【請求項３】
前記選択機能は、ダイクロイックミラー、バリアフィルタ、又は前記第２の光源からの光の波長の感度が所定値以下である前記検出器であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の走査型顕微鏡。
【請求項４】
前記観察光が蛍光であり、前記第２の光源の波長は、前記第１の光源の波長と同じであることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の走査型顕微鏡。
【請求項５】
前記第１の光源と前記第２の光源とは、共通光源であることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の走査型顕微鏡。
【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。
【背景技術】
【０００２】
従来、走査型顕微鏡における２次元走査部には、主にガルバノスキャナが用いられているが、走査スピード向上のためにレゾナントスキャナが用いられることがある。斯かる場合には、画像を取得するためにレゾナントスキャナの走査周期に同期したサンプリングクロックを発生させる必要がある。
具体的には、次のような方法でサンプリングクロックを発生させるサンプリングクロック発生装置を備えた走査型顕微鏡が知られている（例えば、特許文献１を参照。）。レーザ光をレゾナントスキャナのミラー部の裏面に照射し、その反射光をレンズを介してリニアスケールへ集光させる。この光は、レゾナントスキャナの回転によってリニアスケール上を走査することとなり、このリニアスケールからの光を光検出器によって検出してクロックパルスを得ることができる。
【特許文献１】特願平９−１２２２０７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、上述のような従来の走査型顕微鏡では、サンプリングクロック発生装置内部で発生したフレア光、特にリニアスケールやレンズからのフレア光が、レゾナントスキャナのミラー部の近傍を通過して顕微鏡内部へ進入し、その結果観察画像に悪影響を及ぼすこととなってしまうという問題がある。
【０００４】
そこで本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、良好な観察画像を得ることが可能な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、
第１の光源を含み、該第１の光源からの光を走査光に変える走査手段、及び前記走査光を試料上に集光する対物レンズを有する照明光学装置と、
検出器を含み、前記試料からの光（観察光）を前記対物レンズ及び前記走査手段を介して前記検出器で受光させる受光光学装置とを備えた走査型顕微鏡において、
第２の光源を含み、該第２の光源からの光を前記走査手段により所定パターンが形成されたスケール上を走査し、前記スケールからの光を検出してサンプリングクロックを発生させるサンプリングクロック発生装置を有し、
前記第２の光源からの光の波長は、前記観察光の波長とは異なり、前記受光光学装置は、前記第２の光源からの光と前記観察光のうち前記観察光を選択して前記検出器で検出する選択機能を備えたことを特徴とする走査型顕微鏡を提供する。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、良好な観察画像を得ることが可能な走査型顕微鏡を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、本発明の各実施形態に係る走査型顕微鏡を添付図面に基づいて詳細に説明する。
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係る走査型顕微鏡の構成を示す図である。
図１に示すように、本実施形態に係る走査型顕微鏡１は、顕微鏡本体２とサンプリングクロック発生装置３とからなる。
【０００８】
顕微鏡本体２は、試料４を載置するステージ５と、該ステージ５側から順に、観察光学系６と、２次元走査部７と、ダイクロイックミラー８と、バリアフィルタ９と、顕微鏡用集光レンズ１０と、顕微鏡用受光器（光電子増倍管）１１とを備えており、さらにダイクロイックミラー８の反射光路上に、顕微鏡用コリメータレンズ１２と、顕微鏡用レーザ光源１３とを備えている。
【０００９】
２次元走査部７は、顕微鏡用レーザ光源１３からの光をステージ５上の試料４に対し、Ｘ方向へ走査するガルバノスキャナ１４と、Ｙ方向へ走査するレゾナントスキャナ１５とからなる。本実施形態においてこのレゾナントスキャナ１５は、図１紙面方向へ長軸が延在した楕円形状の反射面１５ａ（以下、「ミラー部１５ａ」という。）を備えており、このミラー部１５ａは図１紙面に垂直な方向へ延びた回転軸１５ｂを中心に回動することで、顕微鏡用レーザ光源１３からの光をＹ方向へ走査するものである。なお、図１はミラー部１５ａが回転中心位置にある様子、即ち振れ角が０度であるときを示している。また、本明細書においてＸＹ方向は説明のために定義しているものであって、ＸとＹは逆でもよく、またガルバノスキャナ１４とレゾナントスキャナ１５の位置関係を逆にしてもよい。
なお、ガルバノスキャナ１４とレゾナントスキャナ１５はそれぞれ、制御型ガルバノスキャナ、共振型ガルバノスキャナとも呼ばれている。
【００１０】
また、サンプリングクロック発生装置３は、レーザ光を２次元走査部７におけるレゾナントスキャナ１５のミラー部１５ａの裏面へ向かって射出するクロック用レーザ光源１６と、クロック用コリメータレンズ１７と、ビームスプリッタ１８と、レゾナントスキャナ１５の反射光路上に配置されたクロック用対物レンズ１９と、所定パターンが形成されたリニアスケール２０とを備えており、さらにビームスプリッタ１８の反射光路上に、クロック用集光レンズ２１と、クロック用受光器２２とを備えている。
【００１１】
以上の構成の下、顕微鏡本体２において、顕微鏡用レーザ光源１３から発せられたレーザ光は、顕微鏡用コリメータレンズ１２を経てダイクロイックミラー８で反射される。そしてこのレーザ光は、２次元走査部７のガルバノスキャナ１４とレゾナントスキャナ１５によって反射され、観察光学系６を介してステージ５上の試料４に照射される。これにより、試料４からの観察光（試料４で生じた蛍光）は、再び観察光学系６と２次元走査部７を順に経た後、ダイクロイックミラー８を透過し、さらにバリアフィルタ９によって不要な光が除去され、顕微鏡用集光レンズ１０を介して顕微鏡用受光器１１へ導かれる。これにより、顕微鏡用受光器１１は観察光を検出し、検出信号を画像処理制御部２３へ出力する。なお、顕微鏡用レーザ光源１３からのレーザ光は、上述のように２次元走査部７によってＸＹ方向へ走査されるため、顕微鏡用受光器１１では試料４の観察領域全体にわたって観察光が検出されることとなる。
【００１２】
一方、サンプリングクロック発生装置３において、クロック用レーザ光源１６から発せられたレーザ光は、クロック用コリメータレンズ１７とビームスプリッタ１８を経た後、２次元走査部７におけるレゾナントスキャナ１５のミラー部１５ａの裏面で反射され、クロック用対物レンズ１９を介してリニアスケール２０へ導かれる。そして、リニアスケール２０で反射されたレーザ光は、再びクロック用対物レンズ１９を経た後レゾナントスキャナ１５のミラー部１５ａの裏面で反射される。そしてさらにこの光は、ビームスプリッタ１８で反射され、クロック用集光レンズ２１を介してクロック用受光器２２へ導かれ該クロック用受光器２２によって検出される。これにより、不図示のコンパレータはクロック用受光器２２からの検出信号に基づきサンプリングクロックを発生させて、画像処理制御部２３へ出力する。なお、レゾナントスキャナ１５の回転動作によってレーザ光はリニアスケール２０上を走査するため、コンパレータでは顕微鏡本体２の観察光路に対応したサンプリングクロックが発生することとなる。
【００１３】
そして画像処理制御部２３は、顕微鏡本体２の顕微鏡用受光器１１からの検出信号をサンプリングクロック発生装置３で得られたサンプリングクロックによってサンプリングすることで画像化し、これを不図示のモニタに表示する。これにより、観察者はモニタを介して試料４の蛍光観察を行うことができる。
【００１４】
次に、本実施形態に係る走査型顕微鏡１の特徴的な構成について詳細に説明する。
本走査型顕微鏡１は、サンプリングクロック発生装置３のクロック用レーザ光源１６に、顕微鏡本体２の顕微鏡用受光器１１で検出される試料４からの光の波長（以下、「観察波長」という。）と異なる波長のレーザ光を出力するレーザ光源を採用している。そして、サンプリングクロック発生装置３内部で発生し顕微鏡本体２へ進入したフレア光をカットするためのフレアカット手段（本実施形態ではバリアフィルタ９）を顕微鏡本体２内に備えている。
【００１５】
図２は、斯かる構成の走査型顕微鏡１における顕微鏡用レーザ光源１３の波長λ１、観察波長λ２、その受光範囲Ｈ、及びクロック用レーザ光源１６の波長λ３を示す図である。
受光範囲Ｈは、バリアフィルタ９によって遮られることなく顕微鏡用受光器１１で信号として受け入れられる光の波長域を示すものであり、観察光の波長域の一部をカバーするように設定されている。受光範囲Ｈ外（図２中の斜線部分）の波長の光、即ち顕微鏡用受光器１１で検出される観察波長と異なる波長の光が、顕微鏡本体２へ進入したとしても、バリアフィルタ９によって遮られる。したがって、受光範囲Ｈ外の波長の光が顕微鏡用受光器１１で信号として受け入れられることはない。
【００１６】
そこで本走査型顕微鏡１は、受光範囲Ｈ外の波長の光を出力するレーザ光源をクロック用レーザ光源１６として採用することで、該クロック用レーザ光源１６の光がフレア光として顕微鏡本体２へ進入しても、これをバリアフィルタ９によって効果的に遮る、即ちバリアフィルタ９が顕微鏡本体２における上述した本来の機能に加えてフレアカット手段としても機能する構成としている。
【００１７】
以上の構成によって本実施形態に係る走査型顕微鏡１は、サンプリングクロック発生装置３内部で発生したフレア光、特にリニアスケールやレンズからのフレア光が、レゾナントスキャナ１５のミラー部１５ａの近傍を通過して顕微鏡内部へ進入したとしても、これをフレアカット手段９によって効果的にカットすることができるため、観察画像に悪影響を及ぼすことを防ぐことができる。
【００１８】
なお、本実施形態ではバリアフィルタ９を備えた蛍光顕微鏡を例示しているが、本発明はこれに限られず、通常の顕微鏡に適用することもできる。斯かる場合、通常の顕微鏡本体にはバリアフィルタが備えられていないため、クロック用レーザ光源１６の光をカットし、かつ観察光を透過する波長透過特性を備えたバリアフィルタをフレアカット手段として顕微鏡本体中に配置すればよい。
【００１９】
また、本実施形態ではバリアフィルタ９をフレアカット手段として用いているが、フレアカット手段の態様はこれに限られるものではない。例えば、ダイクロイックミラー８を本実施形態のバリアフィルタ９と同様にフレアカット手段として用いることもできる。
【００２０】
また例えば、顕微鏡用受光器１１の波長感度特性に基づいて、顕微鏡用受光器１１の感度の無い波長又は感度の小さい（感度が所定値以下である）波長の光を出力する光源をクロック用レーザ光源１６に採用することで、当該顕微鏡用受光器１１をフレアカット手段として機能させることもできる。この場合、一般に顕微鏡用受光器は可視光をカバーするように作られているため、クロック用レーザ光源１６には赤外や近赤外の波長域の光、又は紫外やその付近の波長域の光を出力する光源が採用されることとなる。特に、紫外やその付近の波長域の光、即ち短波長光を出力する光源をクロック用レーザ光源１６に採用すれば、解像限界が細かくなるため、サンプリングクロック発生装置３においてより細かいリニアスケールを分解することができるようになり、より細かなサンプリングクロックを発生させることが可能となるという利点がある。なお、このように顕微鏡用受光器１１をフレアカット手段として用いることは、通常の顕微鏡にも適用することができる。
【００２１】
なお、フレアカット手段の態様として挙げたバリアフィルタ９、ダイクロイックミラー８、及び顕微鏡用受光器１１のうち、いずれか１つがフレアカット手段の機能を有していればよいが、２つ又は３つがフレアカット手段の機能を有し、これらを組み合わせて用いる構成とすることもできる。
【００２２】
（第２実施形態）
図３は、本発明の第２実施形態に係る走査型顕微鏡の構成を示す図である。
なお、本実施形態及び後記第３実施形態に係る走査型顕微鏡について、上記第１実施形態と同様の構成である部分には同じ符号を付してその説明を省略し、異なる構成の部分を詳細に説明する。
【００２３】
本実施形態に係る走査型顕微鏡２５は、顕微鏡本体２６の顕微鏡用レーザ光源１３として、異なる波長のレーザ光を出力する複数の不図示のレーザ光源が用意されており、これらを切り替え又は組み合わせて同時に用いることで、照明光（励起光）の波長を切り替えて試料４を蛍光観察することが可能な構成となっている。
このため、顕微鏡本体２６のダイクロイックミラー８には、切り替えられた照明光の波長に対応する複数枚の不図示のダイクロイックミラーが不図示の切替機構によって切替可能に備えられている。
【００２４】
また、顕微鏡用レーザ光源１３からの励起光の波長が切り替えられることによって観察波長（試料４から発生する蛍光の波長）も切り替わるため、バリアフィルタも切り替えなければならない。このため本実施形態では、第１実施形態における顕微鏡本体２のバリアフィルタ９に代えて、波長透過特性の異なる複数のバリアフィルタ２９ａ，２９ｂ,２９ｃを有するバリアフィルタターレット２９を備えている（バリアフィルタ２９ｃは不図示）。このバリアフィルタターレット２９は、回転軸３０を中心に回転させることで、所望のバリアフィルタを光路内へ選択的に配置することが可能である。なお、本実施形態におけるバリアフィルタの構成はこれに限られず、複数のバリアフィルタを備えたバリアフィルタスライダを設け、これをスライドさせて所望のバリアフィルタを光路内へ選択的に配置する構成としてもよい。
【００２５】
図４は、斯かる構成の走査型顕微鏡２５において、顕微鏡用レーザ光源１３の波長（λ１ａ，λ１ｂ，λ１ｃ）を切り替えた際の観察波長λ２ａ，λ２ｂ，λ２ｃ、受光範囲Ｈａ，Ｈｂ，Ｈｃ、及びクロック用レーザ光源１６の波長λ３を示す図である。
図４（ａ）,（ｂ）,（ｃ）に示すように、励起光の波長がλ１ａ〜λ１ｃへ切り替えられることによって観察波長もλ２ａ〜λ２ｃへ切り替わる。そして、バリアフィルタターレット２９によってバリアフィルタを２９ａ〜２９ｃへ切り替えることで、観察波長λ２ａ〜λ２ｃに合わせて受光範囲もＨａ〜Ｈｃへ切り替えられる。
【００２６】
このため本走査型顕微鏡２５では、図４に示すようにバリアフィルタ２９ａ〜２９ｃを切り替えても受光範囲Ｈａ〜Ｈｃに該当しない波長域（図４（ｃ）中の斜線部分のうちで矢印で示された範囲）の光を出力するレーザ光源（本実施形態では波長λ３）をクロック用レーザ光源１６として採用している。これにより、クロック用レーザ光源１６の光がフレア光として顕微鏡本体２６へ進入しても、上記第１実施形態と同様に、これをバリアフィルタ２９ａ，２９ｂ，２９ｃによって効果的に遮る、即ちバリアフィルタ２９ａ，２９ｂ，２９ｃをフレアカット手段として機能させることができる。
以上より、本実施形態に係る走査型顕微鏡２５は、上記第１実施形態と同様の効果を奏することができる。
【００２７】
（第３実施形態）
図５は、本発明の第３実施形態に係る走査型顕微鏡の構成を示す図である。
本実施形態に係る走査型顕微鏡３５は、上記第１実施形態におけるクロック用レーザ光源１６及び顕微鏡用レーザ光源１３に代えて、異なる波長のレーザ光を出力する複数のレーザ光源３８ａ，３８ｂ，３８ｃからなる共通レーザ光源３８を備えており、２本の光ファイバ３９ａ，３９ｂを介して当該共通レーザ光源３８のレーザ光を顕微鏡本体３６及びクロック信号発生装置３７へそれぞれ導くように構成されている。
【００２８】
ここで、一般に蛍光顕微鏡においては、試料で発生した蛍光のみを顕微鏡用受光器へ導くために、顕微鏡用レーザ光源の光は、ダイクロイックミラーによって反射され、またバリアフィルタによってカットされるように構成されている。
このため、本実施形態に係る走査型顕微鏡３５は、上述した構成によってサンプリングクロック発生装置３７の使用波長を顕微鏡本体３６と同じにすることで、サンプリングクロック発生装置３７内部で発生したフレア光が顕微鏡本体３６へ進入しても、これをダイクロイックミラー８やバリアフィルタ９によって効果的に遮る、即ちダイクロイックミラー８及びバリアフィルタ９をフレアカット手段として機能させることができる。
したがって、本実施形態に係る走査型顕微鏡３５も、上記第１実施形態と同様の効果を奏することができる。
【００２９】
なお、本実施形態に係る走査型顕微鏡３５は、上述のように共通レーザ光源３８の光を２本の光ファイバ３９ａ，３９ｂを介して顕微鏡本体３６及びサンプリングクロック発生装置３７へそれぞれ導く構成であるが、共通レーザ光源３８の構成はこれに限られない。例えば、共通レーザ光源３８の光を１本のファイバによって顕微鏡本体３６とサンプリングクロック発生装置３７の一方に導いた後、この光をその内部で分岐しさらに他方へ引き回して導く構成としてもよい。
【００３０】
また、本実施形態に係る走査型顕微鏡３５は、顕微鏡本体３６の励起光の波長とサンプリングクロック発生装置３７の使用波長を同じにするために共通レーザ光源３８を用いているが、これに限られず顕微鏡本体３６及びサンプリングクロック発生装置３７が同じ波長の光を出力する光源をそれぞれ備える構成としてもよい。したがって本実施形態の共通レーザ光源３８は、光源の数を減らして構成の簡素化を図るという利点も有している。
【００３１】
以上、各実施形態によれば良好な観察画像を得ることが可能な走査型顕微鏡を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の第１実施形態に係る走査型顕微鏡の構成を示す図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係る走査型顕微鏡における顕微鏡用レーザ光源の波長、観察波長、その受光範囲、及びクロック用レーザ光源の波長を示す図である。
【図３】本発明の第２実施形態に係る走査型顕微鏡の構成を示す図である。
【図４】本発明の第２実施形態に係る走査型顕微鏡において、顕微鏡用レーザ光源の波長を切り替えた際の観察波長、受光範囲、及びクロック用レーザ光源の波長を示す図である。
【図５】本発明の第３実施形態に係る走査型顕微鏡の構成を示す図である。
【符号の説明】
【００３３】
１，２５，３５    走査型顕微鏡
２，２６，３６    顕微鏡本体
３，２７，３７    サンプリングクロック発生装置
４      試料
７      二次元走査部
８      ダイクロイックミラー
９，２９ａ，２９ｂ    バリアフィルタ
１１    顕微鏡用受光器
１３    顕微鏡用レーザ光源
１６    クロック用レーザ光源
２３    画像処理制御部
３８    共通レーザ光源
【図１】
2009015246.tif 000003
【図２】
2009015246.tif 000004
【図３】
2009015246.tif 000005
【図４】
2009015246.tif 000006
【図５】
2009015246.tif 000007