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技術 フォーカシング光学系を有する光学系およびこれを用いたレーザ顕微鏡装置

出願人 オリンパス株式会社
発明者 林真市瀧本真一
出願日 2007年8月31日 (12年3ヶ月経過) 出願番号 2007-226194
公開日 2009年3月19日 (10年8ヶ月経過) 公開番号 2009-058776
状態 未査定
技術分野 顕微鏡、コンデンサー レンズ系
主要キーワード 偏心角度 移動距離δ 調整ビーム 標本情報 変位量δ ジンバルミラー ケプラー 調整ミラー
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重要な関連分野

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図面 (14)

課題

瞳位置の調整のための機械的に複雑な構成を必要とせずに簡単な構成で、フォーカシングを容易に行うことができるフォーカシング光学系を有する光学系およびこれを用いたレーザ顕微鏡を提供する。

解決手段

光学系を構成するレンズ光学系のうち少なくとも1つは、光軸方向の位置が固定された固定群13と、この固定群13の前側に配置され光軸方向に移動可能な移動群12との2つのレンズ群とを有し、移動群の前側焦点位置より移動群の焦点距離に相当する長さだけさらに前側の位置に、入射瞳位置を設定したフォーカシング光学系4とする。

概要

背景

レーザ顕微鏡等の照明光学系においては、複数のレンズ光学系を、その各レンズ光学系の瞳を対物レンズ入射瞳を起点として、繋ぎ合わせて全体の光学系を構成している。より具体的には、隣接するレンズ光学系の間で、入射側に位置するレンズ光学系の射出瞳出射側に位置するレンズ光学系の入射瞳とを一致させるようにして光学系を構成しているとともに、この瞳位置ガルバノミラーなどの光軸変位させる偏向光学素子を配置するようにしている。このような構成にすることによって、偏向光学素子によってレーザ光の向きを変位させても、レーザ光が対物レンズの瞳から外れることがないという点で利点がある。

また、この瞳の繋ぎ合わせによる光学系の構成は光学系の調整を行ううえでも有利である。たとえば、光学機器に外部からレーザ光を導入するための光軸合わせのために、光学機器内部の入射瞳を瞳投影光学系により光学機器の外部に投影し、その投影された外部瞳の光軸にレーザ光の光軸を略一致させることによって、外部から光学機器内部へ導入するレーザ光の光軸合わせを行うようにしたものが知られている(例えば、特許文献1参照)。

一方、レーザ顕微鏡等においては、レーザ光源からのレーザ光を、フォーカシングビームエキスパンダを用いてビーム径を拡大して、対物レンズの入射瞳を満たすようにして顕微鏡に入射させることが多い。このようなフォーカシングビームエキスパンダとして、従来、図12(a)に示すような2枚の凸レンズL1,L2をアフォーカルに構成したケプラータイプや、図12(b)に示すような1組の凹レンズL1’および凸レンズL2をアフォーカルに構成したガリレオタイプの4f光学系が知られている。

図12(a),(b)に示すフォーカシングビームエキスパンダでは、入射側のレンズL1,L1’を光軸方向に移動させることにより、出射側のレンズL2を透過する光束の状態を変化させて、フォーカシングを行うことができる。

特開第2006−292782号公報

概要

瞳位置の調整のための機械的に複雑な構成を必要とせずに簡単な構成で、フォーカシングを容易に行うことができるフォーカシング光学系を有する光学系およびこれを用いたレーザ顕微鏡を提供する。 光学系を構成するレンズ光学系のうち少なくとも1つは、光軸方向の位置が固定された固定群13と、この固定群13の前側に配置され光軸方向に移動可能な移動群12との2つのレンズ群とを有し、移動群の前側焦点位置より移動群の焦点距離に相当する長さだけさらに前側の位置に、入射瞳位置を設定したフォーカシング光学系4とする。

目的

したがって、かかる点に着目してなされた本発明の目的は、瞳位置の調整のための機械的に複雑な構成を必要とせずに簡単な構成で、フォーカシングを容易に行うことができるフォーカシング光学系を有する光学系およびこれを用いたレーザ顕微鏡を提供することにある。

効果

実績

技術文献被引用数
6件
牽制数
5件

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請求項1

複数のレンズ光学系を有し、隣接するレンズ光学系について、光の入射方向から見て前側に位置する前記レンズ光学系の射出瞳、および、後側に位置する前記レンズ光学系の入射瞳を、光学的に一致させるようにした光学系において、前記複数のレンズ光学系のうち少なくとも1つは、光軸方向の位置が固定された固定群と、該固定群の前側に配置され光軸方向に移動可能な移動群との2つのレンズ群とを有し、前記移動群の前側焦点位置より前記移動群の焦点距離に相当する長さだけさらに前側の位置に、入射瞳位置を設定したフォーカシング光学系をもって構成したことを特徴とする光学系。

請求項2

記入瞳位置またはその共役位置光学素子を配置したことを特徴とする請求項1に記載の光学系。

請求項3

複数のレンズ光学系を有し、隣接するレンズ光学系について、光の入射方向から見て前側に位置する前記レンズ光学系の射出瞳、および、後側に位置する前記レンズ光学系の入射瞳を、光学的に一致させるようにした光学系において、前記複数のレンズ光学系のうち少なくとも1つは、光軸方向の位置が固定された固定群と、該固定群の後側に配置され光軸方向に移動可能な移動群との2つのレンズ群とを有し、前記移動群の後側焦点位置より前記移動群の焦点距離に相当する長さだけさらに後側の位置に、射出瞳位置を設定したフォーカシング光学系をもって構成したことを特徴とする光学系。

請求項4

前記射出瞳位置またはその共役位置に光学素子を配置することを特徴とする請求項3に記載の光学系。

請求項5

前記光学素子は、光路の傾きを変化させるミラーであることを特徴とする請求項2または4に記載の光学系。

請求項6

前記光学素子は、通過する光の径を調整する絞りであることを特徴とする請求項2または4に記載の光学系。

請求項7

前記光学素子は、2つの光路を空間的に同軸に重ね合わせるためのビームスプリッタであることを特徴とする請求項2または4に記載の光学系。

請求項8

前記光学素子は、瞳を2分割するためのプリズムであることを特徴とする請求項2または4に記載の光学系。

請求項9

前記固定群を前記フォーカシング光学系の射出瞳位置と一致させて配置し、前記移動群の光軸に垂直な平面内で前記固定群を移動可能に構成したことを特徴とする請求項1に記載の光学系。

請求項10

請求項1〜9のいずれか一項に記載の光学系を含むレーザ顕微鏡

請求項11

前記レーザ顕微鏡は、多光子励起蛍光顕微鏡であることを特徴とする請求項10に記載のレーザ顕微鏡。

請求項12

前記レーザ顕微鏡は、二波長励起顕微鏡であることを特徴とする請求項10に記載のレーザ顕微鏡。

技術分野

0001

本発明は、フォーカシング光学系を有する光学系およびこれを用いたレーザ顕微鏡装置に関するものである。

背景技術

0002

レーザ顕微鏡等の照明光学系においては、複数のレンズ光学系を、その各レンズ光学系の瞳を対物レンズ入射瞳を起点として、繋ぎ合わせて全体の光学系を構成している。より具体的には、隣接するレンズ光学系の間で、入射側に位置するレンズ光学系の射出瞳出射側に位置するレンズ光学系の入射瞳とを一致させるようにして光学系を構成しているとともに、この瞳位置ガルバノミラーなどの光軸変位させる偏向光学素子を配置するようにしている。このような構成にすることによって、偏向光学素子によってレーザ光の向きを変位させても、レーザ光が対物レンズの瞳から外れることがないという点で利点がある。

0003

また、この瞳の繋ぎ合わせによる光学系の構成は光学系の調整を行ううえでも有利である。たとえば、光学機器に外部からレーザ光を導入するための光軸合わせのために、光学機器内部の入射瞳を瞳投影光学系により光学機器の外部に投影し、その投影された外部瞳の光軸にレーザ光の光軸を略一致させることによって、外部から光学機器内部へ導入するレーザ光の光軸合わせを行うようにしたものが知られている(例えば、特許文献1参照)。

0004

一方、レーザ顕微鏡等においては、レーザ光源からのレーザ光を、フォーカシングビームエキスパンダを用いてビーム径を拡大して、対物レンズの入射瞳を満たすようにして顕微鏡に入射させることが多い。このようなフォーカシングビームエキスパンダとして、従来、図12(a)に示すような2枚の凸レンズL1,L2をアフォーカルに構成したケプラータイプや、図12(b)に示すような1組の凹レンズL1’および凸レンズL2をアフォーカルに構成したガリレオタイプの4f光学系が知られている。

0005

図12(a),(b)に示すフォーカシングビームエキスパンダでは、入射側のレンズL1,L1’を光軸方向に移動させることにより、出射側のレンズL2を透過する光束の状態を変化させて、フォーカシングを行うことができる。

0006

特開第2006−292782号公報

発明が解決しようとする課題

0007

しかしながら、上述したフォーカシングビームエキスパンダのような4f光学系においては、一般に、入射側レンズ前側焦点位置入射瞳位置EnPを、出射側レンズ後側焦点位置に射出瞳位置ExPを設定している。なお、入射側レンズが凹レンズの場合、その前側焦点位置は前方からの見かけ上入射側レンズよりも後方にあり、そこを入射瞳位置EnPと設定する。このため、移動群を光軸方向にずらすと、これに伴って射出瞳位置も移動して、その後の光学系において瞳の繋ぎ合わせにずれが生じ、その結果、レーザ光のケラレが生じて、光量の損失コントラストの低下、照明むらなどが発生することになる。

0008

これを防止するためには、偏向光学素子の位置を調整する位置調整機構を設けて、瞳位置の移動とともに偏向光学素子を移動させなければならず、構成が複雑になるという問題がある。

0009

したがって、かかる点に着目してなされた本発明の目的は、瞳位置の調整のための機械的に複雑な構成を必要とせずに簡単な構成で、フォーカシングを容易に行うことができるフォーカシング光学系を有する光学系およびこれを用いたレーザ顕微鏡を提供することにある。

課題を解決するための手段

0010

上記目的を達成する請求項1に記載の光学系の発明は、
複数のレンズ光学系を有し、隣接するレンズ光学系について、光の入射方向から見て前側に位置する前記レンズ光学系の射出瞳、および、後側に位置する前記レンズ光学系の入射瞳を、光学的に一致させるようにした光学系において、
前記複数のレンズ光学系のうち少なくとも1つは、光軸方向の位置が固定された固定群と、該固定群の前側に配置され光軸方向に移動可能な移動群との2つのレンズ群とを有し、前記移動群の前側焦点位置より前記移動群の焦点距離に相当する長さだけさらに前側の位置に、入射瞳位置を設定したフォーカシング光学系をもって構成したことを特徴とするものである。

0011

請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の光学系において、
記入射瞳位置またはその共役位置光学素子を配置したことを特徴とするものである。

0012

さらに、上記目的を達成する請求項3に記載の光学系の発明は、
複数のレンズ光学系を有し、隣接するレンズ光学系について、光の入射方向から見て前側に位置する前記レンズ光学系の射出瞳、および、後側に位置する前記レンズ光学系の入射瞳を、光学的に一致させるようにした光学系において、
前記複数のレンズ光学系のうち少なくとも1つは、光軸方向の位置が固定された固定群と、該固定群の後側に配置され光軸方向に移動可能な移動群との2つのレンズ群とを有し、前記移動群の後側焦点位置より前記移動群の焦点距離に相当する長さだけさらに後側の位置に、入射瞳位置を設定したフォーカシング光学系をもって構成したことを特徴とするものである。

0013

請求項4に記載の発明は、請求項3に記載の光学系において、
前記射出瞳位置またはその共役位置に光学素子を配置することを特徴とするものである。

0014

請求項5に記載の発明は、請求項2または4に記載の光学系において、
前記光学素子は、光路の傾きを変化させるミラーであることを特徴とするものである。

0015

請求項6に記載の発明は、請求項2または4に記載の光学系において、
前記光学素子は、通過する光の径を調整する絞りであることを特徴とするものである。

0016

請求項7に記載の発明は、請求項2または4に記載の光学系において、
前記光学素子は、2つの光路を空間的に同軸に重ね合わせるためのビームスプリッタであることを特徴とするものである。

0017

請求項8に記載の発明は、請求項2または4に記載の光学系において、
前記光学素子は、瞳を2分割するためのプリズムであることを特徴とするものである。

0018

請求項9に記載の発明は、請求項1に記載の光学系において、
前記固定群を前記フォーカシング光学系の射出瞳位置と一致させて配置し、前記移動群の光軸に垂直な平面内で前記固定群を移動可能に構成したことを特徴とするものである。

0019

さらに、上記目的を達成する請求項10に記載のレーザ顕微鏡の発明は、
請求項1〜9のいずれか一項に記載の光学系を含むことを特徴とするものである。

0020

請求項11に記載の発明は、請求項10に記載のレーザ顕微鏡において、
前記レーザ顕微鏡は、多光子励起蛍光顕微鏡であることを特徴とするものである。

0021

請求項12に記載の発明は、請求項10に記載のレーザ顕微鏡において、
前記レーザ顕微鏡は、二波長励起顕微鏡であることを特徴とするものである。

発明の効果

0022

本発明によれば、光学系を構成するレンズ光学系のうち少なくとも1つは、光軸方向の位置が固定された固定群と、この固定群の前側に配置され光軸方向に移動可能な移動群との2つのレンズ群とを有し、移動群の前側焦点位置より移動群の焦点距離に相当する長さだけさらに前側の位置に、入射瞳位置またはその共役位置を設定したフォーカシング光学系としたので、瞳位置の調整のための機械的に複雑な構成を必要とせずに簡単な構成で、フォーカシングを容易に行うことができる。

発明を実施するための最良の形態

0023

以下、本発明の実施の形態について、図を参照して説明する。

0024

[第1実施の形態]
図1は、本発明の第1実施の形態に係るレーザ顕微鏡を示す概略構成図である。本実施の形態に係るレーザ顕微鏡は、レーザ光源1から射出したレーザ光を、ミラー2を経て光軸傾き調整ミラー3に入射させ、さらに、フォーカシング位置を調整するためのフォーカシング光学系4および4f光学系である瞳投影光学系5を経て、レーザ顕微鏡本体6に入射させるように構成している。レーザ顕微鏡本体6では、瞳投影光学系5からの入射光をガルバノミラー7、瞳レンズ9、結像レンズ10および対物レンズ11を経てこの標本8に集光させるようにしている。ここで、ガルバノミラー7は標本8上の一定の視野範囲を2次元走査するためのミラーである。また、光軸傾き調整ミラー3は、ミラー中心を回転の中心とするジンバルミラーであり、ガルバノミラー7に入射するレーザビームの角度を変化させて、標本8上で観察できる視野範囲の位置(以下、視野位置と呼ぶ)を調整するためのものである。さらに、瞳レンズ9と結像レンズ10とは、アフォーカル光学系を形成し、ガルバノミラー7を対物レンズ11の入射瞳位置に所定の倍率で投影している。

0025

以下に、図1のフォーカシング光学系4について、図2に示す部分拡大図を用いて説明する。このフォーカシング光学系4は、ケプラータイプの光学系において、レーザ光源1側(以下、これを前側とする)のレンズ群をフォーカシング操作のための移動群12とし、標本8側(以下、これを後側とする)のレンズ群を固定群13とするものである。移動群12および固定群13は、正の焦点距離を有し、薄肉レンズ近似でそれぞれ焦点距離f1およびf2の凸レンズとして扱うことができる。この例では、移動群12と固定群13との間隔はf1+f2であり、また、移動群12の前側焦点位置から移動群12の焦点距離f1に相当する距離だけ前側の位置、すなわち移動群12から2f1間隔を隔てて前側の位置に入射瞳位置EnPを設定する。このようにすると、移動群12によるEnPの投影位置、すなわち、移動群12から後側に2f1間隔を隔てた位置が中間瞳位置Pとなり、これが固定群13によって投影される位置が射出瞳位置ExPとなる。本実施の形態の構成では、ExPは移動群12と固定群13との間に形成される。

0026

つぎに、本実施の形態の作用について説明する。図3(a)は、フォーカシング光学系4の移動群12の入射瞳位置と中間瞳位置との関係を示す説明図である。図3(a)において、移動群12から前側に距離aを隔てた位置に入射瞳位置EnPがあり、また移動群12から後側に距離bを隔てた位置に移動群12の射出瞳位置でもある中間瞳位置Pがあるものとする。入射瞳位置と射出瞳位置とは共役の関係にあるため、下記の式(1)が成立し、この式(1)から式(2)が得られる。

0027

0028

次に、フォーカシング光学系4の移動群12を図3(a)の状態から、図3(b)に示すように光軸方向に距離xだけ移動させた場合について説明する。この場合、中間瞳位置Pの変位量をdとすると、下記の式(3)が成立し、この式(3)と上記式(2)とから、xの移動量に対するdの変位量を示す式(4)が得られる。

0029

0030

上記式(4)から、移動群12の移動量xが小さければ、a=2f1が成立するときに中間瞳位置Pの変位量dは極めて小さく抑制される。すなわち、入射瞳位置EnPが、移動群12の2f1前側にあるときは、移動群12の光軸方向の位置が変位しても、中間瞳位置Pは殆ど変位しないことになる。

0031

また、図2のフォーカシング光学系4の射出瞳位置ExPは、射出側レンズ群である固定群13による中間瞳位置Pの投影位置である。したがって、射出瞳位置ExPの変位量δは、中間瞳位置Pの変位がほぼ0であれば、ほとんど0となる。以下、これについて証明する。

0032

まず、図2において、中間瞳位置Pの移動群12からの距離b1は、上記式(1)において、a=2f1+x,b=b1とおくことによって次のように表される。

0033

0034

さらに、固定群13による中間瞳位置Pの投影位置ExPの移動距離δは、上記式(1)において、a→(f1+f2)−x−b1,f1→f2と置き換えることによって、次のように表される。

0035

0036

つぎに、比較のために、従来の4f光学系について説明する。図4は、従来のケプラータイプのフォーカシングビームエキスパンダにおけるレンズと入射瞳および射出瞳の位置関係を示すものである。図4において、δ’はレンズL1の移動量xに対する射出瞳の変位量である。レンズL1による入射瞳位置EnPの投影位置のレンズL1からの距離をb1とすると、上記式(1)から下記の数式が成り立つ。

0037

0038

また、レンズL2による射出瞳位置ExPの変位量δ’は、上記式(1)において、a→(f1+f2)−x−b1,b→f2+δ’,f1→f2と置き換えることによって、下記の式(6)のように表される。

0039

0040

図5は、上記式(5)および(6)から得られる移動群の変位量xに対する、フォーカシング光学系4の射出瞳位置の変位量δ、および、従来例のケプラータイプの4f光学系における射出瞳位置の変位量δ’とを比較して示す図である。ここでは、f1=100mm,f2=200mmとしている。図5から明らかなように、焦点位置調節幅±0.1レンズ度数(dioptor)に必要なレンズ移動量xに対して、従来技術のケプラータイプの4f光学系では、射出瞳位置の変位量δ’は、30mm以上ときわめて大きい。これに対して、本実施の形態にかかるフォーカシング光学系4では、射出瞳位置の変位量δは、1mm程度と極めて小さくすることができる。

0041

なお、フォーカシング光学系4としては、ガリレオタイプの光学系とすることもできる。この場合は、図6に示すように、前側のレンズ群を負の焦点距離(f1’)を有する固定群14とし、後側のレンズ群をフォーカシング操作を行うための正の焦点距離(f2)を有する移動群15とする。また、移動群15の後側焦点位置から移動群の焦点距離に相当する距離だけ後側に、射出瞳位置ExPを設定する。これは、薄肉レンズ近似では、射出側の移動群15から2f2だけ後側の位置となる。この場合も、図2のケプラータイプの光学系と同様の算式により、移動群15をフォーカシングのために光軸方向に移動させても、射出瞳位置ExPの変位量を極めて小さくすることができる。

0042

次に、以上を踏まえて、本実施の形態のレーザ顕微鏡における照明光学系の瞳位置の配置について、図1を用いてさらに説明する。まず、光軸傾き調整ミラー3の中心をフォーカシング光学系4の入射瞳位置EnPと一致するように配置する。また、フォーカシング光学系4の射出瞳位置ExPは、焦点距離の等しいレンズ16,17を有する4f瞳投影光学系5の入射瞳位置に一致させる。さらに、瞳投影光学系5の射出瞳位置は、ガルバノミラー7の回動中心と一致させる。これによって、光軸傾き調整ミラー3とガルバノミラー7とは共役関係となる。さらに、瞳レンズ9および結像レンズ10によって、ガルバノミラー7の中心位置は対物レンズ11の入射瞳位置と共役の関係となるように構成する。なお、レンズ16とレンズ17との焦点距離の比率を変えることにより、光軸傾き調整ミラー3のガルバノミラー7への投影倍率を調整できることは、言うまでもない。

0043

次に、本実施の形態に係るレーザ顕微鏡の動作について説明する。レーザ光源1よりレーザ光を射出すると、このレーザ光は、ミラー2、光軸傾き調整ミラー3、フォーカシング光学系4、瞳投影光学系5を経て、レーザ顕微鏡本体6のガルバノミラー7に入射する。さらに、ガルバノミラー7で顕微鏡内に導入されたレーザ光は、瞳レンズ9、結像レンズ10および対物レンズ11を経て標本8に集光される。標本8においてレーザ光が照射された位置からは、標本情報を含む信号光が発生する。この信号光は、図示しない検出手段により検出される。このレーザ光の照射においては、ガルバノミラー7を走査することによって、所定の視野範囲について標本8を走査し、検出した信号情報を図示しない画像処理手段によって処理することによって、顕微鏡画像を形成する。

0044

次に、本実施の形態に係るレーザ顕微鏡によって観察する視野位置を変更する方法について説明する。視野位置の変更は、光軸傾き調整ミラー3の傾きを調整することによって行う。これによって、光軸傾き調整ミラー3を出射するレーザ光の傾きは変化するが、瞳位置に配置されたガルバノミラー7を経由して対物レンズ11の入射瞳を透過し、異なる視野位置を照射する。このとき、光軸傾き調整ミラー3、ガルバノミラー7および対物レンズ11の入射瞳との共役関係が保たれるため、光束のケラレが生じないので、光量の損失や照明むらは生じない。

0045

つぎに、標本8におけるレーザビームの集光高さであるフォーカシング位置の調整について説明する。フォーカシング光学系4の移動群12を光軸方向へ移動調整する。これによって、レーザ光源1からミラー2および光軸傾き調整ミラー3を経てフォーカシング光学系4に入射したレーザ光は、移動群12において、収束角または発散角が変更される。その後、このレーザ光は、瞳投影光学系5、ガルバノミラー7、瞳レンズ9、結像レンズ10を経て対物レンズ11の入射瞳を透過し標本8を照射するが、前述の収束角または発散角の変化は、それぞれの光路におけるレーザ光の収束角または発散角の変化として伝播し、標本8上におけるフォーカシング位置を変化させる。

0046

このとき、光軸傾きミラー3の中心位置とガルバノミラー7の中心位置および対物レンズ11の入射瞳位置とは共役関係に保たれ、上記で説明したのと同様に光軸傾きミラー3を通過したレーザ光の光束は、対物レンズ11の入射瞳に入射し、光束のケラレが生じないので、光量の損失や照明むらは生じない。さらに、瞳位置がずれないので、光軸傾きミラー3をフォーカシング操作とは独立して、さらに操作して、観察対象の視野位置を調整することも可能となる。

0047

以上説明したように、本実施の形態によれば、フォーカシング光学系4の入射瞳位置EnPを移動群12から2f1間隔を隔てて前側の位置に設定したので、移動群12の移動による射出瞳の位置の変位量を極めて小さく抑えることができる。したがって、瞳位置調整用の複雑な機械的構成を必要とせずに、フォーカシングを容易に行うとともに、このフォーカシング操作とは独立して標本上の視野位置を調整することが可能となる。

0048

さらに、本実施の形態では、図2において説明したように射出瞳位置ExPを、フォーカシング光学系4の内部に設定するようにしたので、フォーカシング光学系4とこの後側に位置する瞳投影光学系5との距離を短くでき、装置全体コンパクトにできるという利点もある。

0049

[第2実施の形態]
図7は、本発明の第2実施の形態に係る照明光学系を有するレーザ顕微鏡を示す概略構成図である。本実施の形態は、第1実施の形態において、光軸傾き調整ミラー3を用いることなく、標本上の視野位置を調整可能に構成したものである。このため、本実施の形態は、第1実施の形態の構成からミラー2および光軸傾き調整ミラー3を取り除き、さらに、図7(b)に示すように、フォーカシング光学系4の移動群12および固定群13は等しい正の焦点距離fを有するレンズ群として、移動群12と固定群13との距離を2fとすることにより、射出瞳位置ExPを固定群13の位置と一致させるとともに、この射出瞳位置ExPで固定群13を光軸と直交する平面内で移動可能に構成している。さらに、瞳投影光学系5は、レンズ16の焦点距離よりもレンズ17の焦点距離が大きいケプラータイプのビームエキスパンダとなっている。その他の構成および動作は、第1実施の形態と同様であるので、同一構成要素には同一参照符号を付して説明を省略する。

0050

本実施の形態においては、固定群13を光軸に垂直な平面内で移動させると、固定群13から出射するレーザ光の向きが変化し、その出射レーザ光は、瞳投影光学系5でビーム径が拡張された後、この固定群13が位置する射出瞳位置ExPと共役な位置にあるガルバノミラー7の中心に入射し、このガルバノミラー7から、瞳レンズ9および結像レンズ10を経て、対物レンズ11の入射瞳を、変更された角度で透過する。このため、第1実施の形態と同様に変更した視野位置でのレーザ顕微鏡による観察が可能になる。

0051

また、本実施の形態でも、移動群12を移動させても射出瞳位置ExPの変位を極めて小さく抑制できるので、照明光学系内の各瞳位置の変位を極めて小さく抑制しつつ、第1実施の形態と同様に、移動群12を光軸方向に移動させることにより、標本8に対するフォーカシング位置を変更した顕微鏡画像を得ることができる。

0052

以上のように、本実施の形態によれば、フォーカシング光学系4の射出瞳位置ExPを固定群13と一致させ、この固定群13を光軸と垂直な平面内で移動することによって出射するレーザ光の向きを変化させて視野位置を変更するようにしたので、第1実施の形態よりも構成をより簡単にすることができる。また、本実施の形態では、瞳投影光学系5に瞳の投影倍率を拡大する機能を持たせることにより、第1実施の形態に比較して瞳投影光学系5のレンズ16およびフォーカシング光学系4の固定群13の焦点距離を小さくできるため、全体的にコンパクトな構成とすることができる。

0053

[第3実施の形態]
図8は、本発明の第3実施の形態に係る照明光学系を有するレーザ顕微鏡を示す概略構成図である。本実施の形態は、第2実施の形態において、フォーカシング光学系4の入射瞳位置EnPに可変絞り18を設けたものである。その他の構成および動作は、第2実施の形態と同様であるので、同一構成要素には同一参照符号を付して説明を省略する。

0054

このように、可変絞り18を設ければ、第2実施の形態の効果に加えて、可変絞り18を調整することによって、通過するレーザ光のビーム径を拡大または縮小することができるので、対物レンズ11に入射するレーザのビーム径を制限して、余分な光による顕微鏡画像のコントラストの低下を防ぎつつ、最適な開口数となるように調整することができる。また、フォーカシング光学系4の入射瞳位置に可変絞り18を配置したので、フォーカシング光学系4によるフォーカシング位置の調整とは独立して、対物レンズ11に入射するビーム径を調整することができる。

0055

[第4実施の形態]
図9は、本発明の第4実施の形態に係る照明光学系を有するレーザ顕微鏡を示す概略構成図である。本実施の形態は、第2実施の形態と同様な装置構成のレーザ顕微鏡を使用しつつ、標本で反射して発生した信号光を分離して検出する機構を付加したものである。このため、本実施の形態では、第2実施の形態における可変絞り18に代えて直角プリズム19をフォーカシング光学系4の入射瞳位置EnPに配置するとともに、偏心角度調整ミラー20と検出器21とをさらに設けている。偏心角度調整ミラー20は、レーザ光源1と直角プリズム19との間に設けられて、レーザ光源1からのレーザ光を直角プリズム19の反射面に導くように構成される。直角プリズム19は、フォーカシング光学系4の入射瞳位置EnPで、直角プリズムの直角を成す稜線により、光軸を通る直線で入射瞳を2分割するように配置する。したがって、対物レンズ11の入射瞳も光軸を通る直線で2分割されることになる。

0056

このようにして、レーザ光源1からの光を、偏心角度調整ミラー20を経て直角プリズム19の反射面で反射させて、フォーカシング光学系4の入射瞳の一方の領域から入射させることにより、対物レンズ11の入射瞳の一方の領域に偏心して入射させて、標本8に斜めから集光させる。

0057

また、標本8で反射して発生した信号光は、対物レンズ11の入射瞳の他方の領域を経て、フォーカシング光学系4の入射瞳EnPの他方の領域から出射させ、さらに、直角プリズム19で反射させて、検出器21で検出する。検出された信号は、図示しない画像処理手段によって処理することによって顕微鏡画像が得られる。また、偏心角度調整ミラー20を操作することによって、レーザ光の直角プリズム19への入射位置を変化させると、標本8へのレーザ光の射出角度を調整することができる。ここで、移動群12を操作してフォーカシングを行っても、直角プリズム19と対物レンズ11との共役関係は保たれるため、標本上のレーザ光の入射角度が一定のまま保たれる。その他の構成および動作は、第1実施の形態と同様であるので、同一構成要素には同一参照符号を付して説明を省略する。

0058

以上のように、本実施の形態によれば、フォーカシング光学系4の入射瞳位置EnPに直角プリズム19を配置して入射瞳を2分割したので、レーザ光の光路と標本で反射されて発生した信号光の光路とを分離して、信号光を容易に検出することができる。また、直角プリズム19に入射するレーザ光の位置を偏心角度調整ミラー20で調整できるようにしたので、フォーカシング光学系4による標本8上のフォーカシング位置の調整と独立して、標本8におけるレーザ光の入射角度を調整できるという利点がある。

0059

[第5実施の形態]
図10は、本発明の第5実施の形態に係るレーザ顕微鏡を示す概略構成図である。本実施の形態は、波長の異なる2つのレーザ光源からのレーザ光を、空間的に同軸にして標本8に集光する2波長レーザ顕微鏡に係るものである。

0060

このため、本実施の形態では、第1実施の形態に示した照明光学系に加え、レーザ光源22、ミラー23、光軸傾き調整ミラー24、移動群26および固定群27を有するフォーカシング光学系25を設けるとともに、フォーカシング光学系4および瞳投影光学系5の間にダイクロイックミラー28を設ける。レーザ光源22より射出したレーザ光は、ミラー23、光軸傾き調整ミラー24、およびフォーカシング光学系25を経て、ダイクロイックミラー28で反射させ、レーザ光源1から射出したレーザ光は、ミラー2、光軸傾き調整ミラー3およびフォーカシング光学系4を経てダイクロイックミラー28を透過させて、レーザ光源22からのレーザ光の光路と重ね合わせるように構成している。さらに、光軸傾き調整ミラー24は、移動群26の前側焦点位置から移動群26の焦点距離に相当する距離前方に配置する。すなわち、光軸傾き調整ミラー24は、ガルバノミラー7の中心および対物レンズ11の瞳位置と共役関係にある位置に配置される。その他の構成は、第1実施の形態と同様であるので、同一構成要素には同一参照符号を付して説明を省略する。

0061

次に、本実施の形態に係るレーザ顕微鏡の動作について説明する。まず、レーザ光の射出から顕微鏡画像の形成までの動作について説明する、レーザ光源1およびレーザ光源22から射出した波長の異なるレーザ光は、上述のような構成によってダイクロイックミラー28で空間的に同軸に重ね合わされる。ダイクロイックミラー28で合成された2波長のレーザ光は、第1実施の形態と同様に、ガルバノミラー7により標本8上の視野範囲で走査され、これにより発生する信号情報は、図示しない検出手段および画像処理手段によって検知され処理されて顕微鏡画像を形成する。

0062

次に、本実施の形態における光学系の調整について説明する。標本上でのフォーカシング位置を調整する場合は、第1実施の形態で説明したように、レーザ光源1からのレーザ光については移動群12を光軸方向に移動させ、同様に、レーザ光源22からのレーザ光については移動群26を光軸方向に移動させることによって、調整することができる。また、視野位置を調整する場合は、第1実施の形態で説明したように、レーザ光源1からのレーザ光については光軸傾き調整ミラー3を調整し、同様に、レーザ光源22からのレーザ光については光軸傾き調整ミラー24を調整することによって、調整することができる。さらに、第1実施の形態で説明したように、移動群12および移動群26を光軸方向に変位させても、フォーカシング光学系4の入射瞳位置およびフォーカシング光学系25の入射瞳位置の変位が非常に小さく抑制されるので、上述した標本上のフォーカシング位置の調整と視野位置の調整とはそれぞれ独立に行うことができる。

0063

以上のように、本実施の形態によれば、異なる波長のレーザ光を、フォーカシング光学系4,25を介した後重ね合わせる構成をとることによって、独立してフォーカシング位置および視野位置の調整ができるので、2つのレーザ光を標本上で集光位置を精度良く合致させて同時にまたは選択的に照射する、コヒーレントアンチストークスラマン顕微鏡蛍光相互相関分光顕微鏡、蛍光超解像顕微鏡などにおいて、レーザ光の照射位置の調整を容易に行うことができ、顕微鏡観察の精度を向上することができる。さらに、ダイクロイックミラー28を用いて、波長の異なるレーザ光を合成するようにしたので、レーザ光の利用効率を高めることができる。

0064

[第6実施の形態]
図11は、本発明の第6実施の形態に係る照明光学系を有するレーザ顕微鏡を示す概略構成図である。本実施の形態は、第5実施の形態において、光軸傾き調整をより容易に行えるようにしたものである。このため、本実施の形態では、第5実施の形態からミラー2,23および光軸傾き調整ミラー3,24を除去し、フォーカシング光学系4を負の焦点距離を有する固定群14および正の焦点距離を有する移動群15からなるガリレオタイプに変更し、フォーカシング光学系25も同様に負の焦点距離を有する固定群29および正の焦点距離を有する移動群30からなるガリレオタイプに変更し、さらにダイクロイックミラー28を傾き調整可能な光軸傾き調整ビームスプリッタ31に置き換えた構成とする。また、図6で説明したように、フォーカシング光学系4,25の射出瞳位置は、移動群15,30の後側に位置するため、この位置に光軸傾き調整ビームスプリッタ31を配置する。その他の構成は、第5実施の形態と同様であるので、同一構成要素には同一参照符号を付して説明を省略する。

0065

本実施の形態におけるレーザ顕微鏡の動作について説明する。まず、レーザ光の射出から顕微鏡画像の形成までの動作は、ミラー2,23および光軸傾き調整ミラー3,24が無いことを除けば、第5実施の形態と同様である。

0066

本実施の形態では、レーザ光源1から射出するレーザ光の中心と、レーザ光源22から射出されるレーザ光の中心とを、光軸傾き調整ビームスプリッタ31の中心に入射するように調整し、さらに、これらの光軸の方向が一致するように光軸傾き調整ビームスプリッタ31の角度を調整する。また、それぞれのレーザ光の標本8におけるフォーカシング位置は、移動群15および30の光軸方向の位置を変位させることで調整することができる。このとき射出瞳位置の変化が極めて小さく抑制されるので、光軸傾き調整ビームスプリッタ31の調整は、このフォーカシング位置の調整とは独立して行うことができる。

0067

以上のように、本実施の形態によれば、フォーカシング光学系4,25をガリレオタイプに変更し、その射出瞳位置に光軸傾きビームスプリッタ31を配置することにより、第5実施の形態に比較して簡単かつ安価な構成で、フォーカシング位置の調整と独立して、2つのレーザ光の光軸合わせを行うことができる。

0068

なお、本発明は、上記実施の形態にのみ限定されるものではなく、幾多の変形または変更が可能である。たとえば、本発明は上述したレーザ顕微鏡の照明光学系に限らず、画像を伝達する結像光学系であっても同様に適用することができる。

0069

また、本発明の各実施の形態は、移動群12と固定群13との間隔は(f1+f2)となっているが、この間隔は(f1+f2)以外にも任意に設定することができる。例えば、図13に示すように、移動群12の焦点距離f1と固定群13の焦点距離f2とをf1>f2とし、光軸方向に移動可能な移動群12の前側2f1の位置に入射瞳位置EnPを配置し、後側2f1の位置に垂直方向に移動可能な固定群13を配置することにより、入射瞳位置EnPの投影位置Pを、固定群13と一致させる。また、この投影位置Pとレンズ17を介して共役な位置にガルバノミラー7を配置する。このようにすれば、入射瞳EnPを、固定群13に位置する中間瞳を経て、ガルバノミラー7の位置に投影できる。また、移動群と固定群との間隔は、(f1+f2)よりも長い2f1となり、固定群13を射出したビーム収束光となる。従って、瞳投影光学系を一枚のレンズで構成できるようになり、フォーカシング光学系と瞳投影光学系とをそれぞれアフォーカルに構成した場合よりも少ないレンズ枚数で第2実施の形態と同様の効果を得られる。

図面の簡単な説明

0070

本発明の第1実施の形態に係る照明光学系を有するレーザ顕微鏡を示す概略構成図である。
第1実施の形態におけるフォーカシング光学系の概略構成図である
第1実施の形態におけるフォーカシング光学系の移動群の入射瞳位置と中間瞳位置との関係を示す説明図である。
ケプラータイプの4f光学系におけるレンズと入射瞳および射出瞳との位置関係を示す説明図である。
第1実施の形態に係るフォーカシング光学系の移動群の変位に伴う射出瞳位置の変位(δ)を、従来用いられる4f光学系の場合(δ’)と比較したグラフである。
第1実施の形態におけるのフォーカシング光学系をガリレオタイプとした場合の概略構成図である
本発明の第2実施の形態に係る照明光学系を有するレーザ顕微鏡を示す概略構成図である。
本発明の第3実施の形態に係る照明光学系を有するレーザ顕微鏡を示す概略構成図である。
本発明の第4実施の形態に係る照明光学系を有するレーザ顕微鏡を示す概略構成図である。
本発明の第5実施の形態に係る照明光学系を有するレーザ顕微鏡を示す概略構成図である。
本発明の第6実施の形態に係る照明光学系を有するレーザ顕微鏡を示す概略構成図である。
従来技術のフォーカシングビームエキスパンダを示す概略構成図である。
フォーカシング光学系からの出射光を収束光とし、瞳投影光学系を一枚のレンズで構成した場合の光学系の概略構成図である。

符号の説明

0071

1レーザ光源
2ミラー
3光軸傾き調整ミラー
4フォーカシング光学系
5瞳投影光学系
6レーザ顕微鏡本体
7ガルバノミラー
8標本
9 瞳レンズ
10結像レンズ
11対物レンズ
12移動群
13固定群
14 固定群
15 移動群
16 レンズ
17 レンズ
18可変絞り
19直角プリズム
20偏心角度調整ミラー
21検出器
22 レーザ光源
23 ミラー
24 光軸傾き調整ミラー
25 フォーカシング光学系
26 移動群
27 固定群
28ダイクロイックミラー
29 固定群
30 移動群
31 光軸傾き調整ビームスプリッタ

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