CN111771150B - 光片显微镜以及试样观察方法 - Google Patents

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Abstract

光片显微镜包括照射光学系统、检测光学系统和光检测器。照射光学系统具有：作为激发光输出波长随时间变化的光的波长扫描光源；分光元件，其入射从波长扫描光源输出的激发光，并且以与激发光的波长对应的出射角出射激发光；包含柱面透镜的中继光学系统，其中，从分光元件出射的激发光以与出射角对应的入射角入射于柱面透镜；和第一物镜，其使由中继光学系统引导来的激发光会聚，并使片状的激发光照射于试样。

Description

光片显微镜以及试样观察方法
技术领域
本公开的一个方面涉及一种光片显微镜以及试样观察方法。
背景技术
已知一种光片显微镜，其将片状的激发光照射于试样，并且伴随着激发光的照射检测从试样发出的检测光(例如，参照专利文献1)。在该光片显微镜中，容纳试样的容器由保持件保持，并且在试样的观察时，通过移动或旋转保持件，从而进行激发光对试样的照射位置的扫描。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特表2006-509246号公报。
发明内容
发明要解决的技术问题
然而，在如上所述的光片显微镜中，在观察中试样会有摇动的风险，有时无法稳定地进行观察。另外，由于激发光的扫描速度由保持件的移动速度来决定，因此难以使观察高速化。尽管可以想到将试样配置于载物台上，使载物台移动或旋转，但是从稳定性及高速化的观点来看，存在与移动或旋转保持件的情况同样的技术问题。
本公开的一方面的目的在于，提供一种能够实现高速且稳定的观察的光片显微镜以及试样观察方法。
用于解决技术问题的技术手段
本公开的一个方面所涉及的光片显微镜包括：将包含可激发试样的波长的激发光照射于试样的照射光学系统；对伴随激发光的照射而从试样发出的检测光进行引导的检测光学系统；和检测由检测光学系统引导来的检测光的光检测器，照射光学系统具有：作为激发光输出波长随时间变化的光的波长扫描光源；分光元件，其入射从波长扫描光源输出的激发光，并且以与激发光的波长对应的出射角出射激发光；包含柱面透镜的中继光学系统，其中，从分光元件出射的激发光以与出射角对应的入射角入射于柱面透镜；和第一物镜，其使由中继光学系统引导来的激发光会聚，并使片状的激发光照射于试样。
在该光片显微镜中，作为激发光从波长扫描光源输出波长随时间变化的光，从波长扫描光源输出的激发光以与波长对应的出射角从分光元件出射，从分光元件出射的激发光以与该出射角对应的入射角入射于柱面透镜。由此，能够对试样扫描片状的激发光的照射位置。其结果，由于在观察时不需要移动或旋转试样，因此能够抑制试样的摇动，并且能够稳定地观察试样。另外，由于使用波长扫描光源、分光元件和柱面透镜来进行激发光对试样的照射位置的扫描，所以能够使激发光对试样的扫描高速化。因此，根据该光片显微镜，能够实现高速且稳定的观察。
在本公开的一个方面所涉及的光片显微镜中，分光元件可以是衍射光栅，也可以是棱镜。根据这些结构，显著地起到能够实现高速且稳定的观察的上述作用效果。
在本公开的一个方面所涉及的光片显微镜中，可以为：检测光学系统具有：入射检测光的第二物镜；以及使第二物镜的焦点位置与从波长扫描光源输出的激发光的波长的变化同步地变化的焦点位置调节器。根据该结构，即使在高速地进行激发光对试样的照射位置的扫描的情况下，也能够高精度地检测检测光。
在本公开的一个方面所涉及的光片显微镜中，可以为：焦点位置调节器是液体透镜。根据该结构，显著地起到即使在高速地进行激发光对试样的照射位置的扫描的情况下，也能够高精度地检测检测光的上述作用效果。
在本公开的一个方面所涉及的光片显微镜中，可以为：波长扫描光源构成为能够在多个中心波长之间切换激发光的中心波长，分光元件能够根据从波长扫描光源输出的激发光的中心波长来旋转。根据该结构，能够将多个中心波长的激发光照射于试样。
在本公开的一个方面所涉及的光片显微镜中，可以为：照射光学系统具有多个波长扫描光源，多个波长扫描光源作为激发光输出中心波长彼此不同的光，从多个波长扫描光源输出的激发光以与其中心波长对应的入射角入射于分光元件。根据该结构，能够将多个中心波长的激发光照射于试样。
本公开的一个方面所涉及的光片显微镜可以为：还包括移动机构，其维持分光元件与柱面透镜之间的位置关系，并且使波长扫描光源、分光元件和柱面透镜沿着柱面透镜的光轴移动。根据该结构，能够调整从第一物镜出射的激发光的光束腰的位置，即，对试样的激发光的照射方向上的片状的激发光的形成位置。
在本公开的一个方面所涉及的光片显微镜中，可以为：还包括使从第一物镜出射的激发光向试样反射的反射部。另外，在本公开的一个方面所涉及的光片显微镜中，可以为：还包括能够配置试样的容器，在容器中设置有反射部。根据该结构，能够对试样照射片状的激发光而不受容器的壁部的影响。
在本公开的一个方面所涉及的光片显微镜中，可以为：检测光学系统具有入射检测光的第二物镜，第二物镜的光轴与第一物镜的光轴平行。根据该结构，能够使向倒立显微镜或直立显微镜等的显微镜的安装容易化。
本公开的一个方面所涉及的试样观察方法包括：将包含可激发试样的波长的激发光照射于试样的步骤；对伴随激发光的照射而从试样发出的检测光进行引导的步骤；和检测检测光的步骤，将激发光照射于试样的步骤包含：作为激发光从波长扫描光源输出波长随时间变化的光的步骤；使从波长扫描光源输出的激发光入射于分光元件，并且使激发光以与激发光的波长对应的出射角从分光元件出射的步骤；使从分光元件出射的激发光以与出射角对应的入射角入射于柱面透镜的步骤；和使由包含柱面透镜的中继光学系统引导来的激发光会聚，并使片状的激发光照射于试样的步骤。
在该试样观察方法中，作为激发光从波长扫描光源输出波长随时间变化的光，从波长扫描光源输出的激发光以与波长对应的出射角从分光元件出射，从分光元件出射的激发光以与该出射角对应的入射角入射于柱面透镜。由此，能够对试样扫描片状的激发光的照射位置。其结果，由于在观察时不需要移动或旋转试样，因此能够抑制试样的摇动，并且能够稳定地观察试样。另外，由于使用波长扫描光源、分光元件和柱面透镜来进行激发光对试样的照射位置的扫描，所以能够使激发光对试样的扫描高速化。因此，根据该光片显微镜，能够实现高速且稳定的观察
发明的效果
根据本公开的一个方面，可以提供一种能够实现高速且稳定的观察的光片显微镜以及试样观察方法。
附图说明
图1是示出实施方式所涉及的光片显微镜的结构的图。
图2是用于说明分光元件的图。
图3是示出从X轴方向观察时的照射光学系统的图。
图4的(a)和图4的(b)是示出从Y轴方向观察时的照射光学系统的图。
图5的(a)～图5的(c)是用于说明光束腰的位置的调整的图。
图6的(a)和图6的(b)是示出配置有试样的容器周围的结构的图。
图7的(a)～图7的(c)是示出变形例的图。
图8是示出其它的变形例的图。
具体实施方式
以下，参照附图对本公开的一个实施方式进行详细地说明。在以下说明中，对同一要素或具有同一功能的要素，使用相同的附图标记，并省略重复的说明。
图1所示的光片显微镜1是通过将片状(面状)的激发光L1照射于试样S，检测伴随着激发光L1的照射而从试样S发出的检测光L2，从而取得试样S的图像的装置。在光片显微镜1中，对试样S扫描激发光L1的照射位置，并在各照射位置取得试样S的图像。在光片显微镜1中，由于激发光L1照射于试样S的区域狭窄，因此，能够抑制例如光漂白或光毒性等的试样S的劣化，并且能够使图像的取得高速化。
试样S例如是包含荧光色素或荧光基因等的荧光物质的细胞或生物体等的样品。在照射了规定的波长范围的光的情况下，试样S会发出例如荧光等的检测光L2。试样S例如被配置于至少对于激发光L1和检测光L2具有透光性的容器5内。容器5的细节将在之后描述。
如图1所示，光片显微镜1包括照射光学系统10、检测光学系统20、光检测器30和控制部40。照射光学系统10将激发光L1照射于试样S。检测光学系统20对伴随着激发光L1的照射而从试样S发出的检测光L2向光检测器30进行引导。光检测器30检测由检测光学系统20引导来的检测光L2。控制部40控制照射光学系统10、检测光学系统20和光检测器30等的动作。
照射光学系统10具有波长扫描光源11、分光元件12、中继光学系统14和第一物镜15。中继光学系统14包含柱面透镜16和透镜17。
波长扫描光源11输出包含可激发试样S的波长的激发光L1。波长扫描光源11作为激发光L1输出波长随时间变化的光。更具体而言，波长扫描光源11是通过高速且周期性地使输出的激发光L1的波长变化，从而在规定的波长范围内进行波长扫描的光源。
波长扫描光源11可以是任意的光源，但是优选在波长扫描时出射角不发生变化的光源。作为这样的波长扫描光源11，例如，可以列举输出光的波长通过腔长度的变化、或者温度或电流值的变化而可变的半导体激光光源。波长扫描光源11可以是将输出白色的激光的光源与有选择地透过特定的波长范围的光的AOTF(Acousto-Optic Tunable Filter(声光可调滤光器))组合的单元。或者，波长扫描光源11是利特罗型的外部共振器型半导体激光光源、垂直共振器面发光型激光(VCSEL：Vertical Cavity Surface Emitting Laser)光源、或者使用了KTN晶体的外部共振器型半导体激光光源。
波长扫描光源11可以出射相干光。作为输出相干光的激光光源，可以使用使连续波(Continuous Wave)振荡的光源，也可以使用使超短脉冲光等的脉冲光振荡的光源、或者输出强度调制光的光源。此外，可以使用将这些光源与光学快门或脉冲调制用的AOM(Acousto-Optic Modulator(声光调制器))组合的单元。
如图1和图2所示，在分光元件12入射从波长扫描光源11输出的激发光L1。分光元件12以与入射的激发光L1的波长对应的出射角θ出射激发光L1。在本实施方式中，分光元件12是以与入射的激发光L1的波长对应的出射角θ使激发光L1衍射的反射型的闪耀衍射光栅。出射角θ例如是分光元件12的光栅面12a的法线N与从分光元件12出射的激发光L1的光轴所成的角度。在图2中，例示出了分别具有波长λ1、λ2、λ3，且以相互不同的出射角θ从分光元件12出射的三个激发光L1。
从分光元件12出射的激发光L1以与出射角θ对应的入射角入射于柱面透镜16。分光元件12例如，以在通过波长扫描光源11的波长扫描的中心波长的激发光L1从分光元件12出射的情况下，使该激发光L1在柱面透镜16的光轴上行进的方式配置。柱面透镜16在其光轴上从分光元件12的光栅面12a(出射面)分开与柱面透镜16的焦点距离相等的距离(光学距离)而配置。入射于柱面透镜16的激发光L1经由透镜17而被引导向第一物镜15。第一物镜15使由中继光学系统14引导来的激发光L1会聚，并使片状的激发光L1照射于试样S。第一物镜15和透镜17配置于柱面透镜16的光轴上。此外，分光元件12也可以不必以上述的方式配置。
将参照图3和图4，对通过照射光学系统10将激发光L1成形为片状的样子进行说明。柱面透镜16的表面沿着与其光轴C正交的一个方向(以下，称为X轴方向)弯曲，但不沿着与光轴C和X轴方向正交的方向(以下，称为Y轴方向)弯曲而形成为直线状。图3是示出从X轴方向观察时的照射光学系统10的图，图4的(a)和图4的(b)是示出从Y轴方向观察时的照射光学系统10的图。
如图3所示，对于从分光元件12输出的激发光L1中的Y轴方向分量，柱面透镜16不发挥作为透镜的功能。当从X轴方向观察时，透过柱面透镜16的激发光L1通过透镜17会聚于第一物镜15的光瞳。透镜17例如是双凸透镜、平凸透镜等的凸透镜。由此，从第一物镜15出射有规定的宽度(Y轴方向上的宽度)W的带状的激发光L1。该宽度W是照射于试样S的片状的激发光L1的宽度W。片状的激发光L1的宽度W可以通过透镜17的焦点距离来调整。或者，片状的激发光L1的宽度W可以通过在波长扫描光源11与分光元件12的光路上插入光圈，使光束径变化来调整，也可以通过变更透镜17的焦点距离来调整。
图4的(a)和图4的(b)所示，对于从分光元件12输出的激发光L1中的X轴方向分量，柱面透镜16发挥作为透镜的功能。当从Y轴方向观察时，柱面透镜16和透镜17构成光瞳传递光学系统，入射于柱面透镜16上的激发光L1经由透镜17而传递于第一物镜15的光瞳。由此，从第一物镜15出射有与光轴C平行的线状的激发光L1。因此，当从三维方向观察时，从第一物镜15出射的激发光L1呈现片状。
如图4的(b)所示，上述的出射角θ是从Y轴方向观察时的来自分光元件12的激发光L1的出射角。即，当从Y轴方向观察时，分光元件12以与激发光L1的波长对应的出射角θ出射激发光L1。
从第一物镜15出射的片状的激发光L1的高度(X轴方向上的来自光轴C的距离)H与入射于圆柱透镜16的激发光L1的入射角对应。这是因为通过中继光学系统14，第一物镜15的光瞳面与晶格面12a成为共轭关系。即，高度H与从分光元件12出射的激发光L1的出射角θ对应。换句话说，在照射光学系统10中，出射角θ被转换为从第一物镜15出射的片状的激发光L1的高度H。因此，通过使从波长扫描光源11输出的激发光L1的波长高速地变化，并且使从分光元件12出射的激发光L1的出射角θ高速地变化，从而能够使从第一物镜15出射的片状的激发光L1的高度H高速地变化。
参照图5的(a)～图5的(c)，对从第一物镜15出射的激发光L1的光束腰(当从Y轴方向观察时片状的激发光的厚度为最小的部分)B的位置的调整进行说明。光束腰B处的激发光L1作为片状的激发光L1照射于试样S。即，光束腰B的位置相当于对试样S的激发光L1的照射方向上的片状的激发光L1的形成位置。
作为用于调整光束腰B的位置的技术手段，光片显微镜1还包括维持分光元件12与柱面透镜16之间的位置关系(光学距离)，并且使波长扫描光源11、分光元件12和柱面透镜16沿着光轴C移动的移动机构3。移动机构3例如是可动平台等。移动机构3与控制部40电连接，并且通过控制部40控制其驱动。
如图5的(a)和图5的(b)所示，通过移动机构3使波长扫描光源11、分光元件12和柱面透镜16以远离透镜17的方式移动，从而可以将光束腰B移动至第一物镜15侧。如图5的(a)和图5的(c)所示，通过移动机构3使波长扫描光源11、分光元件12和柱面透镜16以靠近透镜17的方式移动，从而能够将光束腰B移动至第一物镜15的相反侧。此外，波长扫描光源11可以经由纤维、准直透镜等的光学构件而与分光元件12光学连接，在该情况下，这些光学构件也通过移动机构3与长扫描光源11、分光元件12和柱面透镜16一体地移动。
如图6的(a)和图6的(b)所示，试样S被配置于容器5内。容器5例如由玻璃或塑料等构成，并且具有底壁部51和侧壁部52。底壁部51例如是盖玻片或玻璃底盘等。侧壁部52例如从底壁部51的边缘部沿着与底壁部51正交的方向延伸，并且呈现圆筒状或方筒状。容器5例如以使底壁部51相对于侧壁部52位于竖直下侧的方式配置。试样S例如在由底壁部51和侧壁部52划定的容纳空间内与培养液共同地配置。试样S载置于底壁部51上。此外，在试样是干燥物的情况下，也可以不使用容器5。
如图6的(a)所示，第一物镜15例如是水浸物镜，并且以浸入培养液内的方式配置。在容器5的底壁部51设置有使从第一物镜15出射的激发光L1向试样S以规定角度(例如，垂直地)反射的反射镜(反射部)53。反射镜53具有相对于第一物镜15的光轴和底壁部51中的各个45度倾斜并延伸的反射面53a。片状的激发光L1相对于试样S的扫描方向是由箭头A指示的方向(沿着第一物镜15的光轴(光轴C)的方向)。此外，反射镜(反射部)53可以不设置于容器5。例如，反射镜53可以经由连接件而安装于第一物镜15。
如图6的(b)所示，第一物镜15可以是干燥物镜，也可以配置于培养液的外部。干燥物镜的工作距离(Working distance)比水浸物镜的工作距离长。在该情况下，在容器5的底壁部51设置有使从第一物镜15出射的激发光L1朝向试样S以规定角度(例如，垂直地)反射的棱镜(反射部)54。棱镜54具有对于第一物镜15的光轴和底壁部51中的各个45度倾斜并延伸的反射面54a。片状的激发光L1相对于试样S的扫描方向是由箭头A指示的方向。此外，棱镜(反射部)54可以设置于容器5。例如，棱镜54可以经由连接件而安装于第一物镜15。
在反射部是反射镜53的情况下，可以使用工作距离短的水浸物镜。在该情况下，由于在第一物镜15与试样S之间存在相同的介质，并且不需要校正通过不同种类的介质的界面时发生的像差，因此，能够提高第一物镜15的数值孔径(NA)。另一方面，在反射部是棱镜54的情况下，可以使用工作距离长的干燥物镜。在该情况下，能够节省透镜清洗的工夫，并且能够容易地进行频繁地交换试样S的测量、使用了侵入第一物镜15的液体的测量、以及长时间的测量等。
检测光学系统20具有第二物镜21和液体透镜(焦点位置调节器)22。第二物镜21对伴随激发光L1的照射而从试样S发出的检测光L2向光检测器30进行引导。第二物镜21以经由底壁部51而面对试样S的方式配置。如图1、图6的(a)和图6的(b)所示，第二物镜21的光轴与第一物镜15的光轴平行，并且与形成有照射于试样S的片状的激发光L1的平面正交。在本实施方式中，从第一物镜15出射，沿着竖直方向向下行进的激发光L1被反射镜53或棱镜54反射，沿着水平方向行进，并且照射于试样S。伴随着激发光L1的照射而从试样S发出，并沿着竖直方向向下行进的检测光L2入射于第二物镜21。
液体透镜22是焦点距离根据输入信号可变的透镜。在检测光学系统20中，通过使液体透镜22的焦点距离变化，能够调节第二物镜21的焦点位置。在光片显微镜1中，以第二物镜21的焦点位置与激发光L1对试样S的照射位置一致的方式，使液体透镜22的焦点距离与从波长扫描光源11输出的激发光L1的波长的变化同步地发生变化。由此，能够使检测光L2成像于光检测器30。因此，即使在高速地进行激发光L1对试样S的照射位置的扫描的情况下，也能够高精度地检测检测光L2。此外，检测光学系统20可以还具有配置于第二物镜21与液体透镜22之间的凸透镜。在该情况下，能够扩大通过液体透镜22所进行的第二物镜21的焦点位置的调节范围。
光检测器30对由第二物镜21引导来的检测光L2进行成像。作为光检测器30，例如，可以列举CMOS相机、CCD相机、多阳极光电倍增管、SPAD(Single Photon Avalanche Diode(单光子雪崩二极管))等的二维图像传感器、或者线传感器等。或者，光检测器30可以是雪崩光电二极管等的点光传感器、或者分光器。
控制部40例如由包含处理器和存储器等的计算机构成。控制部40通过处理器控制移动机构3、波长扫描光源11、液体透镜22和光检测器30等的动作，并且实行各种控制。例如，控制部40以使从分光元件12出射的激发光L1的出射角θ随时间变化的方式，使从波长扫描光源11输出的激发光L1的波长随时间变化。另外，控制部40以使第二物镜21的焦点位置与激发光L1对试样S的照射位置一致的方式，使液体透镜22的焦点距离与从波长扫描光源11输出的激发光L1的波长的变化同步地变化。此外，第一物镜15和第二物镜21中的至少一个可以通过压电致动器或者步进电动机等的驱动元件而沿着其光轴移动。在该情况下，控制部40还控制该驱动元件的动作。
如以上所说明的，在光片显微镜1中，作为激发光L1从波长扫描光源11输出波长随时间变化的光，并且从波长扫描光源11输出的激发光L1以与波长对应的出射角θ从分光元件12出射，并且从分光元件12出射的激发光L1以与该出射角θ对应的入射角入射于柱面透镜16。由此，能够扫描片状的激发光L1对试样S的照射位置。其结果，由于在观察时不需要移动或旋转试样S，因此能够抑制试样S的摇动，并且能够稳定地观察试样S。另外，由于使用波长扫描光源11、分光元件12和柱面透镜16来进行激发光L1对试样S的照射位置的扫描，因此能够使对试样S的激发光L1的扫描高速化。因此，根据光片显微镜1，可以实现高速且稳定的观察。另外，与例如使用振镜等机械性地扫描片状的激发光L1对试样S的照射位置的情况相比，不仅稳定性优异，且部件的寿命长，此外，可以谋求进一步的高速化。此外，能够使对试样S照射的激发光L1的中心波长和波长扫描范围随时间变化。因此，能够适当地用于需要使对试样S的照射光的中心波长和波长扫描范围随时间变化的观察。例如，在测定对象的化学成分随时间变化，并且吸收光谱的峰值变化的情况下，能够根据该变化来修正(校正)照射光的中心波长和波长扫描范围。或者，在观察对象自身随时间变化的情况下，可以将照射光的中心波长和波长扫描范围变更为适合于观察对象的物质的吸收光谱的中心波长以及波长扫描范围。
在光片显微镜1中，分光元件12是衍射光栅。由此，显著地起到能够实现高速且稳定的观察的上述作用效果。
在光片显微镜1中，检测光学系统20具有使第二物镜21的焦点位置与从波长扫描光源11输出的激发光L1的波长的变化同步地变化的液体透镜22(焦点位置调节器)。由此，即使在高速地检测进行激发光L1对试样S的照射位置的扫描的情况下，也能够高精度地检测光L2。
光片显微镜1还包括维持分光元件12与柱面透镜16之间的位置关系，并且使波长扫描光源11、分光元件12和柱面透镜16沿着光轴C移动的移动机构3。由此，能够调整从第一物镜15出射的激发光L1的光束腰B的位置，即，激发光L1对试样S的照射方向上的片状的激发光L1的形成位置。在反射部是棱镜54的情况下，通过使激发光L1通过棱镜54，能够抑制由于光路长变化而使光束腰B的位置偏移。
在光片显微镜1中，在容器5设置有使从第一物镜15出射的激发光L1朝向试样S反射的反射镜53或棱镜54(反射部)。由此，能够对试样S照射片状的激发光L1而不受容器5的侧壁部52的影响。另外，能够将用于引导激发光L1的反射部一体化于容器5，从而能够谋求部件数的降低以及装置的小型化。另外，与反射部与容器5分体的情况相比，能够可靠且高精度地将激发光L1照射于试样S。另外，能够将第一物镜15和第二物镜21以彼此的光轴相互平行的方式配置，从而能够使向倒立显微镜或直立显微镜等的显微镜的安装容易化。此外，反射镜53或棱镜54也可以不设置于容器5。例如，反射镜53或棱镜54也可以经由连接件而安装于第一物镜15。即，通过将根据分光元件12的角度调制转换为高度调制，并且改变片状的激发光L1的行进方向，能够使向通用的显微镜的安装容易化。另外，通过设定根据反射部的反射角度，能够在彼此不干涉的范围内三维地自由配置第一物镜15和第二物镜21。另外，能够使微腔室或微通道的组合容易化，能够实现可靠的观察。
在光片显微镜1中，第二物镜21的光轴与第一物镜15的光轴平行。由此，能够使向倒立显微镜或直立显微镜等的显微镜的安装容易化。
根据光片显微镜1的试样观察方法包括：将包含可激发试样S的波长的激发光L1照射于试样S的步骤；对伴随激发光L1的照射而从试样S发出的检测光L2进行引导的步骤；和检测检测光L2的步骤。将激发光L1照射于试样S的步骤包含：作为激发光L1从波长扫描光源11输出波长随时间变化的光的步骤；使从波长扫描光源11输出的激发光L1入射于分光元件12，并且以与激发光L1的波长对应的出射角θ将激发光L1从分光元件12出射的步骤；使从分光元件12出射的激发光L1以与出射角θ对应的入射角入射于柱面透镜16的步骤；以及使由包含柱面透镜16的中继光学系统14引导来的激发光L1会聚，并使片状的激发光L1照射于试样S的步骤。根据该试样观察方法，由于上述的理由，能够实现高速且稳定的观察。
以上，对本公开的一个实施方式进行了说明，但不限于上述实施方式。例如，各结构的材料和形状不限于上述的材料和形状，并且可以采用各种材料和形状。
如图7的(a)所示，分光元件12可以是透过型衍射光栅。这样的分光元件12例如具有狭缝而构成。如图7的(b)所示，分光元件12可以是棱镜。在该情况下，分光元件12构成为能够在Y轴方向周围旋转，照射光学系统10具有使分光元件12在Y轴周围旋转驱动的驱动部。该驱动部例如是步进电动机或压电致动器等。驱动部与控制部40电连接，并且通过控制部40控制其驱动。分光元件12以激发光L1在光轴C上从分光元件12出射的方式，通过驱动部，根据从波长扫描光源11输出的激发光L1的波长，在Y轴周围旋转。如图7的(c)所示，分光元件12可以是将衍射光栅与棱镜组合的光栅。通过这些变形例，也能够与上述实施方式相同地实现高速且稳定的观察。另外，在分光元件12是棱栅的情况下，由于中心波长的光的行进方向在入射前后没有变化，因此能够使光学系统的设计容易化。
在上述实施方式中，波长扫描光源11可以构成为能够在多个中心波长之间切换激发光L1的中心波长。在该情况下，分光元件12构成为能够在Y轴方向周围旋转，照射光学系统10具有使分光元件12在Y轴周围旋转的驱动部。该驱动部例如是步进电动机或压电致动器。驱动部与控制部40电连接，并且通过控制部40控制其驱动。分光元件12以激发光L1在光轴C上从分光元件12出射的方式，通过驱动部，根据从波长扫描光源11输出的激发光L1的波长，在Y轴周围旋转。通过该变形例，也能够与上述实施方式的情况相同地实现高速且稳定的观察。另外，可以将多个中心波长的激发光L1照射于试样S。
如图8所示，照射光学系统10可以具有将中心波长彼此不同的光作为激发光L1输出的多个波长扫描光源11A、11B。在该情况下，从各波长扫描光源11A、11B输出的激发光L1以根据中心波长的入射角入射于分光元件12。即，波长扫描光源11A、11B以满足该入射条件的方式配置。具体来说，从波长扫描光源11A输出的激发光L1A以中心波长的激发光L1A在光轴C上行进的方式，以与激发光L1A的中心波长对应的入射角φ1入射于分光元件12。从波长扫描光源11B输出的激发光L1B以中心波长的激发光L1B在光轴C上行进的方式，以与激发光L1B的中心波长对应的入射角φ2入射于分光元件12。入射角φ1、φ2互相不同。通过该变形例，也能够与上述实施方式的情况相同地，实现高速且稳定的观察。另外，可以将多个中心波长的激发光L1照射于试样S。此外，在该变形例中，可以在多个波长扫描光源11中的至少一个与分光元件12之间，配置有反射角度可变的反射镜等。可以从多个波长扫描光源11中的至少一个向分光元件12，经由光纤而输出激发光L1。
在上述实施方式中，可以省略液体透镜22。在该情况下，可以使第二物镜21通过压电致动器等机械性地移动，也可以使配置于第二物镜21与光检测器30之间的变焦透镜机械性地移动。然而，在上述实施方式中，由于通过使用了液体透镜22的电控制来高速地使第二物镜21的焦点位置变化，因此能够使第二物镜21的焦点位置与从分光元件12出射的激发光L1的出射角θ的变化可靠地同步。或者，在省略液体透镜22的情况下，可以使用焦点深度深的物镜作为第二物镜21，并且在第二物镜21的焦点深度内对试样S扫描片状的激发光L1。在该情况下，可以省略第二物镜21的焦点位置的调节。
柱面透镜16可以由根据与柱面透镜对应的相位图案来调制激发光L1的空间光调制器(SLM：Spatial Light Modulator)构成。焦点位置调节器只需要能够调节第二物镜21的焦点位置即可，并且可以由除液体透镜22之外的部件构成。移动机构3可以被省略。反射镜53或棱镜54可以与容器5分体地构成。第一物镜15的光轴与第二物镜21的光轴可以互相交叉(例如，正交)。检测光学系统20例如在第二物镜21与液体透镜22之间，还可以具有从由第二物镜21引导来的光中分离激发光L1和检测光L2，并将抽出的检测光L2向光检测器30侧输出的光学滤光器。例如，分光元件12可以由根据衍射光栅图案对激发光L1进行调制的空间光调制器构成。例如，分光元件12可以由根据衍射光栅图案将对激发光L1进行调制的空间光调制器构成。在该情况下，可以通过变更衍射光栅图案来使光栅常数变化。柱面透镜16和分光元件12可以由一个空间光调制器构成。
符号说明
1……光片显微镜；3……移动机构；5……容器；10……照射光学系统；11……波长扫描光源；12……分光元件；14……中继光学系统；15……第一物镜；16……柱面透镜；20……检测光学系统；21……第二物镜；22……液体透镜(焦点位置调节器)；30……光检测器；53……反射镜(反射部)；54……棱镜(反射部)；B……光束腰；C……光轴；L1……激发光；L2……检测光；S……试样；θ……出射角。

Claims (45)

1.一种光片显微镜，其特征在于，包括：
将包含可激发试样的波长的激发光照射于所述试样的照射光学系统；
对伴随所述激发光的照射而从所述试样发出的检测光进行引导的检测光学系统；和
检测由所述检测光学系统引导来的所述检测光的光检测器，
所述照射光学系统具有：
作为所述激发光输出波长随时间变化的光的波长扫描光源；
分光元件，其入射从所述波长扫描光源输出的所述激发光，并且以与所述激发光的波长对应的出射角出射所述激发光；
包含柱面透镜及透镜的中继光学系统，其中，从所述分光元件出射的所述激发光以与所述出射角对应的入射角入射于所述柱面透镜；和
第一物镜，其使由所述中继光学系统引导来的所述激发光会聚，并使片状的所述激发光照射于所述试样，
所述柱面透镜和所述透镜构成光瞳传递光学系统，入射于所述柱面透镜的激发光经由所述透镜而传递于所述第一物镜的光瞳，
所述分光元件具有所述激发光出射的出射面，
通过所述中继光学系统，所述第一物镜的光瞳与所述分光元件的所述出射面成为共轭关系。
2.根据权利要求1所述的光片显微镜，其特征在于：
所述分光元件是衍射光栅。
3.根据权利要求1所述的光片显微镜，其特征在于：
所述分光元件是棱镜。
4.根据权利要求1所述的光片显微镜，其特征在于：
所述检测光学系统具有：入射所述检测光的第二物镜；以及使所述第二物镜的焦点位置与从所述波长扫描光源输出的所述激发光的波长的变化同步地变化的焦点位置调节器。
5.根据权利要求2所述的光片显微镜，其特征在于：
所述检测光学系统具有：入射所述检测光的第二物镜；以及使所述第二物镜的焦点位置与从所述波长扫描光源输出的所述激发光的波长的变化同步地变化的焦点位置调节器。
6.根据权利要求3所述的光片显微镜，其特征在于：
所述检测光学系统具有：入射所述检测光的第二物镜；以及使所述第二物镜的焦点位置与从所述波长扫描光源输出的所述激发光的波长的变化同步地变化的焦点位置调节器。
7.根据权利要求4所述的光片显微镜，其特征在于：
所述焦点位置调节器是液体透镜。
8.根据权利要求5所述的光片显微镜，其特征在于：
所述焦点位置调节器是液体透镜。
9.根据权利要求6所述的光片显微镜，其特征在于：
所述焦点位置调节器是液体透镜。
10.根据权利要求1~9中任一项所述的光片显微镜，其特征在于：
所述波长扫描光源构成为能够在多个中心波长之间切换所述激发光的中心波长，
所述分光元件能够根据从所述波长扫描光源输出的所述激发光的中心波长来旋转。
11.根据权利要求1~9中任一项所述的光片显微镜，其特征在于：
所述照射光学系统具有多个所述波长扫描光源，
所述多个波长扫描光源作为所述激发光输出中心波长彼此不同的光，
从所述多个波长扫描光源输出的所述激发光以与其中心波长对应的入射角入射于所述分光元件。
12.根据权利要求1~9中任一项所述的光片显微镜，其特征在于：
还包括移动机构，其维持所述分光元件与所述柱面透镜之间的位置关系，并且使所述波长扫描光源、所述分光元件和所述柱面透镜沿着所述柱面透镜的光轴移动。
13.根据权利要求10所述的光片显微镜，其特征在于：
还包括移动机构，其维持所述分光元件与所述柱面透镜之间的位置关系，并且使所述波长扫描光源、所述分光元件和所述柱面透镜沿着所述柱面透镜的光轴移动。
14.根据权利要求11所述的光片显微镜，其特征在于：
还包括移动机构，其维持所述分光元件与所述柱面透镜之间的位置关系，并且使所述波长扫描光源、所述分光元件和所述柱面透镜沿着所述柱面透镜的光轴移动。
15.根据权利要求1~9中任一项所述的光片显微镜，其特征在于：
还包括使从所述第一物镜出射的所述激发光向所述试样反射的反射部。
16.根据权利要求10所述的光片显微镜，其特征在于：
还包括使从所述第一物镜出射的所述激发光向所述试样反射的反射部。
17.根据权利要求11所述的光片显微镜，其特征在于：
还包括使从所述第一物镜出射的所述激发光向所述试样反射的反射部。
18.根据权利要求12所述的光片显微镜，其特征在于：
还包括使从所述第一物镜出射的所述激发光向所述试样反射的反射部。
19.根据权利要求13所述的光片显微镜，其特征在于：
还包括使从所述第一物镜出射的所述激发光向所述试样反射的反射部。
20.根据权利要求14所述的光片显微镜，其特征在于：
还包括使从所述第一物镜出射的所述激发光向所述试样反射的反射部。
21.根据权利要求15所述的光片显微镜，其特征在于：
还包括能够配置所述试样的容器，
所述反射部设置于所述容器。
22.根据权利要求16所述的光片显微镜，其特征在于：
还包括能够配置所述试样的容器，
所述反射部设置于所述容器。
23.根据权利要求17所述的光片显微镜，其特征在于：
还包括能够配置所述试样的容器，
所述反射部设置于所述容器。
24.根据权利要求18所述的光片显微镜，其特征在于：
还包括能够配置所述试样的容器，
所述反射部设置于所述容器。
25.根据权利要求19所述的光片显微镜，其特征在于：
还包括能够配置所述试样的容器，
所述反射部设置于所述容器。
26.根据权利要求20所述的光片显微镜，其特征在于：
还包括能够配置所述试样的容器，
所述反射部设置于所述容器。
27.根据权利要求1~9中任一项所述的光片显微镜，其特征在于：
所述检测光学系统具有入射所述检测光的第二物镜，
所述第二物镜的光轴与所述第一物镜的光轴平行。
28.根据权利要求10所述的光片显微镜，其特征在于：
所述检测光学系统具有入射所述检测光的第二物镜，
所述第二物镜的光轴与所述第一物镜的光轴平行。
29.根据权利要求11所述的光片显微镜，其特征在于：
所述检测光学系统具有入射所述检测光的第二物镜，
所述第二物镜的光轴与所述第一物镜的光轴平行。
30.根据权利要求12所述的光片显微镜，其特征在于：
所述检测光学系统具有入射所述检测光的第二物镜，
所述第二物镜的光轴与所述第一物镜的光轴平行。
31.根据权利要求13所述的光片显微镜，其特征在于：
所述检测光学系统具有入射所述检测光的第二物镜，
所述第二物镜的光轴与所述第一物镜的光轴平行。
32.根据权利要求14所述的光片显微镜，其特征在于：
所述检测光学系统具有入射所述检测光的第二物镜，
所述第二物镜的光轴与所述第一物镜的光轴平行。
33.根据权利要求15所述的光片显微镜，其特征在于：
所述检测光学系统具有入射所述检测光的第二物镜，
所述第二物镜的光轴与所述第一物镜的光轴平行。
34.根据权利要求16所述的光片显微镜，其特征在于：
所述检测光学系统具有入射所述检测光的第二物镜，
所述第二物镜的光轴与所述第一物镜的光轴平行。
35.根据权利要求17所述的光片显微镜，其特征在于：
所述检测光学系统具有入射所述检测光的第二物镜，
所述第二物镜的光轴与所述第一物镜的光轴平行。
36.根据权利要求18所述的光片显微镜，其特征在于：
所述检测光学系统具有入射所述检测光的第二物镜，
所述第二物镜的光轴与所述第一物镜的光轴平行。
37.根据权利要求19所述的光片显微镜，其特征在于：
所述检测光学系统具有入射所述检测光的第二物镜，
所述第二物镜的光轴与所述第一物镜的光轴平行。
38.根据权利要求20所述的光片显微镜，其特征在于：
所述检测光学系统具有入射所述检测光的第二物镜，
所述第二物镜的光轴与所述第一物镜的光轴平行。
39.根据权利要求21所述的光片显微镜，其特征在于：
所述检测光学系统具有入射所述检测光的第二物镜，
所述第二物镜的光轴与所述第一物镜的光轴平行。
40.根据权利要求22所述的光片显微镜，其特征在于：
所述检测光学系统具有入射所述检测光的第二物镜，
所述第二物镜的光轴与所述第一物镜的光轴平行。
41.根据权利要求23所述的光片显微镜，其特征在于：
所述检测光学系统具有入射所述检测光的第二物镜，
所述第二物镜的光轴与所述第一物镜的光轴平行。
42.根据权利要求24所述的光片显微镜，其特征在于：
所述检测光学系统具有入射所述检测光的第二物镜，
所述第二物镜的光轴与所述第一物镜的光轴平行。
43.根据权利要求25所述的光片显微镜，其特征在于：
所述检测光学系统具有入射所述检测光的第二物镜，
所述第二物镜的光轴与所述第一物镜的光轴平行。
44.根据权利要求26所述的光片显微镜，其特征在于：
所述检测光学系统具有入射所述检测光的第二物镜，
所述第二物镜的光轴与所述第一物镜的光轴平行。
45.一种试样观察方法，其特征在于，包括：
将包含可激发试样的波长的激发光照射于所述试样的步骤；
对伴随所述激发光的照射而从所述试样发出的检测光进行引导的步骤；和
检测所述检测光的步骤，
将所述激发光照射于所述试样的步骤包含：
作为所述激发光从波长扫描光源输出波长随时间变化的光的步骤；
使从所述波长扫描光源输出的所述激发光入射于分光元件，并且使所述激发光以与所述激发光的波长对应的出射角从所述分光元件出射的步骤；
使从所述分光元件出射的所述激发光以与所述出射角对应的入射角入射于柱面透镜的步骤；和
使由包含所述柱面透镜及透镜的中继光学系统引导来的所述激发光会聚，并使片状的所述激发光照射于所述试样的步骤，
所述柱面透镜和所述透镜构成光瞳传递光学系统，入射于所述柱面透镜的激发光经由所述透镜而传递于第一物镜的光瞳，
所述分光元件具有所述激发光出射的出射面，
通过所述中继光学系统，所述第一物镜的光瞳与所述分光元件的所述出射面成为共轭关系。
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