レーザー顕微鏡
【課題】標本面における照射位置と照射角度をそれぞれ独立して制御するレーザー顕微鏡の技術を提供することを課題とする。
【解決手段】レーザー顕微鏡１は、レーザー光を射出するレーザー光源１６と、標本１１にレーザー光を照射する対物レンズ１０と、対物レンズ１０の瞳共役面にレーザー光を集光させる集光レンズ２２と、レーザー光を光軸と直交する方向に平行に移動させる平行平板２３と、レーザー光を標本１１に照射する照射位置を移動させて標本１１を走査する走査手段２４と、平行平板２３を回転させて、レーザー光が平行に移動するシフト量を制御する制御装置２６と、を含む。
【解決手段】レーザー顕微鏡１は、レーザー光を射出するレーザー光源１６と、標本１１にレーザー光を照射する対物レンズ１０と、対物レンズ１０の瞳共役面にレーザー光を集光させる集光レンズ２２と、レーザー光を光軸と直交する方向に平行に移動させる平行平板２３と、レーザー光を標本１１に照射する照射位置を移動させて標本１１を走査する走査手段２４と、平行平板２３を回転させて、レーザー光が平行に移動するシフト量を制御する制御装置２６と、を含む。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザー顕微鏡に関し、特に、走査手段で標本を走査するレーザー顕微鏡に関する。
【背景技術】
【０００２】
生体分野で使用されるレーザー顕微鏡の一構成として、標本上にレーザー光を集光させて標本を励起する励起手段と、対物レンズの瞳面に励起手段からのレーザー光とは異なる波長のレーザー光を集光させて標本上の一定の領域にレーザー光を平行光として照射する光刺激手段と、を含む構成が知られている。
【０００３】
このような構成を有するレーザー顕微鏡は、励起手段と光刺激手段のそれぞれに走査手段を設けることで、励起位置と光刺激位置とを独立して制御することができる。これにより、標本上の任意の部位に光刺激を与えながら標本をイメージングしてその反応を観察することができる。
このようなレーザー顕微鏡は、例えば、特許文献１で開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−２８８３２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、上述したレーザー顕微鏡の光刺激手段には、走査範囲内の各照射位置において、一定の照射角度で入射するおよそ均一な強度分布を有するレーザー光を照射する機能が求められている。
【０００６】
顕微鏡では、対物レンズの瞳位置と光学的に共役な位置（以降、瞳共役位置と記す。）で光を偏向させることで、標本に照射する光の照射角度を変更することなく、標本に照射する光の照射位置を変更することができるため、走査手段は、対物レンズの瞳共役位置に配置されることが望ましい。
【０００７】
しかしながら、現在、標本を２次元的に走査する走査手段の構成として最も一般的な構成は、Ｘ方向に標本を走査するためのガルバノミラーとＹ方向に標本を走査するためのガルバノミラーとを含む構成であり、特許文献１に開示されるレーザー顕微鏡の走査手段の構成も同様である。
【０００８】
このような構成を有する走査手段（以降、近接ガルバノミラーユニットと記す。）では、両方のガルバノミラーを同時に対物レンズの瞳共役位置に配置することは物理的に不可能であるため、両方のガルバノミラーを互いに比較的近接して配置し、且つ、そのおよそ中間に対物レンズの瞳共役位置が位置するように構成される。
【０００９】
従って、近接ガルバノミラーユニットを用いた場合、それぞれのガルバノミラーによる光の偏向位置と対物レンズの瞳共役位置とは完全には一致していないため、光の照射位置を変更すると、標本に照射する光の照射角度も変化してしまう。つまり、標本面における照射位置と照射角度をそれぞれ独立して制御することができない。
以上のような実情を踏まえ、本発明では、標本面における照射位置と照射角度をそれぞれ独立して制御するレーザー顕微鏡の技術を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の第１の態様は、レーザー光を射出するレーザー光源と、標本に前記レーザー光を照射する対物レンズと、前記対物レンズの瞳面と共役な瞳共役面に前記レーザー光を集光させる集光レンズと、前記レーザー光を前記標本に照射する照射位置を移動させて、前記標本を走査する走査手段と、前記レーザー光を光軸と直交する方向に平行に移動させるシフト手段と、前記シフト手段を駆動させて、前記レーザー光が平行に移動するシフト量を制御するシフト制御手段と、を含むレーザー顕微鏡を提供する。
【００１１】
本発明の第２の態様は、第１の態様に記載のレーザー顕微鏡において、前記走査手段は、光軸と直交する第１の方向に前記標本を走査する第１の走査手段と、光軸と直交し且つ前記第１の方向と直交する第２の方向に前記標本を走査する第２の走査手段と、を含み、前記シフト制御手段は、前記照射位置に応じて、前記シフト量を制御するレーザー顕微鏡を提供する。
【００１２】
本発明の第３の態様は、第２の態様に記載のレーザー顕微鏡において、前記シフト制御手段は、前記照射位置によらず、前記レーザー光が前記標本を一定の照射角度で照射するように、前記シフト量を制御するレーザー顕微鏡を提供する。
【００１３】
本発明の第４の態様は、第３の態様に記載のレーザー顕微鏡において、前記第１の走査手段は、光軸と直交する第１の回転軸周りに回転する第１のミラーであり、前記第２の走査手段は、光軸と直交し且つ前記第１の回転軸と直交する第２の回転軸周りに回転する第２のミラーであり、前記第１のミラーと第２のミラーの間に、前記瞳共役面が位置するレーザー顕微鏡を提供する。
【００１４】
本発明の第５の態様は、第３の態様に記載のレーザー顕微鏡において、前記シフト制御手段は、前記レーザー光の前記瞳面における集光位置が光軸上に位置するように、前記シフト量を制御するレーザー顕微鏡を提供する。
【００１５】
本発明の第６の態様は、第３の態様に記載のレーザー顕微鏡において、前記シフト制御手段は、前記レーザー光の前記瞳面における集光位置が光軸から逸れた位置に位置するように、前記シフト量を制御するレーザー顕微鏡を提供する。
【００１６】
本発明の第７の態様は、第３の態様に記載のレーザー顕微鏡において、前記シフト制御手段は、前記対物レンズの倍率に応じて、前記シフト量を制御するレーザー顕微鏡を提供する。
【００１７】
本発明の第８の態様は、第３の態様に記載のレーザー顕微鏡において、前記シフト制御手段は、前記レーザー光の波長に応じて、前記シフト量を制御するレーザー顕微鏡を提供する。
【００１８】
本発明の第９の態様は、第３の態様に記載のレーザー顕微鏡において、前記シフト手段は、前記レーザー光が透過する平行平板であり、前記シフト制御手段は、前記シフト手段を光軸と直交する回転軸回りに回転させるレーザー顕微鏡を提供する。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、標本面における照射位置と照射角度をそれぞれ独立して制御するレーザー顕微鏡の技術を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】実施例１に係るレーザー顕微鏡の構成を例示した図である。
【図２】図１に例示されるレーザー顕微鏡に含まれるガルバノミラーの動作による瞳共役面における刺激光の集光位置の変化について説明するための図である。
【図３】図１に例示されるレーザー顕微鏡に含まれる対物レンズの瞳面における刺激光の集光位置の変動について説明するための図である。
【図４】図１に例示されるレーザー顕微鏡に含まれる平行平板による刺激光の平行移動について説明するための図である。
【図５】回転制御された平行平板を介して図１に例示されるレーザー顕微鏡に含まれるガルバノミラーに入射する刺激光の集光位置について例示した図である。
【図６】実施例１に係るレーザー顕微鏡に含まれるシフト手段の変形例を示した図である。
【図７】実施例１に係るレーザー顕微鏡に含まれるシフト手段の他の変形例を示した図である。
【図８】実施例２に係るレーザー顕微鏡の構成の一部を例示した図である。
【発明を実施するための形態】
【実施例１】
【００２１】
図１は、本実施例に係るレーザー顕微鏡の構成を例示した図である。図１に例示されるレーザー顕微鏡１は、それぞれ独立に動作する観察用の走査手段５と刺激用の走査手段２４とを含むことで、標本１１上の任意の部位に光刺激を与えながら標本１１をイメージングしてその反応を観察することができる、いわゆるツインスキャンと呼ばれる構成を有している。また、レーザー顕微鏡１は、刺激光路上に、走査手段２４に加えて、刺激光を光軸と直交する方向に平行に移動させるシフト手段である平行平板２３を含んでいる。これにより、レーザー顕微鏡１は、制御装置２６が平行平板２３及び走査手段２４を制御することで、標本１１に対して刺激光を照射する照射位置と照射角度をそれぞれ独立して制御することができる。
図１を参照しながら、レーザー顕微鏡１の構成について具体的に説明する。
レーザー顕微鏡１は、観察用の励起手段を含む観察手段と、光刺激手段と、制御装置２６とを含んでいる。
【００２２】
観察手段は、標本１１を励起する励起光（レーザー光）を射出するレーザー光源２と、シャッター３と、励起光を反射し蛍光を透過するダイクロイックミラー４と、励起光の集光位置を標本１１上で移動させて標本１１を走査する走査手段５と、結像レンズ８と組み合わせて対物レンズ１０の瞳を走査手段５に投影する瞳投影レンズ６と、励起光及び蛍光を透過し刺激光を反射するダイクロイックミラー７と、蛍光を集光させて中間像を形成する結像レンズ８と、ミラー９と、励起光を標本面上に集光させる対物レンズ１０と、蛍光を共焦点絞り１３上に集光させる共焦点レンズ１２と、対物レンズ１０の前側焦点位置（標本１１）と光学的に共役な位置にピンホールが形成された共焦点絞り１３と、励起光を遮断するバリアフィルタ１４と、バリアフィルタ１４を通過した蛍光を検出する光検出器１５を含んでいる。
【００２３】
走査手段５は、標本面における励起光の集光位置を光軸と直交するＸ方向に移動させてＸ方向に標本１１を走査するガルバノミラー５ａと、標本面における励起光の集光位置を光軸及びＸ方向と直交するＹ方向に移動させてＹ方向に標本１１を走査するガルバノミラー５ｂと、を含み、ガルバノミラー５ａ及びガルバノミラー５ｂは、そのおよそ中間に対物レンズ１０の瞳面１０Ｐと光学的に共役な瞳共役面が形成されるように、配置されている。
【００２４】
光刺激手段は、標本１１を刺激する刺激光（レーザー光）を射出するレーザー光源１６と、シャッター１７と、ミラー１８と、レンズ１９及びレンズ２０からなり刺激光のビーム径を変更するビーム径変更光学系と、対物レンズ１０の前側焦点面（標本面）と光学的に共役な面に配置された開口径が可変な視野絞り２１と、対物レンズ１０の瞳面１０Ｐと共役な瞳共役面に刺激光を集光させる集光レンズ２２と、刺激光を光軸と直交する方向に平行に移動させる平行平板２３と、刺激光を標本１１に照射する照射位置を移動させて標本１１を走査する走査手段２４と、結像レンズ８と組み合わせて対物レンズ１０の瞳を走査手段５に投影する瞳投影レンズ２５と、ダイクロイックミラー７と、結像レンズ８と、ミラー９と、標本１１に刺激光を照射する対物レンズ１０と、を含んでいる。なお、ダイクロイックミラー７、結像レンズ８、ミラー９、及び、対物レンズ１０は、観察手段と共有されている。
【００２５】
走査手段２４は、標本面における刺激光の照射位置を光軸と直交するＸ方向に移動させてＸ方向に標本１１を走査するガルバノミラー２４ａと、標本面における刺激光の照射位置を光軸及びＸ方向と直交するＹ方向に移動させてＹ方向に標本１１を走査するガルバノミラー２４ｂと、を含み、ガルバノミラー２４ａ及びガルバノミラー２４ｂは、そのおよそ中間に対物レンズ１０の瞳面１０Ｐと光学的に共役な瞳共役面が形成されるように、配置されている。ガルバノミラー２４ａ、ガルバノミラー２４ｂは、例えば、それぞれＹ軸周り、Ｘ軸周りに回転する。
【００２６】
シフト手段である平行平板２３は、刺激光が透過する平行平板であって、刺激光が入射する入射面を光軸と直交するＸＹ平面に対して任意の角度に傾けることができる。即ち、平行平板２３は、Ｘ軸周りにもＹ軸周りにも回転可能に構成されている。
【００２７】
制御装置２６は、レーザー光源２、走査手段５、光検出器１５、レーザー光源１６、平行平板２３、及び、走査手段２４に接続されていて、レーザー光源２やレーザー光源１６の発光波長の制御、走査手段５及び走査手段２４への走査信号の送信、平行平板２３の回転制御、光検出器１５からの電気信号の受信などを行う。
図１を参照しながら、レーザー顕微鏡１全体の動作について概説する。
【００２８】
レーザー光源２から平行光として射出された励起光は、シャッター３を通過して入射するダイクロイックミラー４で反射されて、走査手段５に入射する。制御装置２６からの走査信号により制御された走査手段５は、ガルバノミラー５ａ、ガルバノミラー５ｂでそれぞれ光軸と直交するＸ方向、Ｙ方向に励起光を偏向する。走査手段５から瞳投影レンズ６へ入射した励起光は、瞳投影レンズ６で収斂されて、収斂光または発散光としてダイクロイックミラー７を透過し、発散光として結像レンズ８に入射する。励起光は、結像レンズ８で再び平行光に変換されて、ミラー９を介して入射する対物レンズ１０により標本１１上に集光される。励起光が集光した標本１１の集光位置では、標本１１に含まれる蛍光物質が励起されて蛍光を発する。なお、標本面上における集光位置は、走査手段５でのＸ方向、Ｙ方向への偏向量を制御することで、Ｘ方向、Ｙ方向に任意に移動させることができる。
【００２９】
標本１１から生じた蛍光は、対物レンズ１０により平行光に変換されて、励起光と同じ光路を反対向きに進行する。即ち、ミラー９、結像レンズ８、ダイクロイックミラー７、瞳投影レンズ６、及び、走査手段５を介してダイクロイックミラー４に入射する。ダイクロイックミラー４に入射した蛍光は、ダイクロイックミラー４を透過し、共焦点レンズ１２により標本面（対物レンズ１０の前側焦点面）と共役な面に配置された共焦点絞り１３に集光する。焦点位置から生じた蛍光は、共焦点絞り１３に形成されたピンホールを通過し、さらにバリアフィルタ１４を通過して、光検出器１５で検出される。
【００３０】
光検出器１５は、検出した蛍光を電気信号に変換して、制御装置２６へ送信する。制御装置２６は、光検出器１５からの電気信号と走査手段５へ送信した走査信号とから、標本１１の画像を生成し、不図示の表示装置に表示する。
【００３１】
一方、レーザー光源１６から平行光として射出された刺激光は、シャッター１７を通過して入射するミラー１８で反射され、レンズ１９及びレンズ２０からなるビーム径変更光学系に入射する。ビーム径変更光学系によりビーム径が調整された刺激光は、平行光として視野絞り２１に入射する。
【００３２】
可変絞りである視野絞り２１は標本面と光学的に共役な面に配置されている。このため、視野絞り２１の開口径を調整し視野絞り２１を通過する刺激光のビーム径を調整することで、標本面における刺激光のビーム径を規定して標本１１に照射する刺激光の照射範囲を制御することができる。また、刺激光の強度はガウス分布を有しているが、視野絞り２１でガウス分布の裾野部分（刺激光の光束の周辺部分）を遮断し、比較的な均一な強度分布を有するガウス分布の中心部分（刺激光の光束の中心部分）を選択的に透過させる。これにより、標本１１に照射される刺激光の強度分布の不均一が抑制されて、標本１１を比較的均一な強度で照射することができる。
【００３３】
視野絞り２１を通過した刺激光は、集光レンズ２２により収斂光に変換されて、収斂光として入射した平行平板２３を透過する。平行平板２３を透過した刺激光は、平行平板２３で、平行平板２３の屈折率と平行平板２３への入射角により定まる量だけ光軸と直交する方向に平行移動し、収斂光束として走査手段２４に入射する。なお、平行平板２３で刺激光が光軸に対して平行移動する量（以降、シフト量と記す。）は、平行平板２３を駆動する制御装置２６により制御される。
【００３４】
制御装置２６からの走査信号により制御された走査手段２４は、ガルバノミラー２４ａ、ガルバノミラー２４ｂでそれぞれ光軸と直交するＸ方向、Ｙ方向に刺激光を偏向する。走査手段２４で偏向され、発散光として瞳投影レンズ２５へ入射した刺激光は、瞳投影レンズ２５で平行光に変換されて、ダイクロイックミラー７に照射される。ダイクロイックミラー７に入射した刺激光はダイクロイックミラー７で反射され、結像レンズ８によりミラー９を介して対物レンズ１０の瞳面１０Ｐに集光する。瞳面１０Ｐに集光した刺激光は、対物レンズ１０により再び平行光に変換されて標本１１に照射される。なお、標本面上における刺激光の照射位置は、走査手段２４でのＸ方向、Ｙ方向への偏向量を制御することで、Ｘ方向、Ｙ方向に任意に移動させることができる。
【００３５】
図２は、ガルバノミラー２４ａの動作による瞳共役面における刺激光の集光位置の変化について説明するための図であり、図２（ａ）、図２（ｂ）は、それぞれガルバノミラー２４ａの反射面が光軸に対して異なる角度で傾斜している状態における刺激光の集光位置を示している。図３は、対物レンズ１０の瞳面１０Ｐにおける刺激光の集光位置の変動について説明するための図である。図４は、平行平板２３による刺激光の平行移動について説明するための図である。図５は、回転制御された平行平板２３を介してガルバノミラー２４ａに入射する刺激光の集光位置について例示した図である。
【００３６】
図２から図５を参照しながら、標本面における刺激光の照射位置と照射角度をそれぞれ独立して制御するための平行平板２３及び走査手段２４の制御について、詳細に説明する。
【００３７】
まず、平行平板２３が光軸に対して所定の角度で固定されている場合について説明する。
走査手段２４は、図２に例示されるように、ガルバノミラー２４ａとガルバノミラー２４ｂの中間に瞳共役面２４Ｐが形成されるように構成されている。このため、走査手段２４では、図２（ａ）及び図２（ｂ）に例示されるように、ガルバノミラー２４ａの反射面が光軸に対して所定の角度αで傾斜している状態で、刺激光が瞳共役面２４Ｐの光軸上（即ち、瞳共役位置ＣＰ）に集光する場合、ガルバノミラー２４ａの反射面が異なる角度βで傾斜している状態では、刺激光は瞳共役面２４Ｐの光軸から逸れた位置Ｐ１（以降、集光位置と記す。）に集光する。
【００３８】
なお、刺激光が瞳共役位置ＣＰに集光する状態（以降、基準状態と記す。）からのガルバノミラー２４ａの回転角（＝α‐β）の２倍の角度を角度θ１とすると、刺激光の軸上の主光線は、ガルバノミラー２４ａにより光軸に対して角度θ１だけ傾斜した方向に反射される。このため、瞳共役位置ＣＰと位置Ｐ１との距離ｈ１は、ガルバノミラー２４ａによる刺激光の偏向位置と瞳共役面２４Ｐとの距離をＤとすると、Ｄ・tanθ１として算出される。
【００３９】
瞳共役面２４Ｐにおける瞳共役位置ＣＰからの刺激光の集光位置のズレ（距離ｈ１）は、対物レンズ１０の瞳面１０Ｐに引き継がれる。このため、図３の破線で示されるように、刺激光は瞳面１０Ｐにおいても、距離ｈ１に瞳投影レンズ２５及び結像レンズ８からなる瞳投影光学系の投影倍率を乗じて算出される距離ｈ２だけ光軸（瞳位置ＰＰ）から逸れた位置Ｐ２に集光する。このため、刺激光は標本面に垂直に入射せずに、標本面に対して照射角度θ２で入射する。ここで、図３の実線は、瞳共役位置ＣＰに集光した場合における刺激光を示していて、刺激光が標本面に垂直に入射している様子が示されている。
【００４０】
この照射角度θ２は、瞳面１０Ｐにおける集光位置（位置Ｐ２）が光軸から離れるほど大きくなる。つまり、ガルバノミラー２４ａの基準状態からの回転量が大きくなるほど、標本面における照射角度が大きくなる。従って、平行平板２３が固定されている場合には、制御装置２６が走査手段２４に走査信号を送信して標本面における刺激光の照射位置を変更すると、その照射位置に応じて、標本面における刺激光の照射角度が変化する。
【００４１】
次に、制御装置２６が平行平板２３の回転を走査手段２４の動作に応じて制御する場合について説明する。
刺激光は平行平板２３を通過することで光軸と直交する方向に平行移動するが、そのシフト量は、図４に例示されるように、刺激光の入射角によって変化する。これを踏まえて、本実施例に係るレーザー顕微鏡１では、制御装置２６が、図５に例示されるように、瞳共役面２４Ｐにおける刺激光の集光位置が瞳共役位置ＣＰに一致するように、ガルバノミラー２４ａの回転量に応じて平行平板２３を回転させて、シフト量を制御する。これにより、瞳面１０Ｐにおける集光位置も瞳位置ＰＰに一致することになることになる。
【００４２】
制御装置２６が上述した制御を行うことにより、ガルバノミラー２４ａの回転量に応じて、瞳位置ＰＰに入射する軸上の主光線の角度が変化して標本面における照射位置が変化するが、刺激光は回転量によらず瞳位置ＰＰに集光するため、標本面における照射角度は標本１１に垂直に維持される。
【００４３】
従って、本実施例に係るレーザー顕微鏡１によれば、制御装置２６が、ガルバノミラーの基準状態からの回転量、即ち、標本面における照射位置に応じて、平行平板２３を回転させてシフト量を制御することにより、照射位置によらず刺激光が標本１１を一定の照射角度で照射することができる。
【００４４】
なお、説明を簡略するために、ガルバノミラー２４ａのみが動作する場合について上述したが、ガルバノミラー２４ｂが動作する場合にも同様の方法を適用することができる。ガルバノミラー２４ｂが動作すると、刺激光が瞳共役位置ＣＰに集光している場合であっても、ガルバノミラー２４ｂの基準状態からの回転により、刺激光が瞳位置ＰＰから逸れた位置に集光することがある。このズレについても、平行平板２３を回転させることで補償することができる。具体的には、制御装置２６は、ガルバノミラー２４ａの回転に応じて、平行平板２３のＹ軸周りの回転量を制御してＸ方向のシフト量を制御し、ガルバノミラー２４ｂの回転に応じて、平行平板２３のＸ軸周りの回転量を制御してＹ方向のシフト量を制御すればよい。
【００４５】
また、レーザー顕微鏡１は、Ｘ軸周り、Ｙ軸周りの両方に回転する平行平板２３の代わりに、Ｘ軸周り、Ｙ軸周りにそれぞれ回転する２枚の平行平板を含んでもよい。
【００４６】
また、レーザー顕微鏡１は、刺激光の入射角を変更することでシフト量を変化させる平行平板２３の代わりに、図６に例示されるような、２枚のミラー（ミラー２７ａ、ミラー２７ｂ）からなるシフト手段２７を含んでもよい。ミラー２７ｂが刺激光の入射方向に沿って移動することで、その移動量だけ刺激光を平行移動させることができる。
【００４７】
また、レーザー顕微鏡１は、刺激光の入射角を変更することでシフト量を変化させる平行平板２３の代わりに、図７に例示されるような、４枚のミラー（ミラー２８ａ、ミラー２８ｂ、ミラー２８ｃ、ミラー２８ｄ）からなるシフト手段２８を含んでもよい。シフト手段２８ｂへ入射する刺激光の入射方向に沿って、ミラー２８ｂとミラー２８ｃが一体となって移動し、且つ、ミラー２８ｄがミラー２８ｂ及びミラー２８ｃの移動した向きと同じ向きにミラー２８ｂ（ミラー２８ｃ）の移動量の２倍の量だけ移動することで、ミラー２８ｄの移動量だけ刺激光を平行移動させることができる。シフト手段２８によれば、刺激光の光路長を変更することなく、刺激光を平行移動させることができる点で、シフト手段２７よりも好ましい。
【００４８】
また、レーザー顕微鏡１では、色収差に起因して、レーザー光源１６から射出される刺激光の波長が異なると、瞳面１０Ｐにおける刺激光の集光位置も変化する。このため、制御装置２６は、照射位置と刺激光の波長に応じて、シフト量を制御することが望ましい。
【実施例２】
【００４９】
図８は、本実施例に係るレーザー顕微鏡の構成の一部を例示した図である。図８に例示されるレーザー顕微鏡は、標本３３に臨界角以上の角度でレーザー光を照射することで、全反射面からしみ出すエバネッセント光により標本３３を励起する全反射照明蛍光顕微鏡（以降、ＴＩＲＦ顕微鏡と記す。）である。
【００５０】
ＴＩＲＦ顕微鏡２９は、臨界角以上の所定の照射角度で標本３３を照射するために、結像レンズ３０及びミラー３１を介して入射するレーザー光を対物レンズ３２の瞳面３２Ｐの光軸から逸れた位置Ｐ３に集光させる点が、実施例１に係るレーザー顕微鏡１と異なっている。その他の点については、実施例１に係るレーザー顕微鏡１と同様である。
【００５１】
ＴＩＲＦ顕微鏡２９では、実施例１に係るレーザー顕微鏡１と同様に、不図示の制御装置が、走査手段の駆動、即ち、標本面における照射位置に応じて、シフト手段によってシフト量を制御することにより、レーザー光の瞳面３２Ｐにおける集光位置を光軸からずれた位置Ｐ３に維持することができる。
従って、本実施例に係るＴＩＲＦ顕微鏡２９によっても、照射位置によらずレーザー光を一定の照射角度で標本３３に照射することができる。
【００５２】
なお、ＴＩＲＦ顕微鏡２９の制御装置でも、実施例１に係るレーザー顕微鏡１の制御装置２６と同様に、照射位置に加えてレーザー光の波長に応じて、シフト量を制御することが望ましい。
【００５３】
また、ＴＩＲＦ顕微鏡２９では、上述したようにレーザー光を瞳面３２Ｐにおける光軸から逸れた位置に集光させるが、対物レンズによっては瞳径が異なるので対物レンズ３２の瞳の周辺または外側にレーザー光が集光すると、ケラレが生じて標本３３に照射されるレーザー光の光量や強度分布の均一性が低下することがある。このため、ＴＩＲＦ顕微鏡２９の制御装置は、照射位置に加えて対物レンズの瞳径に応じて、シフト量を制御することが望ましい。
また、照射角度を一定にしながら観察倍率を変更する場合には、対物レンズの倍率の変更に応じて、シフト量を制御することが望ましい。
【００５４】
以上、実施例１及び実施例２では、制御装置が、走査手段を駆動させて標本面における照射位置を変更し、且つ、シフト手段を駆動させて走査手段の駆動による標本面における照射角度の変化を補償して照射角度を一定に維持する構成を例示したが、制御装置による制御は、このような制御に限られない。制御装置は、走査手段の駆動による照射角度の変化を補償するのではなく、照射角度を積極的に変化させてもよい。これにより、照射位置によらずレーザー光を任意の照射角度で標本に照射してもよい。
【符号の説明】
【００５５】
１・・・レーザー顕微鏡
２、１６・・・レーザー光源
３、１７・・・シャッター
４、６、・・・ダイクロイックミラー
５、２４・・・走査手段
５ａ、５ｂ、２４ａ、２４ｂ・・・ガルバノミラー
６、２５・・・瞳投影レンズ
８、３０・・・結像レンズ
９、１８、２７ａ、２７ｂ、２８ａ、２８ｂ、２８ｃ、２８ｄ、３１・・・ミラー
１０、３２・・・対物レンズ
１０Ｐ、３２Ｐ・・・瞳面
１１、３３・・・標本
１２・・・共焦点レンズ
１３・・・共焦点絞り
１４・・・バリアフィルタ
１５・・・光検出器
１９、２０・・・レンズ
２１・・・視野絞り
２２・・・集光レンズ
２３・・・平行平板
２４Ｐ・・・瞳共役面
２６・・・制御装置
２７、２８・・・シフト手段
２９・・・ＴＩＲＦ顕微鏡
ＣＰ・・・瞳共役位置
ＰＰ・・・瞳位置
Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３・・・位置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザー顕微鏡に関し、特に、走査手段で標本を走査するレーザー顕微鏡に関する。
【背景技術】
【０００２】
生体分野で使用されるレーザー顕微鏡の一構成として、標本上にレーザー光を集光させて標本を励起する励起手段と、対物レンズの瞳面に励起手段からのレーザー光とは異なる波長のレーザー光を集光させて標本上の一定の領域にレーザー光を平行光として照射する光刺激手段と、を含む構成が知られている。
【０００３】
このような構成を有するレーザー顕微鏡は、励起手段と光刺激手段のそれぞれに走査手段を設けることで、励起位置と光刺激位置とを独立して制御することができる。これにより、標本上の任意の部位に光刺激を与えながら標本をイメージングしてその反応を観察することができる。
このようなレーザー顕微鏡は、例えば、特許文献１で開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−２８８３２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、上述したレーザー顕微鏡の光刺激手段には、走査範囲内の各照射位置において、一定の照射角度で入射するおよそ均一な強度分布を有するレーザー光を照射する機能が求められている。
【０００６】
顕微鏡では、対物レンズの瞳位置と光学的に共役な位置（以降、瞳共役位置と記す。）で光を偏向させることで、標本に照射する光の照射角度を変更することなく、標本に照射する光の照射位置を変更することができるため、走査手段は、対物レンズの瞳共役位置に配置されることが望ましい。
【０００７】
しかしながら、現在、標本を２次元的に走査する走査手段の構成として最も一般的な構成は、Ｘ方向に標本を走査するためのガルバノミラーとＹ方向に標本を走査するためのガルバノミラーとを含む構成であり、特許文献１に開示されるレーザー顕微鏡の走査手段の構成も同様である。
【０００８】
このような構成を有する走査手段（以降、近接ガルバノミラーユニットと記す。）では、両方のガルバノミラーを同時に対物レンズの瞳共役位置に配置することは物理的に不可能であるため、両方のガルバノミラーを互いに比較的近接して配置し、且つ、そのおよそ中間に対物レンズの瞳共役位置が位置するように構成される。
【０００９】
従って、近接ガルバノミラーユニットを用いた場合、それぞれのガルバノミラーによる光の偏向位置と対物レンズの瞳共役位置とは完全には一致していないため、光の照射位置を変更すると、標本に照射する光の照射角度も変化してしまう。つまり、標本面における照射位置と照射角度をそれぞれ独立して制御することができない。
以上のような実情を踏まえ、本発明では、標本面における照射位置と照射角度をそれぞれ独立して制御するレーザー顕微鏡の技術を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の第１の態様は、レーザー光を射出するレーザー光源と、標本に前記レーザー光を照射する対物レンズと、前記対物レンズの瞳面と共役な瞳共役面に前記レーザー光を集光させる集光レンズと、前記レーザー光を前記標本に照射する照射位置を移動させて、前記標本を走査する走査手段と、前記レーザー光を光軸と直交する方向に平行に移動させるシフト手段と、前記シフト手段を駆動させて、前記レーザー光が平行に移動するシフト量を制御するシフト制御手段と、を含むレーザー顕微鏡を提供する。
【００１１】
本発明の第２の態様は、第１の態様に記載のレーザー顕微鏡において、前記走査手段は、光軸と直交する第１の方向に前記標本を走査する第１の走査手段と、光軸と直交し且つ前記第１の方向と直交する第２の方向に前記標本を走査する第２の走査手段と、を含み、前記シフト制御手段は、前記照射位置に応じて、前記シフト量を制御するレーザー顕微鏡を提供する。
【００１２】
本発明の第３の態様は、第２の態様に記載のレーザー顕微鏡において、前記シフト制御手段は、前記照射位置によらず、前記レーザー光が前記標本を一定の照射角度で照射するように、前記シフト量を制御するレーザー顕微鏡を提供する。
【００１３】
本発明の第４の態様は、第３の態様に記載のレーザー顕微鏡において、前記第１の走査手段は、光軸と直交する第１の回転軸周りに回転する第１のミラーであり、前記第２の走査手段は、光軸と直交し且つ前記第１の回転軸と直交する第２の回転軸周りに回転する第２のミラーであり、前記第１のミラーと第２のミラーの間に、前記瞳共役面が位置するレーザー顕微鏡を提供する。
【００１４】
本発明の第５の態様は、第３の態様に記載のレーザー顕微鏡において、前記シフト制御手段は、前記レーザー光の前記瞳面における集光位置が光軸上に位置するように、前記シフト量を制御するレーザー顕微鏡を提供する。
【００１５】
本発明の第６の態様は、第３の態様に記載のレーザー顕微鏡において、前記シフト制御手段は、前記レーザー光の前記瞳面における集光位置が光軸から逸れた位置に位置するように、前記シフト量を制御するレーザー顕微鏡を提供する。
【００１６】
本発明の第７の態様は、第３の態様に記載のレーザー顕微鏡において、前記シフト制御手段は、前記対物レンズの倍率に応じて、前記シフト量を制御するレーザー顕微鏡を提供する。
【００１７】
本発明の第８の態様は、第３の態様に記載のレーザー顕微鏡において、前記シフト制御手段は、前記レーザー光の波長に応じて、前記シフト量を制御するレーザー顕微鏡を提供する。
【００１８】
本発明の第９の態様は、第３の態様に記載のレーザー顕微鏡において、前記シフト手段は、前記レーザー光が透過する平行平板であり、前記シフト制御手段は、前記シフト手段を光軸と直交する回転軸回りに回転させるレーザー顕微鏡を提供する。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、標本面における照射位置と照射角度をそれぞれ独立して制御するレーザー顕微鏡の技術を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】実施例１に係るレーザー顕微鏡の構成を例示した図である。
【図２】図１に例示されるレーザー顕微鏡に含まれるガルバノミラーの動作による瞳共役面における刺激光の集光位置の変化について説明するための図である。
【図３】図１に例示されるレーザー顕微鏡に含まれる対物レンズの瞳面における刺激光の集光位置の変動について説明するための図である。
【図４】図１に例示されるレーザー顕微鏡に含まれる平行平板による刺激光の平行移動について説明するための図である。
【図５】回転制御された平行平板を介して図１に例示されるレーザー顕微鏡に含まれるガルバノミラーに入射する刺激光の集光位置について例示した図である。
【図６】実施例１に係るレーザー顕微鏡に含まれるシフト手段の変形例を示した図である。
【図７】実施例１に係るレーザー顕微鏡に含まれるシフト手段の他の変形例を示した図である。
【図８】実施例２に係るレーザー顕微鏡の構成の一部を例示した図である。
【発明を実施するための形態】
【実施例１】
【００２１】
図１は、本実施例に係るレーザー顕微鏡の構成を例示した図である。図１に例示されるレーザー顕微鏡１は、それぞれ独立に動作する観察用の走査手段５と刺激用の走査手段２４とを含むことで、標本１１上の任意の部位に光刺激を与えながら標本１１をイメージングしてその反応を観察することができる、いわゆるツインスキャンと呼ばれる構成を有している。また、レーザー顕微鏡１は、刺激光路上に、走査手段２４に加えて、刺激光を光軸と直交する方向に平行に移動させるシフト手段である平行平板２３を含んでいる。これにより、レーザー顕微鏡１は、制御装置２６が平行平板２３及び走査手段２４を制御することで、標本１１に対して刺激光を照射する照射位置と照射角度をそれぞれ独立して制御することができる。
図１を参照しながら、レーザー顕微鏡１の構成について具体的に説明する。
レーザー顕微鏡１は、観察用の励起手段を含む観察手段と、光刺激手段と、制御装置２６とを含んでいる。
【００２２】
観察手段は、標本１１を励起する励起光（レーザー光）を射出するレーザー光源２と、シャッター３と、励起光を反射し蛍光を透過するダイクロイックミラー４と、励起光の集光位置を標本１１上で移動させて標本１１を走査する走査手段５と、結像レンズ８と組み合わせて対物レンズ１０の瞳を走査手段５に投影する瞳投影レンズ６と、励起光及び蛍光を透過し刺激光を反射するダイクロイックミラー７と、蛍光を集光させて中間像を形成する結像レンズ８と、ミラー９と、励起光を標本面上に集光させる対物レンズ１０と、蛍光を共焦点絞り１３上に集光させる共焦点レンズ１２と、対物レンズ１０の前側焦点位置（標本１１）と光学的に共役な位置にピンホールが形成された共焦点絞り１３と、励起光を遮断するバリアフィルタ１４と、バリアフィルタ１４を通過した蛍光を検出する光検出器１５を含んでいる。
【００２３】
走査手段５は、標本面における励起光の集光位置を光軸と直交するＸ方向に移動させてＸ方向に標本１１を走査するガルバノミラー５ａと、標本面における励起光の集光位置を光軸及びＸ方向と直交するＹ方向に移動させてＹ方向に標本１１を走査するガルバノミラー５ｂと、を含み、ガルバノミラー５ａ及びガルバノミラー５ｂは、そのおよそ中間に対物レンズ１０の瞳面１０Ｐと光学的に共役な瞳共役面が形成されるように、配置されている。
【００２４】
光刺激手段は、標本１１を刺激する刺激光（レーザー光）を射出するレーザー光源１６と、シャッター１７と、ミラー１８と、レンズ１９及びレンズ２０からなり刺激光のビーム径を変更するビーム径変更光学系と、対物レンズ１０の前側焦点面（標本面）と光学的に共役な面に配置された開口径が可変な視野絞り２１と、対物レンズ１０の瞳面１０Ｐと共役な瞳共役面に刺激光を集光させる集光レンズ２２と、刺激光を光軸と直交する方向に平行に移動させる平行平板２３と、刺激光を標本１１に照射する照射位置を移動させて標本１１を走査する走査手段２４と、結像レンズ８と組み合わせて対物レンズ１０の瞳を走査手段５に投影する瞳投影レンズ２５と、ダイクロイックミラー７と、結像レンズ８と、ミラー９と、標本１１に刺激光を照射する対物レンズ１０と、を含んでいる。なお、ダイクロイックミラー７、結像レンズ８、ミラー９、及び、対物レンズ１０は、観察手段と共有されている。
【００２５】
走査手段２４は、標本面における刺激光の照射位置を光軸と直交するＸ方向に移動させてＸ方向に標本１１を走査するガルバノミラー２４ａと、標本面における刺激光の照射位置を光軸及びＸ方向と直交するＹ方向に移動させてＹ方向に標本１１を走査するガルバノミラー２４ｂと、を含み、ガルバノミラー２４ａ及びガルバノミラー２４ｂは、そのおよそ中間に対物レンズ１０の瞳面１０Ｐと光学的に共役な瞳共役面が形成されるように、配置されている。ガルバノミラー２４ａ、ガルバノミラー２４ｂは、例えば、それぞれＹ軸周り、Ｘ軸周りに回転する。
【００２６】
シフト手段である平行平板２３は、刺激光が透過する平行平板であって、刺激光が入射する入射面を光軸と直交するＸＹ平面に対して任意の角度に傾けることができる。即ち、平行平板２３は、Ｘ軸周りにもＹ軸周りにも回転可能に構成されている。
【００２７】
制御装置２６は、レーザー光源２、走査手段５、光検出器１５、レーザー光源１６、平行平板２３、及び、走査手段２４に接続されていて、レーザー光源２やレーザー光源１６の発光波長の制御、走査手段５及び走査手段２４への走査信号の送信、平行平板２３の回転制御、光検出器１５からの電気信号の受信などを行う。
図１を参照しながら、レーザー顕微鏡１全体の動作について概説する。
【００２８】
レーザー光源２から平行光として射出された励起光は、シャッター３を通過して入射するダイクロイックミラー４で反射されて、走査手段５に入射する。制御装置２６からの走査信号により制御された走査手段５は、ガルバノミラー５ａ、ガルバノミラー５ｂでそれぞれ光軸と直交するＸ方向、Ｙ方向に励起光を偏向する。走査手段５から瞳投影レンズ６へ入射した励起光は、瞳投影レンズ６で収斂されて、収斂光または発散光としてダイクロイックミラー７を透過し、発散光として結像レンズ８に入射する。励起光は、結像レンズ８で再び平行光に変換されて、ミラー９を介して入射する対物レンズ１０により標本１１上に集光される。励起光が集光した標本１１の集光位置では、標本１１に含まれる蛍光物質が励起されて蛍光を発する。なお、標本面上における集光位置は、走査手段５でのＸ方向、Ｙ方向への偏向量を制御することで、Ｘ方向、Ｙ方向に任意に移動させることができる。
【００２９】
標本１１から生じた蛍光は、対物レンズ１０により平行光に変換されて、励起光と同じ光路を反対向きに進行する。即ち、ミラー９、結像レンズ８、ダイクロイックミラー７、瞳投影レンズ６、及び、走査手段５を介してダイクロイックミラー４に入射する。ダイクロイックミラー４に入射した蛍光は、ダイクロイックミラー４を透過し、共焦点レンズ１２により標本面（対物レンズ１０の前側焦点面）と共役な面に配置された共焦点絞り１３に集光する。焦点位置から生じた蛍光は、共焦点絞り１３に形成されたピンホールを通過し、さらにバリアフィルタ１４を通過して、光検出器１５で検出される。
【００３０】
光検出器１５は、検出した蛍光を電気信号に変換して、制御装置２６へ送信する。制御装置２６は、光検出器１５からの電気信号と走査手段５へ送信した走査信号とから、標本１１の画像を生成し、不図示の表示装置に表示する。
【００３１】
一方、レーザー光源１６から平行光として射出された刺激光は、シャッター１７を通過して入射するミラー１８で反射され、レンズ１９及びレンズ２０からなるビーム径変更光学系に入射する。ビーム径変更光学系によりビーム径が調整された刺激光は、平行光として視野絞り２１に入射する。
【００３２】
可変絞りである視野絞り２１は標本面と光学的に共役な面に配置されている。このため、視野絞り２１の開口径を調整し視野絞り２１を通過する刺激光のビーム径を調整することで、標本面における刺激光のビーム径を規定して標本１１に照射する刺激光の照射範囲を制御することができる。また、刺激光の強度はガウス分布を有しているが、視野絞り２１でガウス分布の裾野部分（刺激光の光束の周辺部分）を遮断し、比較的な均一な強度分布を有するガウス分布の中心部分（刺激光の光束の中心部分）を選択的に透過させる。これにより、標本１１に照射される刺激光の強度分布の不均一が抑制されて、標本１１を比較的均一な強度で照射することができる。
【００３３】
視野絞り２１を通過した刺激光は、集光レンズ２２により収斂光に変換されて、収斂光として入射した平行平板２３を透過する。平行平板２３を透過した刺激光は、平行平板２３で、平行平板２３の屈折率と平行平板２３への入射角により定まる量だけ光軸と直交する方向に平行移動し、収斂光束として走査手段２４に入射する。なお、平行平板２３で刺激光が光軸に対して平行移動する量（以降、シフト量と記す。）は、平行平板２３を駆動する制御装置２６により制御される。
【００３４】
制御装置２６からの走査信号により制御された走査手段２４は、ガルバノミラー２４ａ、ガルバノミラー２４ｂでそれぞれ光軸と直交するＸ方向、Ｙ方向に刺激光を偏向する。走査手段２４で偏向され、発散光として瞳投影レンズ２５へ入射した刺激光は、瞳投影レンズ２５で平行光に変換されて、ダイクロイックミラー７に照射される。ダイクロイックミラー７に入射した刺激光はダイクロイックミラー７で反射され、結像レンズ８によりミラー９を介して対物レンズ１０の瞳面１０Ｐに集光する。瞳面１０Ｐに集光した刺激光は、対物レンズ１０により再び平行光に変換されて標本１１に照射される。なお、標本面上における刺激光の照射位置は、走査手段２４でのＸ方向、Ｙ方向への偏向量を制御することで、Ｘ方向、Ｙ方向に任意に移動させることができる。
【００３５】
図２は、ガルバノミラー２４ａの動作による瞳共役面における刺激光の集光位置の変化について説明するための図であり、図２（ａ）、図２（ｂ）は、それぞれガルバノミラー２４ａの反射面が光軸に対して異なる角度で傾斜している状態における刺激光の集光位置を示している。図３は、対物レンズ１０の瞳面１０Ｐにおける刺激光の集光位置の変動について説明するための図である。図４は、平行平板２３による刺激光の平行移動について説明するための図である。図５は、回転制御された平行平板２３を介してガルバノミラー２４ａに入射する刺激光の集光位置について例示した図である。
【００３６】
図２から図５を参照しながら、標本面における刺激光の照射位置と照射角度をそれぞれ独立して制御するための平行平板２３及び走査手段２４の制御について、詳細に説明する。
【００３７】
まず、平行平板２３が光軸に対して所定の角度で固定されている場合について説明する。
走査手段２４は、図２に例示されるように、ガルバノミラー２４ａとガルバノミラー２４ｂの中間に瞳共役面２４Ｐが形成されるように構成されている。このため、走査手段２４では、図２（ａ）及び図２（ｂ）に例示されるように、ガルバノミラー２４ａの反射面が光軸に対して所定の角度αで傾斜している状態で、刺激光が瞳共役面２４Ｐの光軸上（即ち、瞳共役位置ＣＰ）に集光する場合、ガルバノミラー２４ａの反射面が異なる角度βで傾斜している状態では、刺激光は瞳共役面２４Ｐの光軸から逸れた位置Ｐ１（以降、集光位置と記す。）に集光する。
【００３８】
なお、刺激光が瞳共役位置ＣＰに集光する状態（以降、基準状態と記す。）からのガルバノミラー２４ａの回転角（＝α‐β）の２倍の角度を角度θ１とすると、刺激光の軸上の主光線は、ガルバノミラー２４ａにより光軸に対して角度θ１だけ傾斜した方向に反射される。このため、瞳共役位置ＣＰと位置Ｐ１との距離ｈ１は、ガルバノミラー２４ａによる刺激光の偏向位置と瞳共役面２４Ｐとの距離をＤとすると、Ｄ・tanθ１として算出される。
【００３９】
瞳共役面２４Ｐにおける瞳共役位置ＣＰからの刺激光の集光位置のズレ（距離ｈ１）は、対物レンズ１０の瞳面１０Ｐに引き継がれる。このため、図３の破線で示されるように、刺激光は瞳面１０Ｐにおいても、距離ｈ１に瞳投影レンズ２５及び結像レンズ８からなる瞳投影光学系の投影倍率を乗じて算出される距離ｈ２だけ光軸（瞳位置ＰＰ）から逸れた位置Ｐ２に集光する。このため、刺激光は標本面に垂直に入射せずに、標本面に対して照射角度θ２で入射する。ここで、図３の実線は、瞳共役位置ＣＰに集光した場合における刺激光を示していて、刺激光が標本面に垂直に入射している様子が示されている。
【００４０】
この照射角度θ２は、瞳面１０Ｐにおける集光位置（位置Ｐ２）が光軸から離れるほど大きくなる。つまり、ガルバノミラー２４ａの基準状態からの回転量が大きくなるほど、標本面における照射角度が大きくなる。従って、平行平板２３が固定されている場合には、制御装置２６が走査手段２４に走査信号を送信して標本面における刺激光の照射位置を変更すると、その照射位置に応じて、標本面における刺激光の照射角度が変化する。
【００４１】
次に、制御装置２６が平行平板２３の回転を走査手段２４の動作に応じて制御する場合について説明する。
刺激光は平行平板２３を通過することで光軸と直交する方向に平行移動するが、そのシフト量は、図４に例示されるように、刺激光の入射角によって変化する。これを踏まえて、本実施例に係るレーザー顕微鏡１では、制御装置２６が、図５に例示されるように、瞳共役面２４Ｐにおける刺激光の集光位置が瞳共役位置ＣＰに一致するように、ガルバノミラー２４ａの回転量に応じて平行平板２３を回転させて、シフト量を制御する。これにより、瞳面１０Ｐにおける集光位置も瞳位置ＰＰに一致することになることになる。
【００４２】
制御装置２６が上述した制御を行うことにより、ガルバノミラー２４ａの回転量に応じて、瞳位置ＰＰに入射する軸上の主光線の角度が変化して標本面における照射位置が変化するが、刺激光は回転量によらず瞳位置ＰＰに集光するため、標本面における照射角度は標本１１に垂直に維持される。
【００４３】
従って、本実施例に係るレーザー顕微鏡１によれば、制御装置２６が、ガルバノミラーの基準状態からの回転量、即ち、標本面における照射位置に応じて、平行平板２３を回転させてシフト量を制御することにより、照射位置によらず刺激光が標本１１を一定の照射角度で照射することができる。
【００４４】
なお、説明を簡略するために、ガルバノミラー２４ａのみが動作する場合について上述したが、ガルバノミラー２４ｂが動作する場合にも同様の方法を適用することができる。ガルバノミラー２４ｂが動作すると、刺激光が瞳共役位置ＣＰに集光している場合であっても、ガルバノミラー２４ｂの基準状態からの回転により、刺激光が瞳位置ＰＰから逸れた位置に集光することがある。このズレについても、平行平板２３を回転させることで補償することができる。具体的には、制御装置２６は、ガルバノミラー２４ａの回転に応じて、平行平板２３のＹ軸周りの回転量を制御してＸ方向のシフト量を制御し、ガルバノミラー２４ｂの回転に応じて、平行平板２３のＸ軸周りの回転量を制御してＹ方向のシフト量を制御すればよい。
【００４５】
また、レーザー顕微鏡１は、Ｘ軸周り、Ｙ軸周りの両方に回転する平行平板２３の代わりに、Ｘ軸周り、Ｙ軸周りにそれぞれ回転する２枚の平行平板を含んでもよい。
【００４６】
また、レーザー顕微鏡１は、刺激光の入射角を変更することでシフト量を変化させる平行平板２３の代わりに、図６に例示されるような、２枚のミラー（ミラー２７ａ、ミラー２７ｂ）からなるシフト手段２７を含んでもよい。ミラー２７ｂが刺激光の入射方向に沿って移動することで、その移動量だけ刺激光を平行移動させることができる。
【００４７】
また、レーザー顕微鏡１は、刺激光の入射角を変更することでシフト量を変化させる平行平板２３の代わりに、図７に例示されるような、４枚のミラー（ミラー２８ａ、ミラー２８ｂ、ミラー２８ｃ、ミラー２８ｄ）からなるシフト手段２８を含んでもよい。シフト手段２８ｂへ入射する刺激光の入射方向に沿って、ミラー２８ｂとミラー２８ｃが一体となって移動し、且つ、ミラー２８ｄがミラー２８ｂ及びミラー２８ｃの移動した向きと同じ向きにミラー２８ｂ（ミラー２８ｃ）の移動量の２倍の量だけ移動することで、ミラー２８ｄの移動量だけ刺激光を平行移動させることができる。シフト手段２８によれば、刺激光の光路長を変更することなく、刺激光を平行移動させることができる点で、シフト手段２７よりも好ましい。
【００４８】
また、レーザー顕微鏡１では、色収差に起因して、レーザー光源１６から射出される刺激光の波長が異なると、瞳面１０Ｐにおける刺激光の集光位置も変化する。このため、制御装置２６は、照射位置と刺激光の波長に応じて、シフト量を制御することが望ましい。
【実施例２】
【００４９】
図８は、本実施例に係るレーザー顕微鏡の構成の一部を例示した図である。図８に例示されるレーザー顕微鏡は、標本３３に臨界角以上の角度でレーザー光を照射することで、全反射面からしみ出すエバネッセント光により標本３３を励起する全反射照明蛍光顕微鏡（以降、ＴＩＲＦ顕微鏡と記す。）である。
【００５０】
ＴＩＲＦ顕微鏡２９は、臨界角以上の所定の照射角度で標本３３を照射するために、結像レンズ３０及びミラー３１を介して入射するレーザー光を対物レンズ３２の瞳面３２Ｐの光軸から逸れた位置Ｐ３に集光させる点が、実施例１に係るレーザー顕微鏡１と異なっている。その他の点については、実施例１に係るレーザー顕微鏡１と同様である。
【００５１】
ＴＩＲＦ顕微鏡２９では、実施例１に係るレーザー顕微鏡１と同様に、不図示の制御装置が、走査手段の駆動、即ち、標本面における照射位置に応じて、シフト手段によってシフト量を制御することにより、レーザー光の瞳面３２Ｐにおける集光位置を光軸からずれた位置Ｐ３に維持することができる。
従って、本実施例に係るＴＩＲＦ顕微鏡２９によっても、照射位置によらずレーザー光を一定の照射角度で標本３３に照射することができる。
【００５２】
なお、ＴＩＲＦ顕微鏡２９の制御装置でも、実施例１に係るレーザー顕微鏡１の制御装置２６と同様に、照射位置に加えてレーザー光の波長に応じて、シフト量を制御することが望ましい。
【００５３】
また、ＴＩＲＦ顕微鏡２９では、上述したようにレーザー光を瞳面３２Ｐにおける光軸から逸れた位置に集光させるが、対物レンズによっては瞳径が異なるので対物レンズ３２の瞳の周辺または外側にレーザー光が集光すると、ケラレが生じて標本３３に照射されるレーザー光の光量や強度分布の均一性が低下することがある。このため、ＴＩＲＦ顕微鏡２９の制御装置は、照射位置に加えて対物レンズの瞳径に応じて、シフト量を制御することが望ましい。
また、照射角度を一定にしながら観察倍率を変更する場合には、対物レンズの倍率の変更に応じて、シフト量を制御することが望ましい。
【００５４】
以上、実施例１及び実施例２では、制御装置が、走査手段を駆動させて標本面における照射位置を変更し、且つ、シフト手段を駆動させて走査手段の駆動による標本面における照射角度の変化を補償して照射角度を一定に維持する構成を例示したが、制御装置による制御は、このような制御に限られない。制御装置は、走査手段の駆動による照射角度の変化を補償するのではなく、照射角度を積極的に変化させてもよい。これにより、照射位置によらずレーザー光を任意の照射角度で標本に照射してもよい。
【符号の説明】
【００５５】
１・・・レーザー顕微鏡
２、１６・・・レーザー光源
３、１７・・・シャッター
４、６、・・・ダイクロイックミラー
５、２４・・・走査手段
５ａ、５ｂ、２４ａ、２４ｂ・・・ガルバノミラー
６、２５・・・瞳投影レンズ
８、３０・・・結像レンズ
９、１８、２７ａ、２７ｂ、２８ａ、２８ｂ、２８ｃ、２８ｄ、３１・・・ミラー
１０、３２・・・対物レンズ
１０Ｐ、３２Ｐ・・・瞳面
１１、３３・・・標本
１２・・・共焦点レンズ
１３・・・共焦点絞り
１４・・・バリアフィルタ
１５・・・光検出器
１９、２０・・・レンズ
２１・・・視野絞り
２２・・・集光レンズ
２３・・・平行平板
２４Ｐ・・・瞳共役面
２６・・・制御装置
２７、２８・・・シフト手段
２９・・・ＴＩＲＦ顕微鏡
ＣＰ・・・瞳共役位置
ＰＰ・・・瞳位置
Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３・・・位置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザー光を射出するレーザー光源と、
標本に前記レーザー光を照射する対物レンズと、
前記対物レンズの瞳面と共役な瞳共役面に前記レーザー光を集光させる集光レンズと、
前記レーザー光を前記標本に照射する照射位置を移動させて、前記標本を走査する走査手段と、
前記レーザー光を光軸と直交する方向に平行に移動させるシフト手段と、
前記シフト手段を駆動させて、前記レーザー光が平行に移動するシフト量を制御するシフト制御手段と、を含む
ことを特徴とするレーザー顕微鏡。
【請求項２】
請求項１に記載のレーザー顕微鏡において、
前記走査手段は、
光軸と直交する第１の方向に前記標本を走査する第１の走査手段と、
光軸と直交し且つ前記第１の方向と直交する第２の方向に前記標本を走査する第２の走査手段と、を含み、
前記シフト制御手段は、前記照射位置に応じて、前記シフト量を制御する
ことを特徴とするレーザー顕微鏡。
【請求項３】
請求項２に記載のレーザー顕微鏡において、
前記シフト制御手段は、前記照射位置によらず、前記レーザー光が前記標本を一定の照射角度で照射するように、前記シフト量を制御する
ことを特徴とするレーザー顕微鏡。
【請求項４】
請求項３に記載のレーザー顕微鏡において、
前記第１の走査手段は、光軸と直交する第１の回転軸周りに回転する第１のミラーであり、
前記第２の走査手段は、光軸と直交し且つ前記第１の回転軸と直交する第２の回転軸周りに回転する第２のミラーであり、
前記第１のミラーと第２のミラーの間に、前記瞳共役面が位置する
ことを特徴とするレーザー顕微鏡。
【請求項５】
請求項３に記載のレーザー顕微鏡において、
前記シフト制御手段は、前記レーザー光の前記瞳面における集光位置が光軸上に位置するように、前記シフト量を制御する
ことを特徴とするレーザー顕微鏡。
【請求項６】
請求項３に記載のレーザー顕微鏡において、
前記シフト制御手段は、前記レーザー光の前記瞳面における集光位置が光軸から逸れた位置に位置するように、前記シフト量を制御する
ことを特徴とするレーザー顕微鏡。
【請求項７】
請求項３に記載のレーザー顕微鏡において、
前記シフト制御手段は、前記対物レンズの倍率に応じて、前記シフト量を制御する
ことを特徴とするレーザー顕微鏡。
【請求項８】
請求項３に記載のレーザー顕微鏡において、
前記シフト制御手段は、前記レーザー光の波長に応じて、前記シフト量を制御する
ことを特徴とするレーザー顕微鏡。
【請求項９】
請求項３に記載のレーザー顕微鏡において、
前記シフト手段は、前記レーザー光が透過する平行平板であり、
前記シフト制御手段は、前記シフト手段を光軸と直交する回転軸回りに回転させる
ことを特徴とするレーザー顕微鏡。
【請求項１】
レーザー光を射出するレーザー光源と、
標本に前記レーザー光を照射する対物レンズと、
前記対物レンズの瞳面と共役な瞳共役面に前記レーザー光を集光させる集光レンズと、
前記レーザー光を前記標本に照射する照射位置を移動させて、前記標本を走査する走査手段と、
前記レーザー光を光軸と直交する方向に平行に移動させるシフト手段と、
前記シフト手段を駆動させて、前記レーザー光が平行に移動するシフト量を制御するシフト制御手段と、を含む
ことを特徴とするレーザー顕微鏡。
【請求項２】
請求項１に記載のレーザー顕微鏡において、
前記走査手段は、
光軸と直交する第１の方向に前記標本を走査する第１の走査手段と、
光軸と直交し且つ前記第１の方向と直交する第２の方向に前記標本を走査する第２の走査手段と、を含み、
前記シフト制御手段は、前記照射位置に応じて、前記シフト量を制御する
ことを特徴とするレーザー顕微鏡。
【請求項３】
請求項２に記載のレーザー顕微鏡において、
前記シフト制御手段は、前記照射位置によらず、前記レーザー光が前記標本を一定の照射角度で照射するように、前記シフト量を制御する
ことを特徴とするレーザー顕微鏡。
【請求項４】
請求項３に記載のレーザー顕微鏡において、
前記第１の走査手段は、光軸と直交する第１の回転軸周りに回転する第１のミラーであり、
前記第２の走査手段は、光軸と直交し且つ前記第１の回転軸と直交する第２の回転軸周りに回転する第２のミラーであり、
前記第１のミラーと第２のミラーの間に、前記瞳共役面が位置する
ことを特徴とするレーザー顕微鏡。
【請求項５】
請求項３に記載のレーザー顕微鏡において、
前記シフト制御手段は、前記レーザー光の前記瞳面における集光位置が光軸上に位置するように、前記シフト量を制御する
ことを特徴とするレーザー顕微鏡。
【請求項６】
請求項３に記載のレーザー顕微鏡において、
前記シフト制御手段は、前記レーザー光の前記瞳面における集光位置が光軸から逸れた位置に位置するように、前記シフト量を制御する
ことを特徴とするレーザー顕微鏡。
【請求項７】
請求項３に記載のレーザー顕微鏡において、
前記シフト制御手段は、前記対物レンズの倍率に応じて、前記シフト量を制御する
ことを特徴とするレーザー顕微鏡。
【請求項８】
請求項３に記載のレーザー顕微鏡において、
前記シフト制御手段は、前記レーザー光の波長に応じて、前記シフト量を制御する
ことを特徴とするレーザー顕微鏡。
【請求項９】
請求項３に記載のレーザー顕微鏡において、
前記シフト手段は、前記レーザー光が透過する平行平板であり、
前記シフト制御手段は、前記シフト手段を光軸と直交する回転軸回りに回転させる
ことを特徴とするレーザー顕微鏡。
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図１】
【図８】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図１】
【図８】
【公開番号】特開２０１３−３３３８（Ｐ２０１３−３３３８Ａ）
【公開日】平成２５年１月７日（２０１３．１．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１３４１５２（Ｐ２０１１−１３４１５２）
【出願日】平成２３年６月１６日（２０１１．６．１６）
【出願人】（００００００３７６）オリンパス株式会社 (11,466)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年１月７日（２０１３．１．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年６月１６日（２０１１．６．１６）
【出願人】（００００００３７６）オリンパス株式会社 (11,466)
【Ｆターム（参考）】
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