非共焦点検出光学系、及び、それを備えた多光子励起顕微鏡
【課題】多光子励起顕微鏡の設定に応じて、非共焦点検出光学系を最適化する技術を提供する。
【解決手段】対物レンズＯＢの瞳Ｐを光検出器１４に投影する非共焦点検出光学系は、交換可能に配置される第１レンズ群９と、第１レンズ群９と光検出器１４の間に配置される第２レンズ群１３と、を含む。多光子励起顕微鏡１の設定に応じて、第１レンズ群９を交換することで、非共焦点検出光学系は最適化される。
【解決手段】対物レンズＯＢの瞳Ｐを光検出器１４に投影する非共焦点検出光学系は、交換可能に配置される第１レンズ群９と、第１レンズ群９と光検出器１４の間に配置される第２レンズ群１３と、を含む。多光子励起顕微鏡１の設定に応じて、第１レンズ群９を交換することで、非共焦点検出光学系は最適化される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、非共焦点検出光学系に関し、特に、多光子励起顕微鏡に用いられる非共焦点検出光学系、及びそれを備えた多光子励起顕微鏡に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、２光子励起顕微鏡や３光子励起顕微鏡などの多光子励起顕微鏡が注目されている。
多光子励起顕微鏡では、非線形光学現象である多光子励起現象を利用することで焦点面からのみ蛍光が生じる。このため、共焦点顕微鏡で必要とされる共焦点絞りを用いることなく、焦点面からの蛍光のみが検出される。
【０００３】
多光子励起顕微鏡は、励起光として比較的長い波長の光を利用して標本を励起するため、標本内で励起光の散乱が生じにくく励起光が深い部分まで届きやすいという特徴を有している。この特徴により、細胞単体に比べて大きく不透明な組織を深部まで照明して観察することができる。このため、多光子励起顕微鏡は、脳スライスの観察や、ショウジョウバエ、ゼブラフィッシュ及びマウスなどの実験動物の観察に好適である。
【０００４】
このような多光子励起顕微鏡は、例えば、特許文献１に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−００８９８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、多光子励起顕微鏡の検出光学系は、通常、対物レンズの瞳を光電子増倍管（ＰＭＴ：Photomultiplier Tube）などの光検出器に投影する、非共焦点検出光学系として設計される。
【０００７】
非共焦点検出光学系は、対物レンズの瞳を透過した光が光検出器に入射するように構成されればよいため、対物レンズの瞳と光検出器との共役関係は比較的緩やかであり、通常、高度な収差補正機能は要求されない。このため、多光子励起顕微鏡の非共焦点検出光学系は、設計上の制約が比較的少なく、設計を工夫することで異なる瞳位置や瞳径を有するさまざまな対物レンズに対応し得る。
【０００８】
しかしながら、近年の多光子励起顕微鏡への注目の増加に伴い、多光子励起顕微鏡の対物レンズの種類も増加している。このため、すべての対物レンズに対して良好な性能を発揮する非共焦点検出光学系の設計は困難となっている。
【０００９】
また、多光子励起顕微鏡の利用の拡大に伴い、例えば、２光子励起と３光子励起の選択的な利用や、照明光路と検出光路の共通化など、多光子励起顕微鏡へのさまざまな要求も顕在化している。このため、多光子励起顕微鏡が利用者の要求に応じてさまざまな設定で使用される機会は増加する傾向にあるが、すべての設定に対して良好な性能を発揮する非共焦点検出光学系の設計は困難である。
【００１０】
以上のような実情を踏まえ、本発明では、多光子励起顕微鏡の設定に応じて、非共焦点検出光学系を最適化する技術を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の第１の態様は、対物レンズの瞳を光検出器に投影する非共焦点検出光学系であって、交換可能に配置される第１レンズ群と、第１レンズ群と光検出器の間に配置される第２レンズ群と、を含む非共焦点検出光学系を提供する。
【００１２】
本発明の第２の態様は、第１の態様に記載の非共焦点検出光学系において、さらに、第１レンズ群と第２レンズ群の間に配置される光路分割素子を含む非共焦点検出光学系を提供する。
【００１３】
本発明の第３の態様は、第１の態様または第２の態様に記載の非共焦点検出光学系において、さらに、第１レンズ群を交換する光学素子変更手段を含む非共焦点検出光学系を提供する。
本発明の第４の態様は、第１の態様乃至第３の態様のいずれか１つに記載の非共焦点検出光学系において、複数の第１レンズ群が光学素子変更手段に配置される非共焦点検出光学系を提供する。
【００１４】
本発明の第５の態様は、第４の態様に記載の非共焦点検出光学系において、さらに、光学素子変更手段に配置されたミラーユニットを含み、第１レンズ群は、光学素子変更手段によりミラーユニットとともに交換される非共焦点検出光学系を提供する。
【００１５】
本発明の第６の態様は、照明光を射出する光源と、照明光を標本に照射する対物レンズと、第１の態様乃至第５の態様のいずれか１つに記載の非共焦点検出光学系と、標本から射出される蛍光を検出する光検出器と、を含む多光子励起顕微鏡を提供する。
【００１６】
本発明の第７の態様は、第６の態様に記載の多光子励起顕微鏡において、第１レンズ群の焦点距離をｆ１とし、対物レンズの瞳位置から第１レンズ群の主平面までの光軸に沿った距離をｄ１とするとき、以下の条件式
０．６２＜ｆ１／ｄ１＜０．８４
を満たす多光子励起顕微鏡を提供する。
【００１７】
本発明の第８の態様は、第６の態様または第７の態様に記載の多光子励起顕微鏡において、第１レンズ群は、対物レンズの交換に応じて交換される多光子励起顕微鏡を提供する。
【００１８】
本発明の第９の態様は、第６の態様または第７の態様に記載の多光子励起顕微鏡において、第１レンズ群は、蛍光の波長に応じて交換される多光子励起顕微鏡を提供する。
【００１９】
本発明の第１０の態様は、第６の態様または第７の態様に記載の多光子励起顕微鏡において、第１レンズ群は、標本に至る照明光の光路に応じて交換される多光子励起顕微鏡を提供する。
【００２０】
本発明の第１１の態様は、対物レンズの瞳を光検出器に投影する非共焦点検出光学系であって、光軸方向に移動可能に配置される第１レンズ群と、第１レンズ群と光検出器の間に配置される第２レンズ群と、を含む非共焦点検出光学系を提供する。
【００２１】
本発明の第１２の態様は、第１１の態様に記載の非共焦点検出光学系において、さらに、第１レンズ群と第２レンズ群の間に配置される光路分割素子を含む非共焦点検出光学系を提供する。
【００２２】
本発明の第１３の態様は、照明光を射出する光源と、照明光を標本に照射する対物レンズと、第１１の態様または第１２の態様に記載の非共焦点検出光学系と、標本から射出される蛍光を検出する光検出器と、を含む多光子励起顕微鏡を提供する。
【００２３】
本発明の第１４の態様は、第１３の態様に記載の多光子励起顕微鏡において、第１レンズ群の焦点距離をｆ１とし、対物レンズの瞳位置から第１レンズ群の主平面までの光軸に沿った距離をｄ１とするとき、以下の条件式
０．６２＜ｆ１／ｄ１＜０．８４
を満たす多光子励起顕微鏡を提供する。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、多光子励起顕微鏡の設定に応じて、非共焦点検出光学系を最適化する技術を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】実施例１に係る非共焦点検出光学系を含む多光子励起顕微鏡の構成を例示する概略図である。
【図２】実施例２に係る非共焦点検出光学系を含む多光子励起顕微鏡の構成を例示する概略図である。
【発明を実施するための形態】
【実施例１】
【００２６】
図１は、本実施例に係る非共焦点検出光学系を含む多光子励起顕微鏡の構成を例示する概略図である。まず、図１に例示される多光子励起顕微鏡１の構成について説明する。
多光子励起顕微鏡１は、照明光を射出する第１の照明手段ＩＬ１及び第２の照明手段ＩＬ２と、照明光を標本Ｓに照射する対物レンズＯＢ（対物レンズＯＢ１、対物レンズＯＢ２）と、ミラーＭを含むミラーユニット７と、標本Ｓを観察する接眼部８と、標本Ｓから射出される蛍光を検出する複数の光検出器１４（光検出器１４ａ、光検出器１４ｂ、光検出器１４ｃ、光検出器１４ｄ）と、対物レンズＯＢの瞳Ｐ（瞳Ｐ１、瞳Ｐ２）を光検出器１４に投影する非共焦点検出光学系と、を含んでいる。光検出器１４としては、例えば、光電子増倍管（ＰＭＴ）を使用することができる。
【００２７】
第１の照明手段ＩＬ１は、多光子励起を生じさせるための照明手段であり、走査手段を用いて標本Ｓを照明する。第１の照明手段ＩＬ１は、照明光（レーザ光）を射出するレーザＬＳ（光源）と、コレクタレンズ２と、標本Ｓを照明光で走査する走査手段であるガルバノミラー３と、瞳投影レンズ４と、結像レンズ５と、照明光を反射し蛍光を透過するダイクロイックミラーＤＭ１を含むミラーユニット６と、を含んでいる。
【００２８】
レーザＬＳは、例えば、近赤外パルスレーザであり、７００ｎｍから１１００ｎｍ程度の波長の光を射出する。このため、２光子励起で生じる蛍光は、４００ｎｍから６００ｎｍ程度の波長の可視光であり、３光子励起で生じる蛍光は、３４０ｎｍから３５０ｎｍ程度の波長の紫外光（ＵＶ光）である。
【００２９】
第２の照明手段ＩＬ２は、走査手段を用いることなく、標本Ｓ全体を同時に照明する照明手段である。第２の照明手段ＩＬ２は、照明光を射出する光源１５と、照明レンズ１６と、照明光を反射し蛍光を透過するダイクロイックミラーＤＭ２とを含んでいる。光源１５は、可視光域の光を射出する。また、第２の照明手段ＩＬ２は、近紫外線（ＵＶ光）によるＵＶ励起に用いられても良い。
【００３０】
接眼部８は、標本Ｓを目視観察するための観察手段である。接眼部８により標本Ｓを観察する際には、標本Ｓ全体が照明されて励起されることが望ましいため、通常、標本Ｓは第２の照明手段ＩＬ２により照明される。第２の照明手段ＩＬ２により標本Ｓを照明し、接眼部８で標本Ｓを観察する場合には、ミラーユニット７内には、ミラーＭの代わりに蛍光を透過するダイクロイックミラーが配置される。なお、接眼部８により標本Ｓを観察する際に、第２の照明手段ＩＬ２により標本Ｓを照明しながら、第１の照明手段ＩＬ１により標本Ｓ上の任意の箇所を光刺激してもよい。
【００３１】
非共焦点検出系及び光検出器１４は、標本Ｓから射出される蛍光を検出するための検出手段である。光検出器１４により蛍光を検出する際には、標本Ｓの各点が順番に照明されて励起されることが望ましいため、標本Ｓはガルバノミラー３を含む第１の照明手段ＩＬ１によって照明される。
【００３２】
非共焦点検出光学系は、交換可能に配置される第１レンズ群９（第１レンズ群９ａ、第１レンズ群９ｂ、第１レンズ群９ｃ、第１レンズ群９ｄ、第１レンズ群９ｅ）と、第１レンズ群９と光検出器１４の間に配置される複数の第２レンズ群１３（第２レンズ群１３ａ、第２レンズ群１３ｂ、第２レンズ群１３ｃ、第２レンズ群１３ｄ）と、第１レンズ群９と第２レンズ群１３の間に配置される複数のミラーユニット（ミラーユニット１０、ミラーユニット１１、ミラーユニット１２）と、を含んでいる。なお、ミラーユニット７も、非共焦点検出光学系の構成要素としてみなしてもよい。
【００３３】
第１レンズ群９は、多光子励起顕微鏡１の設定に応じて交換される。第２レンズ群１３は、光検出器１４毎に設けられている。ミラーユニットの各々は、バリアフィルタ（バリアフィルタＦ３、バリアフィルタＦ４、バリアフィルタＦ５）とダイクロイックミラー（ダイクロイックミラーＤＭ３、ダイクロイックミラーＤＭ４、ダイクロイックミラーＤＭ５）を含み、各光検出器１４に所定の波長の蛍光を導く役割を担っている。ダイクロイックミラーは、第１レンズ群９と第２レンズ群１３の間に配置されて、光路分割手段として機能する。
【００３４】
図１に例示されるように、多光子励起顕微鏡１の非共焦点検出光学系は、第１レンズ群９と第２レンズ群１３の２群で構成されることが望ましい。
多光子励起顕微鏡１は、近赤外光（つまり、長い波長の光）により標本Ｓを照明することで、標本Ｓに入射する照明光の散乱を抑制している。しかしながら、すでに上述したように、標本Ｓから射出される蛍光は可視光やＵＶ光であるため、標本Ｓから射出される蛍光は散乱し易い。散乱した蛍光を光検出器１４で効率良く検出するためには、光検出器１４を対物レンズＯＢのできる限り近くに配置することが望ましい。また、対物レンズＯＢと光検出器１４の間に配置される非共焦点検出光学系は、対物レンズＯＢの瞳を光検出器１４へ投影するために必要最小限の構成を有することが望ましく、図１に例示されるような２群構成が望ましい。
【００３５】
また、非共焦点検出光学系は、すでに上述したように、通常、高度な収差補正機能は要求されない。このため、レンズによる蛍光の吸収を抑制して効率良く蛍光を検出するために、必要最小限のレンズ枚数で各レンズ群を構成することが望ましく、図１に例示されるように、多光子励起顕微鏡１の非共焦点検出光学系の各レンズ群が単レンズで構成されることが最も望ましい。
【００３６】
また、図１に例示されるように、多光子励起顕微鏡１の非共焦点検出光学系は、以下の条件式（１）を満たすことが望ましい。ただし、ｆ１は、第１レンズ群９の焦点距離であり、ｄ１は、対物レンズＯＢの瞳位置から第１レンズ群９の主平面までの光軸ＡＸに沿った距離である。
０．６２＜ｆ１／ｄ１＜０．８４ ・・・（１）
【００３７】
条件式(１)は、対物レンズＯＢの瞳Ｐを物点とし、光検出器１４を像点とする蛍光の、第１レンズ群９と第２レンズ群１３の間における、収斂状態を規定する式である。
【００３８】
条件式（１）の上限値を上回ると、蛍光の収斂状態が弱すぎる。第１レンズ群９と第２レンズ群１３の間には、ダイクロイックミラーやバリアフィルタなどの光学部材が配置されるが、収斂状態が弱すぎると、レンズ群間での蛍光の光束径が大きいため、光学部材が大型化してしまう。
【００３９】
一方、条件式（１）の下限値を下回ると、蛍光の収斂状態が強すぎる。第１レンズ群９と第２レンズ群１３の間には、光学部材を配置するためにある程度の距離が必要であるが、収斂状態が強すぎると、レンズ群間に十分な距離を確保することが困難になる。
【００４０】
次に、多光子励起顕微鏡１が２光子励起顕微鏡として使用される場合の多光子励起顕微鏡１の作用について説明する。
レーザＬＳから射出される照明光である近赤外のレーザ光は、コレクタレンズ２、ガルバノミラー３、瞳投影レンズ４、結像レンズ５を介してミラーユニット６に入射し、ダイクロイックミラーＤＭ１を反射する。ダイクロイックミラーＤＭ１を反射したレーザ光は対物レンズＯＢ１により標本Ｓに集光する。
【００４１】
レーザ光の照射により標本Ｓでは２光子励起が生じ、レーザ光の集光位置からのみレーザ光の半波長よりも長い波長を有する蛍光が射出される。具体的には、射出される蛍光は、４００ｎｍから６００ｎｍ程度の波長の可視光である。
【００４２】
蛍光は、対物レンズＯＢ１及びダイクロイックミラーＤＭ１を通過して、ミラーＭに入射する。ミラーＭを反射した蛍光は、第１レンズ群９ａに入射する。
第１レンズ群９ａは、対物レンズＯＢ１の瞳Ｐ１を物点とする蛍光を収斂光に変換して射出する。第１レンズ群９ａから射出された蛍光は、ダイクロイックミラーＤＭ２を通過して、複数のミラーユニットへ入射する。複数のミラーユニットは、入射した蛍光を波長の異なる複数の蛍光に分割して射出する。複数のミラーユニットから射出された蛍光は、それぞれ異なる第２レンズ群１３に入射して、それぞれ異なる光検出器１４で検出される。
【００４３】
各光検出器１４で検出される蛍光は標本Ｓ上の集光位置から生じた蛍光であるため、多光子励起顕微鏡１は、ガルバノミラー３で標本Ｓを走査して、焦点面の各位置から生じる蛍光を検出する。これにより、標本Ｓの蛍光画像を生成する。
【００４４】
次に、多光子励起顕微鏡１の設定に応じて、非共焦点検出光学系を最適化する方法について、説明する。具体的には、対物レンズＯＢ１を対物レンズＯＢ２に交換する場合、標本Ｓの励起方法を２光子励起から３光子励起に変更する場合、第２の照明手段ＩＬ２で標本Ｓ全体を照明ながら、第１の照明手段ＩＬ１で標本Ｓに光刺激を与える場合について説明する。
【００４５】
対物レンズＯＢ１を対物レンズＯＢ２に交換する場合、図１に例示されるように、対物レンズＯＢの瞳径がφ１からφ２に変化する。また、対物レンズＯＢ１の瞳Ｐ１と対物レンズＯＢ２の瞳Ｐ２では、瞳位置も異なる。このため、対物レンズＯＢ１の瞳Ｐ１を光検出器１４に投影するように設計されている第１レンズ群９ａと第２レンズ群１３との組み合わせでは、対物レンズＯＢ２の瞳Ｐ２を光検出器１４に適切に投影することができない。
【００４６】
そこで、本実施例に係る多光子励起顕微鏡１は、第１レンズ群９ａを、第２レンズ群１３との組み合わせで対物レンズＯＢ２の瞳Ｐ２を光検出器１４に投影するように設計されている第１レンズ群９ｂに交換することで、非共焦点検出光学系を最適化する。これにより、多光子励起顕微鏡１は、対物レンズＯＢ２を使用した場合であっても、対物レンズＯＢ２の瞳Ｐ２を光検出器１４に適切に投影することが可能であり、良好な検出性能を維持することができる。
【００４７】
なお、第１レンズ群９ｂは、焦点距離が第１レンズ群９ａと異なってもよく、主平面の位置が第１レンズ群９ａと異なってもよい。
また、非共焦点検出光学系の第１レンズ群９の代わりに、第２レンズ群１３を交換してもよい。ただし、第２レンズ群１３は光検出器１４と同数だけ存在するので、第２レンズ群１３の交換は、第１レンズ群９の交換に比べて、最適化作業の負担が大きく、必要なレンズも多くなる。このため、複数ある光検出器１４に対応して複数に分岐する前の光路中にある第１レンズ群９を交換して、非共焦点検出光学系を最適化することが望ましい。
【００４８】
また、第１レンズ群９ａが光軸方向に移動可能に配置されている場合には、第１レンズ群９ａを第１レンズ群９ｂに交換する代わりに、第１レンズ群９ａを光軸方向に移動することで、対物レンズＯＢ２の瞳Ｐ２を光検出器１４に投影してもよい。この場合にも、多光子励起顕微鏡１は、条件式（１）を満たすことが望ましい。
【００４９】
標本Ｓの励起方法を２光子励起から３光子励起に変更すると、標本Ｓから生じる蛍光の波長はＵＶ域を含む。一般的なガラス材料からなる第１レンズ群９ａは、ＵＶ域の光の透過率が低いため、非共焦点検出光学系での蛍光の損失が大きくなる。
【００５０】
そこで、本実施例に係る多光子励起顕微鏡１は、第１レンズ群９ａを、ＵＶ域の光の透過率が高い材料からなる第１レンズ群９ｃに交換することで、非共焦点検出光学系を最適化する。これにより、多光子励起顕微鏡１は、３光子励起顕微鏡として使用する場合にも、蛍光を効率良く検出することができる。
【００５１】
なお、第１レンズ群９ｃには、ＵＶ域の透過率が高い反射防止膜がコーティングされていることが望ましい。また、非共焦点検出光学系に含まれるミラーユニットも必要に応じて交換してもよい。例えば、ＵＶ域の蛍光の検出に適したバリアフィルタやダイクロイックミラーを含むミラーユニットに交換してもよい。
【００５２】
第２の照明手段ＩＬ２で標本全体を照明ながら、第１の照明手段ＩＬ１で標本Ｓに光刺激を与える場合、第２の照明手段ＩＬ２から射出される照明光は、第１レンズ群９ａを介して標本Ｓに照射される。第２の照明手段ＩＬ２による照明では、標本Ｓ上での各励起波長における照明むらを抑えるために色収差を良好に補正することが要求される。しかし、第１レンズ群９ａは、第２レンズ群１３との組み合わせで、ある程度の大きさを有する光検出器１４の受光部に蛍光を入射させるように設計されているだけであり、高精度の収差補正機能を有していない。
【００５３】
そこで、本実施例に係る多光子励起顕微鏡１は、第１レンズ群９ａを、色収差を良好に補正することができる接合レンズからなる第１レンズ群９ｄに交換することで、非共焦点検出光学系を最適化する。これにより、多光子励起顕微鏡１は、照明むらを抑えた第２の照明手段ＩＬ２による良好な照明と、光検出器１４による蛍光の検出とを、両立させることができる。
【００５４】
なお、第１レンズ群９ｄは、第１レンズ群９ａと同じ焦点距離を有してもよい。また、接眼部８で標本Ｓを観察するために、ミラーＭの代わりに照明光を反射し蛍光を透過するダイクロイックミラーをミラーユニット７内に配置する場合、さらに、バリアフィルタをミラーユニット７内に配置して、接眼部８へのレーザ光の入射を防止することが望ましい。
【００５５】
以上、本実施例によれば、第１レンズ群を交換することで、多光子励起顕微鏡１の設定に応じて、非共焦点検出光学系を最適化することができる。
なお、ここでは、多光子励起顕微鏡１の設定が変化する例として、多光子励起顕微鏡１の対物レンズの交換、励起方法の変更、照明方法の変更を例示したが、特にこれに限られない。多光子励起顕微鏡１の任意の設定変更に応じて第１レンズ群を交換して、非共焦点検出光学系を最適化してもよい。
【実施例２】
【００５６】
図２は、本実施例に係る非共焦点検出光学系を含む多光子励起顕微鏡の構成を例示する概略図である。なお、図２に例示される多光子励起顕微鏡１７では、図１に例示される多光子励起顕微鏡１と同様の構成要素に、同一符号が付されている。
【００５７】
図２に例示される多光子励起顕微鏡１７は、非共共焦点検出光学系が回転軸ＲＸ周りに回転するターレット１８と第１レンズ群（第１レンズ群９ａ、第１レンズ群９ｄ）毎に設けられたミラーユニット（ミラーユニット７、ミラーユニット１９）とを含む点と、対物レンズＯＢ１及び対物レンズＯＢ２がレボルバ２０に装着されている点が、図１に例示される多光子励起顕微鏡１と異なっている。
【００５８】
ターレット１８上には、複数の第１レンズ群と、複数のミラーユニットが配置されている。また、第１レンズ群と対応するミラーユニットは一体としてターレット１８に配置されている。このため、ターレット１８の回転により、第１レンズ群とミラーユニットは、同時に交換される。即ち、ターレット１８は、第１レンズ群を交換する光学素子変更手段であり、非共共焦点検出光学系は、光学素子変更手段により第１レンズ群とミラーユニットを同時に交換することができる。
【００５９】
なお、図２では、２つの第１レンズ群が例示されているが、特にこれに限られない。ターレット１８上には、３つの以上の第１レンズ群が配置されてもよい。また、図２では、２つのミラーユニットが例示されているが、特にこれに限られない。ターレット１８上には、３つの以上のミラーユニットが配置されてもよい。
【００６０】
第１の照明手段ＩＬ１のみを用いて標本Ｓを照明する場合、ターレット１８を回転させて、第１レンズ群９ａ及びミラーユニット７を光軸ＡＸ上に配置すればよい。
これにより、第１レンズ群９ａ及び第２レンズ群１３の組み合わせを用いて、対物レンズＯＢ１の瞳Ｐ１を光検出器１４に適切に投影することができる。また、ミラーユニット７に含まれるミラーＭがすべての蛍光を反射することで、より多くの蛍光を光検出器１４で検出することができる。
【００６１】
第２の照明手段ＩＬ２で標本Ｓ全体を照明しながら、第１の照明手段ＩＬ１で標本Ｓに光刺激を与える場合、ターレット１８を回転させて、第１レンズ群９ｄとミラーユニット１９を光軸ＡＸ上に配置すればよい。
【００６２】
これにより、第２の照明手段ＩＬ２から射出される照明光は、接合レンズからなる第１レンズ群９ｄを介して標本Ｓに照射される。このため、標本Ｓでの各励起波長における照明むらを抑えることができる。また、標本Ｓからの蛍光は、ミラーユニット１９に含まれるハーフミラーＨＭにより、分割されて接眼部８と光検出器１４の両方に導かれるため、接眼部８での観察と光検出器１４での検出を両立することができる。さらに、ミラーユニット１９内には、バリアフィルタＦ６が含まれているため、接眼部８へのレーザ光の入射を防止して、安全に標本Ｓを観察することができる。
【００６３】
なお、光検出器１４での検出が不要な場合には、ミラーユニット１９は、ハーフミラーＨＭの代わりに、照明光を反射し蛍光を透過するダイクロイックミラーを含むことが望ましい。
【００６４】
以上、本実施例によっても、実施例１と同様に、第１レンズ群を交換することで、多光子励起顕微鏡１の設定に応じて、非共焦点検出光学系を最適化することができる。また、ターレット１８上に第１レンズ群が配置されているため、ターレット１８の回転により容易に非共焦点検出光学系を最適化することができる。また、ターレット１８上に第１レンズ群とともにミラーユニットが配置されているため、ターレット１８の回転により第１レンズ群とミラーユニットを同時に交換することができる。このため、さらに容易に非共焦点検出光学系を最適化することができる。
【００６５】
なお、ターレット１８は、レボルバ２０と連動して動作してもよい。これにより、対物レンズＯＢ１から対物レンズＯＢ２への交換に応じて、レボルバ２０に連動してターレット１８が自動的に回転することで、非共焦点検出光学系を最適化することができる。また、ターレット１８は、多光子励起顕微鏡１７の設定に応じて、自動的に非共焦点検出光学系を最適化するために、多光子励起顕微鏡１７の他の構成要素と連動して動作してもよい。また、図２では、光学素子変更手段としてターレット１８が例示されているが、特にこれに限られない。非共焦点検出光学系は、例えば、ターレット１８の代わりにスライダ方式で第１レンズ群を交換する光学素子変更手段を含んでもよい。
【符号の説明】
【００６６】
１、１７・・・多光子励起顕微鏡
２・・・コレクタレンズ
３・・・ガルバノミラー
４・・・瞳投影レンズ
５・・・結像レンズ
６、７、１０、１１、１２、１９・・・ミラーユニット
８・・・接眼部
９、９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄ、９ｅ・・・第１レンズ群
１３、１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄ・・・第２レンズ群
１４、１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄ・・・光検出器
１５・・・光源
１６・・・照明レンズ
１８・・・ターレット
２０・・・レボルバ
Ｓ・・・標本
ＯＢ、ＯＢ１、ＯＢ２・・・対物レンズ
Ｐ、Ｐ１、Ｐ２・・・瞳
ＩＬ１・・・第１の照明手段
ＩＬ２・・・第２の照明手段
ＬＳ・・・レーザ
Ｍ・・・ミラー
ＨＭ・・・ハーフミラー
ＤＭ１、ＤＭ２、ＤＭ３、ＤＭ４、ＤＭ５・・・ダイクロイックミラー
Ｆ３、Ｆ４、Ｆ５、Ｆ６・・・バリアフィルタ
ＡＸ・・・光軸
ＲＸ・・・回転軸
【技術分野】
【０００１】
本発明は、非共焦点検出光学系に関し、特に、多光子励起顕微鏡に用いられる非共焦点検出光学系、及びそれを備えた多光子励起顕微鏡に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、２光子励起顕微鏡や３光子励起顕微鏡などの多光子励起顕微鏡が注目されている。
多光子励起顕微鏡では、非線形光学現象である多光子励起現象を利用することで焦点面からのみ蛍光が生じる。このため、共焦点顕微鏡で必要とされる共焦点絞りを用いることなく、焦点面からの蛍光のみが検出される。
【０００３】
多光子励起顕微鏡は、励起光として比較的長い波長の光を利用して標本を励起するため、標本内で励起光の散乱が生じにくく励起光が深い部分まで届きやすいという特徴を有している。この特徴により、細胞単体に比べて大きく不透明な組織を深部まで照明して観察することができる。このため、多光子励起顕微鏡は、脳スライスの観察や、ショウジョウバエ、ゼブラフィッシュ及びマウスなどの実験動物の観察に好適である。
【０００４】
このような多光子励起顕微鏡は、例えば、特許文献１に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−００８９８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、多光子励起顕微鏡の検出光学系は、通常、対物レンズの瞳を光電子増倍管（ＰＭＴ：Photomultiplier Tube）などの光検出器に投影する、非共焦点検出光学系として設計される。
【０００７】
非共焦点検出光学系は、対物レンズの瞳を透過した光が光検出器に入射するように構成されればよいため、対物レンズの瞳と光検出器との共役関係は比較的緩やかであり、通常、高度な収差補正機能は要求されない。このため、多光子励起顕微鏡の非共焦点検出光学系は、設計上の制約が比較的少なく、設計を工夫することで異なる瞳位置や瞳径を有するさまざまな対物レンズに対応し得る。
【０００８】
しかしながら、近年の多光子励起顕微鏡への注目の増加に伴い、多光子励起顕微鏡の対物レンズの種類も増加している。このため、すべての対物レンズに対して良好な性能を発揮する非共焦点検出光学系の設計は困難となっている。
【０００９】
また、多光子励起顕微鏡の利用の拡大に伴い、例えば、２光子励起と３光子励起の選択的な利用や、照明光路と検出光路の共通化など、多光子励起顕微鏡へのさまざまな要求も顕在化している。このため、多光子励起顕微鏡が利用者の要求に応じてさまざまな設定で使用される機会は増加する傾向にあるが、すべての設定に対して良好な性能を発揮する非共焦点検出光学系の設計は困難である。
【００１０】
以上のような実情を踏まえ、本発明では、多光子励起顕微鏡の設定に応じて、非共焦点検出光学系を最適化する技術を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の第１の態様は、対物レンズの瞳を光検出器に投影する非共焦点検出光学系であって、交換可能に配置される第１レンズ群と、第１レンズ群と光検出器の間に配置される第２レンズ群と、を含む非共焦点検出光学系を提供する。
【００１２】
本発明の第２の態様は、第１の態様に記載の非共焦点検出光学系において、さらに、第１レンズ群と第２レンズ群の間に配置される光路分割素子を含む非共焦点検出光学系を提供する。
【００１３】
本発明の第３の態様は、第１の態様または第２の態様に記載の非共焦点検出光学系において、さらに、第１レンズ群を交換する光学素子変更手段を含む非共焦点検出光学系を提供する。
本発明の第４の態様は、第１の態様乃至第３の態様のいずれか１つに記載の非共焦点検出光学系において、複数の第１レンズ群が光学素子変更手段に配置される非共焦点検出光学系を提供する。
【００１４】
本発明の第５の態様は、第４の態様に記載の非共焦点検出光学系において、さらに、光学素子変更手段に配置されたミラーユニットを含み、第１レンズ群は、光学素子変更手段によりミラーユニットとともに交換される非共焦点検出光学系を提供する。
【００１５】
本発明の第６の態様は、照明光を射出する光源と、照明光を標本に照射する対物レンズと、第１の態様乃至第５の態様のいずれか１つに記載の非共焦点検出光学系と、標本から射出される蛍光を検出する光検出器と、を含む多光子励起顕微鏡を提供する。
【００１６】
本発明の第７の態様は、第６の態様に記載の多光子励起顕微鏡において、第１レンズ群の焦点距離をｆ１とし、対物レンズの瞳位置から第１レンズ群の主平面までの光軸に沿った距離をｄ１とするとき、以下の条件式
０．６２＜ｆ１／ｄ１＜０．８４
を満たす多光子励起顕微鏡を提供する。
【００１７】
本発明の第８の態様は、第６の態様または第７の態様に記載の多光子励起顕微鏡において、第１レンズ群は、対物レンズの交換に応じて交換される多光子励起顕微鏡を提供する。
【００１８】
本発明の第９の態様は、第６の態様または第７の態様に記載の多光子励起顕微鏡において、第１レンズ群は、蛍光の波長に応じて交換される多光子励起顕微鏡を提供する。
【００１９】
本発明の第１０の態様は、第６の態様または第７の態様に記載の多光子励起顕微鏡において、第１レンズ群は、標本に至る照明光の光路に応じて交換される多光子励起顕微鏡を提供する。
【００２０】
本発明の第１１の態様は、対物レンズの瞳を光検出器に投影する非共焦点検出光学系であって、光軸方向に移動可能に配置される第１レンズ群と、第１レンズ群と光検出器の間に配置される第２レンズ群と、を含む非共焦点検出光学系を提供する。
【００２１】
本発明の第１２の態様は、第１１の態様に記載の非共焦点検出光学系において、さらに、第１レンズ群と第２レンズ群の間に配置される光路分割素子を含む非共焦点検出光学系を提供する。
【００２２】
本発明の第１３の態様は、照明光を射出する光源と、照明光を標本に照射する対物レンズと、第１１の態様または第１２の態様に記載の非共焦点検出光学系と、標本から射出される蛍光を検出する光検出器と、を含む多光子励起顕微鏡を提供する。
【００２３】
本発明の第１４の態様は、第１３の態様に記載の多光子励起顕微鏡において、第１レンズ群の焦点距離をｆ１とし、対物レンズの瞳位置から第１レンズ群の主平面までの光軸に沿った距離をｄ１とするとき、以下の条件式
０．６２＜ｆ１／ｄ１＜０．８４
を満たす多光子励起顕微鏡を提供する。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、多光子励起顕微鏡の設定に応じて、非共焦点検出光学系を最適化する技術を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】実施例１に係る非共焦点検出光学系を含む多光子励起顕微鏡の構成を例示する概略図である。
【図２】実施例２に係る非共焦点検出光学系を含む多光子励起顕微鏡の構成を例示する概略図である。
【発明を実施するための形態】
【実施例１】
【００２６】
図１は、本実施例に係る非共焦点検出光学系を含む多光子励起顕微鏡の構成を例示する概略図である。まず、図１に例示される多光子励起顕微鏡１の構成について説明する。
多光子励起顕微鏡１は、照明光を射出する第１の照明手段ＩＬ１及び第２の照明手段ＩＬ２と、照明光を標本Ｓに照射する対物レンズＯＢ（対物レンズＯＢ１、対物レンズＯＢ２）と、ミラーＭを含むミラーユニット７と、標本Ｓを観察する接眼部８と、標本Ｓから射出される蛍光を検出する複数の光検出器１４（光検出器１４ａ、光検出器１４ｂ、光検出器１４ｃ、光検出器１４ｄ）と、対物レンズＯＢの瞳Ｐ（瞳Ｐ１、瞳Ｐ２）を光検出器１４に投影する非共焦点検出光学系と、を含んでいる。光検出器１４としては、例えば、光電子増倍管（ＰＭＴ）を使用することができる。
【００２７】
第１の照明手段ＩＬ１は、多光子励起を生じさせるための照明手段であり、走査手段を用いて標本Ｓを照明する。第１の照明手段ＩＬ１は、照明光（レーザ光）を射出するレーザＬＳ（光源）と、コレクタレンズ２と、標本Ｓを照明光で走査する走査手段であるガルバノミラー３と、瞳投影レンズ４と、結像レンズ５と、照明光を反射し蛍光を透過するダイクロイックミラーＤＭ１を含むミラーユニット６と、を含んでいる。
【００２８】
レーザＬＳは、例えば、近赤外パルスレーザであり、７００ｎｍから１１００ｎｍ程度の波長の光を射出する。このため、２光子励起で生じる蛍光は、４００ｎｍから６００ｎｍ程度の波長の可視光であり、３光子励起で生じる蛍光は、３４０ｎｍから３５０ｎｍ程度の波長の紫外光（ＵＶ光）である。
【００２９】
第２の照明手段ＩＬ２は、走査手段を用いることなく、標本Ｓ全体を同時に照明する照明手段である。第２の照明手段ＩＬ２は、照明光を射出する光源１５と、照明レンズ１６と、照明光を反射し蛍光を透過するダイクロイックミラーＤＭ２とを含んでいる。光源１５は、可視光域の光を射出する。また、第２の照明手段ＩＬ２は、近紫外線（ＵＶ光）によるＵＶ励起に用いられても良い。
【００３０】
接眼部８は、標本Ｓを目視観察するための観察手段である。接眼部８により標本Ｓを観察する際には、標本Ｓ全体が照明されて励起されることが望ましいため、通常、標本Ｓは第２の照明手段ＩＬ２により照明される。第２の照明手段ＩＬ２により標本Ｓを照明し、接眼部８で標本Ｓを観察する場合には、ミラーユニット７内には、ミラーＭの代わりに蛍光を透過するダイクロイックミラーが配置される。なお、接眼部８により標本Ｓを観察する際に、第２の照明手段ＩＬ２により標本Ｓを照明しながら、第１の照明手段ＩＬ１により標本Ｓ上の任意の箇所を光刺激してもよい。
【００３１】
非共焦点検出系及び光検出器１４は、標本Ｓから射出される蛍光を検出するための検出手段である。光検出器１４により蛍光を検出する際には、標本Ｓの各点が順番に照明されて励起されることが望ましいため、標本Ｓはガルバノミラー３を含む第１の照明手段ＩＬ１によって照明される。
【００３２】
非共焦点検出光学系は、交換可能に配置される第１レンズ群９（第１レンズ群９ａ、第１レンズ群９ｂ、第１レンズ群９ｃ、第１レンズ群９ｄ、第１レンズ群９ｅ）と、第１レンズ群９と光検出器１４の間に配置される複数の第２レンズ群１３（第２レンズ群１３ａ、第２レンズ群１３ｂ、第２レンズ群１３ｃ、第２レンズ群１３ｄ）と、第１レンズ群９と第２レンズ群１３の間に配置される複数のミラーユニット（ミラーユニット１０、ミラーユニット１１、ミラーユニット１２）と、を含んでいる。なお、ミラーユニット７も、非共焦点検出光学系の構成要素としてみなしてもよい。
【００３３】
第１レンズ群９は、多光子励起顕微鏡１の設定に応じて交換される。第２レンズ群１３は、光検出器１４毎に設けられている。ミラーユニットの各々は、バリアフィルタ（バリアフィルタＦ３、バリアフィルタＦ４、バリアフィルタＦ５）とダイクロイックミラー（ダイクロイックミラーＤＭ３、ダイクロイックミラーＤＭ４、ダイクロイックミラーＤＭ５）を含み、各光検出器１４に所定の波長の蛍光を導く役割を担っている。ダイクロイックミラーは、第１レンズ群９と第２レンズ群１３の間に配置されて、光路分割手段として機能する。
【００３４】
図１に例示されるように、多光子励起顕微鏡１の非共焦点検出光学系は、第１レンズ群９と第２レンズ群１３の２群で構成されることが望ましい。
多光子励起顕微鏡１は、近赤外光（つまり、長い波長の光）により標本Ｓを照明することで、標本Ｓに入射する照明光の散乱を抑制している。しかしながら、すでに上述したように、標本Ｓから射出される蛍光は可視光やＵＶ光であるため、標本Ｓから射出される蛍光は散乱し易い。散乱した蛍光を光検出器１４で効率良く検出するためには、光検出器１４を対物レンズＯＢのできる限り近くに配置することが望ましい。また、対物レンズＯＢと光検出器１４の間に配置される非共焦点検出光学系は、対物レンズＯＢの瞳を光検出器１４へ投影するために必要最小限の構成を有することが望ましく、図１に例示されるような２群構成が望ましい。
【００３５】
また、非共焦点検出光学系は、すでに上述したように、通常、高度な収差補正機能は要求されない。このため、レンズによる蛍光の吸収を抑制して効率良く蛍光を検出するために、必要最小限のレンズ枚数で各レンズ群を構成することが望ましく、図１に例示されるように、多光子励起顕微鏡１の非共焦点検出光学系の各レンズ群が単レンズで構成されることが最も望ましい。
【００３６】
また、図１に例示されるように、多光子励起顕微鏡１の非共焦点検出光学系は、以下の条件式（１）を満たすことが望ましい。ただし、ｆ１は、第１レンズ群９の焦点距離であり、ｄ１は、対物レンズＯＢの瞳位置から第１レンズ群９の主平面までの光軸ＡＸに沿った距離である。
０．６２＜ｆ１／ｄ１＜０．８４ ・・・（１）
【００３７】
条件式(１)は、対物レンズＯＢの瞳Ｐを物点とし、光検出器１４を像点とする蛍光の、第１レンズ群９と第２レンズ群１３の間における、収斂状態を規定する式である。
【００３８】
条件式（１）の上限値を上回ると、蛍光の収斂状態が弱すぎる。第１レンズ群９と第２レンズ群１３の間には、ダイクロイックミラーやバリアフィルタなどの光学部材が配置されるが、収斂状態が弱すぎると、レンズ群間での蛍光の光束径が大きいため、光学部材が大型化してしまう。
【００３９】
一方、条件式（１）の下限値を下回ると、蛍光の収斂状態が強すぎる。第１レンズ群９と第２レンズ群１３の間には、光学部材を配置するためにある程度の距離が必要であるが、収斂状態が強すぎると、レンズ群間に十分な距離を確保することが困難になる。
【００４０】
次に、多光子励起顕微鏡１が２光子励起顕微鏡として使用される場合の多光子励起顕微鏡１の作用について説明する。
レーザＬＳから射出される照明光である近赤外のレーザ光は、コレクタレンズ２、ガルバノミラー３、瞳投影レンズ４、結像レンズ５を介してミラーユニット６に入射し、ダイクロイックミラーＤＭ１を反射する。ダイクロイックミラーＤＭ１を反射したレーザ光は対物レンズＯＢ１により標本Ｓに集光する。
【００４１】
レーザ光の照射により標本Ｓでは２光子励起が生じ、レーザ光の集光位置からのみレーザ光の半波長よりも長い波長を有する蛍光が射出される。具体的には、射出される蛍光は、４００ｎｍから６００ｎｍ程度の波長の可視光である。
【００４２】
蛍光は、対物レンズＯＢ１及びダイクロイックミラーＤＭ１を通過して、ミラーＭに入射する。ミラーＭを反射した蛍光は、第１レンズ群９ａに入射する。
第１レンズ群９ａは、対物レンズＯＢ１の瞳Ｐ１を物点とする蛍光を収斂光に変換して射出する。第１レンズ群９ａから射出された蛍光は、ダイクロイックミラーＤＭ２を通過して、複数のミラーユニットへ入射する。複数のミラーユニットは、入射した蛍光を波長の異なる複数の蛍光に分割して射出する。複数のミラーユニットから射出された蛍光は、それぞれ異なる第２レンズ群１３に入射して、それぞれ異なる光検出器１４で検出される。
【００４３】
各光検出器１４で検出される蛍光は標本Ｓ上の集光位置から生じた蛍光であるため、多光子励起顕微鏡１は、ガルバノミラー３で標本Ｓを走査して、焦点面の各位置から生じる蛍光を検出する。これにより、標本Ｓの蛍光画像を生成する。
【００４４】
次に、多光子励起顕微鏡１の設定に応じて、非共焦点検出光学系を最適化する方法について、説明する。具体的には、対物レンズＯＢ１を対物レンズＯＢ２に交換する場合、標本Ｓの励起方法を２光子励起から３光子励起に変更する場合、第２の照明手段ＩＬ２で標本Ｓ全体を照明ながら、第１の照明手段ＩＬ１で標本Ｓに光刺激を与える場合について説明する。
【００４５】
対物レンズＯＢ１を対物レンズＯＢ２に交換する場合、図１に例示されるように、対物レンズＯＢの瞳径がφ１からφ２に変化する。また、対物レンズＯＢ１の瞳Ｐ１と対物レンズＯＢ２の瞳Ｐ２では、瞳位置も異なる。このため、対物レンズＯＢ１の瞳Ｐ１を光検出器１４に投影するように設計されている第１レンズ群９ａと第２レンズ群１３との組み合わせでは、対物レンズＯＢ２の瞳Ｐ２を光検出器１４に適切に投影することができない。
【００４６】
そこで、本実施例に係る多光子励起顕微鏡１は、第１レンズ群９ａを、第２レンズ群１３との組み合わせで対物レンズＯＢ２の瞳Ｐ２を光検出器１４に投影するように設計されている第１レンズ群９ｂに交換することで、非共焦点検出光学系を最適化する。これにより、多光子励起顕微鏡１は、対物レンズＯＢ２を使用した場合であっても、対物レンズＯＢ２の瞳Ｐ２を光検出器１４に適切に投影することが可能であり、良好な検出性能を維持することができる。
【００４７】
なお、第１レンズ群９ｂは、焦点距離が第１レンズ群９ａと異なってもよく、主平面の位置が第１レンズ群９ａと異なってもよい。
また、非共焦点検出光学系の第１レンズ群９の代わりに、第２レンズ群１３を交換してもよい。ただし、第２レンズ群１３は光検出器１４と同数だけ存在するので、第２レンズ群１３の交換は、第１レンズ群９の交換に比べて、最適化作業の負担が大きく、必要なレンズも多くなる。このため、複数ある光検出器１４に対応して複数に分岐する前の光路中にある第１レンズ群９を交換して、非共焦点検出光学系を最適化することが望ましい。
【００４８】
また、第１レンズ群９ａが光軸方向に移動可能に配置されている場合には、第１レンズ群９ａを第１レンズ群９ｂに交換する代わりに、第１レンズ群９ａを光軸方向に移動することで、対物レンズＯＢ２の瞳Ｐ２を光検出器１４に投影してもよい。この場合にも、多光子励起顕微鏡１は、条件式（１）を満たすことが望ましい。
【００４９】
標本Ｓの励起方法を２光子励起から３光子励起に変更すると、標本Ｓから生じる蛍光の波長はＵＶ域を含む。一般的なガラス材料からなる第１レンズ群９ａは、ＵＶ域の光の透過率が低いため、非共焦点検出光学系での蛍光の損失が大きくなる。
【００５０】
そこで、本実施例に係る多光子励起顕微鏡１は、第１レンズ群９ａを、ＵＶ域の光の透過率が高い材料からなる第１レンズ群９ｃに交換することで、非共焦点検出光学系を最適化する。これにより、多光子励起顕微鏡１は、３光子励起顕微鏡として使用する場合にも、蛍光を効率良く検出することができる。
【００５１】
なお、第１レンズ群９ｃには、ＵＶ域の透過率が高い反射防止膜がコーティングされていることが望ましい。また、非共焦点検出光学系に含まれるミラーユニットも必要に応じて交換してもよい。例えば、ＵＶ域の蛍光の検出に適したバリアフィルタやダイクロイックミラーを含むミラーユニットに交換してもよい。
【００５２】
第２の照明手段ＩＬ２で標本全体を照明ながら、第１の照明手段ＩＬ１で標本Ｓに光刺激を与える場合、第２の照明手段ＩＬ２から射出される照明光は、第１レンズ群９ａを介して標本Ｓに照射される。第２の照明手段ＩＬ２による照明では、標本Ｓ上での各励起波長における照明むらを抑えるために色収差を良好に補正することが要求される。しかし、第１レンズ群９ａは、第２レンズ群１３との組み合わせで、ある程度の大きさを有する光検出器１４の受光部に蛍光を入射させるように設計されているだけであり、高精度の収差補正機能を有していない。
【００５３】
そこで、本実施例に係る多光子励起顕微鏡１は、第１レンズ群９ａを、色収差を良好に補正することができる接合レンズからなる第１レンズ群９ｄに交換することで、非共焦点検出光学系を最適化する。これにより、多光子励起顕微鏡１は、照明むらを抑えた第２の照明手段ＩＬ２による良好な照明と、光検出器１４による蛍光の検出とを、両立させることができる。
【００５４】
なお、第１レンズ群９ｄは、第１レンズ群９ａと同じ焦点距離を有してもよい。また、接眼部８で標本Ｓを観察するために、ミラーＭの代わりに照明光を反射し蛍光を透過するダイクロイックミラーをミラーユニット７内に配置する場合、さらに、バリアフィルタをミラーユニット７内に配置して、接眼部８へのレーザ光の入射を防止することが望ましい。
【００５５】
以上、本実施例によれば、第１レンズ群を交換することで、多光子励起顕微鏡１の設定に応じて、非共焦点検出光学系を最適化することができる。
なお、ここでは、多光子励起顕微鏡１の設定が変化する例として、多光子励起顕微鏡１の対物レンズの交換、励起方法の変更、照明方法の変更を例示したが、特にこれに限られない。多光子励起顕微鏡１の任意の設定変更に応じて第１レンズ群を交換して、非共焦点検出光学系を最適化してもよい。
【実施例２】
【００５６】
図２は、本実施例に係る非共焦点検出光学系を含む多光子励起顕微鏡の構成を例示する概略図である。なお、図２に例示される多光子励起顕微鏡１７では、図１に例示される多光子励起顕微鏡１と同様の構成要素に、同一符号が付されている。
【００５７】
図２に例示される多光子励起顕微鏡１７は、非共共焦点検出光学系が回転軸ＲＸ周りに回転するターレット１８と第１レンズ群（第１レンズ群９ａ、第１レンズ群９ｄ）毎に設けられたミラーユニット（ミラーユニット７、ミラーユニット１９）とを含む点と、対物レンズＯＢ１及び対物レンズＯＢ２がレボルバ２０に装着されている点が、図１に例示される多光子励起顕微鏡１と異なっている。
【００５８】
ターレット１８上には、複数の第１レンズ群と、複数のミラーユニットが配置されている。また、第１レンズ群と対応するミラーユニットは一体としてターレット１８に配置されている。このため、ターレット１８の回転により、第１レンズ群とミラーユニットは、同時に交換される。即ち、ターレット１８は、第１レンズ群を交換する光学素子変更手段であり、非共共焦点検出光学系は、光学素子変更手段により第１レンズ群とミラーユニットを同時に交換することができる。
【００５９】
なお、図２では、２つの第１レンズ群が例示されているが、特にこれに限られない。ターレット１８上には、３つの以上の第１レンズ群が配置されてもよい。また、図２では、２つのミラーユニットが例示されているが、特にこれに限られない。ターレット１８上には、３つの以上のミラーユニットが配置されてもよい。
【００６０】
第１の照明手段ＩＬ１のみを用いて標本Ｓを照明する場合、ターレット１８を回転させて、第１レンズ群９ａ及びミラーユニット７を光軸ＡＸ上に配置すればよい。
これにより、第１レンズ群９ａ及び第２レンズ群１３の組み合わせを用いて、対物レンズＯＢ１の瞳Ｐ１を光検出器１４に適切に投影することができる。また、ミラーユニット７に含まれるミラーＭがすべての蛍光を反射することで、より多くの蛍光を光検出器１４で検出することができる。
【００６１】
第２の照明手段ＩＬ２で標本Ｓ全体を照明しながら、第１の照明手段ＩＬ１で標本Ｓに光刺激を与える場合、ターレット１８を回転させて、第１レンズ群９ｄとミラーユニット１９を光軸ＡＸ上に配置すればよい。
【００６２】
これにより、第２の照明手段ＩＬ２から射出される照明光は、接合レンズからなる第１レンズ群９ｄを介して標本Ｓに照射される。このため、標本Ｓでの各励起波長における照明むらを抑えることができる。また、標本Ｓからの蛍光は、ミラーユニット１９に含まれるハーフミラーＨＭにより、分割されて接眼部８と光検出器１４の両方に導かれるため、接眼部８での観察と光検出器１４での検出を両立することができる。さらに、ミラーユニット１９内には、バリアフィルタＦ６が含まれているため、接眼部８へのレーザ光の入射を防止して、安全に標本Ｓを観察することができる。
【００６３】
なお、光検出器１４での検出が不要な場合には、ミラーユニット１９は、ハーフミラーＨＭの代わりに、照明光を反射し蛍光を透過するダイクロイックミラーを含むことが望ましい。
【００６４】
以上、本実施例によっても、実施例１と同様に、第１レンズ群を交換することで、多光子励起顕微鏡１の設定に応じて、非共焦点検出光学系を最適化することができる。また、ターレット１８上に第１レンズ群が配置されているため、ターレット１８の回転により容易に非共焦点検出光学系を最適化することができる。また、ターレット１８上に第１レンズ群とともにミラーユニットが配置されているため、ターレット１８の回転により第１レンズ群とミラーユニットを同時に交換することができる。このため、さらに容易に非共焦点検出光学系を最適化することができる。
【００６５】
なお、ターレット１８は、レボルバ２０と連動して動作してもよい。これにより、対物レンズＯＢ１から対物レンズＯＢ２への交換に応じて、レボルバ２０に連動してターレット１８が自動的に回転することで、非共焦点検出光学系を最適化することができる。また、ターレット１８は、多光子励起顕微鏡１７の設定に応じて、自動的に非共焦点検出光学系を最適化するために、多光子励起顕微鏡１７の他の構成要素と連動して動作してもよい。また、図２では、光学素子変更手段としてターレット１８が例示されているが、特にこれに限られない。非共焦点検出光学系は、例えば、ターレット１８の代わりにスライダ方式で第１レンズ群を交換する光学素子変更手段を含んでもよい。
【符号の説明】
【００６６】
１、１７・・・多光子励起顕微鏡
２・・・コレクタレンズ
３・・・ガルバノミラー
４・・・瞳投影レンズ
５・・・結像レンズ
６、７、１０、１１、１２、１９・・・ミラーユニット
８・・・接眼部
９、９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄ、９ｅ・・・第１レンズ群
１３、１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄ・・・第２レンズ群
１４、１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄ・・・光検出器
１５・・・光源
１６・・・照明レンズ
１８・・・ターレット
２０・・・レボルバ
Ｓ・・・標本
ＯＢ、ＯＢ１、ＯＢ２・・・対物レンズ
Ｐ、Ｐ１、Ｐ２・・・瞳
ＩＬ１・・・第１の照明手段
ＩＬ２・・・第２の照明手段
ＬＳ・・・レーザ
Ｍ・・・ミラー
ＨＭ・・・ハーフミラー
ＤＭ１、ＤＭ２、ＤＭ３、ＤＭ４、ＤＭ５・・・ダイクロイックミラー
Ｆ３、Ｆ４、Ｆ５、Ｆ６・・・バリアフィルタ
ＡＸ・・・光軸
ＲＸ・・・回転軸
【特許請求の範囲】
【請求項１】
対物レンズの瞳を光検出器に投影する非共焦点検出光学系であって、
交換可能に配置される第１レンズ群と、
前記第１レンズ群と前記光検出器の間に配置される第２レンズ群と、を含む
ことを特徴とする非共焦点検出光学系。
【請求項２】
請求項１に記載の非共焦点検出光学系において、さらに、
前記第１レンズ群と前記第２レンズ群の間に配置される光路分割素子を含む
ことを特徴とする非共焦点検出光学系。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の非共焦点検出光学系において、さらに、
前記第１レンズ群を交換する光学素子変更手段を含む
ことを特徴とする非共焦点検出光学系。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の非共焦点検出光学系において、
複数の前記第１レンズ群が前記光学素子変更手段に配置される
ことを特徴とする非共焦点検出光学系。
【請求項５】
請求項４に記載の非共焦点検出光学系において、さらに、
前記光学素子変更手段に配置されたミラーユニットを含み、
前記第１レンズ群は、前記光学素子変更手段により前記ミラーユニットとともに交換される
ことを特徴とする非共焦点検出光学系。
【請求項６】
照明光を射出する光源と、
前記照明光を標本に照射する対物レンズと、
請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の非共焦点検出光学系と、
前記標本から射出される蛍光を検出する光検出器と、を含む
ことを特徴とする多光子励起顕微鏡。
【請求項７】
請求項６に記載の多光子励起顕微鏡において、
前記第１レンズ群の焦点距離をｆ１とし、前記対物レンズの瞳位置から前記第１レンズ群の主平面までの光軸に沿った距離をｄ１とするとき、以下の条件式
０．６２＜ｆ１／ｄ１＜０．８４
を満たす
ことを特徴とする多光子励起顕微鏡。
【請求項８】
請求項６または請求項７に記載の多光子励起顕微鏡において、
前記第１レンズ群は、前記対物レンズの交換に応じて交換される
ことを特徴とする多光子励起顕微鏡。
【請求項９】
請求項６または請求項７に記載の多光子励起顕微鏡において、
前記第１レンズ群は、前記蛍光の波長に応じて交換される
ことを特徴とする多光子励起顕微鏡。
【請求項１０】
請求項６または請求項７に記載の多光子励起顕微鏡において、
前記第１レンズ群は、前記標本に至る前記照明光の光路に応じて交換される
ことを特徴とする多光子励起顕微鏡。
【請求項１１】
対物レンズの瞳を光検出器に投影する非共焦点検出光学系であって、
光軸方向に移動可能に配置される第１レンズ群と、
前記第１レンズ群と前記光検出器の間に配置される第２レンズ群と、を含む
ことを特徴とする非共焦点検出光学系。
【請求項１２】
請求項１１に記載の非共焦点検出光学系において、さらに、
前記第１レンズ群と前記第２レンズ群の間に配置される光路分割素子を含む
ことを特徴とする非共焦点検出光学系。
【請求項１３】
照明光を射出する光源と、
前記照明光を標本に照射する対物レンズと、
請求項１１または請求項１２に記載の非共焦点検出光学系と、
前記標本から射出される蛍光を検出する光検出器と、を含む
ことを特徴とする多光子励起顕微鏡。
【請求項１４】
請求項１３に記載の多光子励起顕微鏡において、
前記第１レンズ群の焦点距離をｆ１とし、前記対物レンズの瞳位置から前記第１レンズ群の主平面までの光軸に沿った距離をｄ１とするとき、以下の条件式
０．６２＜ｆ１／ｄ１＜０．８４
を満たす
ことを特徴とする多光子励起顕微鏡。
【請求項１】
対物レンズの瞳を光検出器に投影する非共焦点検出光学系であって、
交換可能に配置される第１レンズ群と、
前記第１レンズ群と前記光検出器の間に配置される第２レンズ群と、を含む
ことを特徴とする非共焦点検出光学系。
【請求項２】
請求項１に記載の非共焦点検出光学系において、さらに、
前記第１レンズ群と前記第２レンズ群の間に配置される光路分割素子を含む
ことを特徴とする非共焦点検出光学系。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の非共焦点検出光学系において、さらに、
前記第１レンズ群を交換する光学素子変更手段を含む
ことを特徴とする非共焦点検出光学系。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の非共焦点検出光学系において、
複数の前記第１レンズ群が前記光学素子変更手段に配置される
ことを特徴とする非共焦点検出光学系。
【請求項５】
請求項４に記載の非共焦点検出光学系において、さらに、
前記光学素子変更手段に配置されたミラーユニットを含み、
前記第１レンズ群は、前記光学素子変更手段により前記ミラーユニットとともに交換される
ことを特徴とする非共焦点検出光学系。
【請求項６】
照明光を射出する光源と、
前記照明光を標本に照射する対物レンズと、
請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の非共焦点検出光学系と、
前記標本から射出される蛍光を検出する光検出器と、を含む
ことを特徴とする多光子励起顕微鏡。
【請求項７】
請求項６に記載の多光子励起顕微鏡において、
前記第１レンズ群の焦点距離をｆ１とし、前記対物レンズの瞳位置から前記第１レンズ群の主平面までの光軸に沿った距離をｄ１とするとき、以下の条件式
０．６２＜ｆ１／ｄ１＜０．８４
を満たす
ことを特徴とする多光子励起顕微鏡。
【請求項８】
請求項６または請求項７に記載の多光子励起顕微鏡において、
前記第１レンズ群は、前記対物レンズの交換に応じて交換される
ことを特徴とする多光子励起顕微鏡。
【請求項９】
請求項６または請求項７に記載の多光子励起顕微鏡において、
前記第１レンズ群は、前記蛍光の波長に応じて交換される
ことを特徴とする多光子励起顕微鏡。
【請求項１０】
請求項６または請求項７に記載の多光子励起顕微鏡において、
前記第１レンズ群は、前記標本に至る前記照明光の光路に応じて交換される
ことを特徴とする多光子励起顕微鏡。
【請求項１１】
対物レンズの瞳を光検出器に投影する非共焦点検出光学系であって、
光軸方向に移動可能に配置される第１レンズ群と、
前記第１レンズ群と前記光検出器の間に配置される第２レンズ群と、を含む
ことを特徴とする非共焦点検出光学系。
【請求項１２】
請求項１１に記載の非共焦点検出光学系において、さらに、
前記第１レンズ群と前記第２レンズ群の間に配置される光路分割素子を含む
ことを特徴とする非共焦点検出光学系。
【請求項１３】
照明光を射出する光源と、
前記照明光を標本に照射する対物レンズと、
請求項１１または請求項１２に記載の非共焦点検出光学系と、
前記標本から射出される蛍光を検出する光検出器と、を含む
ことを特徴とする多光子励起顕微鏡。
【請求項１４】
請求項１３に記載の多光子励起顕微鏡において、
前記第１レンズ群の焦点距離をｆ１とし、前記対物レンズの瞳位置から前記第１レンズ群の主平面までの光軸に沿った距離をｄ１とするとき、以下の条件式
０．６２＜ｆ１／ｄ１＜０．８４
を満たす
ことを特徴とする多光子励起顕微鏡。
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開２０１１−２４２５３２（Ｐ２０１１−２４２５３２Ａ）
【公開日】平成２３年１２月１日（２０１１．１２．１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１１３３８０（Ｐ２０１０−１１３３８０）
【出願日】平成２２年５月１７日（２０１０．５．１７）
【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１日（２０１１．１２．１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年５月１７日（２０１０．５．１７）
【出願人】（００００００３７６）オリンパス株式会社 (11,466)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]