(57)【要約】【課題】  瞳位置の調整のための機械的に複雑な構成を必要とせずに簡単な構成で、フォーカシングを容易に行うことができるフォーカシング光学系を有する光学系およびこれを用いたレーザ顕微鏡を提供する。【解決手段】  光学系を構成するレンズ光学系のうち少なくとも１つは、光軸方向の位置が固定された固定群１３と、この固定群１３の前側に配置され光軸方向に移動可能な移動群１２との２つのレンズ群とを有し、移動群の前側焦点位置より移動群の焦点距離に相当する長さだけさらに前側の位置に、入射瞳位置を設定したフォーカシング光学系４とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のレンズ光学系を有し、隣接するレンズ光学系について、光の入射方向から見て前側に位置する前記レンズ光学系の射出瞳、および、後側に位置する前記レンズ光学系の入射瞳を、光学的に一致させるようにした光学系において、
前記複数のレンズ光学系のうち少なくとも１つは、光軸方向の位置が固定された固定群と、該固定群の前側に配置され光軸方向に移動可能な移動群との２つのレンズ群とを有し、前記移動群の前側焦点位置より前記移動群の焦点距離に相当する長さだけさらに前側の位置に、入射瞳位置を設定したフォーカシング光学系をもって構成したことを特徴とする光学系。
【請求項２】
前記入射瞳位置またはその共役位置に光学素子を配置したことを特徴とする請求項１に記載の光学系。
【請求項３】
複数のレンズ光学系を有し、隣接するレンズ光学系について、光の入射方向から見て前側に位置する前記レンズ光学系の射出瞳、および、後側に位置する前記レンズ光学系の入射瞳を、光学的に一致させるようにした光学系において、
前記複数のレンズ光学系のうち少なくとも１つは、光軸方向の位置が固定された固定群と、該固定群の後側に配置され光軸方向に移動可能な移動群との２つのレンズ群とを有し、前記移動群の後側焦点位置より前記移動群の焦点距離に相当する長さだけさらに後側の位置に、射出瞳位置を設定したフォーカシング光学系をもって構成したことを特徴とする光学系。
【請求項４】
前記射出瞳位置またはその共役位置に光学素子を配置することを特徴とする請求項３に記載の光学系。
【請求項５】
前記光学素子は、光路の傾きを変化させるミラーであることを特徴とする請求項２または４に記載の光学系。
【請求項６】
前記光学素子は、通過する光の径を調整する絞りであることを特徴とする請求項２または４に記載の光学系。
【請求項７】
前記光学素子は、２つの光路を空間的に同軸に重ね合わせるためのビームスプリッタであることを特徴とする請求項２または４に記載の光学系。
【請求項８】
前記光学素子は、瞳を２分割するためのプリズムであることを特徴とする請求項２または４に記載の光学系。
【請求項９】
前記固定群を前記フォーカシング光学系の射出瞳位置と一致させて配置し、前記移動群の光軸に垂直な平面内で前記固定群を移動可能に構成したことを特徴とする請求項１に記載の光学系。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか一項に記載の光学系を含むレーザ顕微鏡。
【請求項１１】
前記レーザ顕微鏡は、多光子励起蛍光顕微鏡であることを特徴とする請求項１０に記載のレーザ顕微鏡。
【請求項１２】
前記レーザ顕微鏡は、二波長励起顕微鏡であることを特徴とする請求項１０に記載のレーザ顕微鏡。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フォーカシング光学系を有する光学系およびこれを用いたレーザ顕微鏡装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
レーザ顕微鏡等の照明光学系においては、複数のレンズ光学系を、その各レンズ光学系の瞳を対物レンズの入射瞳を起点として、繋ぎ合わせて全体の光学系を構成している。より具体的には、隣接するレンズ光学系の間で、入射側に位置するレンズ光学系の射出瞳と出射側に位置するレンズ光学系の入射瞳とを一致させるようにして光学系を構成しているとともに、この瞳位置にガルバノミラーなどの光軸を変位させる偏向光学素子を配置するようにしている。このような構成にすることによって、偏向光学素子によってレーザ光の向きを変位させても、レーザ光が対物レンズの瞳から外れることがないという点で利点がある。
【０００３】
また、この瞳の繋ぎ合わせによる光学系の構成は光学系の調整を行ううえでも有利である。たとえば、光学機器に外部からレーザ光を導入するための光軸合わせのために、光学機器内部の入射瞳を瞳投影光学系により光学機器の外部に投影し、その投影された外部瞳の光軸にレーザ光の光軸を略一致させることによって、外部から光学機器内部へ導入するレーザ光の光軸合わせを行うようにしたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
一方、レーザ顕微鏡等においては、レーザ光源からのレーザ光を、フォーカシングビームエキスパンダを用いてビーム径を拡大して、対物レンズの入射瞳を満たすようにして顕微鏡に入射させることが多い。このようなフォーカシングビームエキスパンダとして、従来、図１２（ａ）に示すような２枚の凸レンズＬ１，Ｌ２をアフォーカルに構成したケプラータイプや、図１２（ｂ）に示すような１組の凹レンズＬ１’および凸レンズＬ２をアフォーカルに構成したガリレオタイプの４ｆ光学系が知られている。
【０００５】
図１２（ａ），（ｂ）に示すフォーカシングビームエキスパンダでは、入射側のレンズＬ１，Ｌ１’を光軸方向に移動させることにより、出射側のレンズＬ２を透過する光束の状態を変化させて、フォーカシングを行うことができる。
【０００６】
【特許文献１】特開第２００６−２９２７８２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上述したフォーカシングビームエキスパンダのような４ｆ光学系においては、一般に、入射側レンズの前側焦点位置に入射瞳位置ＥｎＰを、出射側レンズの後側焦点位置に射出瞳位置ＥｘＰを設定している。なお、入射側レンズが凹レンズの場合、その前側焦点位置は前方からの見かけ上入射側レンズよりも後方にあり、そこを入射瞳位置ＥｎＰと設定する。このため、移動群を光軸方向にずらすと、これに伴って射出瞳位置も移動して、その後の光学系において瞳の繋ぎ合わせにずれが生じ、その結果、レーザ光のケラレが生じて、光量の損失、コントラストの低下、照明むらなどが発生することになる。
【０００８】
これを防止するためには、偏向光学素子の位置を調整する位置調整機構を設けて、瞳位置の移動とともに偏向光学素子を移動させなければならず、構成が複雑になるという問題がある。
【０００９】
したがって、かかる点に着目してなされた本発明の目的は、瞳位置の調整のための機械的に複雑な構成を必要とせずに簡単な構成で、フォーカシングを容易に行うことができるフォーカシング光学系を有する光学系およびこれを用いたレーザ顕微鏡を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成する請求項１に記載の光学系の発明は、
複数のレンズ光学系を有し、隣接するレンズ光学系について、光の入射方向から見て前側に位置する前記レンズ光学系の射出瞳、および、後側に位置する前記レンズ光学系の入射瞳を、光学的に一致させるようにした光学系において、
前記複数のレンズ光学系のうち少なくとも１つは、光軸方向の位置が固定された固定群と、該固定群の前側に配置され光軸方向に移動可能な移動群との２つのレンズ群とを有し、前記移動群の前側焦点位置より前記移動群の焦点距離に相当する長さだけさらに前側の位置に、入射瞳位置を設定したフォーカシング光学系をもって構成したことを特徴とするものである。
【００１１】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の光学系において、
前記入射瞳位置またはその共役位置に光学素子を配置したことを特徴とするものである。
【００１２】
さらに、上記目的を達成する請求項３に記載の光学系の発明は、
複数のレンズ光学系を有し、隣接するレンズ光学系について、光の入射方向から見て前側に位置する前記レンズ光学系の射出瞳、および、後側に位置する前記レンズ光学系の入射瞳を、光学的に一致させるようにした光学系において、
前記複数のレンズ光学系のうち少なくとも１つは、光軸方向の位置が固定された固定群と、該固定群の後側に配置され光軸方向に移動可能な移動群との２つのレンズ群とを有し、前記移動群の後側焦点位置より前記移動群の焦点距離に相当する長さだけさらに後側の位置に、入射瞳位置を設定したフォーカシング光学系をもって構成したことを特徴とするものである。
【００１３】
請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の光学系において、
前記射出瞳位置またはその共役位置に光学素子を配置することを特徴とするものである。
【００１４】
請求項５に記載の発明は、請求項２または４に記載の光学系において、
前記光学素子は、光路の傾きを変化させるミラーであることを特徴とするものである。
【００１５】
請求項６に記載の発明は、請求項２または４に記載の光学系において、
前記光学素子は、通過する光の径を調整する絞りであることを特徴とするものである。
【００１６】
請求項７に記載の発明は、請求項２または４に記載の光学系において、
前記光学素子は、２つの光路を空間的に同軸に重ね合わせるためのビームスプリッタであることを特徴とするものである。
【００１７】
請求項８に記載の発明は、請求項２または４に記載の光学系において、
前記光学素子は、瞳を２分割するためのプリズムであることを特徴とするものである。
【００１８】
請求項９に記載の発明は、請求項１に記載の光学系において、
前記固定群を前記フォーカシング光学系の射出瞳位置と一致させて配置し、前記移動群の光軸に垂直な平面内で前記固定群を移動可能に構成したことを特徴とするものである。
【００１９】
さらに、上記目的を達成する請求項１０に記載のレーザ顕微鏡の発明は、
請求項１〜９のいずれか一項に記載の光学系を含むことを特徴とするものである。
【００２０】
請求項１１に記載の発明は、請求項１０に記載のレーザ顕微鏡において、
前記レーザ顕微鏡は、多光子励起蛍光顕微鏡であることを特徴とするものである。
【００２１】
請求項１２に記載の発明は、請求項１０に記載のレーザ顕微鏡において、
前記レーザ顕微鏡は、二波長励起顕微鏡であることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、光学系を構成するレンズ光学系のうち少なくとも１つは、光軸方向の位置が固定された固定群と、この固定群の前側に配置され光軸方向に移動可能な移動群との２つのレンズ群とを有し、移動群の前側焦点位置より移動群の焦点距離に相当する長さだけさらに前側の位置に、入射瞳位置またはその共役位置を設定したフォーカシング光学系としたので、瞳位置の調整のための機械的に複雑な構成を必要とせずに簡単な構成で、フォーカシングを容易に行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明の実施の形態について、図を参照して説明する。
【００２４】
[第１実施の形態]
図１は、本発明の第１実施の形態に係るレーザ顕微鏡を示す概略構成図である。本実施の形態に係るレーザ顕微鏡は、レーザ光源１から射出したレーザ光を、ミラー２を経て光軸傾き調整ミラー３に入射させ、さらに、フォーカシング位置を調整するためのフォーカシング光学系４および４ｆ光学系である瞳投影光学系５を経て、レーザ顕微鏡本体６に入射させるように構成している。レーザ顕微鏡本体６では、瞳投影光学系５からの入射光をガルバノミラー７、瞳レンズ９、結像レンズ１０および対物レンズ１１を経てこの標本８に集光させるようにしている。ここで、ガルバノミラー７は標本８上の一定の視野範囲を２次元走査するためのミラーである。また、光軸傾き調整ミラー３は、ミラー中心を回転の中心とするジンバルミラーであり、ガルバノミラー７に入射するレーザビームの角度を変化させて、標本８上で観察できる視野範囲の位置（以下、視野位置と呼ぶ）を調整するためのものである。さらに、瞳レンズ９と結像レンズ１０とは、アフォーカル光学系を形成し、ガルバノミラー７を対物レンズ１１の入射瞳位置に所定の倍率で投影している。
【００２５】
以下に、図１のフォーカシング光学系４について、図２に示す部分拡大図を用いて説明する。このフォーカシング光学系４は、ケプラータイプの光学系において、レーザ光源１側（以下、これを前側とする）のレンズ群をフォーカシング操作のための移動群１２とし、標本８側（以下、これを後側とする）のレンズ群を固定群１３とするものである。移動群１２および固定群１３は、正の焦点距離を有し、薄肉レンズ近似でそれぞれ焦点距離ｆ１およびｆ２の凸レンズとして扱うことができる。この例では、移動群１２と固定群１３との間隔はｆ１＋ｆ２であり、また、移動群１２の前側焦点位置から移動群１２の焦点距離ｆ１に相当する距離だけ前側の位置、すなわち移動群１２から２ｆ１間隔を隔てて前側の位置に入射瞳位置ＥｎＰを設定する。このようにすると、移動群１２によるＥｎＰの投影位置、すなわち、移動群１２から後側に２ｆ１間隔を隔てた位置が中間瞳位置Ｐとなり、これが固定群１３によって投影される位置が射出瞳位置ＥｘＰとなる。本実施の形態の構成では、ＥｘＰは移動群１２と固定群１３との間に形成される。
【００２６】
つぎに、本実施の形態の作用について説明する。図３（ａ）は、フォーカシング光学系４の移動群１２の入射瞳位置と中間瞳位置との関係を示す説明図である。図３（ａ）において、移動群１２から前側に距離ａを隔てた位置に入射瞳位置ＥｎＰがあり、また移動群１２から後側に距離ｂを隔てた位置に移動群１２の射出瞳位置でもある中間瞳位置Ｐがあるものとする。入射瞳位置と射出瞳位置とは共役の関係にあるため、下記の式（１）が成立し、この式（１）から式（２）が得られる。
【００２７】
【数１】
2009058776.tif 000003
【００２８】
次に、フォーカシング光学系４の移動群１２を図３（ａ）の状態から、図３（ｂ）に示すように光軸方向に距離ｘだけ移動させた場合について説明する。この場合、中間瞳位置Ｐの変位量をｄとすると、下記の式（３）が成立し、この式（３）と上記式（２）とから、ｘの移動量に対するｄの変位量を示す式（４）が得られる。
【００２９】
【数２】
2009058776.tif 000004
【００３０】
上記式（４）から、移動群１２の移動量ｘが小さければ、ａ＝２ｆ１が成立するときに中間瞳位置Ｐの変位量ｄは極めて小さく抑制される。すなわち、入射瞳位置ＥｎＰが、移動群１２の２ｆ１前側にあるときは、移動群１２の光軸方向の位置が変位しても、中間瞳位置Ｐは殆ど変位しないことになる。
【００３１】
また、図２のフォーカシング光学系４の射出瞳位置ＥｘＰは、射出側レンズ群である固定群１３による中間瞳位置Ｐの投影位置である。したがって、射出瞳位置ＥｘＰの変位量δは、中間瞳位置Ｐの変位がほぼ０であれば、ほとんど０となる。以下、これについて証明する。
【００３２】
まず、図２において、中間瞳位置Ｐの移動群１２からの距離ｂ１は、上記式（１）において、ａ＝２ｆ１＋ｘ，ｂ＝ｂ１とおくことによって次のように表される。
【００３３】
【数３】
2009058776.tif 000005
【００３４】
さらに、固定群１３による中間瞳位置Ｐの投影位置ＥｘＰの移動距離δは、上記式（１）において、ａ→（ｆ１＋ｆ２）−ｘ−ｂ１，ｆ１→ｆ２と置き換えることによって、次のように表される。
【００３５】
【数４】
2009058776.tif 000006
【００３６】
つぎに、比較のために、従来の４ｆ光学系について説明する。図４は、従来のケプラータイプのフォーカシングビームエキスパンダにおけるレンズと入射瞳および射出瞳の位置関係を示すものである。図４において、δ’はレンズＬ１の移動量ｘに対する射出瞳の変位量である。レンズＬ１による入射瞳位置ＥｎＰの投影位置のレンズＬ１からの距離をｂ１とすると、上記式（１）から下記の数式が成り立つ。
【００３７】
【数５】
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【００３８】
また、レンズＬ２による射出瞳位置ＥｘＰの変位量δ’は、上記式（１）において、ａ→（ｆ１＋ｆ２）−ｘ−ｂ１，ｂ→ｆ２＋δ’，ｆ１→ｆ２と置き換えることによって、下記の式（６）のように表される。
【００３９】
【数６】
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【００４０】
図５は、上記式（５）および（６）から得られる移動群の変位量ｘに対する、フォーカシング光学系４の射出瞳位置の変位量δ、および、従来例のケプラータイプの４ｆ光学系における射出瞳位置の変位量δ’とを比較して示す図である。ここでは、ｆ１＝１００ｍｍ，ｆ２＝２００ｍｍとしている。図５から明らかなように、焦点位置調節幅±０．１レンズ度数（ｄｉｏｐｔｏｒ）に必要なレンズ移動量ｘに対して、従来技術のケプラータイプの４ｆ光学系では、射出瞳位置の変位量δ’は、３０ｍｍ以上ときわめて大きい。これに対して、本実施の形態にかかるフォーカシング光学系４では、射出瞳位置の変位量δは、１ｍｍ程度と極めて小さくすることができる。
【００４１】
なお、フォーカシング光学系４としては、ガリレオタイプの光学系とすることもできる。この場合は、図６に示すように、前側のレンズ群を負の焦点距離（ｆ１’）を有する固定群１４とし、後側のレンズ群をフォーカシング操作を行うための正の焦点距離（ｆ２）を有する移動群１５とする。また、移動群１５の後側焦点位置から移動群の焦点距離に相当する距離だけ後側に、射出瞳位置ＥｘＰを設定する。これは、薄肉レンズ近似では、射出側の移動群１５から２ｆ２だけ後側の位置となる。この場合も、図２のケプラータイプの光学系と同様の算式により、移動群１５をフォーカシングのために光軸方向に移動させても、射出瞳位置ＥｘＰの変位量を極めて小さくすることができる。
【００４２】
次に、以上を踏まえて、本実施の形態のレーザ顕微鏡における照明光学系の瞳位置の配置について、図１を用いてさらに説明する。まず、光軸傾き調整ミラー３の中心をフォーカシング光学系４の入射瞳位置ＥｎＰと一致するように配置する。また、フォーカシング光学系４の射出瞳位置ＥｘＰは、焦点距離の等しいレンズ１６，１７を有する４ｆ瞳投影光学系５の入射瞳位置に一致させる。さらに、瞳投影光学系５の射出瞳位置は、ガルバノミラー７の回動中心と一致させる。これによって、光軸傾き調整ミラー３とガルバノミラー７とは共役関係となる。さらに、瞳レンズ９および結像レンズ１０によって、ガルバノミラー７の中心位置は対物レンズ１１の入射瞳位置と共役の関係となるように構成する。なお、レンズ１６とレンズ１７との焦点距離の比率を変えることにより、光軸傾き調整ミラー３のガルバノミラー７への投影倍率を調整できることは、言うまでもない。
【００４３】
次に、本実施の形態に係るレーザ顕微鏡の動作について説明する。レーザ光源１よりレーザ光を射出すると、このレーザ光は、ミラー２、光軸傾き調整ミラー３、フォーカシング光学系４、瞳投影光学系５を経て、レーザ顕微鏡本体６のガルバノミラー７に入射する。さらに、ガルバノミラー７で顕微鏡内に導入されたレーザ光は、瞳レンズ９、結像レンズ１０および対物レンズ１１を経て標本８に集光される。標本８においてレーザ光が照射された位置からは、標本情報を含む信号光が発生する。この信号光は、図示しない検出手段により検出される。このレーザ光の照射においては、ガルバノミラー７を走査することによって、所定の視野範囲について標本８を走査し、検出した信号情報を図示しない画像処理手段によって処理することによって、顕微鏡画像を形成する。
【００４４】
次に、本実施の形態に係るレーザ顕微鏡によって観察する視野位置を変更する方法について説明する。視野位置の変更は、光軸傾き調整ミラー３の傾きを調整することによって行う。これによって、光軸傾き調整ミラー３を出射するレーザ光の傾きは変化するが、瞳位置に配置されたガルバノミラー７を経由して対物レンズ１１の入射瞳を透過し、異なる視野位置を照射する。このとき、光軸傾き調整ミラー３、ガルバノミラー７および対物レンズ１１の入射瞳との共役関係が保たれるため、光束のケラレが生じないので、光量の損失や照明むらは生じない。
【００４５】
つぎに、標本８におけるレーザビームの集光高さであるフォーカシング位置の調整について説明する。フォーカシング光学系４の移動群１２を光軸方向へ移動調整する。これによって、レーザ光源１からミラー２および光軸傾き調整ミラー３を経てフォーカシング光学系４に入射したレーザ光は、移動群１２において、収束角または発散角が変更される。その後、このレーザ光は、瞳投影光学系５、ガルバノミラー７、瞳レンズ９、結像レンズ１０を経て対物レンズ１１の入射瞳を透過し標本８を照射するが、前述の収束角または発散角の変化は、それぞれの光路におけるレーザ光の収束角または発散角の変化として伝播し、標本８上におけるフォーカシング位置を変化させる。
【００４６】
このとき、光軸傾きミラー３の中心位置とガルバノミラー７の中心位置および対物レンズ１１の入射瞳位置とは共役関係に保たれ、上記で説明したのと同様に光軸傾きミラー３を通過したレーザ光の光束は、対物レンズ１１の入射瞳に入射し、光束のケラレが生じないので、光量の損失や照明むらは生じない。さらに、瞳位置がずれないので、光軸傾きミラー３をフォーカシング操作とは独立して、さらに操作して、観察対象の視野位置を調整することも可能となる。
【００４７】
以上説明したように、本実施の形態によれば、フォーカシング光学系４の入射瞳位置ＥｎＰを移動群１２から２ｆ１間隔を隔てて前側の位置に設定したので、移動群１２の移動による射出瞳の位置の変位量を極めて小さく抑えることができる。したがって、瞳位置調整用の複雑な機械的構成を必要とせずに、フォーカシングを容易に行うとともに、このフォーカシング操作とは独立して標本上の視野位置を調整することが可能となる。
【００４８】
さらに、本実施の形態では、図２において説明したように射出瞳位置ＥｘＰを、フォーカシング光学系４の内部に設定するようにしたので、フォーカシング光学系４とこの後側に位置する瞳投影光学系５との距離を短くでき、装置全体をコンパクトにできるという利点もある。
【００４９】
[第２実施の形態]
図７は、本発明の第２実施の形態に係る照明光学系を有するレーザ顕微鏡を示す概略構成図である。本実施の形態は、第１実施の形態において、光軸傾き調整ミラー３を用いることなく、標本上の視野位置を調整可能に構成したものである。このため、本実施の形態は、第１実施の形態の構成からミラー２および光軸傾き調整ミラー３を取り除き、さらに、図７（ｂ）に示すように、フォーカシング光学系４の移動群１２および固定群１３は等しい正の焦点距離ｆを有するレンズ群として、移動群１２と固定群１３との距離を２ｆとすることにより、射出瞳位置ＥｘＰを固定群１３の位置と一致させるとともに、この射出瞳位置ＥｘＰで固定群１３を光軸と直交する平面内で移動可能に構成している。さらに、瞳投影光学系５は、レンズ１６の焦点距離よりもレンズ１７の焦点距離が大きいケプラータイプのビームエキスパンダとなっている。その他の構成および動作は、第１実施の形態と同様であるので、同一構成要素には同一参照符号を付して説明を省略する。
【００５０】
本実施の形態においては、固定群１３を光軸に垂直な平面内で移動させると、固定群１３から出射するレーザ光の向きが変化し、その出射レーザ光は、瞳投影光学系５でビーム径が拡張された後、この固定群１３が位置する射出瞳位置ＥｘＰと共役な位置にあるガルバノミラー７の中心に入射し、このガルバノミラー７から、瞳レンズ９および結像レンズ１０を経て、対物レンズ１１の入射瞳を、変更された角度で透過する。このため、第１実施の形態と同様に変更した視野位置でのレーザ顕微鏡による観察が可能になる。
【００５１】
また、本実施の形態でも、移動群１２を移動させても射出瞳位置ＥｘＰの変位を極めて小さく抑制できるので、照明光学系内の各瞳位置の変位を極めて小さく抑制しつつ、第１実施の形態と同様に、移動群１２を光軸方向に移動させることにより、標本８に対するフォーカシング位置を変更した顕微鏡画像を得ることができる。
【００５２】
以上のように、本実施の形態によれば、フォーカシング光学系４の射出瞳位置ＥｘＰを固定群１３と一致させ、この固定群１３を光軸と垂直な平面内で移動することによって出射するレーザ光の向きを変化させて視野位置を変更するようにしたので、第１実施の形態よりも構成をより簡単にすることができる。また、本実施の形態では、瞳投影光学系５に瞳の投影倍率を拡大する機能を持たせることにより、第１実施の形態に比較して瞳投影光学系５のレンズ１６およびフォーカシング光学系４の固定群１３の焦点距離を小さくできるため、全体的にコンパクトな構成とすることができる。
【００５３】
[第３実施の形態]
図８は、本発明の第３実施の形態に係る照明光学系を有するレーザ顕微鏡を示す概略構成図である。本実施の形態は、第２実施の形態において、フォーカシング光学系４の入射瞳位置ＥｎＰに可変絞り１８を設けたものである。その他の構成および動作は、第２実施の形態と同様であるので、同一構成要素には同一参照符号を付して説明を省略する。
【００５４】
このように、可変絞り１８を設ければ、第２実施の形態の効果に加えて、可変絞り１８を調整することによって、通過するレーザ光のビーム径を拡大または縮小することができるので、対物レンズ１１に入射するレーザのビーム径を制限して、余分な光による顕微鏡画像のコントラストの低下を防ぎつつ、最適な開口数となるように調整することができる。また、フォーカシング光学系４の入射瞳位置に可変絞り１８を配置したので、フォーカシング光学系４によるフォーカシング位置の調整とは独立して、対物レンズ１１に入射するビーム径を調整することができる。
【００５５】
[第４実施の形態]
図９は、本発明の第４実施の形態に係る照明光学系を有するレーザ顕微鏡を示す概略構成図である。本実施の形態は、第２実施の形態と同様な装置構成のレーザ顕微鏡を使用しつつ、標本で反射して発生した信号光を分離して検出する機構を付加したものである。このため、本実施の形態では、第２実施の形態における可変絞り１８に代えて直角プリズム１９をフォーカシング光学系４の入射瞳位置ＥｎＰに配置するとともに、偏心角度調整ミラー２０と検出器２１とをさらに設けている。偏心角度調整ミラー２０は、レーザ光源１と直角プリズム１９との間に設けられて、レーザ光源１からのレーザ光を直角プリズム１９の反射面に導くように構成される。直角プリズム１９は、フォーカシング光学系４の入射瞳位置ＥｎＰで、直角プリズムの直角を成す稜線により、光軸を通る直線で入射瞳を２分割するように配置する。したがって、対物レンズ１１の入射瞳も光軸を通る直線で２分割されることになる。
【００５６】
このようにして、レーザ光源１からの光を、偏心角度調整ミラー２０を経て直角プリズム１９の反射面で反射させて、フォーカシング光学系４の入射瞳の一方の領域から入射させることにより、対物レンズ１１の入射瞳の一方の領域に偏心して入射させて、標本８に斜めから集光させる。
【００５７】
また、標本８で反射して発生した信号光は、対物レンズ１１の入射瞳の他方の領域を経て、フォーカシング光学系４の入射瞳ＥｎＰの他方の領域から出射させ、さらに、直角プリズム１９で反射させて、検出器２１で検出する。検出された信号は、図示しない画像処理手段によって処理することによって顕微鏡画像が得られる。また、偏心角度調整ミラー２０を操作することによって、レーザ光の直角プリズム１９への入射位置を変化させると、標本８へのレーザ光の射出角度を調整することができる。ここで、移動群１２を操作してフォーカシングを行っても、直角プリズム１９と対物レンズ１１との共役関係は保たれるため、標本上のレーザ光の入射角度が一定のまま保たれる。その他の構成および動作は、第１実施の形態と同様であるので、同一構成要素には同一参照符号を付して説明を省略する。
【００５８】
以上のように、本実施の形態によれば、フォーカシング光学系４の入射瞳位置ＥｎＰに直角プリズム１９を配置して入射瞳を２分割したので、レーザ光の光路と標本で反射されて発生した信号光の光路とを分離して、信号光を容易に検出することができる。また、直角プリズム１９に入射するレーザ光の位置を偏心角度調整ミラー２０で調整できるようにしたので、フォーカシング光学系４による標本８上のフォーカシング位置の調整と独立して、標本８におけるレーザ光の入射角度を調整できるという利点がある。
【００５９】
[第５実施の形態]
図１０は、本発明の第５実施の形態に係るレーザ顕微鏡を示す概略構成図である。本実施の形態は、波長の異なる２つのレーザ光源からのレーザ光を、空間的に同軸にして標本８に集光する２波長レーザ顕微鏡に係るものである。
【００６０】
このため、本実施の形態では、第１実施の形態に示した照明光学系に加え、レーザ光源２２、ミラー２３、光軸傾き調整ミラー２４、移動群２６および固定群２７を有するフォーカシング光学系２５を設けるとともに、フォーカシング光学系４および瞳投影光学系５の間にダイクロイックミラー２８を設ける。レーザ光源２２より射出したレーザ光は、ミラー２３、光軸傾き調整ミラー２４、およびフォーカシング光学系２５を経て、ダイクロイックミラー２８で反射させ、レーザ光源１から射出したレーザ光は、ミラー２、光軸傾き調整ミラー３およびフォーカシング光学系４を経てダイクロイックミラー２８を透過させて、レーザ光源２２からのレーザ光の光路と重ね合わせるように構成している。さらに、光軸傾き調整ミラー２４は、移動群２６の前側焦点位置から移動群２６の焦点距離に相当する距離前方に配置する。すなわち、光軸傾き調整ミラー２４は、ガルバノミラー７の中心および対物レンズ１１の瞳位置と共役関係にある位置に配置される。その他の構成は、第１実施の形態と同様であるので、同一構成要素には同一参照符号を付して説明を省略する。
【００６１】
次に、本実施の形態に係るレーザ顕微鏡の動作について説明する。まず、レーザ光の射出から顕微鏡画像の形成までの動作について説明する、レーザ光源１およびレーザ光源２２から射出した波長の異なるレーザ光は、上述のような構成によってダイクロイックミラー２８で空間的に同軸に重ね合わされる。ダイクロイックミラー２８で合成された２波長のレーザ光は、第１実施の形態と同様に、ガルバノミラー７により標本８上の視野範囲で走査され、これにより発生する信号情報は、図示しない検出手段および画像処理手段によって検知され処理されて顕微鏡画像を形成する。
【００６２】
次に、本実施の形態における光学系の調整について説明する。標本上でのフォーカシング位置を調整する場合は、第１実施の形態で説明したように、レーザ光源１からのレーザ光については移動群１２を光軸方向に移動させ、同様に、レーザ光源２２からのレーザ光については移動群２６を光軸方向に移動させることによって、調整することができる。また、視野位置を調整する場合は、第１実施の形態で説明したように、レーザ光源１からのレーザ光については光軸傾き調整ミラー３を調整し、同様に、レーザ光源２２からのレーザ光については光軸傾き調整ミラー２４を調整することによって、調整することができる。さらに、第１実施の形態で説明したように、移動群１２および移動群２６を光軸方向に変位させても、フォーカシング光学系４の入射瞳位置およびフォーカシング光学系２５の入射瞳位置の変位が非常に小さく抑制されるので、上述した標本上のフォーカシング位置の調整と視野位置の調整とはそれぞれ独立に行うことができる。
【００６３】
以上のように、本実施の形態によれば、異なる波長のレーザ光を、フォーカシング光学系４，２５を介した後重ね合わせる構成をとることによって、独立してフォーカシング位置および視野位置の調整ができるので、２つのレーザ光を標本上で集光位置を精度良く合致させて同時にまたは選択的に照射する、コヒーレント・アンチストークス・ラマン顕微鏡、蛍光相互相関分光顕微鏡、蛍光超解像顕微鏡などにおいて、レーザ光の照射位置の調整を容易に行うことができ、顕微鏡観察の精度を向上することができる。さらに、ダイクロイックミラー２８を用いて、波長の異なるレーザ光を合成するようにしたので、レーザ光の利用効率を高めることができる。
【００６４】
[第６実施の形態]
図１１は、本発明の第６実施の形態に係る照明光学系を有するレーザ顕微鏡を示す概略構成図である。本実施の形態は、第５実施の形態において、光軸傾き調整をより容易に行えるようにしたものである。このため、本実施の形態では、第５実施の形態からミラー２，２３および光軸傾き調整ミラー３，２４を除去し、フォーカシング光学系４を負の焦点距離を有する固定群１４および正の焦点距離を有する移動群１５からなるガリレオタイプに変更し、フォーカシング光学系２５も同様に負の焦点距離を有する固定群２９および正の焦点距離を有する移動群３０からなるガリレオタイプに変更し、さらにダイクロイックミラー２８を傾き調整可能な光軸傾き調整ビームスプリッタ３１に置き換えた構成とする。また、図６で説明したように、フォーカシング光学系４，２５の射出瞳位置は、移動群１５，３０の後側に位置するため、この位置に光軸傾き調整ビームスプリッタ３１を配置する。その他の構成は、第５実施の形態と同様であるので、同一構成要素には同一参照符号を付して説明を省略する。
【００６５】
本実施の形態におけるレーザ顕微鏡の動作について説明する。まず、レーザ光の射出から顕微鏡画像の形成までの動作は、ミラー２，２３および光軸傾き調整ミラー３，２４が無いことを除けば、第５実施の形態と同様である。
【００６６】
本実施の形態では、レーザ光源１から射出するレーザ光の中心と、レーザ光源２２から射出されるレーザ光の中心とを、光軸傾き調整ビームスプリッタ３１の中心に入射するように調整し、さらに、これらの光軸の方向が一致するように光軸傾き調整ビームスプリッタ３１の角度を調整する。また、それぞれのレーザ光の標本８におけるフォーカシング位置は、移動群１５および３０の光軸方向の位置を変位させることで調整することができる。このとき射出瞳位置の変化が極めて小さく抑制されるので、光軸傾き調整ビームスプリッタ３１の調整は、このフォーカシング位置の調整とは独立して行うことができる。
【００６７】
以上のように、本実施の形態によれば、フォーカシング光学系４，２５をガリレオタイプに変更し、その射出瞳位置に光軸傾きビームスプリッタ３１を配置することにより、第５実施の形態に比較して簡単かつ安価な構成で、フォーカシング位置の調整と独立して、２つのレーザ光の光軸合わせを行うことができる。
【００６８】
なお、本発明は、上記実施の形態にのみ限定されるものではなく、幾多の変形または変更が可能である。たとえば、本発明は上述したレーザ顕微鏡の照明光学系に限らず、画像を伝達する結像光学系であっても同様に適用することができる。
【００６９】
また、本発明の各実施の形態は、移動群１２と固定群１３との間隔は（ｆ１＋ｆ２）となっているが、この間隔は（ｆ１＋ｆ２）以外にも任意に設定することができる。例えば、図１３に示すように、移動群１２の焦点距離ｆ１と固定群１３の焦点距離ｆ２とをｆ１＞ｆ２とし、光軸方向に移動可能な移動群１２の前側２ｆ１の位置に入射瞳位置ＥｎＰを配置し、後側２ｆ１の位置に垂直方向に移動可能な固定群１３を配置することにより、入射瞳位置ＥｎＰの投影位置Ｐを、固定群１３と一致させる。また、この投影位置Ｐとレンズ１７を介して共役な位置にガルバノミラー７を配置する。このようにすれば、入射瞳ＥｎＰを、固定群１３に位置する中間瞳を経て、ガルバノミラー７の位置に投影できる。また、移動群と固定群との間隔は、（ｆ１＋ｆ２）よりも長い２ｆ１となり、固定群１３を射出したビームは収束光となる。従って、瞳投影光学系を一枚のレンズで構成できるようになり、フォーカシング光学系と瞳投影光学系とをそれぞれアフォーカルに構成した場合よりも少ないレンズ枚数で第２実施の形態と同様の効果を得られる。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】本発明の第１実施の形態に係る照明光学系を有するレーザ顕微鏡を示す概略構成図である。
【図２】第１実施の形態におけるフォーカシング光学系の概略構成図である
【図３】第１実施の形態におけるフォーカシング光学系の移動群の入射瞳位置と中間瞳位置との関係を示す説明図である。
【図４】ケプラータイプの４ｆ光学系におけるレンズと入射瞳および射出瞳との位置関係を示す説明図である。
【図５】第１実施の形態に係るフォーカシング光学系の移動群の変位に伴う射出瞳位置の変位（δ）を、従来用いられる４ｆ光学系の場合（δ’）と比較したグラフである。
【図６】第１実施の形態におけるのフォーカシング光学系をガリレオタイプとした場合の概略構成図である
【図７】本発明の第２実施の形態に係る照明光学系を有するレーザ顕微鏡を示す概略構成図である。
【図８】本発明の第３実施の形態に係る照明光学系を有するレーザ顕微鏡を示す概略構成図である。
【図９】本発明の第４実施の形態に係る照明光学系を有するレーザ顕微鏡を示す概略構成図である。
【図１０】本発明の第５実施の形態に係る照明光学系を有するレーザ顕微鏡を示す概略構成図である。
【図１１】本発明の第６実施の形態に係る照明光学系を有するレーザ顕微鏡を示す概略構成図である。
【図１２】従来技術のフォーカシングビームエキスパンダを示す概略構成図である。
【図１３】フォーカシング光学系からの出射光を収束光とし、瞳投影光学系を一枚のレンズで構成した場合の光学系の概略構成図である。
【符号の説明】
【００７１】
１  レーザ光源
２  ミラー
３  光軸傾き調整ミラー
４  フォーカシング光学系
５  瞳投影光学系
６  レーザ顕微鏡本体
７  ガルバノミラー
８  標本
９  瞳レンズ
１０  結像レンズ
１１  対物レンズ
１２  移動群
１３  固定群
１４  固定群
１５  移動群
１６  レンズ
１７  レンズ
１８  可変絞り
１９  直角プリズム
２０  偏心角度調整ミラー
２１  検出器
２２  レーザ光源
２３  ミラー
２４  光軸傾き調整ミラー
２５  フォーカシング光学系
２６  移動群
２７  固定群
２８  ダイクロイックミラー
２９  固定群
３０  移動群
３１  光軸傾き調整ビームスプリッタ
【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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【図１１】
2009058776.tif 000019
【図１２】
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【図１３】
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【手続補正書】
【提出日】平成19年9月14日(2007.9.14)
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図３】
2009058776.tif 000022