光走査装置および走査型顕微鏡装置
【課題】光の利用効率を低減することなく走査速度を上げる。
【解決手段】入射されたビームを所定の切替タイミングで複数の方向に切り替えて偏向可能な偏向素子１と、偏向素子１により偏向されたビームの各光路ＬＡ〜ＬＤ上に互いに異なる角度で配置された複数の角度設定ミラー１３を有し、各角度設定ミラー１３によって光路ＬＡ〜ＬＤごとにビームを同一平面上における相対的な角度を付与して反射して同一箇所に集合させるミラーアレイ３と、前記平面に対して垂直な軸線回りに切替タイミングに同期して揺動可能に設けられ、ミラーアレイ３により同一箇所に異なる方向から入射させられる各ビームを反射して同一の軌跡に沿って走査する第１スキャナ５とを備える光走査装置１０を提供する。
【解決手段】入射されたビームを所定の切替タイミングで複数の方向に切り替えて偏向可能な偏向素子１と、偏向素子１により偏向されたビームの各光路ＬＡ〜ＬＤ上に互いに異なる角度で配置された複数の角度設定ミラー１３を有し、各角度設定ミラー１３によって光路ＬＡ〜ＬＤごとにビームを同一平面上における相対的な角度を付与して反射して同一箇所に集合させるミラーアレイ３と、前記平面に対して垂直な軸線回りに切替タイミングに同期して揺動可能に設けられ、ミラーアレイ３により同一箇所に異なる方向から入射させられる各ビームを反射して同一の軌跡に沿って走査する第１スキャナ５とを備える光走査装置１０を提供する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光走査装置および走査型顕微鏡装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、レーザ光の実質的な走査速度を上げることができる光走査装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。特許文献１に記載の光走査装置は、レーザ光を反射および透過して複数の光束に分岐するビームスプリッタと、ビームスプリッタを透過したレーザ光を反射するハーフミラーと、これらビームスプリッタおよびハーフミラーにより各々異なる出射角度で反射され同一箇所に集合させられた各レーザ光を走査するスキャナと、スキャナにより走査された各レーザ光を選択的に通過させる絞りとを備えている。
【０００３】
この特許文献１に記載の光走査装置は、ビームスプリッタおよびハーフミラーにより反射された各レーザ光をスキャナにより同時に走査し、順次いずれかのレーザ光のみを絞りを通過させることにより、スキャナの１回の揺動によって複数のレーザ光を照射範囲をずらしながら順次走査させ、一定面積の走査に要する時間短縮を実現している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平５−１７３０８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載の光走査装置では、ビームスプリッタにより分岐された複数のレーザ光のうち、絞りを通過したレーザ光のみを利用し、絞りを通過しない他のレーザ光は無駄になるため、光量損失が大きく光の利用効率が低いという問題がある。
【０００６】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、光の利用効率を低減することなく走査速度を上げることができる光走査装置および走査型顕微鏡装置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】
【０００７】
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、入射されたレーザ光を所定の切替タイミングで複数の方向に切り替えて偏向可能な偏向素子と、該偏向素子により偏向されたレーザ光の各光路上に互いに異なる角度で配置された複数の角度設定ミラーを有し、各該角度設定ミラーによって光路ごとにレーザ光を同一平面上における相対的な角度を付与して反射して同一箇所に集合させる角度設定部と、前記平面に対して垂直な軸線回りに前記切替タイミングに同期して揺動可能に設けられ、前記角度設定部により前記同一箇所に異なる方向から入射させられる各レーザ光を反射して同一の軌跡に沿って走査する揺動ミラーとを備える光走査装置を提供する。
【０００８】
本発明によれば、レーザ光が偏向素子により所定の切替タイミングで切り替えられながら複数の方向に偏向され、偏向された光路ごとに配置された角度設定部の角度設定ミラーにより反射されて、同一平面上における異なる角度で揺動ミラーの同一箇所に入射させられる。そして、揺動ミラーが軸線回りに揺動することにより、光路ごとに揺動ミラーに順次入射させられたレーザ光がミラーの配列方向に走査される。
【０００９】
この場合において、偏向素子により偏向する方向の切替タイミングに同期して揺動ミラーを揺動させることで、各角度設定ミラーから相互に異なる入射角度で揺動ミラーに入射されるレーザ光ごとに、偏向素子の切替タイミングに応じて時間間隔をあけて一定の範囲を順次走査させることができる。したがって、偏向素子によりレーザ光を偏向する方向を高速で切り替えるだけで、ビームスプリッタによりレーザ光を複数の光路に分岐して絞りを通過したもののみを利用する場合と比較して、レーザ光の利用効率を低減することなく走査速度の向上を図ることができる。
【００１０】
上記発明においては、前記角度設定部が、前記複数の角度設定ミラーの角度設定が異なる複数の角度設定ミラー群と、前記偏向素子により偏向されたレーザ光を反射して前記角度設定ミラー群の角度設定ミラーに入射させる複数の反射ミラーとの組を複数組備え、これらの角度設定ミラー群および反射ミラーの組ごとに、前記角度設定ミラーにより反射したレーザ光を前記揺動ミラー上の同一箇所に集合させるように、該揺動ミラーからの距離が異なる位置に択一的に挿脱可能に設けられていることとしてもよい。
【００１１】
このように構成することで、択一的に挿入する角度設定ミラー群と反射ミラーとの組を変えることにより、角度設定ミラーの角度に応じて揺動ミラーへのレーザ光の入射角度を変更することができる。ここで、揺動ミラーの揺動範囲を変えることで、揺動ミラーにより走査されたレーザ光が照射される試料の画像上における倍率が変動する。したがって、揺動ミラーの揺動角度に合わせて、挿入する角度設定ミラー群および反射ミラーの組を変えるだけの簡易な構成により、偏向素子の偏向動作は通常のままで揺動ミラーによるズーム機能を実現することができる。
【００１２】
また、上記発明においては、前記角度設定部が、前記複数の角度設定ミラーの角度設定が異なる複数の角度設定ミラー群と、前記偏向素子により偏向されたレーザ光を反射して前記角度設定ミラー群の角度設定ミラーに入射させる反射ミラーとを備え、前記角度設定ミラー群が、前記角度設定ミラーにより反射したレーザ光を前記揺動ミラー上の同一箇所に集合させるように、該揺動ミラーからの距離が異なる位置に択一的に挿脱可能に設けられ、前記反射ミラーが、前記偏向素子からのレーザ光の光路上に該光路に沿う方向に移動可能および／または前記軸線に平行な他の軸線回りに揺動可能に設けられていることとしてもよい。
【００１３】
このように構成することで、択一的に挿入される角度設定ミラー群の位置に合わせて、反射ミラーの位置や向きを変えるだけで、偏向素子からのレーザ光を反射ミラーおよび角度設定ミラー群を介して、揺動ミラーの揺動角度に合わせた入射角度で揺動ミラーに入射させることができる。したがって、部品点数を低減しつつ、偏向素子の偏向動作は通常のままで揺動ミラーによるズーム機能を実現することができる。
【００１４】
また、上記発明においては、前記角度設定部が、前記角度設定ミラーの角度および該角度設定ミラーどうしの距離が変更可能に備えられた角度設定ミラー群と、前記偏向素子により偏向されたレーザ光を反射して前記角度設定ミラー群の角度設定ミラーに入射させる反射ミラーとを備え、前記角度設定ミラー群が、前記角度設定ミラーと前記揺動ミラーとの距離が近接または離間する方向に移動可能に設けられ、前記反射ミラーが、前記偏向素子により偏向されたレーザ光の光路上に該光路に沿う方向に移動可能および／または前記軸線に平行な他の軸線回りに揺動可能に設けられていることとしてもよい。
【００１５】
このように構成することで、角度設定ミラー群を角度設定ミラーと揺動ミラーとの距離が近接または離間する方向に移動させるとともに、反射するレーザ光に光路ごとに同一平面上における相対的な角度を付与して同一箇所に集合させるように角度設定ミラーの角度および位置を調節することにより、揺動ミラーの揺動角度に合わせた入射角度で揺動ミラーにレーザ光を入射させることができる。したがって、揺動ミラーの揺動角度を変えて試料の画像上における倍率を変動することができる。
【００１６】
この場合において、角度設定ミラー群の位置に合わせて、反射ミラーをレーザ光の光路上で光路に沿う方向に移動または他の軸線回りに揺動させるだけで、偏向素子からのレーザ光を角度設定ミラー群の各角度設定ミラーに入射させることができる。したがって、偏向素子の偏向動作は通常のままで、手間をかけずに揺動ミラーによるズーム機能を実現することができる。
【００１７】
また、上記発明においては、前記揺動ミラーにより走査された前記レーザ光を該揺動ミラーによる走査方向に対して直交する方向に走査する他の揺動ミラーを備えることとしてもよい。
このように構成することで、一方の揺動ミラーにより同一範囲を連続的に一方向に走査されたレーザ光を他の揺動ミラーによりこれに直交する方向に順次走査することができる。したがって、レーザ光の２次元的な走査速度を向上することができる。
【００１８】
本発明は、上記いずれかの光走査装置と、該光走査装置により走査された前記レーザ光を試料に照射する観察光学系と、該観察光学系により前記レーザ光が照射された前記試料からの光を検出する検出部とを備える走査型顕微鏡装置を提供する。
本発明によれば、光走査装置により、観察光学系によって試料に照射されるレーザ光を走査速度を向上して試料上で２次元的に走査させることができる。したがって、検出部により検出された試料からの光に基づいて、試料の観察範囲を時間を短縮して観察することができる。
【００１９】
上記発明においては、前記検出部により検出された前記試料からの光と前記レーザ光の走査位置とを対応づけて２次元情報または３次元情報として復元する復元部と、該復元部により復元された前記２次元情報または３次元情報を表示する表示部とを備えることとしてもよい。
このように構成することで、表示部に表示された試料の２次元情報または３次元情報により、試料の観察を行うことができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、光の利用効率を低減することなく走査速度を上げることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】（ａ）は本発明の第１実施形態に係る光走査装置を示す概略図であり、（ｂ）は（ａ）のスキャナにより走査される第１光路のビームを示す概略図である。
【図２】（ａ）は本発明の第１実施形態に係る光走査装置を示す別の概略図であり、（ｂ）は（ａ）のスキャナにより走査される第４光路のビームの光路を示す概略図である。
【図３】本発明の第１実施形態の第１変形例に係る光走査装置の１倍用角度設定ミラー群を挿入した様子を示す概略図である。
【図４】本発明の第１実施形態の第１変形例に係る光走査装置の２倍用角度設定ミラー群を挿入した様子を示す概略図である。
【図５】本発明の第１実施形態の第１変形例に係る光走査装置の４倍用角度設定ミラー群を挿入した様子を示す概略図である。
【図６】本発明の第１実施形態の第２変形例に係る光走査装置の角度設定ミラー群をスキャナに近接して配置した様子を示す概略図である。
【図７】本発明の第１実施形態の第２変形例に係る光走査装置の角度設定ミラー群をスキャナから離間して配置した様子を示す概略図である。
【図８】本発明の第２実施形態に係る走査型顕微鏡装置を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
〔第１実施形態〕
本発明の第１実施形態に係る光走査装置について、図面を参照して以下に説明する。
本実施形態に係る光走査装置１０は、図１（ａ），図２（ａ）に示すように、光源２から発せられたビーム（レーザ光）の進行方向を切り替える偏向素子１と、偏向素子１により偏向されたビームを反射するミラーアレイ（角度設定部）３と、ミラーアレイ３により反射されたビームを走査するガルバノミラーのような第１スキャナ（揺動ミラー）５および第２スキャナ（他の走査部）７と、偏向素子１、第１スキャナ５および第２スキャナ７を制御する制御部９とを備えている。
【００２３】
偏向素子１は、光源２から入射されたビームを所定の切替タイミングで一次元的に複数の方向に切り替えて偏向することができるようになっている。本実施形態においては、偏向素子１は１次元的に４方向にビームの進行方向を切り替えるようになっている。以下、図１（ｂ），図２（ｂ）に示すように、偏向素子１により偏向されるビームの各光路を順に第１光路ＬＡ，第２光路ＬＢ，第３光路ＬＣ，第４光路ＬＤとする。図１（ａ）には第１光路ＬＡを通るビームを示し、図２（ａ）には第４光路ＬＤを通るビームを示している。また、図１（ｂ），図２（ｂ）は第１スキャナ５によるビームの走査を示している。
【００２４】
また、偏向素子１は、ビームを偏向する方向を第１光路ＬＡから第４光路ＬＤまで順に高速で切り替えることができるようになっている。偏向素子１としては、例えば、ＡＯＤ（Ａｃｏｕｓｔｏ−Ｏｐｔｉｃ Ｄｅｆｌｅｃｔｏｒ）や電気光学結晶等を使用することができる。
【００２５】
ミラーアレイ３は、一方向に配列された複数（本実施形態においては４つ。）の角度設定ミラー１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃ，１３Ｄを備えている。
角度設定ミラー１３Ａ〜１３Ｄは、偏向素子１により偏向されたビームの各光路ＬＡ〜ＬＤ上にそれぞれ設けられ、互いに異なる角度で配置されている。具体的には、角度設定ミラー１３Ａは第１光路ＬＡ上に配置され、角度設定ミラー１３Ｂは第２光路ＬＢ上に配置され、角度設定ミラー１３Ｃは第３光路ＬＣ上に配置され、角度設定ミラー１３Ｄは第４光路ＬＤ上に配置されている。
【００２６】
これらの角度設定ミラー１３Ａ〜１３Ｄは、光路ＬＡ〜ＬＤごとに入射されるビームを同一平面上における相対的な角度を付与して反射し、第１スキャナ５の同一箇所に集合させるように設定されている。
【００２７】
第１スキャナ５は、ミラーアレイ３から入射されるビームの４つの光路ＬＡ〜ＬＤに沿う前記平面に対して垂直な軸線回りに揺動可能に設けられている。これにより、第１スキャナ５は、ミラーアレイ３の各角度設定ミラー１３Ａ〜１３Ｄから同一平面上における異なる角度で同一箇所に入射される各ビームを反射して、同一軌跡に沿って、すなわち、角度設定ミラー１３Ａ〜１３Ｄの配列方向に沿ってそれぞれ走査することができるようになっている。第１スキャナ５によるビームの走査方向をＸ方向とする。
【００２８】
第２スキャナ７は、第１スキャナ５の軸線に対して直交する軸線回りに揺動可能に設けられている。この第２スキャナ７は、第１スキャナ５により走査されたビームを反射し、第１スキャナ５による走査方向に対して直交する方向、すなわち、Ｙ方向に走査するようになっている。
【００２９】
これらの第１スキャナ５および第２スキャナ７は、制御部９の作動により、偏向素子１によって偏向する方向の切替タイミングに同期して揺動するようになっている。これにより、第１スキャナ５および第２スキャナ７は、偏向素子１により偏向する方向の切替タイミングに応じて、順次入射されるビームを常に試料の一定の範囲において２次元的に走査させるようになっている。
【００３０】
次に、本実施形態に係る光走査装置１０の作用について説明する。
本実施形態に係る光走査装置１０によりビームを高速で走査するには、まず、偏向素子１により、光源２から発せられたビームを第１光路ＬＡから第４光路ＬＤまで順に高速で切り替えながら偏向する。
【００３１】
偏向素子１により高速で切り替えられながら光路ＬＡ，ＬＢ，ＬＣ，ＬＤに偏向される各ビームは、それぞれミラーアレイ３の角度設定ミラー１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃ，１３Ｄに順次入射される。そして、角度設定ミラー１３Ａ〜１３Ｄにより同一平面上における相対的な角度が付与されて各ビームは反射され、第１スキャナ５の同一箇所に順次入射される。
【００３２】
第１スキャナ５の同一箇所に光路ＬＡ〜ＬＤごとに同一平面上における異なる角度で順次入射させられる各ビームは、第１スキャナ５が軸線回りに揺動することによりＸ方向に順次走査され、第２スキャナ７がそれに直交する軸線回りに揺動することによりＹ方向にずらされていく。これにより、第１スキャナ５および第２スキャナ７によってビームが２次元的に走査される。
【００３３】
この場合において、制御部９の作動により、偏向素子１によって偏向する方向の切替タイミングに同期して第１スキャナ５および第２スキャナを揺動させることで、各角度設定ミラー１３Ａ〜１３Ｄから相互に異なる入射角度で第１スキャナ５に入射されるビームごとに、第１スキャナ５および第２スキャナ７への入射角度に応じて時間間隔をあけて同一範囲を２次元的に順次走査される。
【００３４】
具体的には、図１（ａ），（ｂ）に示すように、偏向素子１により光路ＬＡに偏向されたビームは、ミラーアレイ３の角度設定ミラー１３Ａにより反射されて第１スキャナ５および第２スキャナ７により試料（図示略）の一定の範囲を２次元的に走査される。同様にして、図２（ａ），（ｂ）に示すように、偏向素子１により光路ＬＢ，ＬＣ、ＬＤに偏向されたビームもそれぞれミラーアレイ３の角度設定ミラー１３Ｂ，１３Ｃ，１３Ｄにより反射され、第１スキャナ５および第２スキャナ７の同一箇所に入射されて試料の同一範囲を走査される。これにより、試料上の一定の範囲を偏向素子１の切替タイミングに応じて高速でビームが２次元的に走査される。図２（ａ），（ｂ）は、偏向素子１により光路ＬＤに偏向されたビームを示している。
【００３５】
以上、本実施形態に係る光走査装置１０によれば、第１スキャナ５および第２スキャナ７により、偏向素子１により偏向する方向の切替タイミングに同期して各ビームを走査することで、偏向素子１によりビームを偏向する方向を高速で切り替えるだけで、ビームスプリッタによりビームを複数の光路に分岐して絞りを通過したもののみを利用する場合と比較して、ビームの利用効率を低減することなく走査速度の向上を図ることができる。
【００３６】
本実施形態は以下のように変形することができる。
本実施形態においては、角度設定部として複数の角度設定ミラー１３を備えるミラーアレイ３を例示して説明したが、第１変形例としては、図３〜５に示すように、角度設定部２２が、４つの角度設定ミラー１３Ａ〜１３Ｄの角度設定が異なる複数の角度設定ミラー群２３と、偏向素子１により偏向されたビームを反射して角度設定ミラー群２３の角度設定ミラー１３Ａ〜１３Ｄに入射させる複数の反射ミラー２５Ａ〜２５Ｄとの組を複数組備えることとしてもよい。本実施形態においては、例えば、角度設定部２２が、角度設定ミラー群２３と反射ミラー２５Ａ〜２５Ｄとの組を４組備えることとする。
【００３７】
この場合、例えば、図３に示すように、各角度設定ミラー１３Ａ〜１３Ｄの傾斜角度が最も大きいものを１倍用の角度設定ミラー群２３Ａとし、図４に示すように、各角度設定ミラー１３Ａ〜１３Ｄの傾斜角度が若干小さくしたものを２倍用の角度設定ミラー群２３Ｂとし、各角度設定ミラー１３Ａ〜１３Ｄの傾斜角度がさらに小さくしたものを３倍用の角度設定ミラー群（図示略）とし、図５に示すように、各角度設定ミラー１３Ａ〜１３Ｄの傾斜角度が最も小さいものを４倍用の角度設定ミラー群２３Ｄとする。
【００３８】
また、角度設定ミラー群２３Ａ〜２３Ｄおよび反射ミラー２５Ａ〜２５Ｄの組ごとに、角度設定ミラー１３Ａ〜１３Ｄにより反射したビームが第１スキャナ５上の同一箇所に集合するように、第１スキャナ５からの距離が異なる位置に択一的に挿脱可能に設けられていることとすればよい。
【００３９】
具体的には、第１スキャナ５に対して、最も近接した位置に角度設定ミラー群２３Ａおよび反射ミラー２５Ａの組が挿脱可能に設けられ、若干離間した位置に角度設定ミラー群２３Ｂおよび反射ミラー２５Ｂの組が挿脱可能に設けられ、さらに離間した位置に３倍用の角度設定ミラー群および反射ミラーの組（図示略）が挿脱可能に設けられ、最も離間した位置に角度設定ミラー群２３Ｄおよび反射ミラー２５Ｄの組が挿脱可能に設けられている。
【００４０】
このようにすることで、択一的に挿入する角度設定ミラー群２３Ａ〜２３Ｄおよび反射ミラー２５Ａ〜２５Ｄの組を変えることにより、角度設定ミラー１３Ａ〜１３Ｄの角度に応じて第１スキャナ５および第２スキャナ７へのレーザ光の入射角度を変更することができる。
【００４１】
ここで、第１スキャナ５および第２スキャナ７の揺動範囲を狭くすると、第１スキャナ５および第２スキャナ７により走査されたビームが照射される試料の画像上における倍率が大きくなり（ズーム）、第１スキャナ５および第２スキャナ７の揺動範囲を広くすると、第１スキャナ５および第２スキャナ７により走査されたビームが照射される試料の画像上における倍率が小さくなる。
【００４２】
例えば、図３に示すように、第１スキャナ５および第２スキャナ７の揺動範囲を最も大きくすることで、試料の１倍の画像が取得することができる。この場合において、角度設定ミラー群２３Ａおよび反射ミラー２５Ａの組を挿入することで、第１スキャナ５および第２スキャナ７の揺動角度に合わせて大きな入射角度で、偏向素子１からのビームを第１スキャナ５および第２スキャナ７に入射させることができる。
【００４３】
同様にして、図４に示すように、第１スキャナ５および第２スキャナ７の揺動範囲を若干小さくすることで、例えば、試料の２倍の画像が取得することができる。この場合において、角度設定ミラー群２３Ｂおよび反射ミラー２５Ｂの組を挿入することで、第１スキャナ５および第２スキャナ７の揺動角度に合わせて若干小さくした入射角度で、向素子１からのビームを第１スキャナ５および第２スキャナ７に入射させることができる。
【００４４】
同じく、第１スキャナ５および第２スキャナ７の揺動範囲をさらに小さくすることで、例えば、試料の３倍の画像が取得することができ、この場合において、角度設定ミラー群および反射ミラーの組を挿入することで、第１スキャナ５および第２スキャナ７の揺動角度に合わせてさらに小さくした入射角度で、偏向素子１からのビームを第１スキャナ５および第２スキャナ７に入射させることができる。
【００４５】
そして、図５に示すように、第１スキャナ５および第２スキャナ７の揺動範囲を最も小さくすることで、例えば、試料の４倍の画像が取得することができる。この場合において、角度設定ミラー群２３Ｄおよび反射ミラー２５Ｄの組を挿入することで、第１スキャナ５および第２スキャナ７の揺動角度に合わせて最も小さい入射角度で、偏向素子１からのビームを第１スキャナ５および第２スキャナ７に入射させることができる。
【００４６】
したがって、第１スキャナ５および第２スキャナ７の揺動角度に合わせて、択一的に挿入する角度設定ミラー群２３Ａ〜２３Ｄおよび反射ミラー２５Ａ〜２５Ｄの組を変えるだけの簡易な構成により、偏向素子１によるビームの偏向動作は通常のままで、第１スキャナ５および第２スキャナ７によるズーム機能を実現することができる。
【００４７】
第１変形例においては、角度設定部４が、複数の角度設定ミラー群２３Ａ〜２３Ｄおよび複数の反射ミラー２５Ａ〜２５Ｄを備えることとしたが、第２変形例としては、図６，７に示すように、角度設定部３２が、複数の角度設定ミラー１３が備えられた角度設定ミラー群３３と、偏向素子１により偏向されたビームを反射して角度設定ミラー群３３の角度設定ミラー１３Ａ〜１３Ｄに入射させる反射ミラー３５とをそれぞれ１つずつ備えることとしてもよい。
【００４８】
この場合、各角度設定ミラー１３Ａ〜１３Ｄの角度および角度設定ミラー１３Ａ〜１３Ｄどうしの距離を手動または自動により変更することができ、角度設定ミラー群３３が、角度設定ミラー１３Ａ〜１３Ｄと第１スキャナ５との距離が近接または離間する方向に移動可能に設けられていることとすればよい。
【００４９】
また、反射ミラー３５が、偏向素子１により偏向されたビームの光路上に、光路に沿う方向に移動可能、または、第１スキャナ５の軸線に平行な他の軸線回りに揺動可能に設けられていることとすればよい。
【００５０】
このようにすることで、角度設定ミラー群３３を角度設定ミラー１３Ａ〜１３Ｄと第１スキャナ５との距離が近接または離間する方向に移動させるとともに、反射するビームに対して光路ごとに同一平面上における相対的な角度を付与して第１スキャナ５の同一箇所に集合させるように、角度設定ミラー１３Ａ〜１３Ｄの角度を調節することにより、第１スキャナ５および第２スキャナ７の揺動角度に合わせた入射角度で第１スキャナ５および第２スキャナ７にビームを入射させることができる。したがって、第１スキャナ５および第２スキャナ７の揺動角度を変えて試料の画像上における倍率を変動することができる。
【００５１】
この場合において、角度設定ミラー群３３の位置に合わせて反射ミラー３５を移動させたり揺動させたりするだけで、偏向素子１からのビームを角度設定ミラー群３３の各角度設定ミラー１３Ａ〜１３Ｄに入射させることができる。したがって、偏向素子１によるビームの偏向動作は通常のままで、手間をかけずに第１スキャナ５および第２スキャナ７によるズーム機能を実現することができる。
本変形例に係る角度設定ミラー群３３としては、例えば、ディフォーマブルミラー等を用いることとしてもよい。
【００５２】
本変形例においては、角度設定部３２が、移動可能な角度設定ミラー群３３を１つ備えることとしたが、これに代えて、角度設定部が、第１変形例に係る複数の角度設定ミラー群２３Ａ〜２３Ｄを択一的に挿脱可能に備えることとしてもよい。
【００５３】
このようにすることで、択一的に挿入される角度設定ミラー群２３Ａ〜２３Ｄの位置に合わせて、反射ミラー２５の位置または向きを変えるだけで、偏向素子１からのビームを反射ミラー２５および角度設定ミラー群２３Ａ〜２３Ｄを介して、第１スキャナ５および第２スキャナ７の揺動角度に合わせた入射角度で第１スキャナ５に入射させることができる。したがって、部品点数を低減しつつ、偏向素子１によるビームの偏向動作は通常のままで第１スキャナ５および第２スキャナ７によるズーム機能を実現することができる。
【００５４】
〔第２実施形態〕
次に、本発明の第２実施形態に係る光走査装置および走査型顕微鏡装置について、図８を参照して説明する。
本実施形態に係る走査型顕微鏡装置１００は、光源２と、光走査装置１０と、制御部９と、光走査装置１０により走査されたビームを試料Ａに照射する観察光学系４０と、観察光学系４０によりビームが照射された試料Ａからの光を検出するフォトダイオード（ＰＤ）や光電子倍増管（ＰＭＴ）等の検出部５１と、検出部５１により検出された光に基づいて、試料Ａの画像を復元する復元部５３と、復元された画像を表示する表示部５５とを備えている。
以下、第１実施形態に係る光走査装置１０と構成を共通する箇所には、同一符号を付して説明を省略する。
【００５５】
観察光学系４０は、第２スキャナ７により反射されたビームをリレーする瞳投影レンズ４１と、瞳投影レンズ４１によりリレーされたビームを結像させる結像レンズ４３と、結像レンズ４３により結像されたビームを試料Ａに照射する対物レンズ４５とを備えている。
【００５６】
復元部５３は、検出部５１により検出された試料Ａからの光と第１スキャナ５および第２スキャナ７によるビームの走査位置とを対応づけて、２次元情報または３次元情報の画像を復元するようになっている。
表示部５５は、復元した２次元情報または３次元情報の画像を表示する他、検出部５１により検出された各種数値データや画像データを所望の表示内容に変換して表示することができるようになっていてもよい。
【００５７】
次に、このように構成された光走査装置１０および走査型顕微鏡装置１００の作用について説明する。
本実施形態に係る走査型顕微鏡装置１００により試料Ａを観察するには、まず、光走査装置１０により、光源２から発せられたビームを偏向素子１によって進行方向を順に高速で切り替えながら偏向し、反射ミラー２５および角度設定ミラー群２３を介して、第１スキャナ５によりＸ方向に走査するとともに第２スキャナ７によりＹ方向に走査する。
【００５８】
具体的には、制御部９の作動により、偏向素子１により偏向する方向の切替タイミングに同期して第１スキャナ５および第２スキャナ７をそれぞれ揺動させることで、偏向素子１により光路が切り替えられた各ビームが、第１スキャナ５によって同一範囲を時間間隔をあけて順次Ｘ方向に走査され、さらに、第２スキャナ７によりＹ方向に一定の速さで走査される。
【００５９】
第１スキャナ５および第２スキャナ７により走査された各ビームは、瞳投影レンズ４１を介して結像レンズ４３により結像され、対物レンズ４５により試料Ａに照射される。これにより、偏向素子１の切替タイミングに応じて各ビームが試料Ａ上で２次元的に連続して走査される。
【００６０】
試料Ａ上でビームが走査されることにより、試料Ａの内部で発生した光応答としての信号光である蛍光は、検出部５３により検出される。検出部５３により蛍光が検出されると、復元部５３により試料Ａの画像情報が復元されて表示部５５に表示される。これにより、表示部５５に表示された試料Ａの２次元情報または３次元情報の画像により、試料Ａの観察を行うことができる。
【００６１】
以上説明したように、本実施形態に係る光走査装置１０および走査型顕微鏡装置１００によれば、光走査装置１０により、観察光学系４０によって試料Ａに照射されるビームを走査速度を向上して試料Ａ上で２次元的に走査させることができる。したがって、検出部５１により検出された試料Ａからの光に基づいて、試料Ａの観察範囲を時間を短縮して観察することができる。
なお、本実施形態においては、角度設定部２２を例示して説明したが、これに代えて、第１実施形態に係るミラーアレイ３やその変形例に係る角度設定部３２を採用することとしてもよい。
【００６２】
以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。例えば、本発明を上記の各実施形態および変形例に適用したものに限定されることなく、これらの実施形態および変形例を適宜組み合わせた実施形態に適用してもよく、特に限定されるものではない。また、例えば、上記各実施形態においては、偏向素子１によりビームを４つの光路ＬＡ，ＬＢ，ＬＣ，ＬＤに切り替えながら偏向することとしたが、３つ以下の光路に切り替えながら偏向することとしてもよいし、５つ以上の光路に切り替えながら偏向することとしてもよい。
【符号の説明】
【００６３】
１ 偏向素子
３ ミラーアレイ（角度設定部）
５ スキャナ（揺動ミラー）
１０ 光走査装置
１３ 角度設定ミラー
１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃ，１３Ｄ 角度設定ミラー
２３，３３ 角度設定ミラー群
２５，３５ 反射ミラー
２５Ａ，２５Ｂ，２５Ｄ 反射ミラー
４０ 観察光学系
５１ 検出部
５３ 復元部
５５ 表示部
１００ 走査型顕微鏡装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光走査装置および走査型顕微鏡装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、レーザ光の実質的な走査速度を上げることができる光走査装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。特許文献１に記載の光走査装置は、レーザ光を反射および透過して複数の光束に分岐するビームスプリッタと、ビームスプリッタを透過したレーザ光を反射するハーフミラーと、これらビームスプリッタおよびハーフミラーにより各々異なる出射角度で反射され同一箇所に集合させられた各レーザ光を走査するスキャナと、スキャナにより走査された各レーザ光を選択的に通過させる絞りとを備えている。
【０００３】
この特許文献１に記載の光走査装置は、ビームスプリッタおよびハーフミラーにより反射された各レーザ光をスキャナにより同時に走査し、順次いずれかのレーザ光のみを絞りを通過させることにより、スキャナの１回の揺動によって複数のレーザ光を照射範囲をずらしながら順次走査させ、一定面積の走査に要する時間短縮を実現している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平５−１７３０８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載の光走査装置では、ビームスプリッタにより分岐された複数のレーザ光のうち、絞りを通過したレーザ光のみを利用し、絞りを通過しない他のレーザ光は無駄になるため、光量損失が大きく光の利用効率が低いという問題がある。
【０００６】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、光の利用効率を低減することなく走査速度を上げることができる光走査装置および走査型顕微鏡装置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】
【０００７】
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、入射されたレーザ光を所定の切替タイミングで複数の方向に切り替えて偏向可能な偏向素子と、該偏向素子により偏向されたレーザ光の各光路上に互いに異なる角度で配置された複数の角度設定ミラーを有し、各該角度設定ミラーによって光路ごとにレーザ光を同一平面上における相対的な角度を付与して反射して同一箇所に集合させる角度設定部と、前記平面に対して垂直な軸線回りに前記切替タイミングに同期して揺動可能に設けられ、前記角度設定部により前記同一箇所に異なる方向から入射させられる各レーザ光を反射して同一の軌跡に沿って走査する揺動ミラーとを備える光走査装置を提供する。
【０００８】
本発明によれば、レーザ光が偏向素子により所定の切替タイミングで切り替えられながら複数の方向に偏向され、偏向された光路ごとに配置された角度設定部の角度設定ミラーにより反射されて、同一平面上における異なる角度で揺動ミラーの同一箇所に入射させられる。そして、揺動ミラーが軸線回りに揺動することにより、光路ごとに揺動ミラーに順次入射させられたレーザ光がミラーの配列方向に走査される。
【０００９】
この場合において、偏向素子により偏向する方向の切替タイミングに同期して揺動ミラーを揺動させることで、各角度設定ミラーから相互に異なる入射角度で揺動ミラーに入射されるレーザ光ごとに、偏向素子の切替タイミングに応じて時間間隔をあけて一定の範囲を順次走査させることができる。したがって、偏向素子によりレーザ光を偏向する方向を高速で切り替えるだけで、ビームスプリッタによりレーザ光を複数の光路に分岐して絞りを通過したもののみを利用する場合と比較して、レーザ光の利用効率を低減することなく走査速度の向上を図ることができる。
【００１０】
上記発明においては、前記角度設定部が、前記複数の角度設定ミラーの角度設定が異なる複数の角度設定ミラー群と、前記偏向素子により偏向されたレーザ光を反射して前記角度設定ミラー群の角度設定ミラーに入射させる複数の反射ミラーとの組を複数組備え、これらの角度設定ミラー群および反射ミラーの組ごとに、前記角度設定ミラーにより反射したレーザ光を前記揺動ミラー上の同一箇所に集合させるように、該揺動ミラーからの距離が異なる位置に択一的に挿脱可能に設けられていることとしてもよい。
【００１１】
このように構成することで、択一的に挿入する角度設定ミラー群と反射ミラーとの組を変えることにより、角度設定ミラーの角度に応じて揺動ミラーへのレーザ光の入射角度を変更することができる。ここで、揺動ミラーの揺動範囲を変えることで、揺動ミラーにより走査されたレーザ光が照射される試料の画像上における倍率が変動する。したがって、揺動ミラーの揺動角度に合わせて、挿入する角度設定ミラー群および反射ミラーの組を変えるだけの簡易な構成により、偏向素子の偏向動作は通常のままで揺動ミラーによるズーム機能を実現することができる。
【００１２】
また、上記発明においては、前記角度設定部が、前記複数の角度設定ミラーの角度設定が異なる複数の角度設定ミラー群と、前記偏向素子により偏向されたレーザ光を反射して前記角度設定ミラー群の角度設定ミラーに入射させる反射ミラーとを備え、前記角度設定ミラー群が、前記角度設定ミラーにより反射したレーザ光を前記揺動ミラー上の同一箇所に集合させるように、該揺動ミラーからの距離が異なる位置に択一的に挿脱可能に設けられ、前記反射ミラーが、前記偏向素子からのレーザ光の光路上に該光路に沿う方向に移動可能および／または前記軸線に平行な他の軸線回りに揺動可能に設けられていることとしてもよい。
【００１３】
このように構成することで、択一的に挿入される角度設定ミラー群の位置に合わせて、反射ミラーの位置や向きを変えるだけで、偏向素子からのレーザ光を反射ミラーおよび角度設定ミラー群を介して、揺動ミラーの揺動角度に合わせた入射角度で揺動ミラーに入射させることができる。したがって、部品点数を低減しつつ、偏向素子の偏向動作は通常のままで揺動ミラーによるズーム機能を実現することができる。
【００１４】
また、上記発明においては、前記角度設定部が、前記角度設定ミラーの角度および該角度設定ミラーどうしの距離が変更可能に備えられた角度設定ミラー群と、前記偏向素子により偏向されたレーザ光を反射して前記角度設定ミラー群の角度設定ミラーに入射させる反射ミラーとを備え、前記角度設定ミラー群が、前記角度設定ミラーと前記揺動ミラーとの距離が近接または離間する方向に移動可能に設けられ、前記反射ミラーが、前記偏向素子により偏向されたレーザ光の光路上に該光路に沿う方向に移動可能および／または前記軸線に平行な他の軸線回りに揺動可能に設けられていることとしてもよい。
【００１５】
このように構成することで、角度設定ミラー群を角度設定ミラーと揺動ミラーとの距離が近接または離間する方向に移動させるとともに、反射するレーザ光に光路ごとに同一平面上における相対的な角度を付与して同一箇所に集合させるように角度設定ミラーの角度および位置を調節することにより、揺動ミラーの揺動角度に合わせた入射角度で揺動ミラーにレーザ光を入射させることができる。したがって、揺動ミラーの揺動角度を変えて試料の画像上における倍率を変動することができる。
【００１６】
この場合において、角度設定ミラー群の位置に合わせて、反射ミラーをレーザ光の光路上で光路に沿う方向に移動または他の軸線回りに揺動させるだけで、偏向素子からのレーザ光を角度設定ミラー群の各角度設定ミラーに入射させることができる。したがって、偏向素子の偏向動作は通常のままで、手間をかけずに揺動ミラーによるズーム機能を実現することができる。
【００１７】
また、上記発明においては、前記揺動ミラーにより走査された前記レーザ光を該揺動ミラーによる走査方向に対して直交する方向に走査する他の揺動ミラーを備えることとしてもよい。
このように構成することで、一方の揺動ミラーにより同一範囲を連続的に一方向に走査されたレーザ光を他の揺動ミラーによりこれに直交する方向に順次走査することができる。したがって、レーザ光の２次元的な走査速度を向上することができる。
【００１８】
本発明は、上記いずれかの光走査装置と、該光走査装置により走査された前記レーザ光を試料に照射する観察光学系と、該観察光学系により前記レーザ光が照射された前記試料からの光を検出する検出部とを備える走査型顕微鏡装置を提供する。
本発明によれば、光走査装置により、観察光学系によって試料に照射されるレーザ光を走査速度を向上して試料上で２次元的に走査させることができる。したがって、検出部により検出された試料からの光に基づいて、試料の観察範囲を時間を短縮して観察することができる。
【００１９】
上記発明においては、前記検出部により検出された前記試料からの光と前記レーザ光の走査位置とを対応づけて２次元情報または３次元情報として復元する復元部と、該復元部により復元された前記２次元情報または３次元情報を表示する表示部とを備えることとしてもよい。
このように構成することで、表示部に表示された試料の２次元情報または３次元情報により、試料の観察を行うことができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、光の利用効率を低減することなく走査速度を上げることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】（ａ）は本発明の第１実施形態に係る光走査装置を示す概略図であり、（ｂ）は（ａ）のスキャナにより走査される第１光路のビームを示す概略図である。
【図２】（ａ）は本発明の第１実施形態に係る光走査装置を示す別の概略図であり、（ｂ）は（ａ）のスキャナにより走査される第４光路のビームの光路を示す概略図である。
【図３】本発明の第１実施形態の第１変形例に係る光走査装置の１倍用角度設定ミラー群を挿入した様子を示す概略図である。
【図４】本発明の第１実施形態の第１変形例に係る光走査装置の２倍用角度設定ミラー群を挿入した様子を示す概略図である。
【図５】本発明の第１実施形態の第１変形例に係る光走査装置の４倍用角度設定ミラー群を挿入した様子を示す概略図である。
【図６】本発明の第１実施形態の第２変形例に係る光走査装置の角度設定ミラー群をスキャナに近接して配置した様子を示す概略図である。
【図７】本発明の第１実施形態の第２変形例に係る光走査装置の角度設定ミラー群をスキャナから離間して配置した様子を示す概略図である。
【図８】本発明の第２実施形態に係る走査型顕微鏡装置を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
〔第１実施形態〕
本発明の第１実施形態に係る光走査装置について、図面を参照して以下に説明する。
本実施形態に係る光走査装置１０は、図１（ａ），図２（ａ）に示すように、光源２から発せられたビーム（レーザ光）の進行方向を切り替える偏向素子１と、偏向素子１により偏向されたビームを反射するミラーアレイ（角度設定部）３と、ミラーアレイ３により反射されたビームを走査するガルバノミラーのような第１スキャナ（揺動ミラー）５および第２スキャナ（他の走査部）７と、偏向素子１、第１スキャナ５および第２スキャナ７を制御する制御部９とを備えている。
【００２３】
偏向素子１は、光源２から入射されたビームを所定の切替タイミングで一次元的に複数の方向に切り替えて偏向することができるようになっている。本実施形態においては、偏向素子１は１次元的に４方向にビームの進行方向を切り替えるようになっている。以下、図１（ｂ），図２（ｂ）に示すように、偏向素子１により偏向されるビームの各光路を順に第１光路ＬＡ，第２光路ＬＢ，第３光路ＬＣ，第４光路ＬＤとする。図１（ａ）には第１光路ＬＡを通るビームを示し、図２（ａ）には第４光路ＬＤを通るビームを示している。また、図１（ｂ），図２（ｂ）は第１スキャナ５によるビームの走査を示している。
【００２４】
また、偏向素子１は、ビームを偏向する方向を第１光路ＬＡから第４光路ＬＤまで順に高速で切り替えることができるようになっている。偏向素子１としては、例えば、ＡＯＤ（Ａｃｏｕｓｔｏ−Ｏｐｔｉｃ Ｄｅｆｌｅｃｔｏｒ）や電気光学結晶等を使用することができる。
【００２５】
ミラーアレイ３は、一方向に配列された複数（本実施形態においては４つ。）の角度設定ミラー１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃ，１３Ｄを備えている。
角度設定ミラー１３Ａ〜１３Ｄは、偏向素子１により偏向されたビームの各光路ＬＡ〜ＬＤ上にそれぞれ設けられ、互いに異なる角度で配置されている。具体的には、角度設定ミラー１３Ａは第１光路ＬＡ上に配置され、角度設定ミラー１３Ｂは第２光路ＬＢ上に配置され、角度設定ミラー１３Ｃは第３光路ＬＣ上に配置され、角度設定ミラー１３Ｄは第４光路ＬＤ上に配置されている。
【００２６】
これらの角度設定ミラー１３Ａ〜１３Ｄは、光路ＬＡ〜ＬＤごとに入射されるビームを同一平面上における相対的な角度を付与して反射し、第１スキャナ５の同一箇所に集合させるように設定されている。
【００２７】
第１スキャナ５は、ミラーアレイ３から入射されるビームの４つの光路ＬＡ〜ＬＤに沿う前記平面に対して垂直な軸線回りに揺動可能に設けられている。これにより、第１スキャナ５は、ミラーアレイ３の各角度設定ミラー１３Ａ〜１３Ｄから同一平面上における異なる角度で同一箇所に入射される各ビームを反射して、同一軌跡に沿って、すなわち、角度設定ミラー１３Ａ〜１３Ｄの配列方向に沿ってそれぞれ走査することができるようになっている。第１スキャナ５によるビームの走査方向をＸ方向とする。
【００２８】
第２スキャナ７は、第１スキャナ５の軸線に対して直交する軸線回りに揺動可能に設けられている。この第２スキャナ７は、第１スキャナ５により走査されたビームを反射し、第１スキャナ５による走査方向に対して直交する方向、すなわち、Ｙ方向に走査するようになっている。
【００２９】
これらの第１スキャナ５および第２スキャナ７は、制御部９の作動により、偏向素子１によって偏向する方向の切替タイミングに同期して揺動するようになっている。これにより、第１スキャナ５および第２スキャナ７は、偏向素子１により偏向する方向の切替タイミングに応じて、順次入射されるビームを常に試料の一定の範囲において２次元的に走査させるようになっている。
【００３０】
次に、本実施形態に係る光走査装置１０の作用について説明する。
本実施形態に係る光走査装置１０によりビームを高速で走査するには、まず、偏向素子１により、光源２から発せられたビームを第１光路ＬＡから第４光路ＬＤまで順に高速で切り替えながら偏向する。
【００３１】
偏向素子１により高速で切り替えられながら光路ＬＡ，ＬＢ，ＬＣ，ＬＤに偏向される各ビームは、それぞれミラーアレイ３の角度設定ミラー１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃ，１３Ｄに順次入射される。そして、角度設定ミラー１３Ａ〜１３Ｄにより同一平面上における相対的な角度が付与されて各ビームは反射され、第１スキャナ５の同一箇所に順次入射される。
【００３２】
第１スキャナ５の同一箇所に光路ＬＡ〜ＬＤごとに同一平面上における異なる角度で順次入射させられる各ビームは、第１スキャナ５が軸線回りに揺動することによりＸ方向に順次走査され、第２スキャナ７がそれに直交する軸線回りに揺動することによりＹ方向にずらされていく。これにより、第１スキャナ５および第２スキャナ７によってビームが２次元的に走査される。
【００３３】
この場合において、制御部９の作動により、偏向素子１によって偏向する方向の切替タイミングに同期して第１スキャナ５および第２スキャナを揺動させることで、各角度設定ミラー１３Ａ〜１３Ｄから相互に異なる入射角度で第１スキャナ５に入射されるビームごとに、第１スキャナ５および第２スキャナ７への入射角度に応じて時間間隔をあけて同一範囲を２次元的に順次走査される。
【００３４】
具体的には、図１（ａ），（ｂ）に示すように、偏向素子１により光路ＬＡに偏向されたビームは、ミラーアレイ３の角度設定ミラー１３Ａにより反射されて第１スキャナ５および第２スキャナ７により試料（図示略）の一定の範囲を２次元的に走査される。同様にして、図２（ａ），（ｂ）に示すように、偏向素子１により光路ＬＢ，ＬＣ、ＬＤに偏向されたビームもそれぞれミラーアレイ３の角度設定ミラー１３Ｂ，１３Ｃ，１３Ｄにより反射され、第１スキャナ５および第２スキャナ７の同一箇所に入射されて試料の同一範囲を走査される。これにより、試料上の一定の範囲を偏向素子１の切替タイミングに応じて高速でビームが２次元的に走査される。図２（ａ），（ｂ）は、偏向素子１により光路ＬＤに偏向されたビームを示している。
【００３５】
以上、本実施形態に係る光走査装置１０によれば、第１スキャナ５および第２スキャナ７により、偏向素子１により偏向する方向の切替タイミングに同期して各ビームを走査することで、偏向素子１によりビームを偏向する方向を高速で切り替えるだけで、ビームスプリッタによりビームを複数の光路に分岐して絞りを通過したもののみを利用する場合と比較して、ビームの利用効率を低減することなく走査速度の向上を図ることができる。
【００３６】
本実施形態は以下のように変形することができる。
本実施形態においては、角度設定部として複数の角度設定ミラー１３を備えるミラーアレイ３を例示して説明したが、第１変形例としては、図３〜５に示すように、角度設定部２２が、４つの角度設定ミラー１３Ａ〜１３Ｄの角度設定が異なる複数の角度設定ミラー群２３と、偏向素子１により偏向されたビームを反射して角度設定ミラー群２３の角度設定ミラー１３Ａ〜１３Ｄに入射させる複数の反射ミラー２５Ａ〜２５Ｄとの組を複数組備えることとしてもよい。本実施形態においては、例えば、角度設定部２２が、角度設定ミラー群２３と反射ミラー２５Ａ〜２５Ｄとの組を４組備えることとする。
【００３７】
この場合、例えば、図３に示すように、各角度設定ミラー１３Ａ〜１３Ｄの傾斜角度が最も大きいものを１倍用の角度設定ミラー群２３Ａとし、図４に示すように、各角度設定ミラー１３Ａ〜１３Ｄの傾斜角度が若干小さくしたものを２倍用の角度設定ミラー群２３Ｂとし、各角度設定ミラー１３Ａ〜１３Ｄの傾斜角度がさらに小さくしたものを３倍用の角度設定ミラー群（図示略）とし、図５に示すように、各角度設定ミラー１３Ａ〜１３Ｄの傾斜角度が最も小さいものを４倍用の角度設定ミラー群２３Ｄとする。
【００３８】
また、角度設定ミラー群２３Ａ〜２３Ｄおよび反射ミラー２５Ａ〜２５Ｄの組ごとに、角度設定ミラー１３Ａ〜１３Ｄにより反射したビームが第１スキャナ５上の同一箇所に集合するように、第１スキャナ５からの距離が異なる位置に択一的に挿脱可能に設けられていることとすればよい。
【００３９】
具体的には、第１スキャナ５に対して、最も近接した位置に角度設定ミラー群２３Ａおよび反射ミラー２５Ａの組が挿脱可能に設けられ、若干離間した位置に角度設定ミラー群２３Ｂおよび反射ミラー２５Ｂの組が挿脱可能に設けられ、さらに離間した位置に３倍用の角度設定ミラー群および反射ミラーの組（図示略）が挿脱可能に設けられ、最も離間した位置に角度設定ミラー群２３Ｄおよび反射ミラー２５Ｄの組が挿脱可能に設けられている。
【００４０】
このようにすることで、択一的に挿入する角度設定ミラー群２３Ａ〜２３Ｄおよび反射ミラー２５Ａ〜２５Ｄの組を変えることにより、角度設定ミラー１３Ａ〜１３Ｄの角度に応じて第１スキャナ５および第２スキャナ７へのレーザ光の入射角度を変更することができる。
【００４１】
ここで、第１スキャナ５および第２スキャナ７の揺動範囲を狭くすると、第１スキャナ５および第２スキャナ７により走査されたビームが照射される試料の画像上における倍率が大きくなり（ズーム）、第１スキャナ５および第２スキャナ７の揺動範囲を広くすると、第１スキャナ５および第２スキャナ７により走査されたビームが照射される試料の画像上における倍率が小さくなる。
【００４２】
例えば、図３に示すように、第１スキャナ５および第２スキャナ７の揺動範囲を最も大きくすることで、試料の１倍の画像が取得することができる。この場合において、角度設定ミラー群２３Ａおよび反射ミラー２５Ａの組を挿入することで、第１スキャナ５および第２スキャナ７の揺動角度に合わせて大きな入射角度で、偏向素子１からのビームを第１スキャナ５および第２スキャナ７に入射させることができる。
【００４３】
同様にして、図４に示すように、第１スキャナ５および第２スキャナ７の揺動範囲を若干小さくすることで、例えば、試料の２倍の画像が取得することができる。この場合において、角度設定ミラー群２３Ｂおよび反射ミラー２５Ｂの組を挿入することで、第１スキャナ５および第２スキャナ７の揺動角度に合わせて若干小さくした入射角度で、向素子１からのビームを第１スキャナ５および第２スキャナ７に入射させることができる。
【００４４】
同じく、第１スキャナ５および第２スキャナ７の揺動範囲をさらに小さくすることで、例えば、試料の３倍の画像が取得することができ、この場合において、角度設定ミラー群および反射ミラーの組を挿入することで、第１スキャナ５および第２スキャナ７の揺動角度に合わせてさらに小さくした入射角度で、偏向素子１からのビームを第１スキャナ５および第２スキャナ７に入射させることができる。
【００４５】
そして、図５に示すように、第１スキャナ５および第２スキャナ７の揺動範囲を最も小さくすることで、例えば、試料の４倍の画像が取得することができる。この場合において、角度設定ミラー群２３Ｄおよび反射ミラー２５Ｄの組を挿入することで、第１スキャナ５および第２スキャナ７の揺動角度に合わせて最も小さい入射角度で、偏向素子１からのビームを第１スキャナ５および第２スキャナ７に入射させることができる。
【００４６】
したがって、第１スキャナ５および第２スキャナ７の揺動角度に合わせて、択一的に挿入する角度設定ミラー群２３Ａ〜２３Ｄおよび反射ミラー２５Ａ〜２５Ｄの組を変えるだけの簡易な構成により、偏向素子１によるビームの偏向動作は通常のままで、第１スキャナ５および第２スキャナ７によるズーム機能を実現することができる。
【００４７】
第１変形例においては、角度設定部４が、複数の角度設定ミラー群２３Ａ〜２３Ｄおよび複数の反射ミラー２５Ａ〜２５Ｄを備えることとしたが、第２変形例としては、図６，７に示すように、角度設定部３２が、複数の角度設定ミラー１３が備えられた角度設定ミラー群３３と、偏向素子１により偏向されたビームを反射して角度設定ミラー群３３の角度設定ミラー１３Ａ〜１３Ｄに入射させる反射ミラー３５とをそれぞれ１つずつ備えることとしてもよい。
【００４８】
この場合、各角度設定ミラー１３Ａ〜１３Ｄの角度および角度設定ミラー１３Ａ〜１３Ｄどうしの距離を手動または自動により変更することができ、角度設定ミラー群３３が、角度設定ミラー１３Ａ〜１３Ｄと第１スキャナ５との距離が近接または離間する方向に移動可能に設けられていることとすればよい。
【００４９】
また、反射ミラー３５が、偏向素子１により偏向されたビームの光路上に、光路に沿う方向に移動可能、または、第１スキャナ５の軸線に平行な他の軸線回りに揺動可能に設けられていることとすればよい。
【００５０】
このようにすることで、角度設定ミラー群３３を角度設定ミラー１３Ａ〜１３Ｄと第１スキャナ５との距離が近接または離間する方向に移動させるとともに、反射するビームに対して光路ごとに同一平面上における相対的な角度を付与して第１スキャナ５の同一箇所に集合させるように、角度設定ミラー１３Ａ〜１３Ｄの角度を調節することにより、第１スキャナ５および第２スキャナ７の揺動角度に合わせた入射角度で第１スキャナ５および第２スキャナ７にビームを入射させることができる。したがって、第１スキャナ５および第２スキャナ７の揺動角度を変えて試料の画像上における倍率を変動することができる。
【００５１】
この場合において、角度設定ミラー群３３の位置に合わせて反射ミラー３５を移動させたり揺動させたりするだけで、偏向素子１からのビームを角度設定ミラー群３３の各角度設定ミラー１３Ａ〜１３Ｄに入射させることができる。したがって、偏向素子１によるビームの偏向動作は通常のままで、手間をかけずに第１スキャナ５および第２スキャナ７によるズーム機能を実現することができる。
本変形例に係る角度設定ミラー群３３としては、例えば、ディフォーマブルミラー等を用いることとしてもよい。
【００５２】
本変形例においては、角度設定部３２が、移動可能な角度設定ミラー群３３を１つ備えることとしたが、これに代えて、角度設定部が、第１変形例に係る複数の角度設定ミラー群２３Ａ〜２３Ｄを択一的に挿脱可能に備えることとしてもよい。
【００５３】
このようにすることで、択一的に挿入される角度設定ミラー群２３Ａ〜２３Ｄの位置に合わせて、反射ミラー２５の位置または向きを変えるだけで、偏向素子１からのビームを反射ミラー２５および角度設定ミラー群２３Ａ〜２３Ｄを介して、第１スキャナ５および第２スキャナ７の揺動角度に合わせた入射角度で第１スキャナ５に入射させることができる。したがって、部品点数を低減しつつ、偏向素子１によるビームの偏向動作は通常のままで第１スキャナ５および第２スキャナ７によるズーム機能を実現することができる。
【００５４】
〔第２実施形態〕
次に、本発明の第２実施形態に係る光走査装置および走査型顕微鏡装置について、図８を参照して説明する。
本実施形態に係る走査型顕微鏡装置１００は、光源２と、光走査装置１０と、制御部９と、光走査装置１０により走査されたビームを試料Ａに照射する観察光学系４０と、観察光学系４０によりビームが照射された試料Ａからの光を検出するフォトダイオード（ＰＤ）や光電子倍増管（ＰＭＴ）等の検出部５１と、検出部５１により検出された光に基づいて、試料Ａの画像を復元する復元部５３と、復元された画像を表示する表示部５５とを備えている。
以下、第１実施形態に係る光走査装置１０と構成を共通する箇所には、同一符号を付して説明を省略する。
【００５５】
観察光学系４０は、第２スキャナ７により反射されたビームをリレーする瞳投影レンズ４１と、瞳投影レンズ４１によりリレーされたビームを結像させる結像レンズ４３と、結像レンズ４３により結像されたビームを試料Ａに照射する対物レンズ４５とを備えている。
【００５６】
復元部５３は、検出部５１により検出された試料Ａからの光と第１スキャナ５および第２スキャナ７によるビームの走査位置とを対応づけて、２次元情報または３次元情報の画像を復元するようになっている。
表示部５５は、復元した２次元情報または３次元情報の画像を表示する他、検出部５１により検出された各種数値データや画像データを所望の表示内容に変換して表示することができるようになっていてもよい。
【００５７】
次に、このように構成された光走査装置１０および走査型顕微鏡装置１００の作用について説明する。
本実施形態に係る走査型顕微鏡装置１００により試料Ａを観察するには、まず、光走査装置１０により、光源２から発せられたビームを偏向素子１によって進行方向を順に高速で切り替えながら偏向し、反射ミラー２５および角度設定ミラー群２３を介して、第１スキャナ５によりＸ方向に走査するとともに第２スキャナ７によりＹ方向に走査する。
【００５８】
具体的には、制御部９の作動により、偏向素子１により偏向する方向の切替タイミングに同期して第１スキャナ５および第２スキャナ７をそれぞれ揺動させることで、偏向素子１により光路が切り替えられた各ビームが、第１スキャナ５によって同一範囲を時間間隔をあけて順次Ｘ方向に走査され、さらに、第２スキャナ７によりＹ方向に一定の速さで走査される。
【００５９】
第１スキャナ５および第２スキャナ７により走査された各ビームは、瞳投影レンズ４１を介して結像レンズ４３により結像され、対物レンズ４５により試料Ａに照射される。これにより、偏向素子１の切替タイミングに応じて各ビームが試料Ａ上で２次元的に連続して走査される。
【００６０】
試料Ａ上でビームが走査されることにより、試料Ａの内部で発生した光応答としての信号光である蛍光は、検出部５３により検出される。検出部５３により蛍光が検出されると、復元部５３により試料Ａの画像情報が復元されて表示部５５に表示される。これにより、表示部５５に表示された試料Ａの２次元情報または３次元情報の画像により、試料Ａの観察を行うことができる。
【００６１】
以上説明したように、本実施形態に係る光走査装置１０および走査型顕微鏡装置１００によれば、光走査装置１０により、観察光学系４０によって試料Ａに照射されるビームを走査速度を向上して試料Ａ上で２次元的に走査させることができる。したがって、検出部５１により検出された試料Ａからの光に基づいて、試料Ａの観察範囲を時間を短縮して観察することができる。
なお、本実施形態においては、角度設定部２２を例示して説明したが、これに代えて、第１実施形態に係るミラーアレイ３やその変形例に係る角度設定部３２を採用することとしてもよい。
【００６２】
以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。例えば、本発明を上記の各実施形態および変形例に適用したものに限定されることなく、これらの実施形態および変形例を適宜組み合わせた実施形態に適用してもよく、特に限定されるものではない。また、例えば、上記各実施形態においては、偏向素子１によりビームを４つの光路ＬＡ，ＬＢ，ＬＣ，ＬＤに切り替えながら偏向することとしたが、３つ以下の光路に切り替えながら偏向することとしてもよいし、５つ以上の光路に切り替えながら偏向することとしてもよい。
【符号の説明】
【００６３】
１ 偏向素子
３ ミラーアレイ（角度設定部）
５ スキャナ（揺動ミラー）
１０ 光走査装置
１３ 角度設定ミラー
１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃ，１３Ｄ 角度設定ミラー
２３，３３ 角度設定ミラー群
２５，３５ 反射ミラー
２５Ａ，２５Ｂ，２５Ｄ 反射ミラー
４０ 観察光学系
５１ 検出部
５３ 復元部
５５ 表示部
１００ 走査型顕微鏡装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射されたレーザ光を所定の切替タイミングで複数の方向に切り替えて偏向可能な偏向素子と、
該偏向素子により偏向されたレーザ光の各光路上に互いに異なる角度で配置された複数の角度設定ミラーを有し、各該角度設定ミラーによって光路ごとにレーザ光を同一平面上における相対的な角度を付与して反射して同一箇所に集合させる角度設定部と、
前記平面に対して垂直な軸線回りに前記切替タイミングに同期して揺動可能に設けられ、前記角度設定部により前記同一箇所に異なる方向から入射させられる各レーザ光を反射して同一の軌跡に沿って走査する揺動ミラーとを備える光走査装置。
【請求項２】
前記角度設定部が、前記複数の角度設定ミラーの角度設定が異なる複数の角度設定ミラー群と、前記偏向素子により偏向されたレーザ光を反射して前記角度設定ミラー群の角度設定ミラーに入射させる複数の反射ミラーとの組を複数組備え、
これらの角度設定ミラー群および反射ミラーの組ごとに、前記角度設定ミラーにより反射したレーザ光を前記揺動ミラー上の同一箇所に集合させるように、該揺動ミラーからの距離が異なる位置に択一的に挿脱可能に設けられている請求項１に記載の光走査装置。
【請求項３】
前記角度設定部が、前記複数の角度設定ミラーの角度設定が異なる複数の角度設定ミラー群と、前記偏向素子により偏向されたレーザ光を反射して前記角度設定ミラー群の角度設定ミラーに入射させる反射ミラーとを備え、
前記角度設定ミラー群が、前記角度設定ミラーにより反射したレーザ光を前記揺動ミラー上の同一箇所に集合させるように、該揺動ミラーからの距離が異なる位置に択一的に挿脱可能に設けられ、
前記反射ミラーが、前記偏向素子からのレーザ光の光路上に該光路に沿う方向に移動可能および／または前記軸線に平行な他の軸線回りに揺動可能に設けられている請求項１に記載の光走査装置。
【請求項４】
前記角度設定部が、前記角度設定ミラーの角度および該角度設定ミラーどうしの距離が変更可能に備えられた角度設定ミラー群と、前記偏向素子により偏向されたレーザ光を反射して前記角度設定ミラー群の角度設定ミラーに入射させる反射ミラーとを備え、
前記角度設定ミラー群が、前記角度設定ミラーと前記揺動ミラーとの距離が近接または離間する方向に移動可能に設けられ、
前記反射ミラーが、前記偏向素子により偏向されたレーザ光の光路上に該光路に沿う方向に移動可能および／または前記軸線に平行な他の軸線回りに揺動可能に設けられている請求項１に記載の光走査装置。
【請求項５】
前記揺動ミラーにより走査された前記レーザ光を該揺動ミラーによる走査方向に対して直交する方向に走査する他の揺動ミラーを備える請求項１から請求項４のいずれかに記載の光走査装置。
【請求項６】
請求項１から請求項５のいずれかに記載の光走査装置と、
該光走査装置により走査された前記レーザ光を試料に照射する観察光学系と、
該観察光学系により前記レーザ光が照射された前記試料からの光を検出する検出部とを備える走査型顕微鏡装置。
【請求項７】
前記検出部により検出された前記試料からの光と前記レーザ光の走査位置とを対応づけて２次元情報または３次元情報として復元する復元部と、
該復元部により復元された前記２次元情報または３次元情報を表示する表示部とを備える請求項６に記載の走査型顕微鏡装置。
【請求項１】
入射されたレーザ光を所定の切替タイミングで複数の方向に切り替えて偏向可能な偏向素子と、
該偏向素子により偏向されたレーザ光の各光路上に互いに異なる角度で配置された複数の角度設定ミラーを有し、各該角度設定ミラーによって光路ごとにレーザ光を同一平面上における相対的な角度を付与して反射して同一箇所に集合させる角度設定部と、
前記平面に対して垂直な軸線回りに前記切替タイミングに同期して揺動可能に設けられ、前記角度設定部により前記同一箇所に異なる方向から入射させられる各レーザ光を反射して同一の軌跡に沿って走査する揺動ミラーとを備える光走査装置。
【請求項２】
前記角度設定部が、前記複数の角度設定ミラーの角度設定が異なる複数の角度設定ミラー群と、前記偏向素子により偏向されたレーザ光を反射して前記角度設定ミラー群の角度設定ミラーに入射させる複数の反射ミラーとの組を複数組備え、
これらの角度設定ミラー群および反射ミラーの組ごとに、前記角度設定ミラーにより反射したレーザ光を前記揺動ミラー上の同一箇所に集合させるように、該揺動ミラーからの距離が異なる位置に択一的に挿脱可能に設けられている請求項１に記載の光走査装置。
【請求項３】
前記角度設定部が、前記複数の角度設定ミラーの角度設定が異なる複数の角度設定ミラー群と、前記偏向素子により偏向されたレーザ光を反射して前記角度設定ミラー群の角度設定ミラーに入射させる反射ミラーとを備え、
前記角度設定ミラー群が、前記角度設定ミラーにより反射したレーザ光を前記揺動ミラー上の同一箇所に集合させるように、該揺動ミラーからの距離が異なる位置に択一的に挿脱可能に設けられ、
前記反射ミラーが、前記偏向素子からのレーザ光の光路上に該光路に沿う方向に移動可能および／または前記軸線に平行な他の軸線回りに揺動可能に設けられている請求項１に記載の光走査装置。
【請求項４】
前記角度設定部が、前記角度設定ミラーの角度および該角度設定ミラーどうしの距離が変更可能に備えられた角度設定ミラー群と、前記偏向素子により偏向されたレーザ光を反射して前記角度設定ミラー群の角度設定ミラーに入射させる反射ミラーとを備え、
前記角度設定ミラー群が、前記角度設定ミラーと前記揺動ミラーとの距離が近接または離間する方向に移動可能に設けられ、
前記反射ミラーが、前記偏向素子により偏向されたレーザ光の光路上に該光路に沿う方向に移動可能および／または前記軸線に平行な他の軸線回りに揺動可能に設けられている請求項１に記載の光走査装置。
【請求項５】
前記揺動ミラーにより走査された前記レーザ光を該揺動ミラーによる走査方向に対して直交する方向に走査する他の揺動ミラーを備える請求項１から請求項４のいずれかに記載の光走査装置。
【請求項６】
請求項１から請求項５のいずれかに記載の光走査装置と、
該光走査装置により走査された前記レーザ光を試料に照射する観察光学系と、
該観察光学系により前記レーザ光が照射された前記試料からの光を検出する検出部とを備える走査型顕微鏡装置。
【請求項７】
前記検出部により検出された前記試料からの光と前記レーザ光の走査位置とを対応づけて２次元情報または３次元情報として復元する復元部と、
該復元部により復元された前記２次元情報または３次元情報を表示する表示部とを備える請求項６に記載の走査型顕微鏡装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１３−１１３９９２（Ｐ２０１３−１１３９９２Ａ）
【公開日】平成２５年６月１０日（２０１３．６．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２５９２７８（Ｐ２０１１−２５９２７８）
【出願日】平成２３年１１月２８日（２０１１．１１．２８）
【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６月１０日（２０１３．６．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１１月２８日（２０１１．１１．２８）
【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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