【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、蛍光顕微鏡に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、用いられている蛍光顕微鏡は、図５に示すように、レーザ光源１と、波長分離素子２と、可動ミラー３と、瞳投影光学系４と、対物光学系５と、標本６と、結像レンズ７と、共焦点ピンホール８と、光電検出素子９とから構成されている。レーザ光源1から発せられたレーザ光は、波長分離素子２によって反射され、可動ミラー３でＸＹ方向に偏向された後、瞳投影光学系４、対物光学系５を介して、標本６にスポット状に照射される。
【０００３】
この照射により励起された標本６は、所定波長の蛍光を反射光として発する。この蛍光は対物光学系５から瞳投影光学系４を介して、波長分離素子２までの経路を戻り、波長分離素子２を透過してレーザ光と分離される。波長分離素子２を透過した蛍光は、結像光学系７によって集光されて共焦点ピンホール８を通過する。共焦点ピンホール８を通過した蛍光は、光電検出素子９で検出される。なお、標本のＸＹ走査は、可動ミラー３により光線をＸＹ方向に偏向することにより行われる。
【０００４】
ＸＹ走査については、上記の通りであるが、従来の顕微鏡において、標本のＺ方向の走査を行う場合には、対物光学系５を固定した状態で、標本６を上下に動かす方法が用いられていた。また別の方法として、標本６を固定した状態で、対物光学系５を上下に動かす方法、すなわち、標本６と対物光学系５のいずれかをＺ方向に動かして、相対距離を変化させることによって標本のＺ方向の走査を行っていた。
【０００５】
また、標本６及び対物光学系５を移動せずにＺ方向の走査を行う手段として、光学的に焦点位置を移動する手段がある。例えば、標本６と共役な１次像、又は２次像に対して、光学系を光軸方向に相対的に移動させることによって、対物光学系５の標本６側の結像位置を変化させる方法がある。また、形状が可変なミラーを用いて、可動ミラー３に入射する光線を発散もしくは集束させることにより、対物光学系の標本側の結像位置を変化させる方法があった（例えば、特許文献１参照。）。
【０００６】
【特許文献１】
特開平１１−１０１９４２号公報（第３−第６頁、第６図）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、標本６又は対物光学系５のいずれかを動かすことにより相対的な距離を変えてＺ方向の走査を行う方法では、近年さかんに行われているような標本６に電極を取り付け刺激等を与えて観察を行うような場合には、以下のような問題があった。すなわち、こうした観察方法においては、標本６に対して微細な電極を固定する必要があるが、標本６を移動させると、その電極が標本６から外れてしまい、十分な観察が行えない。また、標本６や対物光学系５を液体に浸して観察する場合も多く、このときに、対物光学系５を移動させてしまうと、標本６に振動が伝わり、正確な測定が出来なくなるといった問題である。
【０００８】
また、電極を標本６に取り付けて観察する場合以外でも、標本６又は対物光学系５のいずれかを動かすことにより相対的な距離を変えてＺ方向の走査を行う方法では、標本６を移動させる際に、移動機構の熱的微動により長時間の測定を行うと、標本６の位置ズレが生じてしまうとか、移動機構の重量の問題で、高速なＺ方向の走査が行えない等の問題も生じる。
【０００９】
また、先に述べた光学的に焦点位置を移動する手段においては、標本６と対物光学系５が固定されているため、上記のような問題は発生しないが、例えば、光学系を光軸方向に移動させる移動機構の公差等により光軸の偏心や角度ズレが発生しやすく、こうした光軸のズレにより、ＸＹ方向の走査位置のズレが同時に生じるという問題があった。また、可変形状ミラーにより光束を発散又は集光させる場合においても、可変形状ミラーの形状を正確にコントロールすることは、困難であるという問題がある。
【００１０】
そこで、本発明は、上述した問題点に鑑みてなされたものであって、標本と対物光学系との相対距離を変化させることなく、標本のＺ方向の走査を可能とする蛍光顕微鏡を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するため、本発明は、以下の手段を提案している。
請求項１に係る発明は、光源と、該光源からの光を反射し、標本から戻ってきた光を透過する波長分離素子と、該波長分離素子で反射された光をＸＹ方向に走査する走査ユニットと、前記波長分離素子を透過した光を検出する検出手段とを有する蛍光顕微鏡であって、前記波長分離素子と走査ユニットとの間に配置され、前記波長分離素子からの光束を偏向する固定ミラーと、該固定ミラーにより偏向された光束をさらに所定方向に偏向する可動ミラーと、該可動ミラーにより偏向された光束を集光し、前記可動ミラーの回転角に応じた所定の像面湾曲収差を発生させる集光光学系と、該集光光学系の前側焦点位置に配置された反射ミラーとを備えた蛍光顕微鏡を提案している。
【００１２】
可動ミラーが集光光学系の前側焦点位置に配置されている場合、集光光学系に像面湾曲収差が存在しなければ、光束は可動ミラーの回転角に関係なく所定の平面上（焦点面）に集光する。しかし、本発明では、集光光学系が、所定の像面湾曲収差を持っている。この集光光学系が、集光した光束に可動ミラーの回転角に応じた所定の像面湾曲収差を発生させるため、光軸から離れた位置では所定の平面上に集光しない。この結果、反射ミラーで反射される光束には、可動ミラーの回転角に応じた所定の収差が含まれる。すなわち、集光光学系で集光された光束は、反射ミラーに入射した時とは異なる状態の収束光束または発散光束に変換されて反射ミラーから射出する。したがって、これを標本に集光すれば、可動ミラーの回転角に応じて、標本に集光した光をＺ方向に走査することができる。また、標本に集光される光をＸＹ方向に走査する走査ユニットと同時に使用することにより、標本に集光した光をＸＹＺの３次元に走査することができる。
【００１３】
請求項２に係る発明は、光源と、該光源からの光を反射し、標本から戻ってきた光を透過する波長分離素子と、該波長分離素子で反射された光をＸＹ方向に走査する走査ユニットと、前記波長分離素子を透過した光を検出する検出手段とを有する蛍光顕微鏡であって、前記波長分離素子と走査ユニットとの間に配置され、前記波長分離素子からの光束を偏向する固定ミラーと、該固定ミラーにより偏向された光束をさらに所定方向に偏向する可動ミラーと、該可動ミラーにより偏向された光束を集光する集光光学系と、該集光光学系の前側焦点位置に配置され、前記可動ミラーの回転角に応じた所定の像面湾曲収差を発生する反射ミラーとを備えた蛍光顕微鏡を提案している。
【００１４】
前述のように、可動ミラーが集光光学系の前側焦点位置に配置されている場合、集光光学系に像面湾曲収差が存在しなければ、光束は可動ミラーの回転角に関係なく所定の平面上（焦点面）で集光する。本発明では、集光光学系で発生する像面湾曲収差の量は極めて少ない。よって、集光光学系で集された光は、可動ミラーの回転角に関係なく所定の平面上に集光する。しかし、本発明では、反射ミラーが、所定の像面湾曲収差をもっている。この反射ミラーが、集光光学系において集光した光束を反射する際に、可動ミラーの回転角に応じた所定の像面湾曲収差を発生させる。そのため、反射ミラーで反射される光束に、可動ミラーの回転角に応じた所定の収差が含まれる。すなわち、集光光学系で集光された光束は反射ミラーに入射した時とは異なる状態の収束光束または発散光束に変換されて反射ミラーから射出する。したがって、これを標本に集光すれば、可動ミラーの回転角に応じて、標本に集光した光をＺ方向に走査することができる。また、標本に集光される光をＸＹ方向に走査する走査ユニットと同時に使用することにより、標本に集光した光をＸＹＺの３次元に走査することができる。
【００１５】
請求項３に係る発明は、請求項１に記載された蛍光顕微鏡について、前記集光光学系の像面湾曲収差量が、入射する光束の入射角ごとに異なる光顕微鏡を提案している。
【００１６】
この発明によれば、集光光学系に、入射角ごとに異なる量の像面湾曲収差を発生する特性を持たせているので、集光光学系への入射光束の入射角を可動ミラーにより制御すれば、可動ミラーの回転角に応じて、標本をＺ方向に走査することができる。
【００１７】
請求項４に係る発明は、請求項１に記載された蛍光顕微鏡について、前記反射ミラーは平面ミラーである蛍光顕微鏡を提案している。
この発明によれば、反射ミラーを平面ミラーとしたことから、シンプルな構成で標本をＺ方向に走査することができる蛍光顕微鏡を実現することができる。
【００１８】
請求項５に係る発明は、請求項２に記載された蛍光顕微鏡について、前記反射ミラーの像面湾曲収差量が、入射する光束の入射角ごとに異なる蛍光顕微鏡を提案している。
この発明によれば、反射ミラーに、入射角ごとに異なる量の像面湾曲収差を発生する特性を持たせているので、反射ミラーへの入射光束の入射角を可動ミラーにより制御すれば、可動ミラーの回転角に応じて、標本をＺ方向に走査することができる。
【００１９】
請求項６に係る発明は、請求項２に記載された蛍光顕微鏡について、前記反射ミラーで発生する像面湾曲量は、前記集光光学系で発生する像面湾曲量に比べて小さい蛍光顕微鏡を提案している。
この発明によれば、反射ミラーで発生する像面湾曲収差量を集光光学系で発生する像面湾曲量に比べて小さく設定してあるため、反射ミラーで発生する像面湾曲収差が標本のＺ方向走査に関して影響を与えることがない。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態に係る蛍光顕微鏡について図１から図４を参照して詳細に説明する。
本発明の実施形態に係る蛍光顕微鏡は、図１に示すように、従来の蛍光顕微鏡の波長分離素子２と可動ミラー（ＸＹ）３の間に、固定ミラー１０と、可動ミラー（Ｚ）１１と、集光光学系１２と、反射ミラー１３とからなる光学系を配置した構成となっている。
【００２１】
固定ミラー１０は、互いに９０度の角度をもって配置された２つのミラーからなり、一方のミラーは、波長分離素子２で反射された光の光軸に対して、４５度の角度をもって配置され、波長分離素子２からの入射光を可動ミラー（Ｚ）１１に導く。もう一方のミラーは、可動ミラー（Ｚ）１１で反射した光の光軸に対して、４５度の角度をもって配置され、可動ミラー（Ｚ）１１からの入射光を可動ミラー（ＸＹ）３に導く。
【００２２】
可動ミラー（Ｚ）１１は、固定ミラー１０からの入射光および集光光学系１２からの入射光を反射する２つのミラーを備え、図示しない制御手段により、入射する光軸に対して、ＸＹ方向に可動する。なお、可動ミラー（Ｚ）１１は、集光光学系１２の前側焦点位置に配置されており、集光光学系１２および反射ミラー１３に像面湾曲収差がない場合には、反射ミラー１３面上に、像を形成するように構成されている。
【００２３】
集光光学系１２は、可動ミラー（Ｚ）１１の一方のミラーで反射された平行光束を入射して、これを集光する作用を有する。反射ミラー１３は、集光光学系１２からの集光された光束を集光光学系１２に反射する。反射した光束は、集光光学系１２を介して、可動ミラー（Ｚ）１１のもう一方のミラーで反射され、さらに固定ミラー１０で反射されて、可動ミラー（ＸＹ）３に導かれる。
【００２４】
次に、図１および図２を用いて、第１の実施形態について説明する。
図１（ａ）は、光の伝播の様子を上から見た図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）を横方向から見た図である。図１（ｂ）に示すように、可動ミラー（Ｚ）１１には、上下に２つのミラーを備えられている。可動ミラー（Ｚ）１１が走査されていない場合、波長分離素子２から可動ミラー（Ｚ）１１に入射した平行光束は、下部のミラーで反射され、集光光学系１２において集光される。集光光学系１２において集光された光は、反射ミラー１３で反射され、反射した光束は、再び集光光学系１２に入射する。集光光学系１２に入射した光は平行光束となって出射され、今度は下部のミラーで反射されて、可動ミラー（ＸＹ）３に導かれていく。
【００２５】
第１の実施形態においては、図１（ａ）に示すように、集光光学系１２が集光する光束に対して、所定の像面湾曲収差を発生する。すなわち、図１（ａ）の右側の太い線が、反射ミラー１３の反射面を示し、細い実線で描かれた曲線が、集光光学系１２で発生する像面湾曲収差を示している。したがって、上述のように、可動ミラー（Ｚ）１１から集光光学系１２に入射された平行光束が、再び、平行光束の戻り光として可動ミラー（Ｚ）１１に入射するような、可動ミラー（Ｚ）１１の角度を中立位置として、これをＸＹ方向に回転することにより、戻り光を発散光束あるいは集束光束に変換することができる。
【００２６】
図２を用いて、可動ミラー（Ｚ）１１による光束の発散あるいは集束の様子をみてみると、波長選択素子２から入射した平行光束は、固定ミラー１０によって偏向される。偏向された光束は可動ミラー（Ｚ）１１に入射する。入射した平行光束は、可動ミラー（Ｚ）１１により、所定の方向に偏向されて集光光学系１２に入射する。集光光学系１２は、入射した平行光束を集光するとともに、可動ミラー（Ｚ）１１の偏向方向に応じた像面湾曲収差を集光光束に発生する。
【００２７】
図２（ａ）の場合、集光光学系１２により発生する像面湾曲収差が反射ミラー１３の反射面よりも奥側で像を結ぶような収差となっているため、集光光学系１２からの集光光束は、像を結ぶ手前で反射ミラー１３の反射面により反射することになる。したがって、反射光は発散光束となって、集光光学系１２を伝播し、可動ミラー（Ｚ）１１および固定ミラー１０で反射され、可動ミラー（ＸＹ）３、瞳投影光学系４および対物光学系５を介して、集光光学系１２で発生した収差を含んだまま、標本６に集光される。したがって、この場合には、標本６の本来の結像点よりも奥に像を結ぶため、結像点よりも奥の部分を走査することができる。
【００２８】
一方、図２（ｂ）の場合は、集光光学系１２により発生する像面湾曲収差が反射ミラー１３の反射面よりも手前側で像を結ぶような収差となっているため、集光光学系１２からの集光光束は、像を結んだ後に反射ミラー１３の反射面により反射することになる。したがって、反射光は集束光束となって、集光光学系１２を伝播し、可動ミラー（Ｚ）１１および固定ミラー１０で反射され、可動ミラー（ＸＹ）３、瞳投影光学系４および対物光学系５を介して、集光光学系１２で発生した収差を含んだまま、標本６に集光される。したがって、この場合には、標本６の本来の結像点よりも手前側に像を結ぶため、結像点よりも手前の部分を走査することができる。
【００２９】
次に、図３を用いて、第２の実施形態について説明する。
第２の実施例は、第１の実施例と同様に可動ミラー１１、集光光学系１２、反射ミラー１３とから構成される点において、共通しているが、反射ミラー１３が所定の湾曲湾曲収差を発生する点で相違する。このため、図３（ａ）に示すように、集光光学系１２の像面は平面（図３（ａ）右端の細い実線）であるが、反射ミラー１３は湾曲した面形状を有している（図３（ａ）右端の太い実線で描かれた曲線）。すなわち、可動ミラー（Ｚ）１１によって偏向された平行光束を集光光学系１２で反射ミラー１３の異なる位置に集光させることにより、平面である像面と異なる位置で光線が反射されることになるため、反射ミラー１３により反射されて集光光学系１２により集光される光束を集束光束または発散光束に変換することができる。したがって、この光束を可動ミラー（Ｚ）１１、固定ミラー１０、可動ミラー（ＸＹ）３、瞳投影光学系４および対物光学系５を介して、標本６に集光すれば、標本上の集束位置を走査することができる。
【００３０】
次に、図４を用いて、第１の実施形態に係る光学系を備えた第３の実施形態である蛍光顕微鏡について説明する。
波長分離素子２によって反射された平行光束であるレーザ光は、固定ミラー１０で反射された後、可動ミラー（Ｚ）１１によって集光光学系１２へ偏向される。集光光学系１２に入射したレーザ光は集光され、反射ミラー１３によって反射された後、集光光学系１２によって可動ミラー（Ｚ）１１へと再び導かれる。可動ミラー（Ｚ）１１で反射した光束は、可動ミラー（ＸＹ）３へと導かれ、瞳投影光学系４および対物光学系５を介して、標本６に集光される。集光されたレーザ光により標本６が発した蛍光は、先程とは逆の経路を辿って波長分離素子２まで戻り、波長分離素子２を透過して光電検出素子１０によって検出される。
【００３１】
可動ミラー（Ｚ）１１は集光光学系１２の前側焦点位置に配置されているため、可動ミラー（Ｚ）１１によって偏向され、集光光学系１２で集光された光束は、反射ミラー１３へ垂直に入射する。反射ミラー１３に入射した光束は、ミラー面で反射され、再び前側焦点位置に配置されている可動ミラー（Ｚ）１１へと導かれ、最初に可動ミラー（Ｚ）１１に入射した光線と平行に射出される。
【００３２】
本実施形態においては、集光光学系１２が、可動ミラー（Ｚ）１１の偏向方向に応じた所定の量の像面湾曲収差を発生しているため、可動ミラー（Ｚ）１１によって光束を偏向し、反射ミラー１３の異なる位置に光束を集光させれば、像面湾曲量の異なる位置に光束を集光させることができる。そのため、反射ミラー１３により反射されて集光光学系１２により集光された光束を集束光束または発散光束に変換することができる。したがって、この光束を可動ミラー（Ｚ）１１、固定ミラー１０、可動ミラー（ＸＹ）３、瞳投影光学系４および対物光学系５を介して、標本６に集光すれば、標本上の集束位置を走査することができる。
【００３３】
以上、図面を参照して本発明の実施の形態について詳述してきたが、具体的な構成はこれらの実施の形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。例えば、本実施形態においては、可動ミラー（Ｚ）の走査手段を特に明示しなかったが、ジンバル構造を有している静電駆動方式あるいはカルバノミラーや電磁力によりミラーの角度を変える方式等でもよい。なお、第１の実施形態及び第２の実施形態からわかるように、本発明においては、集光光学系と反射ミラーの少なくとも一方が、可動ミラーの回転角に応じた所定の像面湾曲収差を持っていればよい。
【００３４】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、標本と対物光学系のいずれかをZ方向に動かすことにより、両者の相対距離を変化させて標本のZ方向の走査を行う必要がないため、標本に微細な電極を固定して観察をする場合や対物光学系を液体に浸して観察する場合においても、振動によって電極が外れたり、不要な振動により正確な観察の妨げとなるようなことがないという効果がある。
【００３５】
また、レンズの移動機構が存在しないため、鏡枠の公差による光軸ズレに起因する走査位置ズレが生じず、さらに、Ｚ方向の走査を偏向ミラーによって行うため、ＸＹ走査と同等の速度でZ方向の走査を行うことができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る光学系の光路図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る光学系における集光光束と反射光束の関係を示す図である。
【図３】本発明の第２の実施形態に係る光学系における集光光束と反射光束の関係を示す図である。
【図４】本発明の第３の実施形態に係る蛍光顕微鏡の光路図である。
【図５】従来の蛍光顕微鏡の構成図である。
【符号の説明】
１・・・光源、２・・・波長分離素子、３・・・可動ミラー、４・・・瞳投影光学系、５・・・対物光学系、６・・・標本、７・・・結像レンズ、８・・・共焦点ピンホール、９・・・光電検出素子、１０・・・固定ミラー、１１・・・可動ミラー（Ｚ）、１２・・・集光光学系、１３・・・ミラー、[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a fluorescence microscope.
[0002]
[Prior art]
As shown in FIG. 5, a conventionally used fluorescence microscope includes a laser light source 1, a wavelength separation element 2, a movable mirror 3, a pupil projection optical system 4, an objective optical system 5, a sample 6, It comprises an imaging lens 7, a confocal pinhole 8, and a photoelectric detection element 9. The laser light emitted from the laser light source 1 is reflected by the wavelength separation element 2, deflected in the XY directions by the movable mirror 3, and then spot-shaped on the specimen 6 via the pupil projection optical system 4 and the objective optical system 5. Is irradiated.
[0003]
The sample 6 excited by this irradiation emits fluorescence of a predetermined wavelength as reflected light. This fluorescence returns from the objective optical system 5 to the wavelength separation element 2 via the pupil projection optical system 4 and passes through the wavelength separation element 2 to be separated from laser light. The fluorescence transmitted through the wavelength separation element 2 is collected by the imaging optical system 7 and passes through the confocal pinhole 8. The fluorescence that has passed through the confocal pinhole 8 is detected by the photoelectric detection element 9. The XY scanning of the sample is performed by deflecting the light beam in the XY directions by the movable mirror 3.
[0004]
The XY scanning is as described above. In a conventional microscope, when scanning the sample in the Z direction, a method of moving the sample 6 up and down with the objective optical system 5 fixed is used. Was. Another method is to move the objective optical system 5 up and down while the sample 6 is fixed, that is, by moving either the sample 6 or the objective optical system 5 in the Z direction to change the relative distance. The specimen was scanned in the Z direction.
[0005]
As means for scanning in the Z direction without moving the sample 6 and the objective optical system 5, there is a means for optically moving the focal position. For example, a method of changing the imaging position of the objective optical system 5 on the sample 6 side by relatively moving the optical system in the optical axis direction with respect to the primary image or the secondary image conjugate to the sample 6 There is. In addition, there is a method of changing the image forming position on the specimen side of the objective optical system by diverging or converging light rays incident on the movable mirror 3 using a mirror having a variable shape (for example, see Patent Document 1). .).
[0006]
[Patent Document 1]
JP-A-11-101942 (pages 3 to 6, FIG. 6)
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the method in which the relative distance is changed by moving either the specimen 6 or the objective optical system 5 to perform scanning in the Z direction, an electrode is attached to the specimen 6 which has been widely used in recent years, and stimulation or the like is performed. In the case where the observation is performed by giving, there are the following problems. That is, in such an observation method, it is necessary to fix a fine electrode to the specimen 6, but when the specimen 6 is moved, the electrode comes off the specimen 6, and sufficient observation cannot be performed. In many cases, the specimen 6 and the objective optical system 5 are immersed in a liquid for observation. If the objective optical system 5 is moved at this time, vibration is transmitted to the specimen 6 and accurate measurement cannot be performed. It is.
[0008]
In addition to the case where the electrodes are attached to the sample 6 and the method of performing scanning in the Z direction by changing the relative distance by moving either the sample 6 or the objective optical system 5, the sample 6 is moved. In this case, if the measurement is performed for a long time due to the thermal fine movement of the moving mechanism, there is also a problem that the position of the sample 6 is displaced, or a problem of the weight of the moving mechanism makes it impossible to perform high-speed scanning in the Z direction. Occurs.
[0009]
In the above-described means for optically moving the focal position, the above-mentioned problem does not occur because the sample 6 and the objective optical system 5 are fixed. The eccentricity and the angle shift of the optical axis easily occur due to the tolerance of the moving mechanism for moving the optical axis, and there is a problem that the shift of the scanning position in the XY directions occurs simultaneously due to the shift of the optical axis. Further, even when the light beam is diverged or condensed by the deformable mirror, it is difficult to accurately control the shape of the deformable mirror.
[0010]
Accordingly, the present invention has been made in view of the above-described problems, and provides a fluorescence microscope that enables scanning of a sample in the Z direction without changing the relative distance between the sample and the objective optical system. The purpose is to:
[0011]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, the present invention proposes the following means.
The invention according to claim 1 is a light source, a wavelength separating element that reflects light from the light source, and transmits light returned from the sample, and a scan that scans the light reflected by the wavelength separating element in the XY directions. A fluorescence microscope having a unit and detection means for detecting light transmitted through the wavelength separation element, wherein the fixed part is disposed between the wavelength separation element and a scanning unit and deflects a light beam from the wavelength separation element. A mirror, a movable mirror for further deflecting the light beam deflected by the fixed mirror in a predetermined direction, and a light field deflected by the movable mirror, condensing the light beam, and a predetermined field curvature aberration corresponding to a rotation angle of the movable mirror. Has been proposed that includes a light-collecting optical system that generates light and a reflecting mirror disposed at a front focal position of the light-collecting optical system.
[0012]
When the movable mirror is disposed at the front focal position of the focusing optical system, if there is no curvature of field in the focusing optical system, the light beam is projected on a predetermined plane (focal plane) regardless of the rotation angle of the movable mirror. ). However, in the present invention, the condensing optical system has a predetermined curvature of field. Since the condensing optical system generates a predetermined field curvature aberration in the condensed light beam according to the rotation angle of the movable mirror, the light does not converge on a predetermined plane at a position away from the optical axis. As a result, the light beam reflected by the reflection mirror includes a predetermined aberration according to the rotation angle of the movable mirror. That is, the light beam condensed by the light condensing optical system is converted into a convergent light beam or a divergent light beam in a state different from that when the light beam enters the reflection mirror, and is emitted from the reflection mirror. Therefore, if the light is collected on the sample, the light collected on the sample can be scanned in the Z direction according to the rotation angle of the movable mirror. Further, by using the light condensed on the sample simultaneously with the scanning unit that scans in the X and Y directions, the light condensed on the sample can be scanned three-dimensionally in XYZ.
[0013]
The invention according to claim 2 is a light source, a wavelength separation element that reflects light from the light source and transmits light returned from the sample, and a scan that scans the light reflected by the wavelength separation element in the XY directions. A fluorescence microscope having a unit and detection means for detecting light transmitted through the wavelength separation element, wherein the fixed part is disposed between the wavelength separation element and a scanning unit and deflects a light beam from the wavelength separation element. A mirror, a movable mirror for further deflecting the light beam deflected by the fixed mirror in a predetermined direction, a condensing optical system for condensing the light beam deflected by the movable mirror, and a converging optical system at a front focal position of the condensing optical system. There has been proposed a fluorescence microscope including a reflection mirror that is disposed and generates a predetermined field curvature aberration according to the rotation angle of the movable mirror.
[0014]
As described above, when the movable mirror is disposed at the front focal position of the focusing optical system, if there is no curvature of field in the focusing optical system, the light flux is given a predetermined value regardless of the rotation angle of the movable mirror. Light is collected on a plane (focal plane). In the present invention, the amount of curvature of field generated in the light collecting optical system is extremely small. Therefore, the light collected by the condensing optical system is condensed on a predetermined plane regardless of the rotation angle of the movable mirror. However, in the present invention, the reflection mirror has a predetermined curvature of field. When the reflecting mirror reflects the light beam condensed by the condensing optical system, a predetermined curvature of field is generated according to the rotation angle of the movable mirror. Therefore, the light beam reflected by the reflection mirror includes a predetermined aberration corresponding to the rotation angle of the movable mirror. That is, the light beam condensed by the condensing optical system is converted into a convergent light beam or a divergent light beam in a state different from that when the light beam enters the reflection mirror, and is emitted from the reflection mirror. Therefore, if the light is collected on the sample, the light collected on the sample can be scanned in the Z direction according to the rotation angle of the movable mirror. Further, by using the light condensed on the sample simultaneously with the scanning unit that scans in the X and Y directions, the light condensed on the sample can be scanned three-dimensionally in XYZ.
[0015]
The invention according to claim 3 proposes the optical microscope according to claim 1, wherein the amount of field curvature aberration of the condensing optical system is different for each incident angle of the incident light beam.
[0016]
According to the present invention, since the condensing optical system has a characteristic of generating a different amount of field curvature aberration for each incident angle, the incident angle of the incident light beam on the condensing optical system is controlled by the movable mirror. Then, the specimen can be scanned in the Z direction according to the rotation angle of the movable mirror.
[0017]
The invention according to claim 4 proposes the fluorescence microscope according to claim 1, wherein the reflection mirror is a plane mirror.
According to the present invention, since the reflecting mirror is a plane mirror, it is possible to realize a fluorescence microscope that can scan the sample in the Z direction with a simple configuration.
[0018]
The invention according to claim 5 proposes the fluorescence microscope according to claim 2, wherein the amount of field curvature aberration of the reflection mirror is different for each incident angle of the incident light beam.
According to the present invention, since the reflecting mirror has a characteristic of generating a different amount of field curvature aberration for each incident angle, if the incident angle of the incident light beam on the reflecting mirror is controlled by the movable mirror, the movable mirror is movable. The specimen can be scanned in the Z direction according to the rotation angle of the mirror.
[0019]
The invention according to claim 6 is the fluorescence microscope according to claim 2, wherein the amount of curvature of field generated by the reflection mirror is smaller than the amount of curvature of field generated by the focusing optical system. is suggesting.
According to the present invention, since the amount of curvature of field generated by the reflecting mirror is set to be smaller than the amount of curvature of field generated by the focusing optical system, the amount of curvature of field generated by the reflecting mirror is reduced. There is no effect on Z-direction scanning.
[0020]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, a fluorescence microscope according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS.
As shown in FIG. 1, the fluorescence microscope according to the embodiment of the present invention includes a fixed mirror 10 and a movable mirror (Z) 11 between a wavelength separation element 2 and a movable mirror (XY) 3 of a conventional fluorescence microscope. , A converging optical system 12 and an optical system composed of a reflecting mirror 13.
[0021]
The fixed mirror 10 includes two mirrors arranged at an angle of 90 degrees with respect to each other. One mirror is arranged at an angle of 45 degrees with respect to the optical axis of the light reflected by the wavelength separation element 2, and The incident light from the separation element 2 is guided to the movable mirror (Z) 11. The other mirror is arranged at an angle of 45 degrees with respect to the optical axis of the light reflected by the movable mirror (Z) 11, and guides the incident light from the movable mirror (Z) 11 to the movable mirror (XY) 3. .
[0022]
The movable mirror (Z) 11 includes two mirrors that reflect the incident light from the fixed mirror 10 and the incident light from the condenser optical system 12, and is controlled by a control unit (not shown) with respect to the incident optical axis in the XY directions. Movable. Note that the movable mirror (Z) 11 is disposed at the front focal position of the focusing optical system 12, and when the focusing optical system 12 and the reflecting mirror 13 have no field curvature aberration, the movable mirror (Z) 11 is on the surface of the reflecting mirror 13. To form an image.
[0023]
The condensing optical system 12 has a function of entering the parallel light beam reflected by one of the movable mirrors (Z) 11 and condensing the same. The reflection mirror 13 reflects the light flux collected from the light collecting optical system 12 to the light collecting optical system 12. The reflected light flux is reflected by the other mirror of the movable mirror (Z) 11 via the condensing optical system 12, further reflected by the fixed mirror 10, and guided to the movable mirror (XY) 3.
[0024]
Next, a first embodiment will be described with reference to FIGS.
FIG. 1A is a diagram of the state of light propagation as viewed from above, and FIG. 1B is a diagram of FIG. 1A as viewed from the lateral direction. As shown in FIG. 1B, the movable mirror (Z) 11 is provided with two upper and lower mirrors. When the movable mirror (Z) 11 is not scanned, the parallel light beam incident on the movable mirror (Z) 11 from the wavelength separation element 2 is reflected by the lower mirror and condensed by the condenser optical system 12. The light collected by the condensing optical system 12 is reflected by the reflection mirror 13, and the reflected light flux enters the condensing optical system 12 again. The light that has entered the condensing optical system 12 is emitted as a parallel light flux, then reflected by a lower mirror, and guided to a movable mirror (XY) 3.
[0025]
In the first embodiment, as shown in FIG. 1A, a predetermined curvature of field is generated with respect to a light beam condensed by the condensing optical system 12. That is, the bold line on the right side of FIG. 1A indicates the reflection surface of the reflection mirror 13, and the curve drawn by a thin solid line indicates the field curvature aberration generated in the condensing optical system 12. Therefore, as described above, the movable mirror (Z) is such that the parallel light beam incident on the condensing optical system 12 from the movable mirror (Z) 11 again enters the movable mirror (Z) 11 as return light of the parallel light beam. Z) By setting the angle of 11 to the neutral position and rotating it in the X and Y directions, the return light can be converted into a divergent light beam or a converged light beam.
[0026]
Referring to FIG. 2, the divergence or convergence of the light beam by the movable mirror (Z) 11 will be described. The parallel light beam incident from the wavelength selection element 2 is deflected by the fixed mirror 10. The deflected light beam enters the movable mirror (Z) 11. The incident parallel light beam is deflected in a predetermined direction by a movable mirror (Z) 11 and is incident on a condensing optical system 12. The condensing optical system 12 converges the incident parallel light beam, and generates a field curvature aberration in the converged light beam according to the deflection direction of the movable mirror (Z) 11.
[0027]
In the case of FIG. 2A, since the field curvature aberration generated by the condensing optical system 12 is such that an image is formed on the deeper side than the reflecting surface of the reflecting mirror 13, Is reflected by the reflection surface of the reflection mirror 13 just before forming an image. Therefore, the reflected light becomes a divergent light beam, propagates through the condenser optical system 12, is reflected by the movable mirror (Z) 11 and the fixed mirror 10, and is moved by the movable mirror (XY) 3, the pupil projection optical system 4, and the objective optical system. The light is condensed on the sample 6 via the light condensing optical system 12 while including the aberration generated by the light condensing optical system 12. Therefore, in this case, since an image is formed deeper than the original imaging point of the specimen 6, a portion deeper than the imaging point can be scanned.
[0028]
On the other hand, in the case of FIG. 2B, the field curvature aberration generated by the condensing optical system 12 is an aberration such that an image is formed on the near side of the reflecting surface of the reflecting mirror 13. The condensed light beam from the system 12 is reflected by the reflecting surface of the reflecting mirror 13 after forming an image. Therefore, the reflected light becomes a converged light beam, propagates through the condensing optical system 12, is reflected by the movable mirror (Z) 11 and the fixed mirror 10, and is moved by the movable mirror (XY) 3, the pupil projection optical system 4, and the objective optical system. The light is condensed on the sample 6 via the light condensing optical system 12 while including the aberration generated by the light condensing optical system 12. Therefore, in this case, an image is formed on the near side of the original imaging point of the specimen 6, so that the portion before the imaging point can be scanned.
[0029]
Next, a second embodiment will be described with reference to FIG.
The second embodiment is common to the first embodiment in that it comprises a movable mirror 11, a condensing optical system 12, and a reflection mirror 13 as in the first embodiment. The difference is that aberration occurs. For this reason, as shown in FIG. 3A, the image plane of the condensing optical system 12 is a plane (a thin solid line at the right end in FIG. 3A), but the reflection mirror 13 has a curved surface shape. (A curve drawn by a thick solid line at the right end in FIG. 3A). That is, the parallel light beam deflected by the movable mirror (Z) 11 is condensed by the condensing optical system 12 at a different position on the reflecting mirror 13 so that the light beam is reflected at a position different from the plane image plane. Therefore, the light beam reflected by the reflection mirror 13 and collected by the light collecting optical system 12 can be converted into a converged light beam or a divergent light beam. Therefore, if this light beam is condensed on the sample 6 via the movable mirror (Z) 11, the fixed mirror 10, the movable mirror (XY) 3, the pupil projection optical system 4, and the objective optical system 5, the focusing position on the sample is obtained. Can be scanned.
[0030]
Next, a fluorescence microscope according to a third embodiment including the optical system according to the first embodiment will be described with reference to FIG.
The laser light, which is a parallel light flux reflected by the wavelength separation element 2, is reflected by a fixed mirror 10 and then deflected by a movable mirror (Z) 11 to a condensing optical system 12. The laser light incident on the condensing optical system 12 is condensed, reflected by the reflecting mirror 13, and then guided again to the movable mirror (Z) 11 by the condensing optical system 12. The light beam reflected by the movable mirror (Z) 11 is guided to the movable mirror (XY) 3, and is condensed on the specimen 6 via the pupil projection optical system 4 and the objective optical system 5. The fluorescence emitted from the sample 6 by the condensed laser light returns to the wavelength separation element 2 along the reverse path, and passes through the wavelength separation element 2 to be detected by the photoelectric detection element 10.
[0031]
Since the movable mirror (Z) 11 is arranged at the front focal position of the condenser optical system 12, the light beam deflected by the movable mirror (Z) 11 and condensed by the condenser optical system 12 is transmitted to the reflection mirror 13. Incident vertically. The light beam incident on the reflection mirror 13 is reflected by the mirror surface, guided again to the movable mirror (Z) 11 disposed at the front focal position, and parallel to the light beam first incident on the movable mirror (Z) 11. Be injected.
[0032]
In the present embodiment, the condensing optical system 12 generates a predetermined amount of field curvature aberration according to the deflection direction of the movable mirror (Z) 11, and thus the light flux is deflected by the movable mirror (Z) 11. If the light beams are condensed at different positions on the reflection mirror 13, the light beams can be condensed at positions having different amounts of curvature of field. Therefore, the light beam reflected by the reflection mirror 13 and collected by the light collecting optical system 12 can be converted into a converged light beam or a divergent light beam. Therefore, if this light beam is condensed on the sample 6 via the movable mirror (Z) 11, the fixed mirror 10, the movable mirror (XY) 3, the pupil projection optical system 4, and the objective optical system 5, the focusing position on the sample is obtained. Can be scanned.
[0033]
As described above, the embodiments of the present invention have been described in detail with reference to the drawings. However, the specific configuration is not limited to these embodiments, and a design change or the like may be made without departing from the gist of the present invention. included. For example, in the present embodiment, the scanning means of the movable mirror (Z) is not specifically shown, but an electrostatic drive method having a gimbal structure, a method of changing the angle of the mirror by a carbano mirror or an electromagnetic force, or the like may be used. . As can be seen from the first embodiment and the second embodiment, in the present invention, at least one of the condensing optical system and the reflecting mirror has a predetermined curvature of field depending on the rotation angle of the movable mirror. You only need to have it.
[0034]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, by moving either the sample or the objective optical system in the Z direction, it is not necessary to change the relative distance between the two and scan the sample in the Z direction. Even when observing with a fine electrode fixed or when immersing the objective optical system in a liquid, vibration does not cause the electrodes to come off or unnecessary vibrations to prevent accurate observation. effective.
[0035]
Further, since there is no lens moving mechanism, there is no scan position shift due to the optical axis shift due to the tolerance of the lens frame. Further, since the scanning in the Z direction is performed by the deflecting mirror, Z scanning is performed at the same speed as XY scanning. There is an effect that scanning in the direction can be performed.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an optical path diagram of an optical system according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing a relationship between a converged light beam and a reflected light beam in the optical system according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a diagram showing a relationship between a converged light beam and a reflected light beam in an optical system according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 4 is an optical path diagram of a fluorescence microscope according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a configuration diagram of a conventional fluorescence microscope.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Light source, 2 ... wavelength separation element, 3 ... movable mirror, 4 ... pupil projection optical system, 5 ... objective optical system, 6 ... specimen, 7 ... imaging Lens, 8: confocal pinhole, 9: photoelectric detection element, 10: fixed mirror, 11: movable mirror (Z), 12: condensing optical system, 13: mirror ,
