JP2006126363A - レーザ走査型顕微鏡 - Google Patents

Abstract

【課題】 光ビームの光軸の角度ずれと平行ずれを確実に検出できるレーザ走査型顕微鏡を提供する。
【解決手段】 対物レンズ２２の瞳位置における光ビームのビーム径を変化させることにより生じる光軸の角度ずれと平行ずれを、２次元センサ７（８）の受光面７ａ（８ａ）、７ｂ（８ｂ）、７ｃ（８ｃ）、７ｄ（８ｄ）上でのビームスポット１７の照射位置の移動量と移動方向から検出し、この検出の結果に基づいて回転角度調整部４ｂと平行移動調整部４ｃを調整し光軸の角度ずれと平行ずれを補正する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、標本に対して光ビームを２次元走査し、標本からの光を検出するレーザ走査型顕微鏡に関するものである。

従来、顕微鏡として、レーザ光源からの光ビームを対物レンズにより標本上に集光させ、その集光点をスキャナを用いて光学的に２次元走査し、標本からの蛍光、透過光、又は反射光を再び対物レンズを通し光検出器で検出し、この検出光を光電変換して電気信号に変換し、変換した電気信号に基づいて走査画像データを形成するようにしたレーザ走査型顕微鏡が知られている。

ところで、このようなレーザ走査型顕微鏡は、瞳径が各々異なる複数の対物レンズがレンズ切換手段（レボルバ）に搭載され、このレンズ切換手段により所望する対物レンズが光路上に切換えられるようにしている。

この場合、光路上に瞳径の異なる対物レンズを切換える際に、切換えられた対物レンズの瞳径に応じて光ビームの径を変化させる必要がある。また、同じ対物レンズを使用して焦点深度の深い標本像を取得するような場合も、その対物レンズの瞳径よりも小さいビーム径の光ビームを作り出す必要がある。

このようなことから、レーザ走査型顕微鏡においては、対物レンズに入射させる光ビームのビーム径を変化させるビーム径変換光学装置が用いられている。例えば、特許文献１には、共焦点レーザ顕微鏡の照明ビーム路内に照明直径を変更するための照明光学系を配置し、この照明光学系により対物レンズに入射させる光ビームのビーム径を変化可能としたものが開示されている。

ところが、このような照明光学系を用いて光ビームの径を変化させると、光ビームの光軸にずれを生じることがあり、このような光軸ずれを生じた光ビームをそのまま用いると、標本上に２次元走査される光ビームの位置がずれてしまい、結果として走査画像にもずれを生じるという問題があった。

そこで、従来、特許文献２に開示されるように、光ビームのビーム径を変更したときに生じる光軸の角度のずれに起因する走査画像の位置ずれを、予め用意された補正データに基づいて補正するものが考えられている。
特表２００２−５９２８７号公報 特開２００４−５３９２２号公報

ところが、特許文献２のものは、光ビームのビーム径を変更したときに生じる光軸の角度のずれを補正することが開示されているが、光軸と平行方向のずれ（以下、平行ずれ）について開示されていない。つまり、光ビームのビーム径を変更したときに生じる光軸のずれは、角度のみに留まらず、平行ずれも生じており、特に、平行ずれについては、光ビームが光路を通過する際に、光路途中のレンズや鏡筒により遮られる、いわゆるケラレの原因となり、このケラレによる光量ロスが発生する。

このため、光ビームのビーム径を変更したときに生じる光軸ずれは、角度のみでなく、平行ずれを補正することも重要である。また、特許文献１および２では、ビーム径が正しく変換されたか確認していないため、ビーム径変換光学装置に不具合等が発生すると、所望するビーム径にならないことがある。この場合は、最適なレーザ走査型顕微鏡照明が得られないため、良好な走査画像が取得できないという問題を生じる。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、光ビームの光軸の角度ずれと平行ずれを確実に検出できるレーザ走査型顕微鏡を提供することを目的とする。

請求項１記載の発明は、光ビームを発生する光源と、前記光源からの光ビームを標本上に集光させる対物レンズと、前記光ビームを前記標本上で２次元走査する光走査手段と、前記光ビームのビーム径を変化させるビーム径変換手段と、前記ビーム径変換手段により前記光ビームのビーム径を変化させることにより生じる光軸の角度ずれと平行ずれを検出する光軸ずれ検出手段と、を具備したことを特徴としている。

請求項２記載の発明は請求項１記載の発明において、さらに、前記ビーム径変換手段より出射する光ビームの光軸を調整可能とする光軸調整手段を有し、前記光軸ずれ検出手段により検出された光軸の角度ずれと平行ずれに基づいて前記光軸調整手段により光ビームの光軸を調整することを特徴としている。

請求項３記載の発明は請求項２記載の発明において、前記光軸調整手段は、前記光軸ずれ検出手段により検出された光軸の角度ずれと平行ずれに応じて光ビームの光軸を自動的に調整することを特徴としている。

請求項４記載の発明は請求項１乃至３のいずれかに記載の発明において、さらに、前記ビーム径変換手段より出射される光ビームのビーム径を検出するビーム径検出手段と、該ビーム径検出手段で検出したビーム径の情報を表示する表示手段とを有することを特徴としている。

請求項５記載の発明は請求項４記載の発明において、前記ビーム径検出手段で検出したビーム径の情報を前記ビーム径変換手段にフィードバックすることを特徴としている。

請求項６記載の発明は請求項１乃至５のいずれかに記載の発明において、前記ビーム径変換手段は、前記対物レンズの瞳位置における光ビームのビーム径を変化させるものであることを特徴としている。

請求項７記載の発明は請求項１乃至６のいずれかに記載の発明において、前記光軸ずれ検出手段は、複数分割された受光面を有する２次元センサからなることを特徴としている。

請求項８記載の発明は請求項７記載の発明において、前記光軸ずれ検出手段は、前記２次元センサの複数分割された前記受光面の分割線上にあって前記受光面に垂直に光ビームが入射する状態で該光ビームに対して平行方向に遮光部材を配置した光軸ガイドをさらに有することを特徴としている。

本発明によれば、光ビームの光軸の角度ずれと平行ずれを確実に検出でき、これら検出結果により、これらのずれを速やかに補正可能としたレーザ走査型顕微鏡を提供できる。

以下、本発明の実施の形態を図面に従い説明する。

（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施の形態にかかるレーザ走査型顕微鏡の概略構成を示すものである。図において、１はレーザ光源で、このレーザ光源１から出射される光ビームの光軸２上には、ビーム径変換手段としてのビーム径変換光学装置３と光軸調整手段としての光軸調整装置４が配置されている。

ビーム径変換光学装置３は、光ビームのビーム径を変換するもので、例えば、ズーム光学系を有し、このズーム光学系のズーム倍率を変化させることで、後述する対物レンズ２２の瞳位置における光ビームのビーム径を変更させるものである。

光軸調整装置４は、ビーム径変換光学装置３から出射される光ビームの光軸を調整するもので、光ビームを偏向する光学部材としての反射ミラー４ａ、回転角度調整部４ｂ及び平行移動調整部４ｃを有している。この場合、回転角度調整部４ｂは、反射ミラー４ａの傾き角度調整を手動で行なうもので、ここでは、反射ミラー４ａを回転軸４０１を中心に図示矢印ａ方向に回転可能にするとともに、回転軸４０１と直交する不図示の回転軸を中心に図示矢印ｂ方向に回転可能にして、ビーム径変換光学装置３により光ビームのビーム径を変化させたときに生じる光軸の角度のずれを補正可能としている。また、平行移動調整部４ｃは、反射ミラー４ａの平行移動量の調整を手動で行なうもので、ここでは、反射ミラー４ａ全体を図示矢印ｃ方向に移動させて、ビーム径変換光学装置３により光ビームのビーム径を変化させたときに生じる光軸の平行ずれを補正可能としている。なお、ここでは、図示していないが、平行移動調整部４ｃには、回転軸４０１に沿った方向に反射ミラー４ａを平行移動させる機能も備えている。

反射ミラー４ａの反射光路には、光路分割手段としてハーフミラー５が配置されている。このハーフミラー５は、反射ミラー４ａで反射される光ビームの一部を反射するとともに、残りの一部を透過するものである。

ハーフミラー５の反射光路には、光軸ずれ検出手段として２次元センサ７が配置されている。この２次元センサ７は、図２に示すように４分割された受光面７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄを有するもので、光ビームのアライメントが最適に取られている初期状態において、ビームスポット１７の照射位置が受光面中央（図示状態）に設定され、各受光面７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄより同一の出力が得られるように設定されている。

ハーフミラー５の透過光路には、ハーフミラー５と所定の距離をおいて他の光路分割手段としてのハーフミラー６が配置されている。このハーフミラー６は、ハーフミラー５を透過される光ビームの一部を反射するとともに、残りの一部を透過するものである。

ハーフミラー６の透過光路には、他の光軸ずれ検出手段として２次元センサ８が配置されている。この２次元センサ８は、上述した２次元センサ７と同じもので、図２に示すように４分割された受光面８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄを有し、光ビームのアライメントが最適に取られている初期状態において、ビームスポット１７の照射位置が受光面中央（図示状態）に設定され、各受光面８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄより同一の出力が得られるように設定されている。

ハーフミラー６の反射光路には、走査ユニット１０が配置されている。走査ユニット１０は、ハーフミラー６より導入される光ビームの光路上に、コリメートレンズ１１、ダイクロイックミラー１２が配置されている。

コリメートレンズ１１は、走査ユニット１０に導入される光ビームをコリメート光に変換するものである。ダイクロイックミラー１２は、走査ユニット１０に導入される光ビームを透過し、後述する標本２０からの検出光を反射するような特性を有している。

ダイクロイックミラー１２の透過光路上には、光走査手段としてのガルバノミラーユニット１３が配置されている。ガルバノミラーユニット１３は、直交する２方向に光を偏向するための２枚のガルバノミラー１３ａ、１３ｂを有し、これらのガルバノミラー１３ａ、１３ｂにより光ビームを２次元方向に走査するようになっている。

ダイクロイックミラー１２の反射光路上には、共焦点検出手段を構成する共焦点レンズ１４、反射ミラー１５、共焦点ピンホール１６が配置されている。共焦点ピンホール１６は、後述する対物レンズ２２の焦点と光学的に共役な位置に配置され、標本２０からの検出光のうち合焦の成分を通過し、非合焦の成分を遮断して高い空間分解能を与えるためのものである。

共焦点ピンホール１６の透過光路上には、所定の波長光を透過し、その他を遮断する
バリアフィルタ１６１と光検出器１７１が配置されている。光検出器１７１は、共焦点ピンホール１６を透過した、焦点のあっている検出光の成分を受光し、光電変換により電気信号に変換するものである。

走査ユニット１０には、顕微鏡鏡基１８１が接続されている。この顕微鏡鏡基１８１は、倒立顕微鏡を構成するもので、ステージ１９の上に標本２０が載置されている。

そして、走査ユニット１０のガルバノミラーユニット１３より出射される光ビームの光路上には、反射ミラー２１を介して対物レンズ２２が配置されている。対物レンズ２２の集光位置には、ステージ１９上に載置された標本２０が配置されている。この場合、対物レンズ２２は、瞳径が異なるものが複数個、レンズ切換手段としてのレボルバ２３１に搭載されている。レボルバ２３１は、所望する瞳径の対物レンズ２２を光路上に切換えられるようになっている。

一方、２次元センサ７、８には、制御部９が接続されている。制御部９は、光ビームの光軸調整が最適になされているときの２次元センサ７（８）上のビームスポット１７の照射位置を、光ビームのアライメントが最適に取られている初期状態のビームスポット１７の照射位置（図２に示す２次元センサ７（８）の受光面中央位置）として予め記憶している。さらに、制御部９は、ビーム径変換光学装置３による光ビームのビーム径の変更により光ビームの出射位置が光軸２に対してずれを生じ、２次元センサ７（８）上のビームスポット１７の照射位置が移動すると、２次元センサ７（８）の４分割された各受光面７ａ（８ａ）、７ｂ（８ｂ）、７ｃ（８ｃ）、７ｄ（８ｄ）の出力の変化から、ビームスポット１７の照射位置の移動量と移動方向を検出し、これらの情報を表示手段としての表示部１８に表示させるようになっている。

そして、この表示部１８に表示されたビームスポット１７の照射位置の移動情報に基づいて、観察者が回転角度調整部４ｂ及び平行移動調整部４ｃを手動操作し、２次元センサ７（８）上のビームスポット１７の照射位置を図２に示す２次元センサ７（８）の受光面中央位置に戻すように調整することで、光ビームのアライメントが最適に設定されている初期状態に復帰させるようになっいる。

次に、このように構成された第１の実施の形態の作用を説明する。

いま、光ビームの光軸調整が最適になされていて、２次元センサ７（８）上のビームスポット１７の照射位置が、図２に示すように２次元センサ７（８）の受光面中央位置に設定されているものとする。

この状態で、レボルバ２３１により光路上の対物レンズ２２の切換えを行なうと、切換えられた対物レンズ２２の瞳径に応じてビーム径変換光学装置３により光ビームのビーム径が変化される。この場合、ビーム径変換光学装置３は、ズーム光学系を有するもので、このズーム光学系のズーム倍率を変化させることで、光ビームのビーム径を変化させる。

次に、レーザ光源１より光ビームが発せられると、光ビームは、ビーム径変換光学装置３、光軸補正装置４を介してハーフミラー５に入射する。そして、このハーフミラー５を反射した光ビームは、２次元センサ７に入射する。

また、ハーフミラー５を透過した光ビームは、ハーフミラー６に入射する。そして、このハーフミラー６を透過した光ビームは、２次元センサ８に入射する。

この場合、ビーム径変換光学装置３による光ビームのビーム径の変化により、光ビームの出射位置が光軸２に対してずれを生じていると、２次元センサ７では、分割された受光面７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄ上でのビームスポット１７の照射位置が移動し、これら受光面７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄからの出力が変化する。同様に、２次元センサ８についても、分割された受光面８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄ上でのビームスポット１７の照射位置が移動し、これら受光面８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄからの出力が変化する。

これら２次元センサ７、８からの出力は、制御部９に送られる。制御部９は、これら２次元センサ７、８からの出力の変化から、ビームスポット１７の照射位置の移動量と移動方向を検出し、光軸の角度ずれ、平行ずれを求める。この場合、２次元センサ７、８で検出されたビームスポット１７の照射位置の移動量と移動方向のうち、移動方向が同じで、移動量が異なる場合は、移動量の差から光軸の角度ずれ量を求め、また、移動量と移動方向が等しい場合は、このときの移動量から平行ずれ量を求めるようになる。

そして、これら求められた角度ずれ量又は平行ずれ量の情報は、表示部１８に表示される。 観察者は、表示部１８に表示された角度ずれ量又は平行ずれ量の情報からレーザスポット１７の照射位置の移動を確認しながら、回転角度調整部４ｂから手動により反射ミラー４ａを図示矢印ａ及びｂ方向に回転させて光軸２に対する傾き角度を調整するとともに、平行移動調整部４ｃから手動により反射ミラー４ａを図示矢印ｃ方向および回転軸４０１に沿った方向に移動させて光軸２と平行な面内での移動量を調整する。これにより、ビーム径変換光学装置３により光ビームのビーム径を変更したときに生じる光軸の角度ずれと平行ずれは補正され、２次元センサ７（８）の受光面７ａ（８ａ）、７ｂ（８ｂ）、７ｃ（８ｃ）、７ｄ（８ｄ）上でのビームスポット１７の照射位置は、図２に示すように受光面中央位置に戻され、光ビームのアライメントが最適に設定されている初期状態に復帰される。

その後は、レーザ光源１より光ビームが発せられると、光ビームは、ビーム径変換光学装置３、光軸補正装置４を通り、さらにハーフミラー５、６を透過して走査ユニット１０に導かれる。

走査ユニット１０に導入された光ビームは、コリメートレンズ１１によりコリメートされ、ダイクロイックミラー１２を透過される。ダイクロイックミラー１２を透過したレーザ光は、ガルバノミラーユニット１３に入射する。

ガルバノミラーユニット１３で２次元走査された光ビームは、反射ミラー２１で反射し、対物レンズ２２に入射し、標本２０内に結像する。標本２０から発せられる検出光は、上述の照明光の経路を逆方向に進み、走査ユニット１０内のダイクロイックミラー１２で反射し、共焦点レンズ１４、反射ミラー１５を介して共焦点ピンホール１６上に集光する。そして、共焦点ピンホール１６により標本２０からの検出光のうち合焦の成分のみが通過し、バリアフィルタ１６１を介して光検出器１７１で検出される。

従って、このようにすれば、対物レンズ２２の瞳位置における光ビームのビーム径を変化させたことにより生じる光軸の角度ずれと平行ずれを、２次元センサ７（８）の受光面７ａ（８ａ）、７ｂ（８ｂ）、７ｃ（８ｃ）、７ｄ（８ｄ）上でのビームスポット１７の照射位置の移動量と移動方向から確実に検出することができる。これにより、これら検出結果に基づいて回転角度調整部４ｂと平行移動調整部４ｃを調整することで、光軸の角度ずれと平行ずれを速やかに補正することができる。また、対物レンズ２２の瞳径に対応した光軸ずれの無い理想的な光ビームを得られることとなり、最適なレーザ走査型顕微鏡照明により、ずれのない良好な走査画像を取得することができる。

（第２の実施の形態）
次に、本発明の第２の実施の形態を説明する。

図３は、本発明の第２の実施の形態にかかるレーザ走査型顕微鏡の概略構成を示すもので、図１と同一部分には、同符号を付している。

この場合、光軸補正装置４は、回転角度調整部４ｂ及び平行移動調整部４ｃにそれぞれ駆動手段としてモータ３１、３２が設けられている。モータ３１は、回転角度調整部４ｂを電動駆動して、反射ミラー４ａの傾き角度調整を自動で行なうもので、反射ミラー４ａを図示矢印ａ、ｂ方向に回転させて光軸２に対する傾き角度を調整するようにしている。また、モータ３２は、平行移動調整部４ｃを電動駆動して、反射ミラー４ａの平行移動の調整を自動で行なうもので、反射ミラー４ａ全体を図示矢印ｃ方向および回転軸４０１に沿った方向に移動させて光軸２と平行な面内での移動量を調整するようにしている。

これらモータ３１、３２には、制御部９が接続されている。制御部９は、ビーム径変換光学装置３による光ビームのビーム径の変更により、２次元センサ７（８）上のビームスポット１７の照射位置にともない検出されるビームスポット１７の照射位置の移動量と移動方向の情報に基づいた駆動信号をモータ３１、３２に出力するようにしている。モータ３１、３２は、制御部９からの駆動信号に基づいて、回転角度調整部４ｂ及び平行移動調整部４ｃを電動駆動し、２次元センサ７（８）上のビームスポット１７の照射位置を、図２に示す２次元センサ７（８）の受光面中央位置に戻すように制御し、光ビームのアライメントが最適に設定されている初期状態に復帰させるようにしている。

また、制御部９には、入力装置３３が接続されている。この入力装置３３は、観察者が制御部９に対し制御内容を直接指示するもので、例えば、２次元センサ７（８）からの情報と別に光軸２を制御したいような場合、所定の操作を入力することで、モータ３１、３２を直接駆動できるようになっている。

その他は、図１と同様である。

このようにすれば、第１の実施の形態では、回転角度調整部４ｂと平行移動調整部４ｃを手動で操作していたものを、モータ３１、３２により電動駆動できるので、光ビームのビーム径を変更したときに生じる光軸のずれを自動的に補正することができ、光ビームのアライメントが最適に設定されている初期状態に速やかに復帰させることができる。

（第３の実施の形態）
次に、本発明の第３の実施の形態を説明する。

図４は、本発明の第３の実施の形態にかかるレーザ走査型顕微鏡の概略構成を示すもので、図１と同一部分には、同符号を付している。

この場合、ハーフミラー５とハーフミラー６との間の光路中に、光路分割手段としてのハーフミラー３４が挿入されている。このハーフミラー３４は、ハーフミラー５を透過するレーザ光の一部を反射するとともに、残りの一部を透過するものである。ハーフミラー３４の反射光路には、ビーム径検出手段としてのビーム径測定センサ３５が配置されている。ビーム径測定センサ３５は、入射する光ビームのビーム径を測定する機能を有するものである。

ビーム径測定センサ３５には、制御部９が接続されている。制御部９は、ビーム径測定センサ２３のビーム径の測定結果の情報を処理して表示部１８へ出力し、表示部１８に表示させるようになっている。

この場合、表示部１８の表示内容としては、例えば、（１）ビーム径測定センサ３５で測定した光ビームのビーム径の表示、（２）対物レンズ２２への入射部におけるビーム径（途中の瞳投影倍率を係数として計算したもの）の表示、（３）対物レンズ２２の瞳径に対するビーム径の割合の表示など、が考えられる。

制御部９には、入力装置３３が接続されている。この入力装置３３は、観察者が制御部９に対し制御内容を直接指示するものである。

その他は、図１と同様である。

このようにすれば、ビーム径測定センサ２３を設け、ビーム径変換光学装置３から出射される光ビームのビーム径を検出できるようにしたので、光ビームのビーム径を変化させた際に生じる光軸ずれを補正するとの同時に、対物レンズ２２に入射する光ビームのビーム径が最適な状態に変更されているかを知ることができる。これにより、このときのビーム径測定センサ２３の測定結果に基づいてビーム径変換光学装置３を再調整することで、対物レンズ２２の瞳径に対応した理想的なビーム径の光ビームを得られることとなり、最適なレーザ走査型顕微鏡照明により良好な走査画像を取得することができる。

また、光ビームのビーム径が確認できるので、ビーム径変換光学装置３が異常なく動作していることを常にチェックすることもできる。

なお、第３の実施の形態は、図１で述べた第１の実施の形態にビーム径測定手段としてのビーム径測定センサ３５を設けたものであるが、図３で述べた第２の実施の形態にビーム径測定手段としてのビーム径測定センサ３５を設けるようにしても、上述したと同様な結果を得ることができる。

（第４の実施の形態）
次に、本発明の第４の実施の形態を説明する。

図５は、本発明の第４の実施の形態にかかるレーザ走査型顕微鏡の概略構成を示すもので、図４と同一部分には、同符号を付している。

この場合、制御部９に、ビーム径変換光学装置３が接続されている。また、制御部９は、対物レンズ２２の瞳径に対する最適なビーム径を予め記憶している。そして、対物レンズ２２が切換えられると、記憶から切換え後の対物レンズ２２に最適なビーム径を読み出し、このビーム径とビーム径測定センサ３５で測定された実際の光ビームのビーム径を比較し、この比較結果をビーム径変換光学装置３にフィードバックする。ビーム径変換光学装置３は、制御部９からフィードバックされる情報に基づいてビーム径の補正を行ない、対物レンズ２２の瞳径に対して理想的なビーム径のレーザ光を出射するようにしている。

その他は、図４と同様である。

このようにすれば、対物レンズ２２が切換えられても、このときの対物レンズ２２の瞳径に対応した理想的なビーム径の光ビームに補正することができるので、最適なレーザ走査型顕微鏡照明が得られ、常に良好な走査画像を取得することができる。

なお、第４の実施の形態では、図４で述べた第３の実施の形態にビーム径測定センサ３５を設けたものであるが、図３に示す第２の実施の形態で述べた光軸ずれ自動補正機能を付加するようにしてもよい。

（変形例）
図６は、上述した第１乃至４の実施の形態に対応する変形例の概略構成を示すもので、図１と同一部分には同符号を付している。上述した第１乃至４の実施の形態では、２個の２次元センサ７、８を使用して、光軸のずれ（角度ずれと平行ずれ）を検知するようにしているが、この変形例では、ビーム径検出手段として１個の２次元センサのみにより同等の効果を得られるようにしている。この場合、反射ミラー４ａの反射光路には、光路分割手段としてハーフミラー３６が配置されている。ハーフミラー３６の反射光路には、位置センサとして２次元センサ３７配置されている。

この２次元センサ３７は、図７に示すように４分割された受光面３７ａ、３７ｂ、３７ｃ、３７ｄを有している。この４分割された受光面３７ａ、３７ｂ、３７ｃ、３７ｄには、光軸ガイド３８が設けられている。この光軸ガイド３８は、２枚の短冊状の遮光部材３８ａ、３８ｂを例えば十字形に組み合わせたもので、２次元センサ３７を構成する４分割された受光面３７ａ、３７ｂ、３７ｃ、３７ｄの各分割線上に位置するように設けられている。この場合、光軸ガイド３８を構成する遮光部材３８ａ、３８ｂは、ハーフミラー３６より反射される光ビームに対して平行な方向に配置され、調整された初期状態で、光ビームが受光面３７ａ、３７ｂ、３７ｃ、３７ｄに垂直に入射する状態で、光軸ガイド２４に対して平行に入射するようにしている。

ハーフミラー３６の透過光路には、反射ミラー３９が配置されている。そして、この反射ミラー３９の反射光路に、走査ユニット１０が配置されている。

その他は、図１と同様である。

このような構成とすると、レーザ光のアライメントが最適に取られている初期状態において、ビームスポット１７の照射位置が受光面中央に設定され受光面３７ａ、３７ｂ、３７ｃ、３７ｄより同一の出力が得られるように設定される。この場合、調整された初期状態でのレーザ光は、光軸ガイド２４に平行に入射するので、受光面３７ａ、３７ｂ、３７ｃ、３７ｄの出力に影響を与えることが無い。

この状態から、光軸に角度ずれが生じると、図８に示すように光ビーム４０は、光軸ガイド３８に対して斜めに入射する。このため遮光部材３８ａ、３８ｂが２次元センサ３７の受光面３７ａ、３７ｂ、３７ｃ、３７ｄに入射する光ビーム４０の一部を遮光する。ここでは、受光面３７ｂ（３７ｄ）において、本来、光ビーム４０が照射されなければならない部分が、光軸ガイド３８により影Ｓとなり、この影Ｓの分だけ光の受光量が減少する。これにより、受光量の変化により光軸の角度ずれを検知することができる。

従って、このようにすれば、上述した第１乃至４の実施の形態では、２個の２次元センサ７、８を使用していたものを１個の２次元センサ３７のみで構成できるので、価格的に安価にでき、且つ小さいスペースに構成することが可能となる。

なお、本発明は、上記実施の形態に限定されるものでなく、実施段階では、その要旨を変更しない範囲で種々変形することが可能である。

例えば、上述した実施の形態では、対物レンズの切換えにともなうビーム径の変化に起因する光軸ずれを補正する例を述べたが、これに限定されるものではなく、検知できる光軸ずれであれば、対物レンズの切換えにともなうビーム径の変化に起因する光軸ずれ以外の場合にも、光軸ずれの補正が可能である。

また、上述した実施の形態では、光路分割手段として、ハーフミラーについて述べたが、ハーフミラー以外でも光路を分割できるものであれば、ダイクロイックミラーや偏光ビームスプリッタであっても良い。

さらに、上記実施の形態には、種々の段階の発明が含まれており、開示されている複数の構成要件における適宜な組み合わせにより種々の発明が抽出できる。例えば、実施の形態に示されている全構成要件から幾つかの構成要件が削除されても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題を解決でき、発明の効果の欄で述べられている効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成が発明として抽出できる。

本発明の第１の実施の形態にかかるレーザ走査型顕微鏡の概略構成を示す図。 第１の実施の形態に用いられる２次元センサを説明するための図。 本発明の第２の実施の形態にかかるレーザ走査型顕微鏡の概略構成を示す図。 本発明の第３の実施の形態にかかるレーザ走査型顕微鏡の概略構成を示す図。 本発明の第４の実施の形態にかかるレーザ走査型顕微鏡の概略構成を示す図。 本発明の変形例にかかるレーザ走査型顕微鏡の概略構成を示す図。 変形例に用いられる２次元センサの概略構成を示す図。 変形例の作用を説明するための図。

符号の説明

１…レーザ光源、２…光軸、３…ビーム径変換光学装置
４…光軸調整装置、４ａ…反射ミラー
４ｂ…回転角度調整部、４ｃ…平行移動調整部
５．６…ハーフミラー、７、８…２次元センサ
７ａ〜７ｄ、８ａ〜８ｄ…受光面、９…制御部
１０…走査ユニット、１１…コリメートレンズ
１２…ダイクロイックミラー、１３…ガルバノミラーユニット
１３ａ．１３ｂ…ガルバノミラー、１４…共焦点レンズ
１５…反射ミラー、１６…共焦点ピンホール
１６１…バリアフィルタ、１７１…光検出器
１７…ビームスポット、１８…表示部
１８１…顕微鏡鏡基、１９…ステージ
２０…標本、２１…反射ミラー、２２…対物レンズ
２３１…レボルバ、２３…ビーム径測定センサ
２４…光軸ガイド、３１．３２…モータ
３３…入力装置、３４…ハーフミラー
３５…ビーム径測定センサ、
３６…ハーフミラー、３７…２次元センサ
３７ａ〜３７ｄ…受光面、３８…光軸ガイド
３８ａ．３８ｂ…板部材、３９…反射ミラー
４０…光ビーム

Claims (8)

1. 光ビームを発生する光源と、
   前記光源からの光ビームを標本上に集光させる対物レンズと、
   前記光ビームを前記標本上で２次元走査する光走査手段と、
   前記光ビームのビーム径を変化させるビーム径変換手段と、
   前記ビーム径変換手段により前記光ビームのビーム径を変化させることにより生じる光軸の角度ずれと平行ずれを検出する光軸ずれ検出手段と、
   を具備したことを特徴とするレーザ走査型顕微鏡。
2. さらに、前記ビーム径変換手段より出射する光ビームの光軸を調整可能とする光軸調整手段を有し、前記光軸ずれ検出手段により検出された光軸の角度ずれと平行ずれに基づいて前記光軸調整手段により光ビームの光軸を調整することを特徴とする請求項１記載のレーザ走査型顕微鏡。
3. 前記光軸調整手段は、前記光軸ずれ検出手段により検出された光軸の角度ずれと平行ずれに応じて光ビームの光軸を自動的に調整することを特徴とする請求項２記載のレーザ走査型顕微鏡。
4. さらに、前記ビーム径変換手段より出射される光ビームのビーム径を検出するビーム径検出手段と、該ビーム径検出手段で検出したビーム径の情報を表示する表示手段とを有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のレーザ走査型顕微鏡。
5. 前記ビーム径検出手段で検出したビーム径の情報を前記ビーム径変換手段にフィードバックすることを特徴とする請求項４記載のレーザ走査型顕微鏡。
6. 前記ビーム径変換手段は、前記対物レンズの瞳位置における光ビームのビーム径を変化させるものであることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載のレーザ走査型顕微鏡。
7. 前記光軸ずれ検出手段は、複数分割された受光面を有する２次元センサからなることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載のレーザ走査型顕微鏡。
8. 前記光軸ずれ検出手段は、前記２次元センサの複数分割された前記受光面の分割線上にあって前記受光面に垂直に光ビームが入射する状態で該光ビームに対して平行方向に遮光部材を配置した光軸ガイドをさらに有することを特徴とする請求項７記載のレーザ走査型顕微鏡。

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