走査型共焦点顕微鏡
【課題】広い波長域で高い光の利用効率を有する、分光検出機能を備えた共焦点顕微鏡を提供する。
【解決手段】標本を走査するガルバノミラー５を備えた共焦点走査型顕微鏡１００は、ＶＰＨグレーティング１を利用して標本からの光を分光し、光検出器１３で検出する。
【解決手段】標本を走査するガルバノミラー５を備えた共焦点走査型顕微鏡１００は、ＶＰＨグレーティング１を利用して標本からの光を分光し、光検出器１３で検出する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、走査型共焦点顕微鏡に関し、特に、分光検出機能を有する走査型共焦点顕微鏡に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、分光検出機能を備えた走査型共焦点顕微鏡が開発され、利用されるに至っている。このような顕微鏡は、例えば、特許文献１に開示されている。
分光検出機能を備えた走査型共焦点顕微鏡の多くは蛍光観察に用いられるが、通常、蛍光は微弱であり、単位時間当たりに得られる蛍光の光量は少ない。また、走査型共焦点顕微鏡の場合、標本を高速に走査するため、標本上の各点を励起する時間も短い。このため、明るい画像を得るためには、発生量が限られる蛍光を効率良く光検出器に導くことが求められる。
【０００３】
しかしながら、特許文献１に開示されるように、現在利用されている分光検出機能を備えた走査型共焦点顕微鏡は、分光手段として反射型回折格子を利用しているため、広い波長域で高い回折効率を得ることができない。これは、反射型回折格子は、一般に、表面のレリーフ構造を利用して回折光を得る表面レリーフ回折格子であり、表面レリーフ回折格子の回折効率は、最大でも７０％程度であるからである。
分光手段は、一般に、光量の損失が大きな光学素子であるため、分光検出機能を備えた走査型共焦点顕微鏡では、分光手段で生じる光量損失を抑制することが、光の利用効率の改善に効果的である。
【０００４】
分光手段で生じる光量損失を抑制する技術は、例えば、特許文献２で開示されている。特許文献２では、分光手段である反射型回折格子の偏光依存性に着目し、入射光をより高い回折効率を示すＳ偏光に変換してから入射させることで、分光手段で生じる光量損失を抑制する技術が開示されている。
【０００５】
特許文献２に開示される技術を用いることで、分光検出機能を備えた走査型共焦点顕微鏡における、光の利用効率を改善することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−０１０９４４号公報
【特許文献２】特開２００６−１５３５８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献２に開示される技術では、回折効率が改善して反射型回折格子自体で生じる光量損失は抑制されるが、反射型回折格子の前後の光学系が複雑化してしまう。また、複雑化した光学系で光量の損失が生じてしまう。
【０００８】
例えば、入射光はＰ偏光とＳ偏光に分割されて、それぞれ異なる光路を通って反射型回折格子に導かれる。このため、入射光をＰ偏光とＳ偏光に分割する偏光ビームスプリッタが用いられるが、その偏光ビームスプリッタで光量の損失が生じてしまう。また、Ｐ偏光をＳ偏光に変換するために偏光を回転させる波長板が用いられるが、その波長板でも光量の損失が生じてしまう。
【０００９】
このため、反射型回折格子自体の回折効率が改善されても、走査型共焦点顕微鏡全体として光の利用効率が十分に改善されない。
以上のような実情を踏まえ、本発明では、広い波長域で高い光の利用効率を有する、分光検出機能を備えた共焦点顕微鏡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、標本を走査する走査手段を備えた走査型共焦点顕微鏡であって、標本からの光を分光する透過型のＶＰＨグレーティングと、ＶＰＨグレーティングで回折された光を検出する光検出器と、を含む走査型共焦点顕微鏡を提供する。
【００１１】
本発明の第２の態様は、第１の態様に記載の走査型共焦点顕微鏡において、さらに、ＶＰＨグレーティングに入射する光の光軸とＶＰＨグレーティングの屈折率が周期的に変化する屈折率分布方向とのなす角を変更する入射角変更手段を含む走査型共焦点顕微鏡を提供する。
【００１２】
本発明の第３の態様は、第２の態様に記載の走査型共焦点顕微鏡において、さらに、ＶＰＨグレーティングと光検出器の間に、光を光検出器に集光させる集光光学系を含み、光検出器は、複数の受光素子が１次元に配列されたマルチチャンネル検出器である走査型共焦点顕微鏡を提供する。
【００１３】
本発明の第４の態様は、第３の態様に記載の走査型共焦点顕微鏡において、入射角変更手段は、ＶＰＨグレーティングを、光軸及び屈折率分布方向に平行な平面に対して垂直な回転軸周りに回転させる走査型共焦点顕微鏡を提供する。
【００１４】
本発明の第５の態様は、第３の態様に記載の走査型共焦点顕微鏡において、さらに、走査手段とＶＰＨグレーティングの間に配置される第１のミラーを含み、入射角変更手段は、第１のミラーを、光軸及び屈折率分布方向に平行な平面に対して垂直な回転軸周りに回転させる走査型共焦点顕微鏡を提供する。
【００１５】
本発明の第６の態様は、第５の態様に記載の走査型共焦点顕微鏡において、さらに、ＶＰＨグレーティングと集光光学系の間に配置される第２のミラーと、光検出器で検出される光の波長帯域の中心を制御する検出波長帯域シフト手段と、を含み、検出波長帯域シフト手段は、第２のミラーを、光軸及び屈折率分布方向に平行な平面に対して垂直な回転軸周りに回転させる走査型共焦点顕微鏡を提供する。
【００１６】
本発明の第７の態様は、第６の態様に記載の走査型共焦点顕微鏡において、第１のミラー及び第２のミラーは、同方向に同じ回転角だけ回転する走査型共焦点顕微鏡を提供する。
【００１７】
本発明の第８の態様は、第３の態様に記載の走査型共焦点顕微鏡において、さらに、光検出器で検出される光の波長帯域の幅を変更する帯域幅変更手段を含む走査型共焦点顕微鏡を提供する。
【００１８】
本発明の第９の態様は、第８の態様に記載の走査型共焦点顕微鏡において、走査型共焦点顕微鏡は、標本と光検出器の間の検出光路で生じる波長分散量の異なる複数の状態を有し、帯域幅変更手段は、複数の状態を切り替える走査型共焦点顕微鏡を提供する。
【００１９】
本発明の第１０の態様は、第９の態様に記載の走査型共焦点顕微鏡において、ＶＰＨグレーティングと光検出器の間に、選択的に使用される、焦点距離の異なる複数の集光光学系を含み、帯域幅変更手段は、光が入射する集光光学系を変更する走査型共焦点顕微鏡を提供する。
【００２０】
本発明の第１１の態様は、第９の態様に記載の走査型共焦点顕微鏡において、集光光学系は、複数の光学素子を含む、合成焦点距離の可変な変倍光学系であり、帯域幅変更手段は、変倍光学系の合成焦点距離を変更する走査型共焦点顕微鏡を提供する。
【００２１】
本発明の第１２の態様は、第９の態様に記載の走査型共焦点顕微鏡において、標本からの光を分光する、格子周波数の異なる透過型の複数のＶＰＨグレーティングを含み、帯域幅変更手段は、検出光路中に、複数のＶＰＨグレーティングのうちの一つを選択的に配置する走査型共焦点顕微鏡を提供する。
【００２２】
本発明の第１３の態様は、第９の態様に記載の走査型共焦点顕微鏡において、入射角変更手段は、ＶＰＨグレーティングを、光軸及び屈折率分布方向に平行な平面に対して垂直な回転軸周りに回転させる走査型共焦点顕微鏡を提供する。
【００２３】
本発明の第１４の態様は、第１３の態様に記載の走査型共焦点顕微鏡において、さらに、走査手段とＶＰＨグレーティングの間に配置される第１のミラーと、光検出器で検出される光の波長帯域の中心を制御する検出波長帯域シフト手段と、を含み、検出波長帯域シフト手段は、第１のミラーを、光軸及び屈折率分布方向に平行な平面に対して垂直な回転軸周りに回転させる走査型共焦点顕微鏡を提供する。
【００２４】
本発明の第１５の態様は、第１３の態様に記載の走査型共焦点顕微鏡において、さらに、ＶＰＨグレーティングと集光光学系の間に配置される第２のミラーと、光検出器で検出される光の波長帯域の中心を制御する検出波長帯域シフト手段と、を含み、検出波長帯域シフト手段は、第２のミラーを、光軸及び屈折率分布方向に平行な平面に対して垂直な回転軸周りに回転させる走査型共焦点顕微鏡を提供する。
【００２５】
本発明の第１６の態様は、第９の態様に記載の走査型共焦点顕微鏡において、さらに、走査手段とＶＰＨグレーティングの間に配置される第１のミラーを含み、入射角変更手段は、第１のミラーを、光軸及び屈折率分布方向に平行な平面に対して垂直な回転軸周りに回転させる走査型共焦点顕微鏡を提供する。
【００２６】
本発明の第１７の態様は、第１６の態様に記載の走査型共焦点顕微鏡において、さらに、ＶＰＨグレーティングと集光光学系の間に配置される第２のミラーと、光検出器で検出される光の波長帯域の中心を制御する検出波長帯域シフト手段と、を含み、検出波長帯域シフト手段は、第２のミラーを、光軸及び屈折率分布方向に平行な平面に対して垂直な回転軸周りに回転させる走査型共焦点顕微鏡を提供する。
【００２７】
本発明の第１８の態様は、第２の態様に記載の走査型共焦点顕微鏡において、さらに、ＶＰＨグレーティングと光検出器の間に、光を光検出器に集光させる集光光学系と、光検出器と集光光学系の間に、光検出器で検出される光の波長帯域の幅を制限する絞り手段と、を含み、光検出器は、単一の受光素子を含むシングルチャンネル検出器である走査型共焦点顕微鏡を提供する。
【００２８】
本発明の第１９の態様は、第１８の態様に記載の走査型共焦点顕微鏡において、入射角変更手段は、ＶＰＨグレーティングを、光軸及び屈折率分布方向に平行な平面に対して垂直な回転軸周りに回転させる走査型共焦点顕微鏡を提供する。
【００２９】
本発明の第２０の態様は、第１９の態様に記載の走査型共焦点顕微鏡において、さらに、光検出器で検出される光の波長帯域の中心を制御する検出波長帯域シフト手段と、を含み、検出波長帯域シフト手段は、光検出器及び絞り手段を、光検出器の受光面と平行に移動させる走査型共焦点顕微鏡を提供する。
【００３０】
本発明の第２１の態様は、第１９の態様に記載の走査型共焦点顕微鏡において、さらに、走査手段とＶＰＨグレーティングの間に配置される第１のミラーと、光検出器で検出される光の波長帯域の中心を制御する検出波長帯域シフト手段と、を含み、検出波長帯域シフト手段は、第１のミラーを、光軸及び屈折率分布方向に平行な平面に対して垂直な回転軸周りに回転させる走査型共焦点顕微鏡を提供する。
【００３１】
本発明の第２２の態様は、第１９の態様に記載の走査型共焦点顕微鏡において、さらに、ＶＰＨグレーティングと集光光学系の間に配置される第２のミラーと、光検出器で検出される光の波長帯域の中心を制御する検出波長帯域シフト手段と、を含み、検出波長帯域シフト手段は、第２のミラーを、光軸及び屈折率分布方向に平行な平面に対して垂直な回転軸周りに回転させる走査型共焦点顕微鏡を提供する。
【００３２】
本発明の第２３の態様は、第１８の態様に記載の走査型共焦点顕微鏡において、さらに、走査手段とＶＰＨグレーティングの間に配置される第１のミラーを含み、入射角変更手段は、第１のミラーを、光軸及び屈折率分布方向に平行な平面に対して垂直な回転軸周りに回転させる走査型共焦点顕微鏡を提供する。
【００３３】
本発明の第２４の態様は、第２３の態様に記載の走査型共焦点顕微鏡において、さらに、ＶＰＨグレーティングと集光光学系の間に配置される第２のミラーと、光検出器で検出される光の波長帯域の中心を制御する検出波長帯域シフト手段と、を含み、検出波長帯域シフト手段は、第２のミラーを、光軸及び屈折率分布方向に平行な平面に対して垂直な回転軸周りに回転させる走査型共焦点顕微鏡を提供する。
【００３４】
本発明の第２５の態様は、第１８の態様乃至第２４の態様のいずれか１つに記載の走査型共焦点顕微鏡において、絞り手段の開口部の幅は、可変である走査型共焦点顕微鏡を提供する。
【００３５】
本発明の第２６の態様は、第１８の態様乃至第２５の態様のいずれか１つに記載の走査型共焦点顕微鏡において、走査手段とＶＰＨグレーティングの間に、光を分割する光路分割手段と、光路分割手段により分割された光の各々の光路上に、ＶＰＨグレーティング、集光光学系、絞り手段、及び光検出器と、を含む走査型共焦点顕微鏡を提供する。
【発明の効果】
【００３６】
本発明によれば、広い波長域で高い光の利用効率を有する、分光検出機能を備えた共焦点顕微鏡を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】実施例１に係る走査型共焦点顕微鏡に含まれるＶＰＨグレーティングの作用について説明するための図である。
【図２】図１に例示されるＶＰＨグレーティングの回折効率について説明するための図である。
【図３】ＶＰＨグレーティングを含む透過型回折格子の回折について説明するための図である。
【図４】実施例１に係る走査型共焦点顕微鏡の構成を例示した概略図である。
【図５】実施例２に係る走査型共焦点顕微鏡の構成を例示した概略図である。
【図６】図２に例示される走査型共焦点顕微鏡に含まれるミラーの動作について説明するための図である。
【図７Ａ】実施例３に係る走査型共焦点顕微鏡の構成を例示した概略図である。
【図７Ｂ】実施例３に係る走査型共焦点顕微鏡の構成の変形例を例示した概略図である。
【図７Ｃ】実施例３に係る走査型共焦点顕微鏡の構成の他の変形例を例示した概略図である。
【図７Ｄ】実施例３に係る走査型共焦点顕微鏡の構成の更に他の変形例を例示した概略図である。
【図８】実施例４に係る走査型共焦点顕微鏡の構成を例示した概略図である。
【図９】実施例５に係る走査型共焦点顕微鏡の構成を例示した概略図である。
【図１０】実施例６に係る走査型共焦点顕微鏡の構成を例示した概略図である。
【図１１】実施例７に係る走査型共焦点顕微鏡の構成を例示した概略図である。
【図１２】実施例８に係る走査型共焦点顕微鏡の構成を例示した概略図である。
【図１３】実施例９に係る走査型共焦点顕微鏡の構成を例示した概略図である。
【発明を実施するための形態】
【実施例１】
【００３８】
まず、本実施例に係る共焦点走査型顕微鏡について説明する前に、図１及び図２を参照しながら、共焦点走査型顕微鏡に含まれるＶＰＨグレーティング１について説明する。
図１は、本実施例に係る走査型共焦点顕微鏡に含まれる体積ホログラム（Volume Phase Holographic）グレーティング（以降、ＶＰＨグレーティングと記す。）の作用について説明するための図である。図２は、図１に例示されるＶＰＨグレーティングの回折特性を例示した図である。図２の縦軸は、回折効率（ＤＥ：diffraction efficiency）（％）を示し、横軸は、波長（ｎｍ）を示している。また、図２に例示される特性Ｃｒは、従来技術に係る表面レリーフ回折格子の回折特性を示し、特性Ｃａ、特性Ｃｂ、特性Ｃｃは、それぞれ、図１（ａ）、図１（ｂ）、図１（ｃ）に例示される本実施例に係るＶＰＨグレーティング１の回折特性を示している。
【００３９】
図１に例示されるＶＰＨグレーティング１は、主直線ＰＬに沿って屈折率が周期的に変化するＶＰＨ層を含んでいる。以降では、屈折率が周期的に変化する主直線ＰＬと平行な方向を屈折率分布方向と記す。ＶＰＨグレーティング１は、入射光ＩＬと平行な方向に０次回折光Ｌ０を射出し、０次回折光Ｌ０から波長毎に異なる角度で１次回折光Ｌ１を射出する透過型回折格子であり、表面レリーフ回折格子に比べて高回折効率で広帯域の回折特性を有する。
【００４０】
一般に、ＶＰＨグレーティングでは、回折光が得られる帯域幅と最大回折効率とには、トレードオフの関係が存在する。このため、ＶＰＨグレーティングが実現する回折特性には選択性がある。図２に例示されるように、本実施例に係るＶＰＨグレーティング１（図２の特性Ｃａ、特性Ｃｂ、特性Ｃｃを参照）は、表面レリーフ回折格子（図２の特性Ｃｒを参照）に比べて、高回折効率で同等以上の帯域幅を有する回折特性が実現されるように設計されたＶＰＨグレーティングである。
【００４１】
ＶＰＨグレーティング１の回折特性は、一般的なＶＰＨグレーティングと同様に、次のような特徴を有している。
第１に、屈折率分布方向と入射光ＩＬの光軸とのなす角度θ１（以降、傾き角と記す）に依存して、１次回折光Ｌ１の回折効率（以降、１次回折効率と記す。）のピークの波長（以降、ブラッグ波長と記す。）が変化する。換言すると、入射角θ２に依存して、ブラッグ波長が変化する。
【００４２】
例えば、図１（ａ）に例示されるＶＰＨグレーティング１では、緑色Ｇの波長の１次回折効率が最も高い（図２の特性Ｃａを参照。矢印の太さが太いほど回折効率が高いことを示す）。これに対して、ＶＰＨグレーティング１を反時計回りに回転させて傾き角θ１を大きくした場合、図１（ｂ）に例示されるように、回折効率のピークが短波長側にシフトし、青色Ｂの波長の１次回折効率が最も高くなる（図２の特性Ｃｂを参照）。また、ＶＰＨグレーティング１を反対に時計回りに回転させて傾き角θ１を小さくした場合、図１（ｃ）に例示されるように、回折効率のピークが長波長側にシフトし、赤色Ｒの波長の１次回折効率が最も高くなる（図２の特性Ｃｃを参照）。
【００４３】
第２に、傾き角θ１（または、入射角θ２）が変化しても、入射光ＩＬと１次回折光とのなす角は、波長毎にほぼ変化しないことである。従って、０次回折光Ｌ０と１次回折光とのなす角（以降、出射角と記す。）も、波長毎にほぼ変化しない。換言すると、０次回折光Ｌ０の方向が一定であれば、１次回折光Ｌ１の射出方向（以降、回折方向と記す。）は、波長毎に略一定である。
図３は、ＶＰＨグレーティング１を含む透過型回折格子の回折について説明するための図である。図３（ａ）では、透過型回折格子における回折の様子が表されている。図３（ｂ）では、透過型回折格子の回折角と射出角の関係が例示されている。図３を参照しながら、透過型回折格子の回折方向が入射角によらず略一定となることについて説明する。
図３（ａ）に例示されるように、０次光に対する１次回折光の出射角は、α＋βで表される。ここで、αは透過型回折格子ＴＧへの入射角（図１のθ２に相当）である。βは、１次回折光の回折角である。
また、透過型回折格子を含む一般の回折格子では、入射角αと回折角βの間に下式が成り立つ。
ｓｉｎα+ ｓｉｎβ = Ｎλ ・・・（１）
ここで、Ｎは回折格子の格子周波数である。λは回折格子への入射波長である。
式（１）でＮとλが一定の時、α＝βの近傍では、出射角α＋βはほとんど変化しない。このため、透過型回折格子では、入射角が変化しても、０次光に対する１次回折光の出射角は波長毎に略一定となり、入射角によらず回折方向が略一定に維持される。特に、格子周波数Ｎが小さいときにはこの近似が精度良く成り立つ。
【００４４】
ＶＰＨグレーティング１が上述した第１の特徴を有する理由は、ＶＰＨグレーティング１で生じる回折現象はブラッグ条件の影響下にあるからである。このため、ＶＰＨグレーティング１は、回折角と入射角θ２が一致する波長の１次回折光Ｌ１で最大回折効率を示す。このとき、ブラッグ条件が満たされるからである。また、ＶＰＨグレーティング１が上述した第２の特徴を有する理由は、ＶＰＨグレーティングが透過型回折格子であるからである。
【００４５】
次に、本実施例に係る共焦点走査型顕微鏡について説明する。
図４は、本実施例に係る走査型共焦点顕微鏡の構成を例示した概略図である。また、図４のＸＹＺ座標系は、方向参照の便宜のために設けた左手直交座標系である。
【００４６】
図４に例示される共焦点走査型顕微鏡１００は、標本を走査する走査手段を備えた共焦点顕微鏡であり、標本からの蛍光を分光する上述したＶＰＨグレーティング１と、ＶＰＨグレーティング１で回折された蛍光を検出する光検出器１３を含んでいる。光検出器１３は、複数の受光素子が１次元に配列されたマルチチャンネル検出器である。また、共焦点走査型顕微鏡１００は、ＶＰＨグレーティング１と光検出器１３の間には、蛍光を光検出器１３に集光させる集光レンズ１２も含んでいる。
【００４７】
より具体的には、共焦点走査型顕微鏡１００は、レーザ光を射出するレーザ光源ＬＳと、光ファイバ２と、コリメータレンズ３と、レーザ光を反射し蛍光を透過するダイクロイックミラー４と、レーザ光で標本面ＳＰ上に配置された標本（図示しない）を走査する走査手段であるガルバノミラー５と、対物レンズ６と、共焦点レンズ７と、対物レンズ６の焦点位置と共役な位置にピンホールを有する共焦点絞り８と、コリメータレンズ９と、ミラー１０と、ＶＰＨグレーティング１と、ミラー１１と、集光レンズ（集光光学系）１２と、光検出器１３と、共焦点走査型顕微鏡１００全体を制御する制御手段１４と、制御手段１４の指示に従ってＶＰＨグレーティング１を回転させる駆動手段１５と、を含んでいる。
なお、集光レンズ１２は、正パワーを持つ凹面ミラー等に置き換えることも可能である。
【００４８】
制御手段１４は、駆動手段１５に、ＶＰＨグレーティング１に入射する蛍光の光軸とＶＰＨグレーティング１の屈折率分布方向とのなす角である傾き角を変更させることができる。つまり、制御手段１４及び駆動手段１５は、ＶＰＨグレーティング１の傾き角を変更することで入射角を変更する入射角変更手段であり、ＶＰＨグレーティング１を光軸と屈折率分布方向との両方に平行な平面（ＹＺ平面）に対して垂直な回転軸周りに回転させることができる。
【００４９】
レーザ光の射出から蛍光の検出までの共焦点走査型顕微鏡１００の作用を説明する。
レーザ光源ＬＳから射出されたレーザ光は、光ファイバ２を介してコリメータレンズ３で略平行光束に変換されて、ダイクロイックミラー４に入射する。さらに、レーザ光は、ダイクロイックミラー４を反射して、ガルバノミラー５を介して対物レンズ６に入射する。対物レンズ６は、レーザ光を、標本面ＳＰ上に配置された標本の１点に集光させて照射する。これにより、標本中の蛍光物質が、レーザ光により励起される。
【００５０】
標本からの蛍光は、レーザ光と同じ光路を反対向きに進行し、対物レンズ６及びガルバノミラー５を介してダイクロイックミラー４に入射する。共焦点レンズ７は、ダイクロイックミラー４を透過した蛍光を集光させる。共焦点絞り８は、対物レンズ６の焦点位置と光学的に共役な位置にピンホールを有しているため、対物レンズ６の焦点位置から生じた蛍光のみが共焦点絞り８を通過する。その後、蛍光は、コリメータレンズ９で略平行光束に変換されて、ミラー１０を介して略平行光束としてＶＰＨグレーティング１に入射する。
【００５１】
ＶＰＨグレーティング１では、蛍光は回折されて、波長毎にそれぞれ異なる回折角で射出される。波長毎に異なる回折角で射出された１次回折光（蛍光）はミラー１１を反射して、波長毎に光軸に対して異なる角度で集光レンズ１２に入射する。このため、１次回折光は、集光レンズ１２により、波長毎に光検出器１３の異なる位置（受光素子）に入射して、波長毎に異なるチャンネルで検出される。
【００５２】
光検出器１３で検出された１次回折光（蛍光）は、電気信号に変換されて、制御手段１４へ送信される。制御手段１４では、ガルバノミラー５によって標本を走査することにより得られる標本の各点に関する電気信号に基づいて、蛍光画像の形成やその他の分析等が行われる。そして、その蛍光画像や分析結果がモニター等の表示手段２９に表示される。
【００５３】
ＶＰＨグレーティング１は、図２に例示されるように、検出対象とする波長域全域で、表面レリーフ回折格子に比べて高い回折効率を実現することができる。このため、ＶＰＨグレーティング１を含む共焦点走査型顕微鏡１００は、表面レリーフ回折格子を分光手段として使用する従来の共焦点走査型顕微鏡に比べて、広い波長域で高い光の利用効率を有する分光検出機能を備える共焦点走査型顕微鏡である。従って、本実施例に係る共焦点走査型顕微鏡１００によれば、広い波長域で高い光の利用効率を実現することができる。
【００５４】
なお、図２では、検出対象とする波長域が可視光域である例を示したが、特にこれに限られない。
また、共焦点走査型顕微鏡１００では、制御手段１４及び駆動手段１５によりＶＰＨグレーティング１へ入射する光の入射角を変更することができる。ＶＰＨグレーティング１は、入射角の変更により、任意の波長をブラッグ波長に変更することができる。従って、本実施例に係る共焦点走査型顕微鏡１００によれば、検出対象とする蛍光の波長に応じてブラッグ波長を変更することで、より高い光の利用効率を実現することができる。また、複数種類の蛍光を同時に検出する場合には、最も高効率に検出する蛍光を任意に選択することができる。また、複数種類の蛍光を同時に検出する場合に、興味ある波長域全体で検出効率が最適化されるようにブラッグ波長を設定・選択することができる。
【００５５】
また、ＶＰＨグレーティング１は透過型回折格子であり、０次回折光の方向は入射角によらず一定である。波長毎の出射角も入射角によらず略一定である。従って、１次回折光は、入射角によらず、波長毎に常に略一定の回折方向に射出されて同じ集光素子で検出される。このため、本実施例に係る共焦点走査型顕微鏡１００によれば、ＶＰＨグレーティング１を回転させて入射角を変更することで、検出波長帯域を変更することなく、最も高効率に検出する蛍光を任意に選択することができる。
【００５６】
また、ＶＰＨグレーティング１への入射角の変更により、検出効率が最も高いブラッグ波長を変化させることができる。従って、ＶＰＨグレーティング１を回転させてブラッグ波長を変更させるのと同期して、ブラッグ波長に対応するチャネルのシグナルだけをシーケンシャルに取得することにより、検出波長帯域全域で高い効率のスペクトルデータを高速で取得することができる。
【実施例２】
【００５７】
図５は、本実施例に係る走査型共焦点顕微鏡の構成を例示した概略図である。また、図５のＸＹＺ座標系は、方向参照の便宜のために設けた左手直交座標系である。
図５に例示される本実施例に係る共焦点走査型顕微鏡１０１は、ミラー１０の代わりにＸ軸周りに回転するミラー１６（第１のミラー）が含まれる点、ミラー１１の代わりにＸ軸周りに回転するミラー１７（第２のミラー）が含まれる点、駆動手段１５の代わりに駆動手段１８及び駆動手段１９が含まれる点、が実施例１に係る共焦点走査型顕微鏡１００と異なっている。その他の構成は、図４に例示される共焦点走査型顕微鏡１００と同様である。このため、図５では、共焦点走査型顕微鏡１０１の構成の一部のみが記載されている。
【００５８】
ミラー１６は、ガルバノミラー５（図示しない）とＶＰＨグレーティング１の間に配置されていて、ミラー１６をＹＺ平面に垂直な回転軸（Ｘ軸）周りに回転させる駆動手段１８に接続されている。駆動手段１８は、さらに、制御手段１４に接続されている。つまり、駆動手段１８及び制御手段１４は、ミラー１６をＹＺ平面に対して垂直な回転軸（Ｘ軸）周りに回転させることで、入射角を変更する入射角変更手段である。
【００５９】
共焦点走査型顕微鏡１０１の入射角変更手段は、入射角を変更するために、ＶＰＨグレーティング１ではなくミラー１６を回転させる。このため、０次回折光の方向も入射角によって変化する。従って、１次回折光の回折方向は、入射角に依存する。
【００６０】
ミラー１７は、ＶＰＨグレーティング１と集光レンズ１２の間に配置されていて、ミラー１７をＹＺ平面に垂直な回転軸（Ｘ軸）周りに回転させる駆動手段１９に接続されている。駆動手段１９は、さらに、制御手段１４に接続されている。
【００６１】
駆動手段１９及び制御手段１４は、例えば、入射角に依存して異なる回折方向に射出される１次回折光が波長毎に常に一定の方向に反射されるように、ミラー１７を回転させる。これにより、１次回折光は、集光レンズ１２により波長毎に常に一定の位置に集光するため、光検出器１３の受光素子に入射する波長帯域は、入射角によらず維持される。つまり、駆動手段１９及び制御手段１４は光検出器１３で検出される蛍光の波長帯域を維持する検出波長帯域維持手段である。
【００６２】
なお、ミラー１６の回転によっても検出波長帯域は変化するため、制御手段１４及び駆動手段１９に駆動手段１８を加えて、検出波長帯域維持手段とみなしてもよい。
【００６３】
図６は、共焦点走査型顕微鏡１０１に含まれるミラー１６及びミラー１７の動作について説明するための図である。図６を参照しながら、入射角によらず検出波長帯域を維持するためのミラー１６とミラー１７の制御方法について説明する。
図６（ａ）に例示されるように、ミラー１６への入射光ＩＬの入射角をα、ミラー１７への緑色の１次回折光Ｇの入射角をβ、ＶＰＨグレーティング１へ入射する光と緑色の１次回折光Ｇとのなす角をθとする。
【００６４】
図６（ｂ）では、入射角を変更するために入射角変更手段がミラー１６を角度δだけ時計周りに回転させて、ミラー１６を正反射した光と入射光ＩＬとのなす角が角度αから角度α−δに変更された例が示されている。この時、ミラー１６の反射光がＶＰＨグレーティング１へ入射する角度は２δ大きくなる。回折光が射出される角度は入射角によらず波長毎に略一定であるため、緑色の１次回折光Ｇがミラー１７へ入射する角度も２δ大きくなる。従って、入射角変更前のミラー１７で反射した緑色の１次回折光Ｇと入射角変更後のミラー１７で反射した緑色の１次回折光Ｇ´の成す角は２δになる。
【００６５】
図６（ｃ）に例示されるように、検出波長帯域維持手段は、ミラー１６と同様に、ミラー１７を角度δだけ時計回りに回転させることで、緑色の１次回折光Ｇを入射光ＩＬと平行な方向に射出することができる。これにより、１次回折光Ｇが、入射角によらず常に一定の方向に反射されるため、他の波長の１次回折光も同様に、入射角によらず波長毎に常に一定の方向に反射される。その結果、光検出器１３で検出される蛍光の波長帯域が維持される。
【００６６】
同様に、入射角を変更するために入射角変更手段がミラー１６を角度δだけ反時計周りに回転させた場合は、ミラー１７を角度δだけ反時計周りに回転させれば、１次回折光は、入射角によらず波長毎に常に一定の方向に反射される。つまりミラー１６とミラー１７を同方向に同じ回転角だけ回転することで、光検出器１３で検出される蛍光の波長帯域が維持される。
【００６７】
なお、図６では、制御手段１４及び駆動手段１９が光検出器１３で検出される蛍光の波長帯域を維持する検出波長帯域維持手段として機能する例が示されているが、特にこれに限られない。制御手段１４及び駆動手段１９は、必ずしも検出波長帯域を維持するように動作する必要なく、ミラー１７をミラー１６と独立に回転させることで検出波長帯域をシフトさせても良い。その場合、制御手段１４及び駆動手段１９は、光検出器１３で検出される蛍光の波長帯域幅を変更することなく検出波長帯域の中心を制御する検出波長帯域シフト手段である。また、制御手段１４及び駆動手段１９に駆動手段１８を加えて、検出波長帯域シフト手段とみなしてもよい。
【００６８】
本実施例に係る共焦点走査型顕微鏡１０１によれば、ＶＰＨグレーティング１を含むことで、実施例１に係る共焦点走査型顕微鏡１００と同様に、広い波長域で高い光の利用効率を実現することができる。
【００６９】
また、共焦点走査型顕微鏡１０１は、制御手段１４及び駆動手段１８がミラー１６を回転させることにより、ＶＰＨグレーティング１へ入射する光の入射角を変更することができる。従って、共焦点走査型顕微鏡１０１によれば、実施例１に係る共焦点走査型顕微鏡１００と同様に、検出対象とする蛍光の波長に応じてブラッグ波長を変更することで、より高い光の利用効率を実現することができる。また、複数種類の蛍光を同時に検出する場合には、最も高効率に検出する蛍光を任意に選択することができる。
【００７０】
また、共焦点走査型顕微鏡１０１は、制御手段１４及び駆動手段１９がミラー１７を回転させることにより、光検出器１３で検出される蛍光の波長帯域を維持することができる。従って、共焦点走査型顕微鏡１０１によれば、実施例１に係る共焦点走査型顕微鏡１００と同様に、検出波長帯域を変更することなく、最も高効率に検出する蛍光を任意に選択することができる。さらに、共焦点走査型顕微鏡１０１によれば、検出波長帯域をシフトさせることもできる。
【実施例３】
【００７１】
図７Ａは、本実施例に係る走査型共焦点顕微鏡の構成を例示した概略図である。また、図７ＡのＸＹＺ座標系は、方向参照の便宜のために設けた左手直交座標系である。
図７Ａに例示される本実施例に係る共焦点走査型顕微鏡１０２は、実施例１の図４のミラー１１の代わりにＸ軸周りに回転するミラー１７（第２のミラー）が含まれる点、駆動手段１９、集光レンズ２０、ミラー２１ａ、ミラー２１ｂ、及び駆動手段２２が追加されている点が実施例１に係る共焦点走査型顕微鏡１００と異なっている。その他の構成は、図４に例示される共焦点走査型顕微鏡１００と同様である。
【００７２】
制御手段１４及び駆動手段１５は、実施例１と同様に、ＶＰＨグレーティング１の傾き角を変更することで入射角を変更する入射角変更手段である。入射角変更手段は、ＶＰＨグレーティング１を光軸と屈折率分布方向との両方に平行な平面（ＹＺ平面）に対して垂直な回転軸周りに回転させることが可能であり、ブラッグ波長を変更することができる。
【００７３】
また、ミラー１７は、ＶＰＨグレーティング１と集光レンズ１２の間に配置されていて、ミラー１７をＹＺ平面に垂直な回転軸（Ｘ軸）周りに回転させる駆動手段１９に接続されている。駆動手段１９は、さらに、制御手段１４に接続されている。
【００７４】
駆動手段１９及び制御手段１４は、実施例２と同様に、検出波長帯域の中心を制御する検出波長帯域シフト手段である。また、ミラー１７が動作しないように制御する場合には、光検出器１３で検出される蛍光の波長帯域を維持する検出波長帯域維持手段とみなすことができる。
【００７５】
共焦点走査型顕微鏡１０２は、ＶＰＨグレーティング１と光検出器１３の間に、選択的に使用される焦点距離の異なる集光レンズ１２と集光レンズ２０を含んでいる。集光レンズ２０は、集光レンズ１２に比べて長い焦点距離を有している。
【００７６】
制御手段１４は、駆動手段２２に、ミラー２１ａ及びミラー２１ｂをミラー１７からの反射光の光路に挿脱させることが可能である。これらのミラーの挿脱により、蛍光が入射する集光レンズが変化する。具体的には、ミラー２１ａ及びミラー２１ｂが光路から取り除かれている場合には、ミラー１７を反射した１次回折光は、集光レンズ１２により光検出器１３上に集光される。一方、ミラー２１ａ及びミラー２１ｂが光路に挿入されている場合には、ミラー１７を反射した１次回折光は、ミラー２１ａ及びミラー３０ａを反射して集光レンズ２０へ入射し、集光レンズ２０によりミラー３０ｂ及びミラー２１ｂを介して光検出器１３上に集光される。
【００７７】
一般に、焦点距離が長いほど、また、回折格子の格子周波数が大きいほど、波長分散量は大きくなる。このため、共焦点走査型顕微鏡１０２では、集光レンズ２０を介して光検出器１３に入射する蛍光の波長帯域の幅は、集光レンズ１２を介して光検出器１３に入射する蛍光の波長帯域の幅よりも狭くなる。つまり、波長分散量が小さい場合には、例えば、可視光全域など、広い波長帯域が検出され、波長分散量が大きい場合には、狭い波長帯域が検出される。
【００７８】
従って、制御手段１４及び駆動手段２２は、光検出器１３で検出される蛍光の波長帯域の幅を変更する帯域幅変更手段である。また、光検出器１３に入射する蛍光の波長帯域の幅に比例して、各受光素子に入射する蛍光の帯域の幅も狭くなり分解能が向上する。このため、制御手段１４及び駆動手段２２は、波長分解能を変更する波長分解能変更手段でもある。
【００７９】
なお、以降では、波長分散量が小さい状態を、広帯域検出状態と記し、波長分散量が大きい状態を狭帯域検出状態または高分解能検出状態と記す。
【００８０】
以上、本実施例に係る共焦点走査型顕微鏡１０２によれば、ＶＰＨグレーティング１を含むことで、実施例１に係る共焦点走査型顕微鏡１００と同様に、広帯域検出状態において、広い波長域で高い光の利用効率を実現することができる。
【００８１】
また、共焦点走査型顕微鏡１０２は、制御手段１４及び駆動手段１５がＶＰＨグレーティング１を回転させることにより、ＶＰＨグレーティング１へ入射する光の入射角を変更することができる。従って、共焦点走査型顕微鏡１０２によれば、実施例１に係る共焦点走査型顕微鏡１００と同様に、検出対象とする蛍光の波長に応じてブラッグ波長を変更することで、より高い光の利用効率を実現することができる。また、複数種類の蛍光を同時に検出する場合には、最も高効率に検出する蛍光を任意に選択することができる。
【００８２】
また、共焦点走査型顕微鏡１０２は、制御手段１４及び駆動手段２２がミラー２１ａ及びミラー２１ｂを検出光路に挿脱させることにより、検出される蛍光の波長帯域の幅を変更することができる。従って、共焦点走査型顕微鏡１０２によれば、広帯域検出状態での広い波長帯域の検出と、狭帯域検出状態での高分解能での検出と、必要に応じて容易に切り換えることができる。
【００８３】
さらに、共焦点走査型顕微鏡１０２は、制御手段１４及び駆動手段１９がミラー１７を回転させることにより、光検出器１３で検出される蛍光の波長帯域を維持することができる。従って、共焦点走査型顕微鏡１０２によれば、実施例１に係る共焦点走査型顕微鏡１００と同様に、検出波長帯域を変更することなく、最も高効率に検出する蛍光を任意に選択することができる。このような制御は、広帯域検出状態において特に有効である。
【００８４】
また、共焦点走査型顕微鏡１０２は、制御手段１４及び駆動手段１９がミラー１７を回転させることにより、検出波長帯域の中心を制御することができる。これにより、光検出器１３で検出される蛍光の波長帯域をシフトさせることができる。従って、共焦点走査型顕微鏡１０２によれば、ブラッグ波長の変更とは別に、検出波長帯域を容易に変更することができる。このような制御は、狭帯域検出状態において特に有効である。
【００８５】
また、検出対象とする蛍光の波長に応じて検出波長域とブラッグ波長を同時に変更することにより、少ない検出回数でより高い光の利用効率を実現することができる。また、検出波長域をシームレスにシフトさせ、それと同期させてブラッグ波長を変更することにより、広帯域を高分解能でかつ高い効率で検出することができる。
【００８６】
なお、図７Ａでは、ミラー２１ａ及びミラー２１ｂを検出光路に挿脱することにより、広帯域検出状態と狭帯域検出状態（または高分解能検出状態）とを切り換える例を示したが特にこれに限られない。他の方法により、検出状態が切り換えられても良い。
図７Ｂ、図７Ｃ、及び図７Ｄは、それぞれ本実施例に係る共焦点走査型顕微鏡１０２の変形例の構成を例示した概略図である。
【００８７】
図７Ｂに例示される共焦点走査型顕微鏡１０２ａは、ＶＰＨグレーティング１と光検出器１３の間に、回転可能なミラー３１ａを含んでいる。共焦点走査型顕微鏡１０２ａでは、制御手段１４が駆動手段２２にミラー３１ａを回転させることによって、広帯域検出状態と狭帯域検出状態を切り換えることができる。
【００８８】
具体的には、ミラー３１ａが第１の状態（ミラー３１ａの状態が実線で表されている状態）にある場合には、ミラー３１ａを反射した１次回折光は、集光レンズ１２により光検出器１３上に集光される。これにより、広帯域検出状態が実現される。
【００８９】
一方、ミラー３１ａが第２の状態（ミラー３１ａの状態が破線で表されている状態）にある場合には、ミラー３１ａを反射した１次回折光は、ミラー３１ｂを反射して集光レンズ３２へ入射する。さらに、１次回折光は、ミラー３１ｃ及びミラー３１ｄを介して再びミラー３１ａに入射して反射する。その後、集光レンズ１２により光検出器１３上に集光される。つまり、ミラー３１ａが第２の状態にある場合には、集光レンズ３２と集光レンズ１２の両方により、１次回折光は光検出器１３上に集光される。これにより、狭帯域検出状態が実現される。
【００９０】
図７Ｃに例示される共焦点走査型顕微鏡１０２ｂは、ＶＰＨグレーティング１と光検出器１３の間に、光軸方向に可動な複数のレンズ（集光レンズ３３ａ、集光レンズ３３ｂ）からなる集光レンズ群３３を含んでいる。集光レンズ群３３は、集光レンズの位置により合成焦点距離の異なる複数のズーム状態を有するズームレンズ（変倍光学系）である。共焦点走査型顕微鏡１０２ｂでは、制御手段１４が駆動手段２２に集光レンズ群３３のズーム状態を変更させることによって、広帯域検出状態と狭帯域検出状態を切り換えることができる。
【００９１】
具体的には、集光レンズ３３ａ及び集光レンズ３３ｂの光軸方向の移動により、集光レンズ群３３の合成焦点距離が短い第１の状態（集光レンズ３３ａ及び集光レンズ３３ｂが実線で表されている位置にある状態）にある場合には、１次回折光は、合成焦点距離の短い状態の集光レンズ群３３により光検出器１３上に集光される。これにより、広帯域検出状態が実現される。
【００９２】
一方、集光レンズ３３ａ及び集光レンズ３３ｂの光軸方向の移動により、集光レンズ群３３の合成焦点距離が長い第２の状態（集光レンズ３３ａ及び集光レンズ３３ｂが破線で表されている位置にある状態）にある場合には、１次回折光は、合成焦点距離の長い状態の集光レンズ群３３により光検出器１３上に集光される。これにより、狭帯域検出状態が実現される。
【００９３】
なお、共焦点走査型顕微鏡１０２ｂでは、集光レンズを光軸方向に移動させることによって、広帯域検出状態から狭帯域検出状態まで、または、狭帯域検出状態から広帯域検出状態まで、検出状態を連続的に変化させることができる。
【００９４】
図７Ｄに例示される共焦点走査型顕微鏡１０２ｃは、光路に対して挿脱可能な複数のＶＰＨグレーティング（ＶＰＨグレーティング１、ＶＰＨグレーティング３４）を含んでいる。ＶＰＨグレーティング１とＶＰＨグレーティング３４では、格子周波数が異なり、ＶＰＨグレーティング１はＶＰＨグレーティング３４に比べて小さな格子周波数を有している。共焦点走査型顕微鏡１０２ｃでは、制御手段１４が駆動手段２２に光路に挿入するＶＰＨグレーティングを変更させることによって、広帯域検出状態と狭帯域検出状態を切り換えることができる。
【００９５】
具体的には、ＶＰＨグレーティング１が光路に挿入されている第１の状態では、１次回折光は、比較的小さな波長分散量で光検出器１３上に集光される。これにより、広帯域検出状態が実現される。
【００９６】
一方、ＶＰＨグレーティング３４が光路に挿入されている第２の状態では、１次回折光は、比較的大きな波長分散量で光検出器１３上に集光される。これにより、狭帯域検出状態が実現される。
【００９７】
なお、上述した共焦点走査型顕微鏡１０２、共焦点走査型顕微鏡１０２ａ、及び共焦点走査型顕微鏡１０２ｂは、ＶＰＨグレーティング１と光検出器１３の間の集光レンズ（群）の焦点距離を変更することにより、波長分散量を変更して検出状態を変更する。これに対して、共焦点走査型顕微鏡１０２ｃは、ＶＰＨグレーティングの格子周波数を変更することにより、波長分散量を変更して検出状態を変更する。
【００９８】
以上の変形例に係る共焦点走査型顕微鏡（共焦点走査型顕微鏡１０２ａ、共焦点走査型顕微鏡１０２ｂ、共焦点走査型顕微鏡１０２ｃ）によっても、本実施例に係る共焦点走査型顕微鏡１０２と同様の効果を得ることができる。
【実施例４】
【００９９】
図８は、本実施例に係る走査型共焦点顕微鏡の構成を例示した概略図である。また、図８のＸＹＺ座標系は、方向参照の便宜のために設けた左手直交座標系である。
【０１００】
図８に例示される共焦点走査型顕微鏡１０３は、ミラー１０の代わりにＸ軸周りに回転するミラー１６（第１のミラー）と駆動手段１８が含まれる点、ミラー１７（第２のミラー）及び駆動手段１９の代わりにミラー１１が含まれる点が実施例３に係る共焦点走査型顕微鏡１０２と異なっている。その他の構成は、図７Ａに例示される共焦点走査型顕微鏡１０２と同様である。
【０１０１】
本実施例に係る共焦点走査型顕微鏡１０３は、実施例３に係る共焦点走査型顕微鏡１０２と同様に、広帯域検出状態と狭帯域検出状態とを切り換えることができる共焦点走査型顕微鏡であり、入射角変更手段、検出波長帯域シフト手段（検出波長帯域維持手段）、及び帯域幅変更手段（波長分解能変更手段）を有している。
【０１０２】
共焦点走査型顕微鏡１０３では、ミラー１１が固定されているため、ミラー１６の回転によってのみ検出波長帯域が変化する。このため、制御手段１４及び駆動手段１８は、検出波長帯域シフト手段である。また、ミラー１６が動作しないように制御する場合には、光検出器１３で検出される蛍光の波長帯域を維持する検出波長帯域維持手段とみなすことができる。
【０１０３】
また、共焦点走査型顕微鏡１０３では、制御手段１４が駆動手段１５にＶＰＨグレーティング１を回転させることで、入射角を変更することができる。このため、制御手段１４及び駆動手段１５は、入射角を変更する入射角変更手段である。なお、ミラー１６の回転によっても入射角は変化するため、制御手段１４及び駆動手段１５に駆動手段１８を加えて、入射角変更手段とみなしてもよい。
【０１０４】
制御手段１４及び駆動手段２２は、実施例３と同様に、光検出器１３で検出される蛍光の波長帯域の幅を変更する帯域幅変更手段である。また、制御手段１４及び駆動手段２２は、波長分解能を変更する波長分解能変更手段でもある。
【０１０５】
以上、本実施例に係る共焦点走査型顕微鏡１０３によっても、実施例３に係る共焦点走査型顕微鏡１０２と同様の効果を得ることができる。
【０１０６】
また、本実施例に係る共焦点走査型顕微鏡１０３では、ＶＰＨグレーティング１と集光レンズ１２（または集光レンズ２０）の間のミラー１１を省略することができる。ＶＰＨグレーティング１と集光レンズ間の距離は、集光レンズの焦点距離によって制限される。このため、ミラー１１を省略できる本実施例に係る共焦点走査型顕微鏡１０３の構成は、レイアウトに関する制約が小さい点で望ましい。
【実施例５】
【０１０７】
図９は、本実施例に係る走査型共焦点顕微鏡の構成を例示した概略図である。また、図９のＸＹＺ座標系は、方向参照の便宜のために設けた左手直交座標系である。
図９に例示される共焦点走査型顕微鏡１０４は、ミラー１０の代わりにＸ軸周りに回転するミラー１６（第１のミラー）と駆動手段１８が含まれる点、ＶＰＨグレーティング１を回転させる駆動手段１５が含まれない点、が実施例３に係る共焦点走査型顕微鏡１０２と異なっている。その他の構成は、図７Ａに例示される共焦点走査型顕微鏡１０２と同様である。
【０１０８】
本実施例に係る共焦点走査型顕微鏡１０４は、実施例３に係る共焦点走査型顕微鏡１０２と同様に、広帯域検出状態と狭帯域検出状態とを切り換えることができる共焦点走査型顕微鏡であり、入射角変更手段、検出波長帯域シフト手段（検出波長帯域維持手段）、及び帯域幅変更手段（波長分解能変更手段）を有している。
【０１０９】
共焦点走査型顕微鏡１０４では、制御手段１４が駆動手段１８にミラー１６を回転させることで、入射角を変更することができる。このため、制御手段１４及び駆動手段１８は、入射角を変更する入射角変更手段である。
【０１１０】
また、共焦点走査型顕微鏡１０４では、実施例２と同様に駆動手段１９がミラー１７をミラー１６と同方向に同じ回転角だけ回転させることで、１次回折光を波長毎に同じ位置に集光させることができる。このため、制御手段１４及び駆動手段１９は、検出波長帯域維持手段である。また、ミラー１７の回転角をミラー１６と異ならせることで検出波長帯域シフト手段としても機能する。また、ミラー１６の回転によっても検出波長帯域は変化するため、制御手段１４及び駆動手段１９に駆動手段１８を加えて、検出波長帯域維持手段または検出波長帯域シフト手段とみなしてもよい。
【０１１１】
制御手段１４及び駆動手段２２は、実施例３と同様に、光検出器１３で検出される蛍光の波長帯域の幅を変更する帯域幅変更手段である。また、制御手段１４及び駆動手段２２は、波長分解能を変更する波長分解能変更手段でもある。
【０１１２】
以上、本実施例に係る共焦点走査型顕微鏡１０４によっても、実施例３に係る共焦点走査型顕微鏡１０２と同様の効果を得ることができる。
【実施例６】
【０１１３】
図１０は、本実施例に係る走査型共焦点顕微鏡の構成を例示した概略図である。また、図１０のＸＹＺ座標系は、方向参照の便宜のために設けた左手直交座標系である。
図１０に例示される本実施例に係る共焦点走査型顕微鏡１０５は、マルチチャンネル検出器である光検出器１３の代わりに、シングルチャンネル検出器である光検出器（光検出器１３ａ、光検出器１３ｂ）が複数含まれる点、光検出器と集光レンズ（集光レンズ１２ａと集光レンズ１２ｂ）の間に光検出器で検出される蛍光の波長帯域の幅を制限する絞り手段（絞り手段２８ａ、絞り手段２８ｂ）が含まれる点、が実施例１に係る共焦点走査型顕微鏡１００と主に異なっている。
【０１１４】
共焦点走査型顕微鏡１０５は、共焦点走査型顕微鏡１００と同様に、レーザ光源ＬＳと、光ファイバ２と、コリメータレンズ３と、ダイクロイックミラー４と、ガルバノミラー５と、対物レンズ６と、共焦点レンズ７と、共焦点絞り８と、コリメータレンズ９を含んでいる。
【０１１５】
さらに、共焦点走査型顕微鏡１０５は、ミラー２４と、ミラー２５と、蛍光を２つに分離するダイクロイックミラー２６（光路分割手段）と、ミラー２７を含み、ダイクロイックミラー２６の反射光路と透過光路のそれぞれに、ミラー（ミラー１０ａ、ミラー１０ｂ）と、ＶＰＨグレーティング（ＶＰＨグレーティング１ａ、ＶＰＨグレーティング１ｂ）と、ミラー（ミラー１１ａ、ミラー１１ｂ）と、集光レンズ（集光レンズ１２ａ、集光レンズ１２ｂ）と、絞り手段（絞り手段２８ａ、絞り手段２８ｂ）と、シングルチャンネル検出器である光検出器（光検出器１３ａ、光検出器１３ｂ）を含んでいる。
【０１１６】
光検出器（光検出器１３ａ、光検出器１３ｂ）は、それぞれ独立に、その受光素子の受光面と平行（Ｙ方向）に移動することができる。また、絞り手段（絞り手段２８ａ、絞り手段２８ｂ）は、それぞれ独立に、光検出器の動作に連動して移動することで、スリット（開口部）位置を変更することができる。さらに、スリット（開口部）幅を変更することもできる。
【０１１７】
光検出器及び絞り手段は、不図示の駆動手段及び制御手段に接続されている。不図示の制御手段及び駆動手段は、光検出器と絞り手段を移動させることで検出波長帯域の中心を制御する検出波長帯域シフト手段である。また、不図示の制御手段及び駆動手段は、絞り手段のスリット幅を変更することで検出される蛍光の波長帯域の幅を変更する帯域幅変更手段である。
【０１１８】
また、ＶＰＨグレーティング（ＶＰＨグレーティング１ａ、ＶＰＨグレーティング１ｂ）は、不図示の駆動手段及び制御手段に接続されている。不図示の制御手段及び駆動手段は、各ＶＰＨグレーティングの傾き角を変更することで入射角を変更する入射角変更手段であり、各ＶＰＨグレーティングを光軸と屈折率分布方向との両方に平行な平面（ＹＺ平面）に対して垂直な回転軸（Ｘ軸）周りに回転させることができる。
【０１１９】
レーザ光の射出から蛍光の検出までの共焦点走査型顕微鏡１０５の作用を、６００ｎｍ未満の波長の蛍光を反射するダイクロイックミラー２６を用いて赤色と緑色の波長の蛍光を同時に検出する場合を例に、説明する。
【０１２０】
レーザ光源ＬＳから射出されたレーザ光は、共焦点走査型顕微鏡１００と同様の経路を経て標本に照射されて、標本中の蛍光物質を励起する。標本からの蛍光は、共焦点走査型顕微鏡１００と同様の経路を経て、コリメータレンズ９から略平行光束として射出される。その後、蛍光はミラー２４及びミラー２５を介してダイクロイックミラー２６に入射する。ダイクロイックミラー２６では、６００ｎｍ未満の波長の蛍光は反射され、６００ｎｍ以上の波長の蛍光は透過する。
【０１２１】
ダイクロイックミラー２６を反射した蛍光は、ミラー１０ａを介してＶＰＨグレーティング１ａに入射して回折される。このとき、ＶＰＨグレーティング１ａは不図示の入射角変更手段により緑色の波長がブラッグ波長となるように予め回転しているため、緑色の波長の蛍光Ｇが最も効率よく回折される。ＶＰＨグレーティング１ａを回折した蛍光は、ミラー１１ａを介して集光レンズ１２ａに入射して、波長毎にそれぞれ異なる位置に集光する。
【０１２２】
このため、検出波長帯域シフト手段が光検出器１３ａ及び絞り手段２８ａを緑色の波長の蛍光Ｇの集光位置に応じて移動させることで、光検出器１３ａで緑色の波長の蛍光Gを効率良く検出することができる。また、帯域幅変更手段が絞り手段２８ａのスリット幅を光検出器１３ａの受光面よりも狭くすることで、緑色以外の波長の蛍光の検出を抑制することができる。このため、ノイズ成分が抑制されて、信号のＳ／Ｎ比が改善される。
【０１２３】
一方、ダイクロイックミラー２６を透過した蛍光は、ミラー１０ｂを介してＶＰＨグレーティング１ｂに入射して回折される。このとき、ＶＰＨグレーティング１ｂは不図示の入射角変更手段により赤色の波長がブラッグ波長となるように予め回転しているため、赤色の波長の蛍光Ｒが最も効率よく回折される。ＶＰＨグレーティング１ｂを回折した蛍光は、ミラー１１ｂを介して集光レンズ１２ｂに入射して、波長毎にそれぞれ異なる位置に集光する。
【０１２４】
このため、検出波長帯域シフト手段が光検出器１３ｂ及び絞り手段２８ｂを赤色の波長の蛍光Ｒの集光位置に応じて移動させることで、光検出器１３ｂで赤色の波長の蛍光Ｒを効率良く検出することができる。また、帯域幅変更手段が絞り手段２８ｂのスリット幅を光検出器１３ｂの受光面よりも狭くすることで、赤色以外の波長の蛍光の検出を抑制することができる。このため、ノイズ成分が抑制されて、信号のＳ／Ｎ比が改善される。
【０１２５】
本実施例に係る共焦点走査型顕微鏡１０５では、実施例１に係る共焦点走査型顕微鏡１００と同様に、ＶＰＨグレーティングを回転させて入射角を変更することで、容易にブラッグ波長を変更することができる。従って、共焦点走査型顕微鏡１０５によれば、検出対象とする蛍光の波長に応じてブラッグ波長を変更することで、高い光の利用効率を実現することができる。
【０１２６】
また、本実施例に係る共焦点走査型顕微鏡１０５によれば、シングルチャンネルの光検出器と絞り手段の組み合わせにより、検出対象の波長の蛍光を、ノイズを抑えながら高効率に検出することができる。このため、マルチチャンネルの光検出器を用いた共焦点走査型顕微鏡に比べて、より高い信号のＳ／Ｎ比を実現することができる。
【０１２７】
また、共焦点走査型顕微鏡１０５では、検出対象とする波長毎にＶＰＨグレーティングを有している。このため、複数の波長の蛍光を同時に検出する場合であっても、それぞれの波長に対してＶＰＨグレーティングを最適化することができる。従って、共焦点走査型顕微鏡１０５によれば、複数の波長の蛍光に対して、同時に高い回折効率を実現することができる。なお、検出対象とする波長毎にＶＰＨグレーティングを有する構成は、例えば、複数の検出波長が互いに大きく離れている場合に、特に有効である。
【０１２８】
また、共焦点走査型顕微鏡１０５では、各ＶＰＨグレーティングに入射する蛍光の波長帯域がダイクロイックミラー２６により制限される。このため、各ＶＰＨグレーティングは、制限された波長帯域に対して高い回折効率を実現するように設計することができる。すでに上述したように、ＶＰＨグレーティングの特性には、回折光が得られる帯域幅と最大回折効率との間にトレードオフの関係が存在するため、波長帯域を制限することでより高い最大回折効率が得られる。従って、共焦点走査型顕微鏡１０５によれば、ＶＰＨグレーティングを一つだけ含む共焦点走査型顕微鏡に比べて、検出対象の波長の蛍光をさらに効率よく検出することができる。
【０１２９】
なお、図１０では、説明を簡略化するために、２波長を同時に検出する構成を例示したが特にこれに限られない。１波長の検出で足りるのであれば、ダイクロイックミラー２６の代わりにミラーを用いても良い。また、３波長以上を同時に検出する必要がある場合には、ミラー２７の代わりにダイクロイックミラー（光路分割手段）を用いてさらに光検出器を追加してもよい。また、追加する検出器は、シングルチャンネルの検出器に限られない。マルチチャンネルの検出を追加してもよい。
【実施例７】
【０１３０】
図１１は、本実施例に係る走査型共焦点顕微鏡の構成を例示した概略図である。また、図１１のＸＹＺ座標系は、方向参照の便宜のために設けた左手直交座標系である。
図１１に例示される本実施例に係る共焦点走査型顕微鏡１０６は、ミラー１１ａ及びミラー１１ｂの代わりにＸ軸周りに回転するミラー１７ａ及びミラー１７ｂ（第２のミラー）が含まれる点、光検出器（光検出器１３ａ、光検出器１３ｂ）が固定されている点、が実施例６に係る共焦点走査型顕微鏡１０５と異なっている。その他の構成は、図１０に例示される共焦点走査型顕微鏡１０５と同様である。このため、図１１では、共焦点走査型顕微鏡１０６の構成の一部のみが記載されている。
【０１３１】
本実施例に係る共焦点走査型顕微鏡１０６は、実施例６に係る共焦点走査型顕微鏡１０５と同様に、入射角変更手段、検出波長帯域シフト手段、及び帯域幅変更手段を有している。
【０１３２】
共焦点走査型顕微鏡１０６では、実施例６に係る共焦点走査型顕微鏡１０５と同様に、ＶＰＨグレーティング１ａ及びＶＰＨグレーティング１ｂの傾き角を変更する不図示の制御手段及び駆動手段が入射角変更手段であり、絞り手段のスリット幅を変更する不図示の制御手段及び駆動手段が帯域幅変更手段である。
【０１３３】
また、共焦点走査型顕微鏡１０６では、不図示の制御手段が駆動手段にミラー１７ａ及びミラー１７ｂを回転させることで、光検出器に入射する蛍光の波長帯域を変更することができる。従って、ミラー１７ａ及びミラー１７ｂを回転させる不図示の制御手段及び駆動手段が検出波長帯域シフト手段である。
【０１３４】
以上、本実施例に係る共焦点走査型顕微鏡１０６によっても、実施例６に係る共焦点走査型顕微鏡１０５と同様の効果を得ることができる。また、共焦点走査型顕微鏡１０６では、光検出器の代わりにミラーを回転させることで検出波長帯域を変更するため、共焦点走査型顕微鏡１０５に比べて、より高速に検出波長帯域を変更することができる。
【実施例８】
【０１３５】
図１２は、本実施例に係る走査型共焦点顕微鏡の構成を例示した概略図である。また、図１２のＸＹＺ座標系は、方向参照の便宜のために設けた左手直交座標系である。
図１２に例示される本実施例に係る共焦点走査型顕微鏡１０７は、ミラー１０ａ及びミラー１０ｂの代わりにＸ軸周りに回転するミラー１６ａ及びミラー１６ｂ（第１のミラー）が含まれる点、光検出器（光検出器１３ａ、光検出器１３ｂ）が固定されている点、が実施例６に係る共焦点走査型顕微鏡１０５と異なっている。その他の構成は、図１０に例示される共焦点走査型顕微鏡１０５と同様である。このため、図１２では、共焦点走査型顕微鏡１０７の構成の一部のみが記載されている。
【０１３６】
本実施例に係る共焦点走査型顕微鏡１０７は、実施例６に係る共焦点走査型顕微鏡１０５と同様に、入射角変更手段、検出波長帯域シフト手段、及び帯域幅変更手段を有している。
【０１３７】
共焦点走査型顕微鏡１０７では、実施例６に係る共焦点走査型顕微鏡１０５と同様に、絞り手段のスリット幅を変更する不図示の制御手段及び駆動手段が帯域幅変更手段である。
【０１３８】
共焦点走査型顕微鏡１０７では、ミラー１１ａ及びミラー１１ｂが固定されているため、ミラー１６ａ及びミラー１６ｂの回転によってのみ検出波長帯域が変化する。このため、ミラー１６ａ及びミラー１６ｂを回転させる不図示の制御手段及び駆動手段が検出波長帯域シフト手段である。
【０１３９】
共焦点走査型顕微鏡１０７では、不図示の制御手段が駆動手段にＶＰＨグレーティング１ａ及びＶＰＨグレーティング１ｂを回転させることで、入射角を変更することができる。このため、ＶＰＨグレーティング１ａ及びＶＰＨグレーティング１ｂを回転させる不図示の制御手段及び駆動手段が入射角変更手段である。なお、ミラー１６ａ及びミラー１６ｂの回転によっても入射角は変化するため、さらに、ミラー１６ａ及びミラー１６ｂの駆動手段を加えて、入射角変更手段とみなしてもよい。
【０１４０】
以上、本実施例に係る共焦点走査型顕微鏡１０７によっても、実施例６に係る共焦点走査型顕微鏡１０５と同様の効果を得ることができる。また、共焦点走査型顕微鏡１０６では、光検出器の代わりにミラーやＶＰＨグレーティングを回転させることで検出波長帯域を変更するため、共焦点走査型顕微鏡１０５に比べて、より高速に検出波長帯域を変更することができる。
【実施例９】
【０１４１】
図１３は、本実施例に係る走査型共焦点顕微鏡の構成を例示した概略図である。また、図１３のＸＹＺ座標系は、方向参照の便宜のために設けた左手直交座標系である。
図１３に例示される本実施例に係る共焦点走査型顕微鏡１０８は、ミラー１０ａ及びミラー１０ｂの代わりにＸ軸周りに回転するミラー１６ａ及びミラー１６ｂ（第１のミラー）が含まれる点、ミラー１１ａ及びミラー１１ｂの代わりにＸ軸周りに回転するミラー１７ａ及びミラー１７ｂ（第２のミラー）が含まれる点、ＶＰＨグレーティング（ＶＰＨグレーティング１ａ、ＶＰＨグレーティング１ｂ）及び光検出器（光検出器１３ａ、光検出器１３ｂ）が固定されている点、が実施例６に係る共焦点走査型顕微鏡１０５と異なっている。その他の構成は、図１０に例示される共焦点走査型顕微鏡１０５と同様である。このため、図１３では、共焦点走査型顕微鏡１０８の構成の一部のみが記載されている。
【０１４２】
本実施例に係る共焦点走査型顕微鏡１０８は、実施例６に係る共焦点走査型顕微鏡１０５と同様に、入射角変更手段、検出波長帯域シフト手段、及び帯域幅変更手段を有している。
【０１４３】
共焦点走査型顕微鏡１０８では、実施例６に係る共焦点走査型顕微鏡１０５と同様に、絞り手段のスリット幅を変更する不図示の制御手段及び駆動手段が帯域幅変更手段である。
【０１４４】
共焦点走査型顕微鏡１０８では、不図示の制御手段が駆動手段にミラー１６ａ及びミラー１６ｂを回転させることで、入射角を変更することができる。このため、ミラー１６ａ及びミラー１６ｂを回転させる不図示の制御手段及び駆動手段が入射角変更手段である。
【０１４５】
共焦点走査型顕微鏡１０８では、不図示の駆動手段がミラー１７ａ及びミラー１７ｂを回転させることで検出波長帯域が変化する。このため、ミラー１７ａ及びミラー１７ｂを回転させる不図示の制御手段及び駆動手段が検出波長帯域シフト手段である。なお、ミラー１６ａ及びミラー１６ｂの回転によっても検出波長帯域は変化するため、さらに、ミラー１６ａ及びミラー１６ｂの駆動手段を加えて、検出波長帯域シフト手段とみなしてもよい。
【０１４６】
以上、本実施例に係る共焦点走査型顕微鏡１０７によっても、実施例６に係る共焦点走査型顕微鏡１０５と同様の効果を得ることができる。また、共焦点走査型顕微鏡１０６では、光検出器の代わりにミラーを回転させることで検出波長帯域を変更するため、共焦点走査型顕微鏡１０５に比べて、より高速に検出波長帯域を変更することができる。
【符号の説明】
【０１４７】
１００、１０１、１０２、１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃ、１０３、１０４、１０５、１０６、１０７・・・共焦点走査型顕微鏡、１、１ａ、１ｂ、３４・・・ＶＰＨグレーティング、２・・・光ファイバ、３、９・・・コリメータレンズ、４、２６・・・ダイクロイックミラー、５・・・ガルバノミラー、６・・・対物レンズ、７・・・共焦点レンズ、８・・・共焦点絞り、１０、１０ａ、１０ｂ、１１、１１ａ、１１ｂ、１６、１６ａ、１６ｂ、１７、１７ａ、１７ｂ、２１ａ、２１ｂ、２４、２５、２７、３０ａ、３０ｂ、３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３１ｄ・・・ミラー、１２、１２ａ、１２ｂ、２０、３２、３３ａ、３３ｂ・・・集光レンズ、１３、１３ａ、１３ｂ・・・光検出器、１４・・・制御手段、１５、１８、１９、２２・・・駆動手段、２８ａ、２８ｂ・・・絞り手段、２９・・・表示手段、集光レンズ群・・・３３、ＳＰ・・・標本面、ＬＳ・・・レーザ光源、ＩＬ・・・入射光、Ｌ０・・・０次回折光、Ｌ１・・・１次回折光、ＰＬ・・・主直線、Ｃａ、Ｃｂ、Ｃｃ、Ｃｒ・・・特性
【技術分野】
【０００１】
本発明は、走査型共焦点顕微鏡に関し、特に、分光検出機能を有する走査型共焦点顕微鏡に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、分光検出機能を備えた走査型共焦点顕微鏡が開発され、利用されるに至っている。このような顕微鏡は、例えば、特許文献１に開示されている。
分光検出機能を備えた走査型共焦点顕微鏡の多くは蛍光観察に用いられるが、通常、蛍光は微弱であり、単位時間当たりに得られる蛍光の光量は少ない。また、走査型共焦点顕微鏡の場合、標本を高速に走査するため、標本上の各点を励起する時間も短い。このため、明るい画像を得るためには、発生量が限られる蛍光を効率良く光検出器に導くことが求められる。
【０００３】
しかしながら、特許文献１に開示されるように、現在利用されている分光検出機能を備えた走査型共焦点顕微鏡は、分光手段として反射型回折格子を利用しているため、広い波長域で高い回折効率を得ることができない。これは、反射型回折格子は、一般に、表面のレリーフ構造を利用して回折光を得る表面レリーフ回折格子であり、表面レリーフ回折格子の回折効率は、最大でも７０％程度であるからである。
分光手段は、一般に、光量の損失が大きな光学素子であるため、分光検出機能を備えた走査型共焦点顕微鏡では、分光手段で生じる光量損失を抑制することが、光の利用効率の改善に効果的である。
【０００４】
分光手段で生じる光量損失を抑制する技術は、例えば、特許文献２で開示されている。特許文献２では、分光手段である反射型回折格子の偏光依存性に着目し、入射光をより高い回折効率を示すＳ偏光に変換してから入射させることで、分光手段で生じる光量損失を抑制する技術が開示されている。
【０００５】
特許文献２に開示される技術を用いることで、分光検出機能を備えた走査型共焦点顕微鏡における、光の利用効率を改善することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−０１０９４４号公報
【特許文献２】特開２００６−１５３５８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献２に開示される技術では、回折効率が改善して反射型回折格子自体で生じる光量損失は抑制されるが、反射型回折格子の前後の光学系が複雑化してしまう。また、複雑化した光学系で光量の損失が生じてしまう。
【０００８】
例えば、入射光はＰ偏光とＳ偏光に分割されて、それぞれ異なる光路を通って反射型回折格子に導かれる。このため、入射光をＰ偏光とＳ偏光に分割する偏光ビームスプリッタが用いられるが、その偏光ビームスプリッタで光量の損失が生じてしまう。また、Ｐ偏光をＳ偏光に変換するために偏光を回転させる波長板が用いられるが、その波長板でも光量の損失が生じてしまう。
【０００９】
このため、反射型回折格子自体の回折効率が改善されても、走査型共焦点顕微鏡全体として光の利用効率が十分に改善されない。
以上のような実情を踏まえ、本発明では、広い波長域で高い光の利用効率を有する、分光検出機能を備えた共焦点顕微鏡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、標本を走査する走査手段を備えた走査型共焦点顕微鏡であって、標本からの光を分光する透過型のＶＰＨグレーティングと、ＶＰＨグレーティングで回折された光を検出する光検出器と、を含む走査型共焦点顕微鏡を提供する。
【００１１】
本発明の第２の態様は、第１の態様に記載の走査型共焦点顕微鏡において、さらに、ＶＰＨグレーティングに入射する光の光軸とＶＰＨグレーティングの屈折率が周期的に変化する屈折率分布方向とのなす角を変更する入射角変更手段を含む走査型共焦点顕微鏡を提供する。
【００１２】
本発明の第３の態様は、第２の態様に記載の走査型共焦点顕微鏡において、さらに、ＶＰＨグレーティングと光検出器の間に、光を光検出器に集光させる集光光学系を含み、光検出器は、複数の受光素子が１次元に配列されたマルチチャンネル検出器である走査型共焦点顕微鏡を提供する。
【００１３】
本発明の第４の態様は、第３の態様に記載の走査型共焦点顕微鏡において、入射角変更手段は、ＶＰＨグレーティングを、光軸及び屈折率分布方向に平行な平面に対して垂直な回転軸周りに回転させる走査型共焦点顕微鏡を提供する。
【００１４】
本発明の第５の態様は、第３の態様に記載の走査型共焦点顕微鏡において、さらに、走査手段とＶＰＨグレーティングの間に配置される第１のミラーを含み、入射角変更手段は、第１のミラーを、光軸及び屈折率分布方向に平行な平面に対して垂直な回転軸周りに回転させる走査型共焦点顕微鏡を提供する。
【００１５】
本発明の第６の態様は、第５の態様に記載の走査型共焦点顕微鏡において、さらに、ＶＰＨグレーティングと集光光学系の間に配置される第２のミラーと、光検出器で検出される光の波長帯域の中心を制御する検出波長帯域シフト手段と、を含み、検出波長帯域シフト手段は、第２のミラーを、光軸及び屈折率分布方向に平行な平面に対して垂直な回転軸周りに回転させる走査型共焦点顕微鏡を提供する。
【００１６】
本発明の第７の態様は、第６の態様に記載の走査型共焦点顕微鏡において、第１のミラー及び第２のミラーは、同方向に同じ回転角だけ回転する走査型共焦点顕微鏡を提供する。
【００１７】
本発明の第８の態様は、第３の態様に記載の走査型共焦点顕微鏡において、さらに、光検出器で検出される光の波長帯域の幅を変更する帯域幅変更手段を含む走査型共焦点顕微鏡を提供する。
【００１８】
本発明の第９の態様は、第８の態様に記載の走査型共焦点顕微鏡において、走査型共焦点顕微鏡は、標本と光検出器の間の検出光路で生じる波長分散量の異なる複数の状態を有し、帯域幅変更手段は、複数の状態を切り替える走査型共焦点顕微鏡を提供する。
【００１９】
本発明の第１０の態様は、第９の態様に記載の走査型共焦点顕微鏡において、ＶＰＨグレーティングと光検出器の間に、選択的に使用される、焦点距離の異なる複数の集光光学系を含み、帯域幅変更手段は、光が入射する集光光学系を変更する走査型共焦点顕微鏡を提供する。
【００２０】
本発明の第１１の態様は、第９の態様に記載の走査型共焦点顕微鏡において、集光光学系は、複数の光学素子を含む、合成焦点距離の可変な変倍光学系であり、帯域幅変更手段は、変倍光学系の合成焦点距離を変更する走査型共焦点顕微鏡を提供する。
【００２１】
本発明の第１２の態様は、第９の態様に記載の走査型共焦点顕微鏡において、標本からの光を分光する、格子周波数の異なる透過型の複数のＶＰＨグレーティングを含み、帯域幅変更手段は、検出光路中に、複数のＶＰＨグレーティングのうちの一つを選択的に配置する走査型共焦点顕微鏡を提供する。
【００２２】
本発明の第１３の態様は、第９の態様に記載の走査型共焦点顕微鏡において、入射角変更手段は、ＶＰＨグレーティングを、光軸及び屈折率分布方向に平行な平面に対して垂直な回転軸周りに回転させる走査型共焦点顕微鏡を提供する。
【００２３】
本発明の第１４の態様は、第１３の態様に記載の走査型共焦点顕微鏡において、さらに、走査手段とＶＰＨグレーティングの間に配置される第１のミラーと、光検出器で検出される光の波長帯域の中心を制御する検出波長帯域シフト手段と、を含み、検出波長帯域シフト手段は、第１のミラーを、光軸及び屈折率分布方向に平行な平面に対して垂直な回転軸周りに回転させる走査型共焦点顕微鏡を提供する。
【００２４】
本発明の第１５の態様は、第１３の態様に記載の走査型共焦点顕微鏡において、さらに、ＶＰＨグレーティングと集光光学系の間に配置される第２のミラーと、光検出器で検出される光の波長帯域の中心を制御する検出波長帯域シフト手段と、を含み、検出波長帯域シフト手段は、第２のミラーを、光軸及び屈折率分布方向に平行な平面に対して垂直な回転軸周りに回転させる走査型共焦点顕微鏡を提供する。
【００２５】
本発明の第１６の態様は、第９の態様に記載の走査型共焦点顕微鏡において、さらに、走査手段とＶＰＨグレーティングの間に配置される第１のミラーを含み、入射角変更手段は、第１のミラーを、光軸及び屈折率分布方向に平行な平面に対して垂直な回転軸周りに回転させる走査型共焦点顕微鏡を提供する。
【００２６】
本発明の第１７の態様は、第１６の態様に記載の走査型共焦点顕微鏡において、さらに、ＶＰＨグレーティングと集光光学系の間に配置される第２のミラーと、光検出器で検出される光の波長帯域の中心を制御する検出波長帯域シフト手段と、を含み、検出波長帯域シフト手段は、第２のミラーを、光軸及び屈折率分布方向に平行な平面に対して垂直な回転軸周りに回転させる走査型共焦点顕微鏡を提供する。
【００２７】
本発明の第１８の態様は、第２の態様に記載の走査型共焦点顕微鏡において、さらに、ＶＰＨグレーティングと光検出器の間に、光を光検出器に集光させる集光光学系と、光検出器と集光光学系の間に、光検出器で検出される光の波長帯域の幅を制限する絞り手段と、を含み、光検出器は、単一の受光素子を含むシングルチャンネル検出器である走査型共焦点顕微鏡を提供する。
【００２８】
本発明の第１９の態様は、第１８の態様に記載の走査型共焦点顕微鏡において、入射角変更手段は、ＶＰＨグレーティングを、光軸及び屈折率分布方向に平行な平面に対して垂直な回転軸周りに回転させる走査型共焦点顕微鏡を提供する。
【００２９】
本発明の第２０の態様は、第１９の態様に記載の走査型共焦点顕微鏡において、さらに、光検出器で検出される光の波長帯域の中心を制御する検出波長帯域シフト手段と、を含み、検出波長帯域シフト手段は、光検出器及び絞り手段を、光検出器の受光面と平行に移動させる走査型共焦点顕微鏡を提供する。
【００３０】
本発明の第２１の態様は、第１９の態様に記載の走査型共焦点顕微鏡において、さらに、走査手段とＶＰＨグレーティングの間に配置される第１のミラーと、光検出器で検出される光の波長帯域の中心を制御する検出波長帯域シフト手段と、を含み、検出波長帯域シフト手段は、第１のミラーを、光軸及び屈折率分布方向に平行な平面に対して垂直な回転軸周りに回転させる走査型共焦点顕微鏡を提供する。
【００３１】
本発明の第２２の態様は、第１９の態様に記載の走査型共焦点顕微鏡において、さらに、ＶＰＨグレーティングと集光光学系の間に配置される第２のミラーと、光検出器で検出される光の波長帯域の中心を制御する検出波長帯域シフト手段と、を含み、検出波長帯域シフト手段は、第２のミラーを、光軸及び屈折率分布方向に平行な平面に対して垂直な回転軸周りに回転させる走査型共焦点顕微鏡を提供する。
【００３２】
本発明の第２３の態様は、第１８の態様に記載の走査型共焦点顕微鏡において、さらに、走査手段とＶＰＨグレーティングの間に配置される第１のミラーを含み、入射角変更手段は、第１のミラーを、光軸及び屈折率分布方向に平行な平面に対して垂直な回転軸周りに回転させる走査型共焦点顕微鏡を提供する。
【００３３】
本発明の第２４の態様は、第２３の態様に記載の走査型共焦点顕微鏡において、さらに、ＶＰＨグレーティングと集光光学系の間に配置される第２のミラーと、光検出器で検出される光の波長帯域の中心を制御する検出波長帯域シフト手段と、を含み、検出波長帯域シフト手段は、第２のミラーを、光軸及び屈折率分布方向に平行な平面に対して垂直な回転軸周りに回転させる走査型共焦点顕微鏡を提供する。
【００３４】
本発明の第２５の態様は、第１８の態様乃至第２４の態様のいずれか１つに記載の走査型共焦点顕微鏡において、絞り手段の開口部の幅は、可変である走査型共焦点顕微鏡を提供する。
【００３５】
本発明の第２６の態様は、第１８の態様乃至第２５の態様のいずれか１つに記載の走査型共焦点顕微鏡において、走査手段とＶＰＨグレーティングの間に、光を分割する光路分割手段と、光路分割手段により分割された光の各々の光路上に、ＶＰＨグレーティング、集光光学系、絞り手段、及び光検出器と、を含む走査型共焦点顕微鏡を提供する。
【発明の効果】
【００３６】
本発明によれば、広い波長域で高い光の利用効率を有する、分光検出機能を備えた共焦点顕微鏡を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】実施例１に係る走査型共焦点顕微鏡に含まれるＶＰＨグレーティングの作用について説明するための図である。
【図２】図１に例示されるＶＰＨグレーティングの回折効率について説明するための図である。
【図３】ＶＰＨグレーティングを含む透過型回折格子の回折について説明するための図である。
【図４】実施例１に係る走査型共焦点顕微鏡の構成を例示した概略図である。
【図５】実施例２に係る走査型共焦点顕微鏡の構成を例示した概略図である。
【図６】図２に例示される走査型共焦点顕微鏡に含まれるミラーの動作について説明するための図である。
【図７Ａ】実施例３に係る走査型共焦点顕微鏡の構成を例示した概略図である。
【図７Ｂ】実施例３に係る走査型共焦点顕微鏡の構成の変形例を例示した概略図である。
【図７Ｃ】実施例３に係る走査型共焦点顕微鏡の構成の他の変形例を例示した概略図である。
【図７Ｄ】実施例３に係る走査型共焦点顕微鏡の構成の更に他の変形例を例示した概略図である。
【図８】実施例４に係る走査型共焦点顕微鏡の構成を例示した概略図である。
【図９】実施例５に係る走査型共焦点顕微鏡の構成を例示した概略図である。
【図１０】実施例６に係る走査型共焦点顕微鏡の構成を例示した概略図である。
【図１１】実施例７に係る走査型共焦点顕微鏡の構成を例示した概略図である。
【図１２】実施例８に係る走査型共焦点顕微鏡の構成を例示した概略図である。
【図１３】実施例９に係る走査型共焦点顕微鏡の構成を例示した概略図である。
【発明を実施するための形態】
【実施例１】
【００３８】
まず、本実施例に係る共焦点走査型顕微鏡について説明する前に、図１及び図２を参照しながら、共焦点走査型顕微鏡に含まれるＶＰＨグレーティング１について説明する。
図１は、本実施例に係る走査型共焦点顕微鏡に含まれる体積ホログラム（Volume Phase Holographic）グレーティング（以降、ＶＰＨグレーティングと記す。）の作用について説明するための図である。図２は、図１に例示されるＶＰＨグレーティングの回折特性を例示した図である。図２の縦軸は、回折効率（ＤＥ：diffraction efficiency）（％）を示し、横軸は、波長（ｎｍ）を示している。また、図２に例示される特性Ｃｒは、従来技術に係る表面レリーフ回折格子の回折特性を示し、特性Ｃａ、特性Ｃｂ、特性Ｃｃは、それぞれ、図１（ａ）、図１（ｂ）、図１（ｃ）に例示される本実施例に係るＶＰＨグレーティング１の回折特性を示している。
【００３９】
図１に例示されるＶＰＨグレーティング１は、主直線ＰＬに沿って屈折率が周期的に変化するＶＰＨ層を含んでいる。以降では、屈折率が周期的に変化する主直線ＰＬと平行な方向を屈折率分布方向と記す。ＶＰＨグレーティング１は、入射光ＩＬと平行な方向に０次回折光Ｌ０を射出し、０次回折光Ｌ０から波長毎に異なる角度で１次回折光Ｌ１を射出する透過型回折格子であり、表面レリーフ回折格子に比べて高回折効率で広帯域の回折特性を有する。
【００４０】
一般に、ＶＰＨグレーティングでは、回折光が得られる帯域幅と最大回折効率とには、トレードオフの関係が存在する。このため、ＶＰＨグレーティングが実現する回折特性には選択性がある。図２に例示されるように、本実施例に係るＶＰＨグレーティング１（図２の特性Ｃａ、特性Ｃｂ、特性Ｃｃを参照）は、表面レリーフ回折格子（図２の特性Ｃｒを参照）に比べて、高回折効率で同等以上の帯域幅を有する回折特性が実現されるように設計されたＶＰＨグレーティングである。
【００４１】
ＶＰＨグレーティング１の回折特性は、一般的なＶＰＨグレーティングと同様に、次のような特徴を有している。
第１に、屈折率分布方向と入射光ＩＬの光軸とのなす角度θ１（以降、傾き角と記す）に依存して、１次回折光Ｌ１の回折効率（以降、１次回折効率と記す。）のピークの波長（以降、ブラッグ波長と記す。）が変化する。換言すると、入射角θ２に依存して、ブラッグ波長が変化する。
【００４２】
例えば、図１（ａ）に例示されるＶＰＨグレーティング１では、緑色Ｇの波長の１次回折効率が最も高い（図２の特性Ｃａを参照。矢印の太さが太いほど回折効率が高いことを示す）。これに対して、ＶＰＨグレーティング１を反時計回りに回転させて傾き角θ１を大きくした場合、図１（ｂ）に例示されるように、回折効率のピークが短波長側にシフトし、青色Ｂの波長の１次回折効率が最も高くなる（図２の特性Ｃｂを参照）。また、ＶＰＨグレーティング１を反対に時計回りに回転させて傾き角θ１を小さくした場合、図１（ｃ）に例示されるように、回折効率のピークが長波長側にシフトし、赤色Ｒの波長の１次回折効率が最も高くなる（図２の特性Ｃｃを参照）。
【００４３】
第２に、傾き角θ１（または、入射角θ２）が変化しても、入射光ＩＬと１次回折光とのなす角は、波長毎にほぼ変化しないことである。従って、０次回折光Ｌ０と１次回折光とのなす角（以降、出射角と記す。）も、波長毎にほぼ変化しない。換言すると、０次回折光Ｌ０の方向が一定であれば、１次回折光Ｌ１の射出方向（以降、回折方向と記す。）は、波長毎に略一定である。
図３は、ＶＰＨグレーティング１を含む透過型回折格子の回折について説明するための図である。図３（ａ）では、透過型回折格子における回折の様子が表されている。図３（ｂ）では、透過型回折格子の回折角と射出角の関係が例示されている。図３を参照しながら、透過型回折格子の回折方向が入射角によらず略一定となることについて説明する。
図３（ａ）に例示されるように、０次光に対する１次回折光の出射角は、α＋βで表される。ここで、αは透過型回折格子ＴＧへの入射角（図１のθ２に相当）である。βは、１次回折光の回折角である。
また、透過型回折格子を含む一般の回折格子では、入射角αと回折角βの間に下式が成り立つ。
ｓｉｎα+ ｓｉｎβ = Ｎλ ・・・（１）
ここで、Ｎは回折格子の格子周波数である。λは回折格子への入射波長である。
式（１）でＮとλが一定の時、α＝βの近傍では、出射角α＋βはほとんど変化しない。このため、透過型回折格子では、入射角が変化しても、０次光に対する１次回折光の出射角は波長毎に略一定となり、入射角によらず回折方向が略一定に維持される。特に、格子周波数Ｎが小さいときにはこの近似が精度良く成り立つ。
【００４４】
ＶＰＨグレーティング１が上述した第１の特徴を有する理由は、ＶＰＨグレーティング１で生じる回折現象はブラッグ条件の影響下にあるからである。このため、ＶＰＨグレーティング１は、回折角と入射角θ２が一致する波長の１次回折光Ｌ１で最大回折効率を示す。このとき、ブラッグ条件が満たされるからである。また、ＶＰＨグレーティング１が上述した第２の特徴を有する理由は、ＶＰＨグレーティングが透過型回折格子であるからである。
【００４５】
次に、本実施例に係る共焦点走査型顕微鏡について説明する。
図４は、本実施例に係る走査型共焦点顕微鏡の構成を例示した概略図である。また、図４のＸＹＺ座標系は、方向参照の便宜のために設けた左手直交座標系である。
【００４６】
図４に例示される共焦点走査型顕微鏡１００は、標本を走査する走査手段を備えた共焦点顕微鏡であり、標本からの蛍光を分光する上述したＶＰＨグレーティング１と、ＶＰＨグレーティング１で回折された蛍光を検出する光検出器１３を含んでいる。光検出器１３は、複数の受光素子が１次元に配列されたマルチチャンネル検出器である。また、共焦点走査型顕微鏡１００は、ＶＰＨグレーティング１と光検出器１３の間には、蛍光を光検出器１３に集光させる集光レンズ１２も含んでいる。
【００４７】
より具体的には、共焦点走査型顕微鏡１００は、レーザ光を射出するレーザ光源ＬＳと、光ファイバ２と、コリメータレンズ３と、レーザ光を反射し蛍光を透過するダイクロイックミラー４と、レーザ光で標本面ＳＰ上に配置された標本（図示しない）を走査する走査手段であるガルバノミラー５と、対物レンズ６と、共焦点レンズ７と、対物レンズ６の焦点位置と共役な位置にピンホールを有する共焦点絞り８と、コリメータレンズ９と、ミラー１０と、ＶＰＨグレーティング１と、ミラー１１と、集光レンズ（集光光学系）１２と、光検出器１３と、共焦点走査型顕微鏡１００全体を制御する制御手段１４と、制御手段１４の指示に従ってＶＰＨグレーティング１を回転させる駆動手段１５と、を含んでいる。
なお、集光レンズ１２は、正パワーを持つ凹面ミラー等に置き換えることも可能である。
【００４８】
制御手段１４は、駆動手段１５に、ＶＰＨグレーティング１に入射する蛍光の光軸とＶＰＨグレーティング１の屈折率分布方向とのなす角である傾き角を変更させることができる。つまり、制御手段１４及び駆動手段１５は、ＶＰＨグレーティング１の傾き角を変更することで入射角を変更する入射角変更手段であり、ＶＰＨグレーティング１を光軸と屈折率分布方向との両方に平行な平面（ＹＺ平面）に対して垂直な回転軸周りに回転させることができる。
【００４９】
レーザ光の射出から蛍光の検出までの共焦点走査型顕微鏡１００の作用を説明する。
レーザ光源ＬＳから射出されたレーザ光は、光ファイバ２を介してコリメータレンズ３で略平行光束に変換されて、ダイクロイックミラー４に入射する。さらに、レーザ光は、ダイクロイックミラー４を反射して、ガルバノミラー５を介して対物レンズ６に入射する。対物レンズ６は、レーザ光を、標本面ＳＰ上に配置された標本の１点に集光させて照射する。これにより、標本中の蛍光物質が、レーザ光により励起される。
【００５０】
標本からの蛍光は、レーザ光と同じ光路を反対向きに進行し、対物レンズ６及びガルバノミラー５を介してダイクロイックミラー４に入射する。共焦点レンズ７は、ダイクロイックミラー４を透過した蛍光を集光させる。共焦点絞り８は、対物レンズ６の焦点位置と光学的に共役な位置にピンホールを有しているため、対物レンズ６の焦点位置から生じた蛍光のみが共焦点絞り８を通過する。その後、蛍光は、コリメータレンズ９で略平行光束に変換されて、ミラー１０を介して略平行光束としてＶＰＨグレーティング１に入射する。
【００５１】
ＶＰＨグレーティング１では、蛍光は回折されて、波長毎にそれぞれ異なる回折角で射出される。波長毎に異なる回折角で射出された１次回折光（蛍光）はミラー１１を反射して、波長毎に光軸に対して異なる角度で集光レンズ１２に入射する。このため、１次回折光は、集光レンズ１２により、波長毎に光検出器１３の異なる位置（受光素子）に入射して、波長毎に異なるチャンネルで検出される。
【００５２】
光検出器１３で検出された１次回折光（蛍光）は、電気信号に変換されて、制御手段１４へ送信される。制御手段１４では、ガルバノミラー５によって標本を走査することにより得られる標本の各点に関する電気信号に基づいて、蛍光画像の形成やその他の分析等が行われる。そして、その蛍光画像や分析結果がモニター等の表示手段２９に表示される。
【００５３】
ＶＰＨグレーティング１は、図２に例示されるように、検出対象とする波長域全域で、表面レリーフ回折格子に比べて高い回折効率を実現することができる。このため、ＶＰＨグレーティング１を含む共焦点走査型顕微鏡１００は、表面レリーフ回折格子を分光手段として使用する従来の共焦点走査型顕微鏡に比べて、広い波長域で高い光の利用効率を有する分光検出機能を備える共焦点走査型顕微鏡である。従って、本実施例に係る共焦点走査型顕微鏡１００によれば、広い波長域で高い光の利用効率を実現することができる。
【００５４】
なお、図２では、検出対象とする波長域が可視光域である例を示したが、特にこれに限られない。
また、共焦点走査型顕微鏡１００では、制御手段１４及び駆動手段１５によりＶＰＨグレーティング１へ入射する光の入射角を変更することができる。ＶＰＨグレーティング１は、入射角の変更により、任意の波長をブラッグ波長に変更することができる。従って、本実施例に係る共焦点走査型顕微鏡１００によれば、検出対象とする蛍光の波長に応じてブラッグ波長を変更することで、より高い光の利用効率を実現することができる。また、複数種類の蛍光を同時に検出する場合には、最も高効率に検出する蛍光を任意に選択することができる。また、複数種類の蛍光を同時に検出する場合に、興味ある波長域全体で検出効率が最適化されるようにブラッグ波長を設定・選択することができる。
【００５５】
また、ＶＰＨグレーティング１は透過型回折格子であり、０次回折光の方向は入射角によらず一定である。波長毎の出射角も入射角によらず略一定である。従って、１次回折光は、入射角によらず、波長毎に常に略一定の回折方向に射出されて同じ集光素子で検出される。このため、本実施例に係る共焦点走査型顕微鏡１００によれば、ＶＰＨグレーティング１を回転させて入射角を変更することで、検出波長帯域を変更することなく、最も高効率に検出する蛍光を任意に選択することができる。
【００５６】
また、ＶＰＨグレーティング１への入射角の変更により、検出効率が最も高いブラッグ波長を変化させることができる。従って、ＶＰＨグレーティング１を回転させてブラッグ波長を変更させるのと同期して、ブラッグ波長に対応するチャネルのシグナルだけをシーケンシャルに取得することにより、検出波長帯域全域で高い効率のスペクトルデータを高速で取得することができる。
【実施例２】
【００５７】
図５は、本実施例に係る走査型共焦点顕微鏡の構成を例示した概略図である。また、図５のＸＹＺ座標系は、方向参照の便宜のために設けた左手直交座標系である。
図５に例示される本実施例に係る共焦点走査型顕微鏡１０１は、ミラー１０の代わりにＸ軸周りに回転するミラー１６（第１のミラー）が含まれる点、ミラー１１の代わりにＸ軸周りに回転するミラー１７（第２のミラー）が含まれる点、駆動手段１５の代わりに駆動手段１８及び駆動手段１９が含まれる点、が実施例１に係る共焦点走査型顕微鏡１００と異なっている。その他の構成は、図４に例示される共焦点走査型顕微鏡１００と同様である。このため、図５では、共焦点走査型顕微鏡１０１の構成の一部のみが記載されている。
【００５８】
ミラー１６は、ガルバノミラー５（図示しない）とＶＰＨグレーティング１の間に配置されていて、ミラー１６をＹＺ平面に垂直な回転軸（Ｘ軸）周りに回転させる駆動手段１８に接続されている。駆動手段１８は、さらに、制御手段１４に接続されている。つまり、駆動手段１８及び制御手段１４は、ミラー１６をＹＺ平面に対して垂直な回転軸（Ｘ軸）周りに回転させることで、入射角を変更する入射角変更手段である。
【００５９】
共焦点走査型顕微鏡１０１の入射角変更手段は、入射角を変更するために、ＶＰＨグレーティング１ではなくミラー１６を回転させる。このため、０次回折光の方向も入射角によって変化する。従って、１次回折光の回折方向は、入射角に依存する。
【００６０】
ミラー１７は、ＶＰＨグレーティング１と集光レンズ１２の間に配置されていて、ミラー１７をＹＺ平面に垂直な回転軸（Ｘ軸）周りに回転させる駆動手段１９に接続されている。駆動手段１９は、さらに、制御手段１４に接続されている。
【００６１】
駆動手段１９及び制御手段１４は、例えば、入射角に依存して異なる回折方向に射出される１次回折光が波長毎に常に一定の方向に反射されるように、ミラー１７を回転させる。これにより、１次回折光は、集光レンズ１２により波長毎に常に一定の位置に集光するため、光検出器１３の受光素子に入射する波長帯域は、入射角によらず維持される。つまり、駆動手段１９及び制御手段１４は光検出器１３で検出される蛍光の波長帯域を維持する検出波長帯域維持手段である。
【００６２】
なお、ミラー１６の回転によっても検出波長帯域は変化するため、制御手段１４及び駆動手段１９に駆動手段１８を加えて、検出波長帯域維持手段とみなしてもよい。
【００６３】
図６は、共焦点走査型顕微鏡１０１に含まれるミラー１６及びミラー１７の動作について説明するための図である。図６を参照しながら、入射角によらず検出波長帯域を維持するためのミラー１６とミラー１７の制御方法について説明する。
図６（ａ）に例示されるように、ミラー１６への入射光ＩＬの入射角をα、ミラー１７への緑色の１次回折光Ｇの入射角をβ、ＶＰＨグレーティング１へ入射する光と緑色の１次回折光Ｇとのなす角をθとする。
【００６４】
図６（ｂ）では、入射角を変更するために入射角変更手段がミラー１６を角度δだけ時計周りに回転させて、ミラー１６を正反射した光と入射光ＩＬとのなす角が角度αから角度α−δに変更された例が示されている。この時、ミラー１６の反射光がＶＰＨグレーティング１へ入射する角度は２δ大きくなる。回折光が射出される角度は入射角によらず波長毎に略一定であるため、緑色の１次回折光Ｇがミラー１７へ入射する角度も２δ大きくなる。従って、入射角変更前のミラー１７で反射した緑色の１次回折光Ｇと入射角変更後のミラー１７で反射した緑色の１次回折光Ｇ´の成す角は２δになる。
【００６５】
図６（ｃ）に例示されるように、検出波長帯域維持手段は、ミラー１６と同様に、ミラー１７を角度δだけ時計回りに回転させることで、緑色の１次回折光Ｇを入射光ＩＬと平行な方向に射出することができる。これにより、１次回折光Ｇが、入射角によらず常に一定の方向に反射されるため、他の波長の１次回折光も同様に、入射角によらず波長毎に常に一定の方向に反射される。その結果、光検出器１３で検出される蛍光の波長帯域が維持される。
【００６６】
同様に、入射角を変更するために入射角変更手段がミラー１６を角度δだけ反時計周りに回転させた場合は、ミラー１７を角度δだけ反時計周りに回転させれば、１次回折光は、入射角によらず波長毎に常に一定の方向に反射される。つまりミラー１６とミラー１７を同方向に同じ回転角だけ回転することで、光検出器１３で検出される蛍光の波長帯域が維持される。
【００６７】
なお、図６では、制御手段１４及び駆動手段１９が光検出器１３で検出される蛍光の波長帯域を維持する検出波長帯域維持手段として機能する例が示されているが、特にこれに限られない。制御手段１４及び駆動手段１９は、必ずしも検出波長帯域を維持するように動作する必要なく、ミラー１７をミラー１６と独立に回転させることで検出波長帯域をシフトさせても良い。その場合、制御手段１４及び駆動手段１９は、光検出器１３で検出される蛍光の波長帯域幅を変更することなく検出波長帯域の中心を制御する検出波長帯域シフト手段である。また、制御手段１４及び駆動手段１９に駆動手段１８を加えて、検出波長帯域シフト手段とみなしてもよい。
【００６８】
本実施例に係る共焦点走査型顕微鏡１０１によれば、ＶＰＨグレーティング１を含むことで、実施例１に係る共焦点走査型顕微鏡１００と同様に、広い波長域で高い光の利用効率を実現することができる。
【００６９】
また、共焦点走査型顕微鏡１０１は、制御手段１４及び駆動手段１８がミラー１６を回転させることにより、ＶＰＨグレーティング１へ入射する光の入射角を変更することができる。従って、共焦点走査型顕微鏡１０１によれば、実施例１に係る共焦点走査型顕微鏡１００と同様に、検出対象とする蛍光の波長に応じてブラッグ波長を変更することで、より高い光の利用効率を実現することができる。また、複数種類の蛍光を同時に検出する場合には、最も高効率に検出する蛍光を任意に選択することができる。
【００７０】
また、共焦点走査型顕微鏡１０１は、制御手段１４及び駆動手段１９がミラー１７を回転させることにより、光検出器１３で検出される蛍光の波長帯域を維持することができる。従って、共焦点走査型顕微鏡１０１によれば、実施例１に係る共焦点走査型顕微鏡１００と同様に、検出波長帯域を変更することなく、最も高効率に検出する蛍光を任意に選択することができる。さらに、共焦点走査型顕微鏡１０１によれば、検出波長帯域をシフトさせることもできる。
【実施例３】
【００７１】
図７Ａは、本実施例に係る走査型共焦点顕微鏡の構成を例示した概略図である。また、図７ＡのＸＹＺ座標系は、方向参照の便宜のために設けた左手直交座標系である。
図７Ａに例示される本実施例に係る共焦点走査型顕微鏡１０２は、実施例１の図４のミラー１１の代わりにＸ軸周りに回転するミラー１７（第２のミラー）が含まれる点、駆動手段１９、集光レンズ２０、ミラー２１ａ、ミラー２１ｂ、及び駆動手段２２が追加されている点が実施例１に係る共焦点走査型顕微鏡１００と異なっている。その他の構成は、図４に例示される共焦点走査型顕微鏡１００と同様である。
【００７２】
制御手段１４及び駆動手段１５は、実施例１と同様に、ＶＰＨグレーティング１の傾き角を変更することで入射角を変更する入射角変更手段である。入射角変更手段は、ＶＰＨグレーティング１を光軸と屈折率分布方向との両方に平行な平面（ＹＺ平面）に対して垂直な回転軸周りに回転させることが可能であり、ブラッグ波長を変更することができる。
【００７３】
また、ミラー１７は、ＶＰＨグレーティング１と集光レンズ１２の間に配置されていて、ミラー１７をＹＺ平面に垂直な回転軸（Ｘ軸）周りに回転させる駆動手段１９に接続されている。駆動手段１９は、さらに、制御手段１４に接続されている。
【００７４】
駆動手段１９及び制御手段１４は、実施例２と同様に、検出波長帯域の中心を制御する検出波長帯域シフト手段である。また、ミラー１７が動作しないように制御する場合には、光検出器１３で検出される蛍光の波長帯域を維持する検出波長帯域維持手段とみなすことができる。
【００７５】
共焦点走査型顕微鏡１０２は、ＶＰＨグレーティング１と光検出器１３の間に、選択的に使用される焦点距離の異なる集光レンズ１２と集光レンズ２０を含んでいる。集光レンズ２０は、集光レンズ１２に比べて長い焦点距離を有している。
【００７６】
制御手段１４は、駆動手段２２に、ミラー２１ａ及びミラー２１ｂをミラー１７からの反射光の光路に挿脱させることが可能である。これらのミラーの挿脱により、蛍光が入射する集光レンズが変化する。具体的には、ミラー２１ａ及びミラー２１ｂが光路から取り除かれている場合には、ミラー１７を反射した１次回折光は、集光レンズ１２により光検出器１３上に集光される。一方、ミラー２１ａ及びミラー２１ｂが光路に挿入されている場合には、ミラー１７を反射した１次回折光は、ミラー２１ａ及びミラー３０ａを反射して集光レンズ２０へ入射し、集光レンズ２０によりミラー３０ｂ及びミラー２１ｂを介して光検出器１３上に集光される。
【００７７】
一般に、焦点距離が長いほど、また、回折格子の格子周波数が大きいほど、波長分散量は大きくなる。このため、共焦点走査型顕微鏡１０２では、集光レンズ２０を介して光検出器１３に入射する蛍光の波長帯域の幅は、集光レンズ１２を介して光検出器１３に入射する蛍光の波長帯域の幅よりも狭くなる。つまり、波長分散量が小さい場合には、例えば、可視光全域など、広い波長帯域が検出され、波長分散量が大きい場合には、狭い波長帯域が検出される。
【００７８】
従って、制御手段１４及び駆動手段２２は、光検出器１３で検出される蛍光の波長帯域の幅を変更する帯域幅変更手段である。また、光検出器１３に入射する蛍光の波長帯域の幅に比例して、各受光素子に入射する蛍光の帯域の幅も狭くなり分解能が向上する。このため、制御手段１４及び駆動手段２２は、波長分解能を変更する波長分解能変更手段でもある。
【００７９】
なお、以降では、波長分散量が小さい状態を、広帯域検出状態と記し、波長分散量が大きい状態を狭帯域検出状態または高分解能検出状態と記す。
【００８０】
以上、本実施例に係る共焦点走査型顕微鏡１０２によれば、ＶＰＨグレーティング１を含むことで、実施例１に係る共焦点走査型顕微鏡１００と同様に、広帯域検出状態において、広い波長域で高い光の利用効率を実現することができる。
【００８１】
また、共焦点走査型顕微鏡１０２は、制御手段１４及び駆動手段１５がＶＰＨグレーティング１を回転させることにより、ＶＰＨグレーティング１へ入射する光の入射角を変更することができる。従って、共焦点走査型顕微鏡１０２によれば、実施例１に係る共焦点走査型顕微鏡１００と同様に、検出対象とする蛍光の波長に応じてブラッグ波長を変更することで、より高い光の利用効率を実現することができる。また、複数種類の蛍光を同時に検出する場合には、最も高効率に検出する蛍光を任意に選択することができる。
【００８２】
また、共焦点走査型顕微鏡１０２は、制御手段１４及び駆動手段２２がミラー２１ａ及びミラー２１ｂを検出光路に挿脱させることにより、検出される蛍光の波長帯域の幅を変更することができる。従って、共焦点走査型顕微鏡１０２によれば、広帯域検出状態での広い波長帯域の検出と、狭帯域検出状態での高分解能での検出と、必要に応じて容易に切り換えることができる。
【００８３】
さらに、共焦点走査型顕微鏡１０２は、制御手段１４及び駆動手段１９がミラー１７を回転させることにより、光検出器１３で検出される蛍光の波長帯域を維持することができる。従って、共焦点走査型顕微鏡１０２によれば、実施例１に係る共焦点走査型顕微鏡１００と同様に、検出波長帯域を変更することなく、最も高効率に検出する蛍光を任意に選択することができる。このような制御は、広帯域検出状態において特に有効である。
【００８４】
また、共焦点走査型顕微鏡１０２は、制御手段１４及び駆動手段１９がミラー１７を回転させることにより、検出波長帯域の中心を制御することができる。これにより、光検出器１３で検出される蛍光の波長帯域をシフトさせることができる。従って、共焦点走査型顕微鏡１０２によれば、ブラッグ波長の変更とは別に、検出波長帯域を容易に変更することができる。このような制御は、狭帯域検出状態において特に有効である。
【００８５】
また、検出対象とする蛍光の波長に応じて検出波長域とブラッグ波長を同時に変更することにより、少ない検出回数でより高い光の利用効率を実現することができる。また、検出波長域をシームレスにシフトさせ、それと同期させてブラッグ波長を変更することにより、広帯域を高分解能でかつ高い効率で検出することができる。
【００８６】
なお、図７Ａでは、ミラー２１ａ及びミラー２１ｂを検出光路に挿脱することにより、広帯域検出状態と狭帯域検出状態（または高分解能検出状態）とを切り換える例を示したが特にこれに限られない。他の方法により、検出状態が切り換えられても良い。
図７Ｂ、図７Ｃ、及び図７Ｄは、それぞれ本実施例に係る共焦点走査型顕微鏡１０２の変形例の構成を例示した概略図である。
【００８７】
図７Ｂに例示される共焦点走査型顕微鏡１０２ａは、ＶＰＨグレーティング１と光検出器１３の間に、回転可能なミラー３１ａを含んでいる。共焦点走査型顕微鏡１０２ａでは、制御手段１４が駆動手段２２にミラー３１ａを回転させることによって、広帯域検出状態と狭帯域検出状態を切り換えることができる。
【００８８】
具体的には、ミラー３１ａが第１の状態（ミラー３１ａの状態が実線で表されている状態）にある場合には、ミラー３１ａを反射した１次回折光は、集光レンズ１２により光検出器１３上に集光される。これにより、広帯域検出状態が実現される。
【００８９】
一方、ミラー３１ａが第２の状態（ミラー３１ａの状態が破線で表されている状態）にある場合には、ミラー３１ａを反射した１次回折光は、ミラー３１ｂを反射して集光レンズ３２へ入射する。さらに、１次回折光は、ミラー３１ｃ及びミラー３１ｄを介して再びミラー３１ａに入射して反射する。その後、集光レンズ１２により光検出器１３上に集光される。つまり、ミラー３１ａが第２の状態にある場合には、集光レンズ３２と集光レンズ１２の両方により、１次回折光は光検出器１３上に集光される。これにより、狭帯域検出状態が実現される。
【００９０】
図７Ｃに例示される共焦点走査型顕微鏡１０２ｂは、ＶＰＨグレーティング１と光検出器１３の間に、光軸方向に可動な複数のレンズ（集光レンズ３３ａ、集光レンズ３３ｂ）からなる集光レンズ群３３を含んでいる。集光レンズ群３３は、集光レンズの位置により合成焦点距離の異なる複数のズーム状態を有するズームレンズ（変倍光学系）である。共焦点走査型顕微鏡１０２ｂでは、制御手段１４が駆動手段２２に集光レンズ群３３のズーム状態を変更させることによって、広帯域検出状態と狭帯域検出状態を切り換えることができる。
【００９１】
具体的には、集光レンズ３３ａ及び集光レンズ３３ｂの光軸方向の移動により、集光レンズ群３３の合成焦点距離が短い第１の状態（集光レンズ３３ａ及び集光レンズ３３ｂが実線で表されている位置にある状態）にある場合には、１次回折光は、合成焦点距離の短い状態の集光レンズ群３３により光検出器１３上に集光される。これにより、広帯域検出状態が実現される。
【００９２】
一方、集光レンズ３３ａ及び集光レンズ３３ｂの光軸方向の移動により、集光レンズ群３３の合成焦点距離が長い第２の状態（集光レンズ３３ａ及び集光レンズ３３ｂが破線で表されている位置にある状態）にある場合には、１次回折光は、合成焦点距離の長い状態の集光レンズ群３３により光検出器１３上に集光される。これにより、狭帯域検出状態が実現される。
【００９３】
なお、共焦点走査型顕微鏡１０２ｂでは、集光レンズを光軸方向に移動させることによって、広帯域検出状態から狭帯域検出状態まで、または、狭帯域検出状態から広帯域検出状態まで、検出状態を連続的に変化させることができる。
【００９４】
図７Ｄに例示される共焦点走査型顕微鏡１０２ｃは、光路に対して挿脱可能な複数のＶＰＨグレーティング（ＶＰＨグレーティング１、ＶＰＨグレーティング３４）を含んでいる。ＶＰＨグレーティング１とＶＰＨグレーティング３４では、格子周波数が異なり、ＶＰＨグレーティング１はＶＰＨグレーティング３４に比べて小さな格子周波数を有している。共焦点走査型顕微鏡１０２ｃでは、制御手段１４が駆動手段２２に光路に挿入するＶＰＨグレーティングを変更させることによって、広帯域検出状態と狭帯域検出状態を切り換えることができる。
【００９５】
具体的には、ＶＰＨグレーティング１が光路に挿入されている第１の状態では、１次回折光は、比較的小さな波長分散量で光検出器１３上に集光される。これにより、広帯域検出状態が実現される。
【００９６】
一方、ＶＰＨグレーティング３４が光路に挿入されている第２の状態では、１次回折光は、比較的大きな波長分散量で光検出器１３上に集光される。これにより、狭帯域検出状態が実現される。
【００９７】
なお、上述した共焦点走査型顕微鏡１０２、共焦点走査型顕微鏡１０２ａ、及び共焦点走査型顕微鏡１０２ｂは、ＶＰＨグレーティング１と光検出器１３の間の集光レンズ（群）の焦点距離を変更することにより、波長分散量を変更して検出状態を変更する。これに対して、共焦点走査型顕微鏡１０２ｃは、ＶＰＨグレーティングの格子周波数を変更することにより、波長分散量を変更して検出状態を変更する。
【００９８】
以上の変形例に係る共焦点走査型顕微鏡（共焦点走査型顕微鏡１０２ａ、共焦点走査型顕微鏡１０２ｂ、共焦点走査型顕微鏡１０２ｃ）によっても、本実施例に係る共焦点走査型顕微鏡１０２と同様の効果を得ることができる。
【実施例４】
【００９９】
図８は、本実施例に係る走査型共焦点顕微鏡の構成を例示した概略図である。また、図８のＸＹＺ座標系は、方向参照の便宜のために設けた左手直交座標系である。
【０１００】
図８に例示される共焦点走査型顕微鏡１０３は、ミラー１０の代わりにＸ軸周りに回転するミラー１６（第１のミラー）と駆動手段１８が含まれる点、ミラー１７（第２のミラー）及び駆動手段１９の代わりにミラー１１が含まれる点が実施例３に係る共焦点走査型顕微鏡１０２と異なっている。その他の構成は、図７Ａに例示される共焦点走査型顕微鏡１０２と同様である。
【０１０１】
本実施例に係る共焦点走査型顕微鏡１０３は、実施例３に係る共焦点走査型顕微鏡１０２と同様に、広帯域検出状態と狭帯域検出状態とを切り換えることができる共焦点走査型顕微鏡であり、入射角変更手段、検出波長帯域シフト手段（検出波長帯域維持手段）、及び帯域幅変更手段（波長分解能変更手段）を有している。
【０１０２】
共焦点走査型顕微鏡１０３では、ミラー１１が固定されているため、ミラー１６の回転によってのみ検出波長帯域が変化する。このため、制御手段１４及び駆動手段１８は、検出波長帯域シフト手段である。また、ミラー１６が動作しないように制御する場合には、光検出器１３で検出される蛍光の波長帯域を維持する検出波長帯域維持手段とみなすことができる。
【０１０３】
また、共焦点走査型顕微鏡１０３では、制御手段１４が駆動手段１５にＶＰＨグレーティング１を回転させることで、入射角を変更することができる。このため、制御手段１４及び駆動手段１５は、入射角を変更する入射角変更手段である。なお、ミラー１６の回転によっても入射角は変化するため、制御手段１４及び駆動手段１５に駆動手段１８を加えて、入射角変更手段とみなしてもよい。
【０１０４】
制御手段１４及び駆動手段２２は、実施例３と同様に、光検出器１３で検出される蛍光の波長帯域の幅を変更する帯域幅変更手段である。また、制御手段１４及び駆動手段２２は、波長分解能を変更する波長分解能変更手段でもある。
【０１０５】
以上、本実施例に係る共焦点走査型顕微鏡１０３によっても、実施例３に係る共焦点走査型顕微鏡１０２と同様の効果を得ることができる。
【０１０６】
また、本実施例に係る共焦点走査型顕微鏡１０３では、ＶＰＨグレーティング１と集光レンズ１２（または集光レンズ２０）の間のミラー１１を省略することができる。ＶＰＨグレーティング１と集光レンズ間の距離は、集光レンズの焦点距離によって制限される。このため、ミラー１１を省略できる本実施例に係る共焦点走査型顕微鏡１０３の構成は、レイアウトに関する制約が小さい点で望ましい。
【実施例５】
【０１０７】
図９は、本実施例に係る走査型共焦点顕微鏡の構成を例示した概略図である。また、図９のＸＹＺ座標系は、方向参照の便宜のために設けた左手直交座標系である。
図９に例示される共焦点走査型顕微鏡１０４は、ミラー１０の代わりにＸ軸周りに回転するミラー１６（第１のミラー）と駆動手段１８が含まれる点、ＶＰＨグレーティング１を回転させる駆動手段１５が含まれない点、が実施例３に係る共焦点走査型顕微鏡１０２と異なっている。その他の構成は、図７Ａに例示される共焦点走査型顕微鏡１０２と同様である。
【０１０８】
本実施例に係る共焦点走査型顕微鏡１０４は、実施例３に係る共焦点走査型顕微鏡１０２と同様に、広帯域検出状態と狭帯域検出状態とを切り換えることができる共焦点走査型顕微鏡であり、入射角変更手段、検出波長帯域シフト手段（検出波長帯域維持手段）、及び帯域幅変更手段（波長分解能変更手段）を有している。
【０１０９】
共焦点走査型顕微鏡１０４では、制御手段１４が駆動手段１８にミラー１６を回転させることで、入射角を変更することができる。このため、制御手段１４及び駆動手段１８は、入射角を変更する入射角変更手段である。
【０１１０】
また、共焦点走査型顕微鏡１０４では、実施例２と同様に駆動手段１９がミラー１７をミラー１６と同方向に同じ回転角だけ回転させることで、１次回折光を波長毎に同じ位置に集光させることができる。このため、制御手段１４及び駆動手段１９は、検出波長帯域維持手段である。また、ミラー１７の回転角をミラー１６と異ならせることで検出波長帯域シフト手段としても機能する。また、ミラー１６の回転によっても検出波長帯域は変化するため、制御手段１４及び駆動手段１９に駆動手段１８を加えて、検出波長帯域維持手段または検出波長帯域シフト手段とみなしてもよい。
【０１１１】
制御手段１４及び駆動手段２２は、実施例３と同様に、光検出器１３で検出される蛍光の波長帯域の幅を変更する帯域幅変更手段である。また、制御手段１４及び駆動手段２２は、波長分解能を変更する波長分解能変更手段でもある。
【０１１２】
以上、本実施例に係る共焦点走査型顕微鏡１０４によっても、実施例３に係る共焦点走査型顕微鏡１０２と同様の効果を得ることができる。
【実施例６】
【０１１３】
図１０は、本実施例に係る走査型共焦点顕微鏡の構成を例示した概略図である。また、図１０のＸＹＺ座標系は、方向参照の便宜のために設けた左手直交座標系である。
図１０に例示される本実施例に係る共焦点走査型顕微鏡１０５は、マルチチャンネル検出器である光検出器１３の代わりに、シングルチャンネル検出器である光検出器（光検出器１３ａ、光検出器１３ｂ）が複数含まれる点、光検出器と集光レンズ（集光レンズ１２ａと集光レンズ１２ｂ）の間に光検出器で検出される蛍光の波長帯域の幅を制限する絞り手段（絞り手段２８ａ、絞り手段２８ｂ）が含まれる点、が実施例１に係る共焦点走査型顕微鏡１００と主に異なっている。
【０１１４】
共焦点走査型顕微鏡１０５は、共焦点走査型顕微鏡１００と同様に、レーザ光源ＬＳと、光ファイバ２と、コリメータレンズ３と、ダイクロイックミラー４と、ガルバノミラー５と、対物レンズ６と、共焦点レンズ７と、共焦点絞り８と、コリメータレンズ９を含んでいる。
【０１１５】
さらに、共焦点走査型顕微鏡１０５は、ミラー２４と、ミラー２５と、蛍光を２つに分離するダイクロイックミラー２６（光路分割手段）と、ミラー２７を含み、ダイクロイックミラー２６の反射光路と透過光路のそれぞれに、ミラー（ミラー１０ａ、ミラー１０ｂ）と、ＶＰＨグレーティング（ＶＰＨグレーティング１ａ、ＶＰＨグレーティング１ｂ）と、ミラー（ミラー１１ａ、ミラー１１ｂ）と、集光レンズ（集光レンズ１２ａ、集光レンズ１２ｂ）と、絞り手段（絞り手段２８ａ、絞り手段２８ｂ）と、シングルチャンネル検出器である光検出器（光検出器１３ａ、光検出器１３ｂ）を含んでいる。
【０１１６】
光検出器（光検出器１３ａ、光検出器１３ｂ）は、それぞれ独立に、その受光素子の受光面と平行（Ｙ方向）に移動することができる。また、絞り手段（絞り手段２８ａ、絞り手段２８ｂ）は、それぞれ独立に、光検出器の動作に連動して移動することで、スリット（開口部）位置を変更することができる。さらに、スリット（開口部）幅を変更することもできる。
【０１１７】
光検出器及び絞り手段は、不図示の駆動手段及び制御手段に接続されている。不図示の制御手段及び駆動手段は、光検出器と絞り手段を移動させることで検出波長帯域の中心を制御する検出波長帯域シフト手段である。また、不図示の制御手段及び駆動手段は、絞り手段のスリット幅を変更することで検出される蛍光の波長帯域の幅を変更する帯域幅変更手段である。
【０１１８】
また、ＶＰＨグレーティング（ＶＰＨグレーティング１ａ、ＶＰＨグレーティング１ｂ）は、不図示の駆動手段及び制御手段に接続されている。不図示の制御手段及び駆動手段は、各ＶＰＨグレーティングの傾き角を変更することで入射角を変更する入射角変更手段であり、各ＶＰＨグレーティングを光軸と屈折率分布方向との両方に平行な平面（ＹＺ平面）に対して垂直な回転軸（Ｘ軸）周りに回転させることができる。
【０１１９】
レーザ光の射出から蛍光の検出までの共焦点走査型顕微鏡１０５の作用を、６００ｎｍ未満の波長の蛍光を反射するダイクロイックミラー２６を用いて赤色と緑色の波長の蛍光を同時に検出する場合を例に、説明する。
【０１２０】
レーザ光源ＬＳから射出されたレーザ光は、共焦点走査型顕微鏡１００と同様の経路を経て標本に照射されて、標本中の蛍光物質を励起する。標本からの蛍光は、共焦点走査型顕微鏡１００と同様の経路を経て、コリメータレンズ９から略平行光束として射出される。その後、蛍光はミラー２４及びミラー２５を介してダイクロイックミラー２６に入射する。ダイクロイックミラー２６では、６００ｎｍ未満の波長の蛍光は反射され、６００ｎｍ以上の波長の蛍光は透過する。
【０１２１】
ダイクロイックミラー２６を反射した蛍光は、ミラー１０ａを介してＶＰＨグレーティング１ａに入射して回折される。このとき、ＶＰＨグレーティング１ａは不図示の入射角変更手段により緑色の波長がブラッグ波長となるように予め回転しているため、緑色の波長の蛍光Ｇが最も効率よく回折される。ＶＰＨグレーティング１ａを回折した蛍光は、ミラー１１ａを介して集光レンズ１２ａに入射して、波長毎にそれぞれ異なる位置に集光する。
【０１２２】
このため、検出波長帯域シフト手段が光検出器１３ａ及び絞り手段２８ａを緑色の波長の蛍光Ｇの集光位置に応じて移動させることで、光検出器１３ａで緑色の波長の蛍光Gを効率良く検出することができる。また、帯域幅変更手段が絞り手段２８ａのスリット幅を光検出器１３ａの受光面よりも狭くすることで、緑色以外の波長の蛍光の検出を抑制することができる。このため、ノイズ成分が抑制されて、信号のＳ／Ｎ比が改善される。
【０１２３】
一方、ダイクロイックミラー２６を透過した蛍光は、ミラー１０ｂを介してＶＰＨグレーティング１ｂに入射して回折される。このとき、ＶＰＨグレーティング１ｂは不図示の入射角変更手段により赤色の波長がブラッグ波長となるように予め回転しているため、赤色の波長の蛍光Ｒが最も効率よく回折される。ＶＰＨグレーティング１ｂを回折した蛍光は、ミラー１１ｂを介して集光レンズ１２ｂに入射して、波長毎にそれぞれ異なる位置に集光する。
【０１２４】
このため、検出波長帯域シフト手段が光検出器１３ｂ及び絞り手段２８ｂを赤色の波長の蛍光Ｒの集光位置に応じて移動させることで、光検出器１３ｂで赤色の波長の蛍光Ｒを効率良く検出することができる。また、帯域幅変更手段が絞り手段２８ｂのスリット幅を光検出器１３ｂの受光面よりも狭くすることで、赤色以外の波長の蛍光の検出を抑制することができる。このため、ノイズ成分が抑制されて、信号のＳ／Ｎ比が改善される。
【０１２５】
本実施例に係る共焦点走査型顕微鏡１０５では、実施例１に係る共焦点走査型顕微鏡１００と同様に、ＶＰＨグレーティングを回転させて入射角を変更することで、容易にブラッグ波長を変更することができる。従って、共焦点走査型顕微鏡１０５によれば、検出対象とする蛍光の波長に応じてブラッグ波長を変更することで、高い光の利用効率を実現することができる。
【０１２６】
また、本実施例に係る共焦点走査型顕微鏡１０５によれば、シングルチャンネルの光検出器と絞り手段の組み合わせにより、検出対象の波長の蛍光を、ノイズを抑えながら高効率に検出することができる。このため、マルチチャンネルの光検出器を用いた共焦点走査型顕微鏡に比べて、より高い信号のＳ／Ｎ比を実現することができる。
【０１２７】
また、共焦点走査型顕微鏡１０５では、検出対象とする波長毎にＶＰＨグレーティングを有している。このため、複数の波長の蛍光を同時に検出する場合であっても、それぞれの波長に対してＶＰＨグレーティングを最適化することができる。従って、共焦点走査型顕微鏡１０５によれば、複数の波長の蛍光に対して、同時に高い回折効率を実現することができる。なお、検出対象とする波長毎にＶＰＨグレーティングを有する構成は、例えば、複数の検出波長が互いに大きく離れている場合に、特に有効である。
【０１２８】
また、共焦点走査型顕微鏡１０５では、各ＶＰＨグレーティングに入射する蛍光の波長帯域がダイクロイックミラー２６により制限される。このため、各ＶＰＨグレーティングは、制限された波長帯域に対して高い回折効率を実現するように設計することができる。すでに上述したように、ＶＰＨグレーティングの特性には、回折光が得られる帯域幅と最大回折効率との間にトレードオフの関係が存在するため、波長帯域を制限することでより高い最大回折効率が得られる。従って、共焦点走査型顕微鏡１０５によれば、ＶＰＨグレーティングを一つだけ含む共焦点走査型顕微鏡に比べて、検出対象の波長の蛍光をさらに効率よく検出することができる。
【０１２９】
なお、図１０では、説明を簡略化するために、２波長を同時に検出する構成を例示したが特にこれに限られない。１波長の検出で足りるのであれば、ダイクロイックミラー２６の代わりにミラーを用いても良い。また、３波長以上を同時に検出する必要がある場合には、ミラー２７の代わりにダイクロイックミラー（光路分割手段）を用いてさらに光検出器を追加してもよい。また、追加する検出器は、シングルチャンネルの検出器に限られない。マルチチャンネルの検出を追加してもよい。
【実施例７】
【０１３０】
図１１は、本実施例に係る走査型共焦点顕微鏡の構成を例示した概略図である。また、図１１のＸＹＺ座標系は、方向参照の便宜のために設けた左手直交座標系である。
図１１に例示される本実施例に係る共焦点走査型顕微鏡１０６は、ミラー１１ａ及びミラー１１ｂの代わりにＸ軸周りに回転するミラー１７ａ及びミラー１７ｂ（第２のミラー）が含まれる点、光検出器（光検出器１３ａ、光検出器１３ｂ）が固定されている点、が実施例６に係る共焦点走査型顕微鏡１０５と異なっている。その他の構成は、図１０に例示される共焦点走査型顕微鏡１０５と同様である。このため、図１１では、共焦点走査型顕微鏡１０６の構成の一部のみが記載されている。
【０１３１】
本実施例に係る共焦点走査型顕微鏡１０６は、実施例６に係る共焦点走査型顕微鏡１０５と同様に、入射角変更手段、検出波長帯域シフト手段、及び帯域幅変更手段を有している。
【０１３２】
共焦点走査型顕微鏡１０６では、実施例６に係る共焦点走査型顕微鏡１０５と同様に、ＶＰＨグレーティング１ａ及びＶＰＨグレーティング１ｂの傾き角を変更する不図示の制御手段及び駆動手段が入射角変更手段であり、絞り手段のスリット幅を変更する不図示の制御手段及び駆動手段が帯域幅変更手段である。
【０１３３】
また、共焦点走査型顕微鏡１０６では、不図示の制御手段が駆動手段にミラー１７ａ及びミラー１７ｂを回転させることで、光検出器に入射する蛍光の波長帯域を変更することができる。従って、ミラー１７ａ及びミラー１７ｂを回転させる不図示の制御手段及び駆動手段が検出波長帯域シフト手段である。
【０１３４】
以上、本実施例に係る共焦点走査型顕微鏡１０６によっても、実施例６に係る共焦点走査型顕微鏡１０５と同様の効果を得ることができる。また、共焦点走査型顕微鏡１０６では、光検出器の代わりにミラーを回転させることで検出波長帯域を変更するため、共焦点走査型顕微鏡１０５に比べて、より高速に検出波長帯域を変更することができる。
【実施例８】
【０１３５】
図１２は、本実施例に係る走査型共焦点顕微鏡の構成を例示した概略図である。また、図１２のＸＹＺ座標系は、方向参照の便宜のために設けた左手直交座標系である。
図１２に例示される本実施例に係る共焦点走査型顕微鏡１０７は、ミラー１０ａ及びミラー１０ｂの代わりにＸ軸周りに回転するミラー１６ａ及びミラー１６ｂ（第１のミラー）が含まれる点、光検出器（光検出器１３ａ、光検出器１３ｂ）が固定されている点、が実施例６に係る共焦点走査型顕微鏡１０５と異なっている。その他の構成は、図１０に例示される共焦点走査型顕微鏡１０５と同様である。このため、図１２では、共焦点走査型顕微鏡１０７の構成の一部のみが記載されている。
【０１３６】
本実施例に係る共焦点走査型顕微鏡１０７は、実施例６に係る共焦点走査型顕微鏡１０５と同様に、入射角変更手段、検出波長帯域シフト手段、及び帯域幅変更手段を有している。
【０１３７】
共焦点走査型顕微鏡１０７では、実施例６に係る共焦点走査型顕微鏡１０５と同様に、絞り手段のスリット幅を変更する不図示の制御手段及び駆動手段が帯域幅変更手段である。
【０１３８】
共焦点走査型顕微鏡１０７では、ミラー１１ａ及びミラー１１ｂが固定されているため、ミラー１６ａ及びミラー１６ｂの回転によってのみ検出波長帯域が変化する。このため、ミラー１６ａ及びミラー１６ｂを回転させる不図示の制御手段及び駆動手段が検出波長帯域シフト手段である。
【０１３９】
共焦点走査型顕微鏡１０７では、不図示の制御手段が駆動手段にＶＰＨグレーティング１ａ及びＶＰＨグレーティング１ｂを回転させることで、入射角を変更することができる。このため、ＶＰＨグレーティング１ａ及びＶＰＨグレーティング１ｂを回転させる不図示の制御手段及び駆動手段が入射角変更手段である。なお、ミラー１６ａ及びミラー１６ｂの回転によっても入射角は変化するため、さらに、ミラー１６ａ及びミラー１６ｂの駆動手段を加えて、入射角変更手段とみなしてもよい。
【０１４０】
以上、本実施例に係る共焦点走査型顕微鏡１０７によっても、実施例６に係る共焦点走査型顕微鏡１０５と同様の効果を得ることができる。また、共焦点走査型顕微鏡１０６では、光検出器の代わりにミラーやＶＰＨグレーティングを回転させることで検出波長帯域を変更するため、共焦点走査型顕微鏡１０５に比べて、より高速に検出波長帯域を変更することができる。
【実施例９】
【０１４１】
図１３は、本実施例に係る走査型共焦点顕微鏡の構成を例示した概略図である。また、図１３のＸＹＺ座標系は、方向参照の便宜のために設けた左手直交座標系である。
図１３に例示される本実施例に係る共焦点走査型顕微鏡１０８は、ミラー１０ａ及びミラー１０ｂの代わりにＸ軸周りに回転するミラー１６ａ及びミラー１６ｂ（第１のミラー）が含まれる点、ミラー１１ａ及びミラー１１ｂの代わりにＸ軸周りに回転するミラー１７ａ及びミラー１７ｂ（第２のミラー）が含まれる点、ＶＰＨグレーティング（ＶＰＨグレーティング１ａ、ＶＰＨグレーティング１ｂ）及び光検出器（光検出器１３ａ、光検出器１３ｂ）が固定されている点、が実施例６に係る共焦点走査型顕微鏡１０５と異なっている。その他の構成は、図１０に例示される共焦点走査型顕微鏡１０５と同様である。このため、図１３では、共焦点走査型顕微鏡１０８の構成の一部のみが記載されている。
【０１４２】
本実施例に係る共焦点走査型顕微鏡１０８は、実施例６に係る共焦点走査型顕微鏡１０５と同様に、入射角変更手段、検出波長帯域シフト手段、及び帯域幅変更手段を有している。
【０１４３】
共焦点走査型顕微鏡１０８では、実施例６に係る共焦点走査型顕微鏡１０５と同様に、絞り手段のスリット幅を変更する不図示の制御手段及び駆動手段が帯域幅変更手段である。
【０１４４】
共焦点走査型顕微鏡１０８では、不図示の制御手段が駆動手段にミラー１６ａ及びミラー１６ｂを回転させることで、入射角を変更することができる。このため、ミラー１６ａ及びミラー１６ｂを回転させる不図示の制御手段及び駆動手段が入射角変更手段である。
【０１４５】
共焦点走査型顕微鏡１０８では、不図示の駆動手段がミラー１７ａ及びミラー１７ｂを回転させることで検出波長帯域が変化する。このため、ミラー１７ａ及びミラー１７ｂを回転させる不図示の制御手段及び駆動手段が検出波長帯域シフト手段である。なお、ミラー１６ａ及びミラー１６ｂの回転によっても検出波長帯域は変化するため、さらに、ミラー１６ａ及びミラー１６ｂの駆動手段を加えて、検出波長帯域シフト手段とみなしてもよい。
【０１４６】
以上、本実施例に係る共焦点走査型顕微鏡１０７によっても、実施例６に係る共焦点走査型顕微鏡１０５と同様の効果を得ることができる。また、共焦点走査型顕微鏡１０６では、光検出器の代わりにミラーを回転させることで検出波長帯域を変更するため、共焦点走査型顕微鏡１０５に比べて、より高速に検出波長帯域を変更することができる。
【符号の説明】
【０１４７】
１００、１０１、１０２、１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃ、１０３、１０４、１０５、１０６、１０７・・・共焦点走査型顕微鏡、１、１ａ、１ｂ、３４・・・ＶＰＨグレーティング、２・・・光ファイバ、３、９・・・コリメータレンズ、４、２６・・・ダイクロイックミラー、５・・・ガルバノミラー、６・・・対物レンズ、７・・・共焦点レンズ、８・・・共焦点絞り、１０、１０ａ、１０ｂ、１１、１１ａ、１１ｂ、１６、１６ａ、１６ｂ、１７、１７ａ、１７ｂ、２１ａ、２１ｂ、２４、２５、２７、３０ａ、３０ｂ、３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３１ｄ・・・ミラー、１２、１２ａ、１２ｂ、２０、３２、３３ａ、３３ｂ・・・集光レンズ、１３、１３ａ、１３ｂ・・・光検出器、１４・・・制御手段、１５、１８、１９、２２・・・駆動手段、２８ａ、２８ｂ・・・絞り手段、２９・・・表示手段、集光レンズ群・・・３３、ＳＰ・・・標本面、ＬＳ・・・レーザ光源、ＩＬ・・・入射光、Ｌ０・・・０次回折光、Ｌ１・・・１次回折光、ＰＬ・・・主直線、Ｃａ、Ｃｂ、Ｃｃ、Ｃｒ・・・特性
【特許請求の範囲】
【請求項１】
標本を走査する走査手段を備えた走査型共焦点顕微鏡であって、
前記標本からの光を分光する透過型のＶＰＨグレーティングと、
前記ＶＰＨグレーティングで回折された前記光を検出する光検出器と、を含む
ことを特徴とする走査型共焦点顕微鏡。
【請求項２】
請求項１に記載の走査型共焦点顕微鏡において、さらに、
前記ＶＰＨグレーティングに入射する前記光の光軸と前記ＶＰＨグレーティングの屈折率が周期的に変化する屈折率分布方向とのなす角を変更する入射角変更手段を含む
ことを特徴とする走査型共焦点顕微鏡。
【請求項３】
請求項２に記載の走査型共焦点顕微鏡において、さらに、
前記ＶＰＨグレーティングと前記光検出器の間に、前記光を前記光検出器に集光させる集光光学系を含み、
前記光検出器は、複数の受光素子が１次元に配列されたマルチチャンネル検出器である
ことを特徴とする走査型共焦点顕微鏡。
【請求項４】
請求項３に記載の走査型共焦点顕微鏡において、
前記入射角変更手段は、前記ＶＰＨグレーティングを、前記光軸及び前記屈折率分布方向に平行な平面に対して垂直な回転軸周りに回転させる
ことを特徴とする走査型共焦点顕微鏡。
【請求項５】
請求項３に記載の走査型共焦点顕微鏡において、さらに、
前記走査手段と前記ＶＰＨグレーティングの間に配置される第１のミラーを含み、
前記入射角変更手段は、前記第１のミラーを、前記光軸及び前記屈折率分布方向に平行な平面に対して垂直な回転軸周りに回転させる
ことを特徴とする走査型共焦点顕微鏡。
【請求項６】
請求項５に記載の走査型共焦点顕微鏡において、さらに、
前記ＶＰＨグレーティングと前記集光光学系の間に配置される第２のミラーと、
前記光検出器で検出される前記光の波長帯域の中心を制御する検出波長帯域シフト手段と、を含み、
前記検出波長帯域シフト手段は、前記第２のミラーを、前記光軸及び前記屈折率分布方向に平行な平面に対して垂直な回転軸周りに回転させる
ことを特徴とする走査型共焦点顕微鏡。
【請求項７】
請求項６に記載の走査型共焦点顕微鏡において、
前記第１のミラー及び前記第２のミラーは、同方向に同じ回転角だけ回転する
ことを特徴とする走査型共焦点顕微鏡。
【請求項８】
請求項３に記載の走査型共焦点顕微鏡において、さらに、
前記光検出器で検出される前記光の波長帯域の幅を変更する帯域幅変更手段を含む
ことを特徴とする走査型共焦点顕微鏡。
【請求項９】
請求項８に記載の走査型共焦点顕微鏡において、
前記走査が走査焦点顕微鏡は、前記標本と前記光検出器の間の検出光路で生じる波長分散量の異なる複数の状態を有し、
前記帯域幅変更手段は、前記複数の状態を切り替える
ことを特徴とする走査型共焦点顕微鏡。
【請求項１０】
請求項９に記載の走査型共焦点顕微鏡において、
前記ＶＰＨグレーティングと前記光検出器の間に、選択的に使用される、焦点距離の異なる複数の前記集光光学系を含み、
前記帯域幅変更手段は、前記光が入射する前記集光光学系を変更する
ことを特徴とする走査型共焦点顕微鏡。
【請求項１１】
請求項９に記載の走査型共焦点顕微鏡において、
前記集光光学系は、複数の光学素子を含む、合成焦点距離の可変な変倍光学系であり、
前記帯域幅変更手段は、前記変倍光学系の合成焦点距離を変更する
ことを特徴とする走査型共焦点顕微鏡。
【請求項１２】
請求項９に記載の走査型共焦点顕微鏡において、
前記標本からの光を分光する、格子周波数の異なる透過型の複数の前記ＶＰＨグレーティングを含み、
前記帯域幅変更手段は、前記検出光路中に、前記複数のＶＰＨグレーティングのうちの一つを選択的に配置する
ことを特徴とする走査型共焦点顕微鏡。
【請求項１３】
請求項９に記載の走査型共焦点顕微鏡において、
前記入射角変更手段は、前記ＶＰＨグレーティングを、前記光軸及び前記屈折率分布方向に平行な平面に対して垂直な回転軸周りに回転させる
ことを特徴とする走査型共焦点顕微鏡。
【請求項１４】
請求項１３に記載の走査型共焦点顕微鏡において、さらに、
前記走査手段と前記ＶＰＨグレーティングの間に配置される第１のミラーと、
前記光検出器で検出される前記光の波長帯域の中心を制御する検出波長帯域シフト手段と、を含み、
前記検出波長帯域シフト手段は、前記第１のミラーを、前記光軸及び前記屈折率分布方向に平行な平面に対して垂直な回転軸周りに回転させる
ことを特徴とする走査型共焦点顕微鏡。
【請求項１５】
請求項１３に記載の走査型共焦点顕微鏡において、さらに、
前記ＶＰＨグレーティングと前記集光光学系の間に配置される第２のミラーと、
前記光検出器で検出される前記光の波長帯域の中心を制御する検出波長帯域シフト手段と、を含み、
前記検出波長帯域シフト手段は、前記第２のミラーを、前記光軸及び前記屈折率分布方向に平行な平面に対して垂直な回転軸周りに回転させる
ことを特徴とする走査型共焦点顕微鏡。
【請求項１６】
請求項９に記載の走査型共焦点顕微鏡において、さらに、
前記走査手段と前記ＶＰＨグレーティングの間に配置される第１のミラーを含み、
前記入射角変更手段は、前記第１のミラーを、前記光軸及び前記屈折率分布方向に平行な平面に対して垂直な回転軸周りに回転させる
ことを特徴とする走査型共焦点顕微鏡。
【請求項１７】
請求項１６に記載の走査型共焦点顕微鏡において、さらに、
前記ＶＰＨグレーティングと前記集光光学系の間に配置される第２のミラーと、
前記光検出器で検出される前記光の波長帯域の中心を制御する検出波長帯域シフト手段と、を含み、
前記検出波長帯域シフト手段は、前記第２のミラーを、前記光軸及び前記屈折率分布方向に平行な平面に対して垂直な回転軸周りに回転させる
ことを特徴とする走査型共焦点顕微鏡。
【請求項１８】
請求項２に記載の走査型共焦点顕微鏡において、さらに、
前記ＶＰＨグレーティングと前記光検出器の間に、前記光を前記光検出器に集光させる集光光学系と、
前記光検出器と前記集光光学系の間に、前記光検出器で検出される前記光の波長帯域の幅を制限する絞り手段と、を含み、
前記光検出器は、単一の受光素子を含むシングルチャンネル検出器である
ことを特徴とする走査型共焦点顕微鏡。
【請求項１９】
請求項１８に記載の走査型共焦点顕微鏡において、
前記入射角変更手段は、前記ＶＰＨグレーティングを、前記光軸及び前記屈折率分布方向に平行な平面に対して垂直な回転軸周りに回転させる
ことを特徴とする走査型共焦点顕微鏡。
【請求項２０】
請求項１９に記載の走査型共焦点顕微鏡において、さらに、
前記光検出器で検出される前記光の波長帯域の中心を制御する検出波長帯域シフト手段と、を含み、
前記検出波長帯域シフト手段は、前記光検出器及び前記絞り手段を、前記光検出器の受光面と平行に移動させる
ことを特徴とする走査型共焦点顕微鏡。
【請求項２１】
請求項１９に記載の走査型共焦点顕微鏡において、さらに、
前記走査手段と前記ＶＰＨグレーティングの間に配置される第１のミラーと、
前記光検出器で検出される前記光の波長帯域の中心を制御する検出波長帯域シフト手段と、を含み、
前記検出波長帯域シフト手段は、前記第１のミラーを、前記光軸及び前記屈折率分布方向に平行な平面に対して垂直な回転軸周りに回転させる
ことを特徴とする走査型共焦点顕微鏡。
【請求項２２】
請求項１９に記載の走査型共焦点顕微鏡において、さらに、
前記ＶＰＨグレーティングと前記集光光学系の間に配置される第２のミラーと、
前記光検出器で検出される前記光の波長帯域の中心を制御する検出波長帯域シフト手段と、を含み、
前記検出波長帯域シフト手段は、前記第２のミラーを、前記光軸及び前記屈折率分布方向に平行な平面に対して垂直な回転軸周りに回転させる
ことを特徴とする走査型共焦点顕微鏡。
【請求項２３】
請求項１８に記載の走査型共焦点顕微鏡において、さらに、
前記走査手段と前記ＶＰＨグレーティングの間に配置される第１のミラーを含み、
前記入射角変更手段は、前記第１のミラーを、前記光軸及び前記屈折率分布方向に平行な平面に対して垂直な回転軸周りに回転させる
ことを特徴とする走査型共焦点顕微鏡。
【請求項２４】
請求項２３に記載の走査型共焦点顕微鏡において、さらに、
前記ＶＰＨグレーティングと前記集光光学系の間に配置される第２のミラーと、
前記光検出器で検出される前記光の波長帯域の中心を制御する検出波長帯域シフト手段と、を含み、
前記検出波長帯域シフト手段は、前記第２のミラーを、前記光軸及び前記屈折率分布方向に平行な平面に対して垂直な回転軸周りに回転させる
ことを特徴とする走査型共焦点顕微鏡。
【請求項２５】
請求項１８乃至請求項２４のいずれか１項に記載の走査型共焦点顕微鏡において、
前記絞り手段の開口部の幅は、可変である
ことを特徴とする走査型共焦点顕微鏡。
【請求項２６】
請求項１８乃至請求項２５のいずれか１項に記載の走査型共焦点顕微鏡において、
前記走査手段と前記ＶＰＨグレーティングの間に、前記光を分割する光路分割手段と、
前記光路分割手段により分割された前記光の各々の光路上に、前記ＶＰＨグレーティング、前記集光光学系、前記絞り手段、及び前記光検出器と、を含む
ことを特徴とする走査型共焦点顕微鏡。
【請求項１】
標本を走査する走査手段を備えた走査型共焦点顕微鏡であって、
前記標本からの光を分光する透過型のＶＰＨグレーティングと、
前記ＶＰＨグレーティングで回折された前記光を検出する光検出器と、を含む
ことを特徴とする走査型共焦点顕微鏡。
【請求項２】
請求項１に記載の走査型共焦点顕微鏡において、さらに、
前記ＶＰＨグレーティングに入射する前記光の光軸と前記ＶＰＨグレーティングの屈折率が周期的に変化する屈折率分布方向とのなす角を変更する入射角変更手段を含む
ことを特徴とする走査型共焦点顕微鏡。
【請求項３】
請求項２に記載の走査型共焦点顕微鏡において、さらに、
前記ＶＰＨグレーティングと前記光検出器の間に、前記光を前記光検出器に集光させる集光光学系を含み、
前記光検出器は、複数の受光素子が１次元に配列されたマルチチャンネル検出器である
ことを特徴とする走査型共焦点顕微鏡。
【請求項４】
請求項３に記載の走査型共焦点顕微鏡において、
前記入射角変更手段は、前記ＶＰＨグレーティングを、前記光軸及び前記屈折率分布方向に平行な平面に対して垂直な回転軸周りに回転させる
ことを特徴とする走査型共焦点顕微鏡。
【請求項５】
請求項３に記載の走査型共焦点顕微鏡において、さらに、
前記走査手段と前記ＶＰＨグレーティングの間に配置される第１のミラーを含み、
前記入射角変更手段は、前記第１のミラーを、前記光軸及び前記屈折率分布方向に平行な平面に対して垂直な回転軸周りに回転させる
ことを特徴とする走査型共焦点顕微鏡。
【請求項６】
請求項５に記載の走査型共焦点顕微鏡において、さらに、
前記ＶＰＨグレーティングと前記集光光学系の間に配置される第２のミラーと、
前記光検出器で検出される前記光の波長帯域の中心を制御する検出波長帯域シフト手段と、を含み、
前記検出波長帯域シフト手段は、前記第２のミラーを、前記光軸及び前記屈折率分布方向に平行な平面に対して垂直な回転軸周りに回転させる
ことを特徴とする走査型共焦点顕微鏡。
【請求項７】
請求項６に記載の走査型共焦点顕微鏡において、
前記第１のミラー及び前記第２のミラーは、同方向に同じ回転角だけ回転する
ことを特徴とする走査型共焦点顕微鏡。
【請求項８】
請求項３に記載の走査型共焦点顕微鏡において、さらに、
前記光検出器で検出される前記光の波長帯域の幅を変更する帯域幅変更手段を含む
ことを特徴とする走査型共焦点顕微鏡。
【請求項９】
請求項８に記載の走査型共焦点顕微鏡において、
前記走査が走査焦点顕微鏡は、前記標本と前記光検出器の間の検出光路で生じる波長分散量の異なる複数の状態を有し、
前記帯域幅変更手段は、前記複数の状態を切り替える
ことを特徴とする走査型共焦点顕微鏡。
【請求項１０】
請求項９に記載の走査型共焦点顕微鏡において、
前記ＶＰＨグレーティングと前記光検出器の間に、選択的に使用される、焦点距離の異なる複数の前記集光光学系を含み、
前記帯域幅変更手段は、前記光が入射する前記集光光学系を変更する
ことを特徴とする走査型共焦点顕微鏡。
【請求項１１】
請求項９に記載の走査型共焦点顕微鏡において、
前記集光光学系は、複数の光学素子を含む、合成焦点距離の可変な変倍光学系であり、
前記帯域幅変更手段は、前記変倍光学系の合成焦点距離を変更する
ことを特徴とする走査型共焦点顕微鏡。
【請求項１２】
請求項９に記載の走査型共焦点顕微鏡において、
前記標本からの光を分光する、格子周波数の異なる透過型の複数の前記ＶＰＨグレーティングを含み、
前記帯域幅変更手段は、前記検出光路中に、前記複数のＶＰＨグレーティングのうちの一つを選択的に配置する
ことを特徴とする走査型共焦点顕微鏡。
【請求項１３】
請求項９に記載の走査型共焦点顕微鏡において、
前記入射角変更手段は、前記ＶＰＨグレーティングを、前記光軸及び前記屈折率分布方向に平行な平面に対して垂直な回転軸周りに回転させる
ことを特徴とする走査型共焦点顕微鏡。
【請求項１４】
請求項１３に記載の走査型共焦点顕微鏡において、さらに、
前記走査手段と前記ＶＰＨグレーティングの間に配置される第１のミラーと、
前記光検出器で検出される前記光の波長帯域の中心を制御する検出波長帯域シフト手段と、を含み、
前記検出波長帯域シフト手段は、前記第１のミラーを、前記光軸及び前記屈折率分布方向に平行な平面に対して垂直な回転軸周りに回転させる
ことを特徴とする走査型共焦点顕微鏡。
【請求項１５】
請求項１３に記載の走査型共焦点顕微鏡において、さらに、
前記ＶＰＨグレーティングと前記集光光学系の間に配置される第２のミラーと、
前記光検出器で検出される前記光の波長帯域の中心を制御する検出波長帯域シフト手段と、を含み、
前記検出波長帯域シフト手段は、前記第２のミラーを、前記光軸及び前記屈折率分布方向に平行な平面に対して垂直な回転軸周りに回転させる
ことを特徴とする走査型共焦点顕微鏡。
【請求項１６】
請求項９に記載の走査型共焦点顕微鏡において、さらに、
前記走査手段と前記ＶＰＨグレーティングの間に配置される第１のミラーを含み、
前記入射角変更手段は、前記第１のミラーを、前記光軸及び前記屈折率分布方向に平行な平面に対して垂直な回転軸周りに回転させる
ことを特徴とする走査型共焦点顕微鏡。
【請求項１７】
請求項１６に記載の走査型共焦点顕微鏡において、さらに、
前記ＶＰＨグレーティングと前記集光光学系の間に配置される第２のミラーと、
前記光検出器で検出される前記光の波長帯域の中心を制御する検出波長帯域シフト手段と、を含み、
前記検出波長帯域シフト手段は、前記第２のミラーを、前記光軸及び前記屈折率分布方向に平行な平面に対して垂直な回転軸周りに回転させる
ことを特徴とする走査型共焦点顕微鏡。
【請求項１８】
請求項２に記載の走査型共焦点顕微鏡において、さらに、
前記ＶＰＨグレーティングと前記光検出器の間に、前記光を前記光検出器に集光させる集光光学系と、
前記光検出器と前記集光光学系の間に、前記光検出器で検出される前記光の波長帯域の幅を制限する絞り手段と、を含み、
前記光検出器は、単一の受光素子を含むシングルチャンネル検出器である
ことを特徴とする走査型共焦点顕微鏡。
【請求項１９】
請求項１８に記載の走査型共焦点顕微鏡において、
前記入射角変更手段は、前記ＶＰＨグレーティングを、前記光軸及び前記屈折率分布方向に平行な平面に対して垂直な回転軸周りに回転させる
ことを特徴とする走査型共焦点顕微鏡。
【請求項２０】
請求項１９に記載の走査型共焦点顕微鏡において、さらに、
前記光検出器で検出される前記光の波長帯域の中心を制御する検出波長帯域シフト手段と、を含み、
前記検出波長帯域シフト手段は、前記光検出器及び前記絞り手段を、前記光検出器の受光面と平行に移動させる
ことを特徴とする走査型共焦点顕微鏡。
【請求項２１】
請求項１９に記載の走査型共焦点顕微鏡において、さらに、
前記走査手段と前記ＶＰＨグレーティングの間に配置される第１のミラーと、
前記光検出器で検出される前記光の波長帯域の中心を制御する検出波長帯域シフト手段と、を含み、
前記検出波長帯域シフト手段は、前記第１のミラーを、前記光軸及び前記屈折率分布方向に平行な平面に対して垂直な回転軸周りに回転させる
ことを特徴とする走査型共焦点顕微鏡。
【請求項２２】
請求項１９に記載の走査型共焦点顕微鏡において、さらに、
前記ＶＰＨグレーティングと前記集光光学系の間に配置される第２のミラーと、
前記光検出器で検出される前記光の波長帯域の中心を制御する検出波長帯域シフト手段と、を含み、
前記検出波長帯域シフト手段は、前記第２のミラーを、前記光軸及び前記屈折率分布方向に平行な平面に対して垂直な回転軸周りに回転させる
ことを特徴とする走査型共焦点顕微鏡。
【請求項２３】
請求項１８に記載の走査型共焦点顕微鏡において、さらに、
前記走査手段と前記ＶＰＨグレーティングの間に配置される第１のミラーを含み、
前記入射角変更手段は、前記第１のミラーを、前記光軸及び前記屈折率分布方向に平行な平面に対して垂直な回転軸周りに回転させる
ことを特徴とする走査型共焦点顕微鏡。
【請求項２４】
請求項２３に記載の走査型共焦点顕微鏡において、さらに、
前記ＶＰＨグレーティングと前記集光光学系の間に配置される第２のミラーと、
前記光検出器で検出される前記光の波長帯域の中心を制御する検出波長帯域シフト手段と、を含み、
前記検出波長帯域シフト手段は、前記第２のミラーを、前記光軸及び前記屈折率分布方向に平行な平面に対して垂直な回転軸周りに回転させる
ことを特徴とする走査型共焦点顕微鏡。
【請求項２５】
請求項１８乃至請求項２４のいずれか１項に記載の走査型共焦点顕微鏡において、
前記絞り手段の開口部の幅は、可変である
ことを特徴とする走査型共焦点顕微鏡。
【請求項２６】
請求項１８乃至請求項２５のいずれか１項に記載の走査型共焦点顕微鏡において、
前記走査手段と前記ＶＰＨグレーティングの間に、前記光を分割する光路分割手段と、
前記光路分割手段により分割された前記光の各々の光路上に、前記ＶＰＨグレーティング、前記集光光学系、前記絞り手段、及び前記光検出器と、を含む
ことを特徴とする走査型共焦点顕微鏡。
【図１】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７Ａ】
【図７Ｂ】
【図７Ｃ】
【図７Ｄ】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７Ａ】
【図７Ｂ】
【図７Ｃ】
【図７Ｄ】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【公開番号】特開２０１１−２５７５８３（Ｐ２０１１−２５７５８３Ａ）
【公開日】平成２３年１２月２２日（２０１１．１２．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１３１７７２（Ｐ２０１０−１３１７７２）
【出願日】平成２２年６月９日（２０１０．６．９）
【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２３年１２月２２日（２０１１．１２．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年６月９日（２０１０．６．９）
【出願人】（００００００３７６）オリンパス株式会社 (11,466)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]