(57)【要約】【課題】レーザー光の照射領域を調節するとともに、その照射領域の中で強度を均質に保つ照明手段を備えた顕微鏡を提供する。【解決手段】上記課題は、レーザー光源から順に、ビーム径を変更する光学系と、標本面と共役な位置に配置された視野絞りとを備え、以下の関係式を満たすことによって解決される。      A≦D／２  ただし、Aは前記視野絞りの径、Dは前記視野絞りに入射するビームのビーム径とする。【選択図】  図１
2009288321.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザー光源から順に、ビーム径を変更する光学系と、標本面と共役な位置に配置された視野絞りとを備え、以下の関係式を満たすことを特徴とする顕微鏡。
A≦D／２
ただし、Aは前記視野絞りの径、Dは前記視野絞りに入射するビームのビーム径とする。
【請求項２】
請求項１に記載の顕微鏡において、前記可変絞りの後段にレンズをさらに備え、
前記レンズの前側焦点位置は前記視野絞りであり、
前記レンズの後ろ側焦点位置にはミラーが備えられていることを特徴とする顕微鏡。
【請求項３】
前記ミラーは角度を可変とすることを特徴とする請求項２に記載の顕微鏡。
【請求項４】
前記ミラーはダイクロイックミラーであることを特徴とする請求項３に記載の顕微鏡。
【請求項５】
前記ミラーはガルバノミラーであることを特徴とする請求項３に記載の顕微鏡。
【請求項６】
請求項５に記載の顕微鏡はレーザー走査型顕微鏡であり、
共焦点ピンホールとフォトマルチプライアをさらに備えることを特徴とする顕微鏡。
【請求項７】
請求項６に記載の顕微鏡は観察用のガルバノミラーと刺激用のガルバノミラーを独立に備え、
前記視野絞りと前記ビーム径を変更する光学系は刺激用光路に備えられていることを特徴とする顕微鏡。
【請求項８】
前記ビーム径を変更する光学系はズームであることを特徴とする請求項１から請求項７の何れかに記載の顕微鏡。
【請求項９】
前記ビーム径を変更する光学系は挿脱可能であることを特徴とする請求項１から請求項８の何れかに記載の顕微鏡。
【請求項１０】
前記視野絞りは可変であることを特徴とする請求項１から請求項９の何れかに記載の顕微鏡。
【請求項１１】
前記視野絞りは挿脱可能であることを特徴とする請求項１から請求項１０の何れかに記載の顕微鏡。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は顕微鏡の技術にかかわる。
【背景技術】
【０００２】
近年の顕微鏡では通常の白色光源ではなく、レーザー光源も用いられることがしばしばある。その時には、レーザー光源は単に標本を照らすという目的ではなく、照射位置や範囲を精密に制御して観察することが多い。たとえば、このような顕微鏡としてレーザー走査型顕微鏡が上げられる。
【０００３】
レーザー走査型顕微鏡ではレーザーの照射範囲が解像度に直結しているので、レーザー光を正確に制御することが非常に重要となる。
さらに、レーザー光を観察目的ではなく、標本への刺激目的で用いることもある。これは光刺激と呼ばれ、近年の生物研究では重要な手法となっている。
【０００４】
この光刺激にレーザー光を用いる場合にも、照射位置や範囲を精密に制御することが重要であることはいうまでもない。さらに、照射範囲内で均質にレーザー光を照射することが要求される。
【０００５】
ある程度の広さの照射領域にレーザー光を照射する目的の技術として、従来技術として特許文献１が挙げられる。この特許文献１ではガルバノミラーの前段に開口数を調節するための光学系を挿脱可能に備えることによって、照射領域を調節する技術が開示されている。しかし、レーザー光はガウシアンプロファイルと呼ばれる強度分布を持つために、特許文献１による方法では、照射領域を均質に照射することができなかった。
【特許文献１】特開２０００７−３３４３１９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明では、レーザー光の照射領域を調節するとともに、その照射領域の中で強度を均質に保つ照明手段を備えた顕微鏡を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題は、レーザー光源から順に、ビーム径を変更する光学系と、標本面と共役な位置に配置された視野絞りとを備え、以下の関係式を満たすことによって解決される。
A≦D／２
ただし、Aは前記視野絞りの径、Dは前記視野絞りに入射するビームのビーム径とする。
【０００８】
また、前記可変絞りの後段にレンズをさらに備え、前記レンズの前側焦点位置は前記視野絞りであり、前記レンズの後ろ側焦点位置にはミラーが備えられていることがこのましい。
【０００９】
前記ミラーは角度を可変とすることが好ましい。
前記ミラーはダイクロイックミラーであることも考えられ、ガルバノミラーであることも考えられる。
【００１０】
本発明はレーザー走査型顕微鏡にも適用可能であり、この場合、共焦点ピンホールとフォトマルチプライアをさらに備える。
さらに、観察用のガルバノミラーと刺激用のガルバノミラーを独立に備え、前記視野絞りと前記ビーム径を変更する光学系は刺激用光路に備えられている構成が好ましい。
【００１１】
前記ビーム径を変更する光学系はズームであることが好ましく、挿脱可能であることも好ましい。
前記視野絞りは可変であることが好ましく、挿脱可能であることも好ましい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、レーザー光の照射領域を調節するとともに、その照射領域の中で強度を均質に保つ照明手段を備えた顕微鏡を提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下では、本発明の実施の形態を図面を参照しながら説明する。
【実施例１】
【００１４】
図１に示される顕微鏡の概略図は、正立顕微鏡の同軸落射照明における本発明の実施例を説明する。
図１に示される正立顕微鏡は、落射照明部として、光源１とコリメータレンズ２と、励起フィルター３、照明光集光レンズ４と、落射投光管光学系５を備え、ダイクロイックミラー６によって観察光路と結合される。観察光学系は対物レンズ７と、バリアフィルター８と、結像レンズ９と、撮像素子１０を備える。なお、撮像素子１０の代わりに、接眼部や接眼レンズを備えて目視観察をする構成も考えられる。
【００１５】
レーザー導入光学系は、レーザー光源１１と、シャッター１２と、ビーム径変更光学系１３と、可変絞り１４と、レーザー光集光レンズ１５とを備え、ミラー１６によって落射照明部に結合される。ここで、ミラー１６はダイクロイックミラーとすることも可能であり、挿脱可能の全反射ミラーとする構成も考えられる。また、ビーム径変更光学系１３はズームレンズを用いて拡大率を可変とする構成としても良いし、挿脱可能な構成として拡大率を交換する構成としてもよい。
【００１６】
落射照明部において、光源１から放射された照明光はコリメータレンズ２によって略並行光束に変換され、励起フィルター３によって所望の波長の照明光に制限される。さらに、照明光集光レンズ４によってミラー１６の位置にいったん集光され、この集光位置は落射投光管光学系５によって対物レンズ７の瞳位置１７にリレーされる。すなわち、本実施例はケーラー照明となっている。
【００１７】
レーザー導入光学系において、レーザー光源１１から射出したレーザー光はシャッター１２によって照射時間を制御され、ビーム径変更光学系１３によって適切なビーム径に変更され、可変絞り１４に照射される。可変絞り１４の後段にはレーザー光集光レンズ１５が配置され、このレンズの前側焦点位置は可変絞り１４となり、後ろ側焦点位置はミラー１６となっている。すなわち、ミラー１６は対物レンズ７の瞳位置１７と共役であるので、可変絞り１４は標本面１８と共役となっている。
【００１８】
上記構成では、可変絞り１４は標本面１８と共役であるので、この絞りの大きさを変えることによってレーザー光の照明範囲を調節することができる。また、ミラー１６は対物レンズ７の瞳位置１７と共役の位置に配置されていることにより、この角度を調節することにより、レーザー光の照明位置を調節することができる。また、レーザー光はビーム径変更光学系１３によって変更され、ガウシアン強度分布の略一定の強度分布をしている領域だけを、可変絞り１４によって抽出しているので、照明領域では略一定の強度分布でレーザー光が照射される。
【００１９】
このとき、可変絞りに照射されるレーザー光のビーム径Ｄと可変絞りの径Ａは以下の関係を満たすことが好ましい。
Ａ＜Ｄ/２  ・・・（１）
ここで、レーザー光のビーム径Ｄは最大強度の１／ｅ２によって定義する。さらに好ましくは、
Ａ＜Ｄ/（２．３）  ・・・（２）
を満たすことが好ましい。
【００２０】
なお、本構成においてシャッター１２は周期的に開閉することによってパルス状のレーザー光を照射する構成とすることも可能である。また、レーザー光源からの光路はミラーなどを使って適切に光路を配置することが好ましい。光ファイバーなどを使ってレーザーを導入する構成も考えられる。
【００２１】
本実施例における数値例を挙げる。落射投光管光学系５を焦点距離が１８０ｍｍのレンズを組み合わせて等倍投影とし、レーザー光集光レンズ１５も焦点距離を１８０ｍｍとした場合は、６０倍の対物レンズ７によって、可変絞り１４の絞り径３ｍｍが標本面に５０μｍに投影される。ビーム径が０．６ｍｍのレーザー光を利用した場合、１２倍のビーム径変更光学系を用いて、ビーム径７．２ｍｍのレーザー光に拡大する。この場合は、可変絞りの径Ａと可変絞りに照射されるレーザー光のビーム径Ｄの比率は２．４となる。
【実施例２】
【００２２】
図２に示される顕微鏡の概略図は、レーザー走査型顕微鏡における本発明の実施例を説明する。本構成は、観察用の走査手段と刺激用の走査手段を独立して備えた、いわゆるツインスキャンと呼ばれる構成である。
【００２３】
図２に示される顕微鏡において、観察用光路は、観察用レーザー光源１９と、観察用シャッター２０と観察用走査手段２１と、観察用瞳投影レンズ２２と、結像レンズ２３と、対物レンズ７と、励起光用ダイクロイックミラー２４と、共焦点レンズ２５と、共焦点ピンホール２６と、バリアフィルター２７と、光検出器２８をそなえる。ここで、観察用走査手段２１はガルバノミラーや光電偏向素子などを用いることができる。
【００２４】
刺激用光路は、刺激用レーザー光源２９と、刺激用シャッター３０と、ビーム径変更光学系３１と、可変絞り３２と、レーザー光集光レンズ３４と、刺激用走査手段３５と、刺激光用瞳投影レンズ３６と、刺激光用ダイクロイックミラー３７を備える。刺激用走査手段３５においてもガルバノミラーや光電偏向素子などを用いることができる。また、ビーム径変更光学系１３はズームレンズを用いて拡大率を可変とする構成としても良いし、挿脱可能な構成として拡大率を交換する構成としてもよい。
【００２５】
観察用光路において、観察用レーザー光源１９から射出されたレーザー光は、観察用シャッター２０によって照射時間を制御され、励起光用ダイクロイックミラー２４によって、観察用光路に導入される。このとき、観察用レーザー光源１９はいくつかの波長のものを複数備えて利用する構成も考えられる。また、それらのレーザー光源はユニット化され、外部から光ファーバーを用いて導入する構成も考えられる。
【００２６】
観察光路に導入されたレーザー光は、観察用走査手段２１によって偏向される。観察用走査手段２１は、観察用瞳投影レンズ２２と結像レンズ２３によって、対物レンズ７の瞳位置１７と共役の位置に配置される。すなわち、観察用走査手段２１によって偏向されたレーザー光は標本面１８を走査する。
【００２７】
レーザー光を照射された標本面１８上の標本は観察光を放射する。このとき、観察光としては、レーザー光によって励起された蛍光体からの蛍光であることが多い。この観察光はレーザー光の照射とは逆方向の経路を辿り、励起光用ダイクロイックミラー２４へと至る。このとき、観察光も観察用走査手段２１を経由することにより、標本面１８上を走査した情報として検出される。
【００２８】
励起光用ダイクロイックミラー２４へと至った観察光は、ここでレーザー光と分離され、共焦点レンズ２５へ導かれる。共焦点レンズ２５は後ろ側焦点位置に共焦点ピンホール２６を備え、共焦点ピンホール２６は標本面１８と共役な関係になっている。その結果、共焦点ピンホール２６を通過できる観察光は対物レンズのフォーカルポイントからのみである。すなわち、ボケ光が排除された観察光が共焦点ピンホール２６を通過する。
【００２９】
共焦点ピンホール２６を通過した観察光は、バリアフィルター２７によって所望の波長を制限してフォトマルチプライアに代表されるような光検出器２８によって検出される。光検出器２８は１つに限らず、波長を分離して多チャンネル検出をしてもよい。
【００３０】
刺激光路では、刺激用レーザー光源２９から射出されたレーザー光は刺激用シャッター３０によって照射時間を制御され、ビーム径変更光学系３１によって適切なビーム径に変更され、可変絞り３２に照射される。可変絞り３２の後段にはレーザー光集光レンズ３４が配置され、このレンズの前側焦点位置は可変絞り３２であり、後ろ側焦点距離は刺激用走査手段３５となっている。ここで、刺激用走査手段３５はガルバノミラーや光電偏向素子などを用いることができる。
【００３１】
刺激用走査手段は刺激用瞳投影レンズ３６の前側焦点位置に配置され、刺激用瞳投影レンズ３６の後段には刺激用ダイクロイックミラー３７が備えられ、ここで観察光路と結合される。刺激用瞳投影レンズ３６は結像レンズ２３とともに機能し、刺激用走査手段３５を対物レンズ７の瞳位置１７にリレーする。すなわち、刺激用走査手段３５と対物レンズ７の瞳位置１７は共役の関係であり、標本面１８と可変絞り３２も共役の関係である。
【００３２】
上記構成では、可変絞り３２は標本面１８と共役であるので、この絞りの大きさを変えることによってレーザー光の照明範囲を調節することができる。また、刺激用走査手段３５は対物レンズ７の瞳位置１７と共役の位置に配置されていることにより、この位置で光線偏向することにより、レーザー光の照明位置を調節することができる。また、レーザー光はビーム径変更光学系３１によって変更され、ガウシアン強度分布の略一定の強度分布をしている領域だけを、可変絞り３２によって抽出しているので、照明領域では略一定の強度分布でレーザー光が照射される。
【００３３】
このとき、可変絞り３２に照射されるレーザー光のビーム径Ｄと可変絞りの径Ａは以下の関係を満たすことが好ましい。
Ａ＜Ｄ/２  ・・・（１）
ここで、レーザー光のビーム径Ｄは最大強度の１／ｅ２によって定義する。さらに好ましくは、
Ａ＜Ｄ/（２．３）  ・・・（２）
を満たすことが好ましい。
【００３４】
本実施例における数値例を挙げる。結像レンズ２３の焦点距離を１８０ｍｍとし、瞳投影レンズ３６の焦点距離を５０ｍｍとし、レーザー光集光レンズ３４の焦点距離を１００ｍｍとする。このとき、６０倍の対物レンズ７によって、標本面の径５μｍを照射するには可変絞りの径は０．６ｍｍである。ビーム径が２ｍｍのレーザー光を利用した場合、０．２倍のビーム径変更光学系を用いて、ビーム径１．２ｍｍのレーザー光に変換する。この場合は、可変絞りの径Ａと可変絞りに照射されるレーザー光のビーム径Ｄの比率は３．３３となる。
【００３５】
なお、本構成においてシャッターは周期的に開閉することによってパルス状のレーザー光を照射する構成とすることも可能である。また、レーザー光源からの光路はミラーなどを使って適切に光路を配置することが好ましい。光ファイバーなどを使ってレーザーを導入する構成も考えられる。なお、図２中の３８はミラーであり、目視観察用の光路からレーザー走査用の光路を分離している。
【実施例３】
【００３６】
図３に示される顕微鏡の概略図は、レーザー走査型顕微鏡における本発明の実施例を説明する。
図３に示されるレーザー走査型顕微鏡におけるレーザー導入光学系は、レーザー光源１１と、シャッター１２と、ビーム径変更光学系１３と、可変絞り１４と、レーザー光集光レンズ１５とを備える。さらに、走査手段３９と、瞳投影レンズ４０と、結像レンズ２３と、対物レンズを７備え、レーザー光を標本に照射する。ビーム径変更光学系１３はズームレンズを用いて拡大率を可変とする構成としても良いし、挿脱可能な構成として拡大率を交換する構成としてもよい。
【００３７】
検出光学系は、励起光用ダイクロイックミラー２４と、共焦点レンズ２５と、共焦点ピンホール２６と、バリアフィルター２７と、光検出器２８を備える。
レーザー導入光学系において、レーザー光源１１から射出したレーザー光はシャッター１２によって照射時間を制御され、ビーム径変更光学系１３によって適切なビーム径に変更され、可変絞り１４に照射される。可変絞り１４の後段にはレーザー光集光レンズ１５が配置され、このレンズの前側焦点位置は可変絞り１４となり、後ろ側焦点位置は走査手段３９となっている。この走査手段３９はガルバノミラーや光電偏向素子などを用いることができる。
【００３８】
走査手段３９は瞳投影レンズ４０の前側焦点位置に配置され、瞳投影レンズ４０は結像レンズ２３とともに機能し、走査手段３９を対物レンズ７の瞳位置１７にリレーする。すなわち、走査手段３９と対物レンズ７の瞳位置１７は共役の関係であり、標本面１８と可変絞り３２も共役の関係である。
【００３９】
レーザー光を照射された標本面１８上の標本は観察光を放射する。このとき、観察光としては、レーザー光によって励起された蛍光体からの蛍光であることが多い。この観察光はレーザー光の照射とは逆方向の経路を辿り、励起光用ダイクロイックミラー２４へと至る。このとき、観察光も観察用走査手段２１を経由することにより、標本面１８上を走査した情報として検出される。
【００４０】
励起光用ダイクロイックミラー２４へと至った観察光は、ここでレーザー光と分離され、共焦点レンズ２５へ導かれる。共焦点レンズ２５は後ろ側焦点位置に共焦点ピンホール２６を備え、共焦点ピンホール２６は標本面１８と共役な関係になっている。その結果、共焦点ピンホール２６を通過できる観察光は対物レンズのフォーカルポイントからのみである。すなわち、ボケ光が排除された観察光が共焦点ピンホール２６を通過する。
【００４１】
上記構成では、可変絞り３２は標本面１８と共役であるので、この絞りの大きさを変えることによってレーザー光の照明範囲を調節することができる。また、走査手段３５は対物レンズ７の瞳位置１７と共役の位置に配置されていることにより、この位置で光線偏向することにより、レーザー光の照明位置を調節することができる。また、レーザー光はビーム径変更光学系３１によって変更され、ガウシアン強度分布の略一定の強度分布をしている領域だけを、可変絞り３２によって抽出しているので、照明領域では略一定の強度分布でレーザー光が照射される。
【００４２】
このとき、可変絞り３２に照射されるレーザー光のビーム径Ｄと可変絞りの径Ａは以下の関係を満たすことが好ましい。
Ａ＜Ｄ/２  ・・・（１）
ここで、レーザー光のビーム径Ｄは最大強度の１／ｅ２によって定義する。さらに好ましくは、
Ａ＜Ｄ/（２．３）  ・・・（２）
を満たすことが好ましい。
【００４３】
本実施例における数値例を挙げる。結像レンズ２３の焦点距離を１８０ｍｍとし、瞳投影レンズ４０の焦点距離を５０ｍｍとし、レーザー光集光レンズ１５の焦点距離を１００ｍｍとする。このとき、６０倍の対物レンズ７によって、標本面の径５μｍを照射するには可変絞りの径は０．６ｍｍである。ビーム径が２ｍｍのレーザー光を利用した場合、０．２倍のビーム径変更光学系を用いて、ビーム径１．２ｍｍのレーザー光に変換する。この場合は、可変絞りの径Ａと可変絞りに照射されるレーザー光のビーム径Ｄの比率は３．３３となる。
【００４４】
なお、本構成においてシャッターは周期的に開閉することによってパルス状のレーザー光を照射する構成とすることも可能である。また、レーザー光源からの光路はミラーなどを使って適切に光路を配置することが好ましい。光ファイバーなどを使ってレーザーを導入する構成も考えられる。なお、図２中の３８はミラーであり、目視観察用の光路からレーザー走査用の光路を分離している。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】落射照明顕微鏡における本発明実施の概略図。
【図２】ツインスキャンレーザー走査型顕微鏡における本発明実施の概略図。
【図３】レーザー走査型顕微鏡における本発明実施の概略図。
【符号の説明】
【００４６】
１・・・光源
２・・・コリメータレンズ
３・・・励起フィルター
４・・・照明光集光レンズ
５・・・落射投光管
６・・・ダイクロイックミラー
７・・・対物レンズ
８・・・バリアフィルター
９・・・結像レンズ
１０・・・撮像素子
１１・・・レーザ光源
１２・・・シャッター
１３・・・ビーム径変更光学系
１４・・・可変絞り
１５・・・レーザー光集光レンズ
１６・・・ミラー
１７・・・瞳位置
１８・・・標本面
１９・・・観察用レーザー光源
２０・・・観察用シャッター
２１・・・観察用走査手段
２２・・・観察用瞳投影レンズ
２３・・・結像レンズ
２４・・・励起光用ダイクロイックミラー
２５・・・共焦点レンズ
２６・・・共焦点ピンホール
２７・・・バリアフィルター
２８・・・光検出器
２９・・・刺激用レーザー光源
３０・・・刺激用シャッター
３１・・・ビーム径変更光学系
３２・・・可変絞り
３４・・・レーザー光集光レンズ
３５・・・刺激用走査手段
３６・・・刺激光用瞳投影レンズ
３７・・・刺激用ダイクロイックミラー
３８・・・ミラー
３９・・・走査手段
４０・・・瞳投影レンズ
【図１】
2009288321.tif 000003
【図２】
2009288321.tif 000004
【図３】
2009288321.tif 000005