JP2008225095A - 光走査型観察装置 - Google Patents

Abstract

【課題】生きた動物観察に適し、内部フォーカス機構を有するコンパクトな光走査型観察装置を提供する。
【解決手段】標本Ａを照明するための光源２と、照明光を標本Ａに集光する対物光学系１０と、集光された検出光を照明光から分離する検出光分離手段１２と、分離された検出光を集光する検出光集光光学系１３と、集光された検出光を検出する検出器２０と、光検出光分離手段１２と対物光学系１０との間に配置されたフォーカス走査手段と、フォーカス走査手段と対物光学系１０との間に配置され、光源２からの照明光を標本Ａ上で光軸に対して略垂直方向に走査する横方向走査手段７とを備え、フォーカス走査手段が、少なくとも正レンズ群Ｇ_１と負レンズ群Ｇ_２とで構成されるフォーカス光学系６と、該フォーカス光学系６に含まれる少なくとも１群のレンズ群を光軸方向に動かして対物光学系１０の作動距離ＷＤを変化させるレンズ駆動手段６ａとを備える光走査型観察装置１を提供する。
【選択図】 図１

Description

本発明は光走査型観察装置に関するものである。

従来、生きた動物などの観察用に励起光および検出光を１つの光ファイバで伝送するレーザ走査型顕微鏡が知られている（例えば、特許文献１および特許文献２参照。）。このレーザ走査型顕微鏡は、対物レンズと標本の相対的な距離を変えずに、ファイバとスキャンミラーとの間にあるコリメート光学系を駆動して作動距離を変える方式（内部フォーカス機構）を採用している。このレーザ走査型顕微鏡は、対物レンズ先端部を標本に密着させて動物の呼吸や拍動による影響を少なくすることができ、動物観察に向いた光走査型の顕微鏡システムである。

一方、ＳＮ比向上のため励起用光路（励起用ファイバ）と検出用光路（検出用ファイバ）を分ける構成も開示されている（例えば、特許文献３参照）。
また、内部フォーカス機構を用いた顕微鏡も知られている（例えば、特許文献４参照。）。レーザ光を正レンズで集光し、さらに正レンズで略平行に戻し、偏向ミラー、ビームエキスパンダーおよび対物レンズを介して標本に照射する。標本からの蛍光は逆光路を通り、ダイクロイックミラーでレーザ光から分離され、集光レンズおよびピンホールを通過した後、検出器により検出される。正レンズを動かすことで作動距離（ＷＤ）を変化させている。この場合、フォーカス位置を変化させる光学系はケプラー型である。そして、特許文献３および特許文献４を組み合わせることにより、高ＳＮ比で内部フォーカス機構を備える顕微鏡を実現することができる。

特開２００５−３００２７８号公報 特開２００６−７９０００号公報 特開２００５−２０２３３８号公報 特開２００４−３１７６７６号公報

しかしながら、特許文献４の構成では、２つのレンズ間で光を一旦集光させる必要がある。理論的には、正レンズの焦点距離を短くして長さを短くすることは可能だが、焦点距離を短くすると標本側の焦点位置の変化に対して、レンズの位置の変化が小さくなってしまうため、位置制御が難しくなる。さらに２組の正レンズの間でＮＡが大きくなるため、収差補正が難しくなる。

このような理由から正レンズの焦点距離は長くせざるを得ない。その結果、特許文献３と特許文献４の技術を組み合わせるとフォーカス光学系全体が長くなってしまい、観察装置（顕微鏡）が大型化し、生きた動物を観察に適さなくなってしまうという不具合がある。

本発明は上述した事情に鑑みてなされたものであって、生きた動物観察に適し、内部フォーカス機構を有するコンパクトな光走査型観察装置を提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、本発明は以下の手段を提供する。
本発明は、少なくとも、標本を照明するため照明光を出射する光源と、該光源からの照明光を標本に集光する対物光学系と、前記標本から発せられ、前記対物光学系により集光された検出光を照明光から分離する検出光分離手段と、該検出光分離手段により分離された検出光を集光する検出光集光光学系と、該検出光集光光学系により集光された検出光を検出する検出器と、前記光検出光分離手段と前記対物光学系との間に配置されたフォーカス走査手段と、前記フォーカス走査手段と前記対物光学系との間に配置され、前記光源からの照明光を標本上で光軸に対して略垂直方向に走査する横方向走査手段とを備え、前記フォーカス走査手段が、少なくとも正レンズ群と負レンズ群とで構成されるフォーカス光学系と、該フォーカス光学系に含まれる少なくとも１群のレンズ群を動かして前記対物光学系の作動距離を変化させるためのレンズ駆動手段とを備える光走査型観察装置を提供する。

本発明によれば、フォーカス光学系内で光を一旦集光させる必要がなくなるので、フォーカス光学系の長さを短くすることができ、生きた動物観察に適し内部フォーカス機構を有するコンパクトな光走査型観察装置を提供することできる。

上記発明においては、前記正レンズ群および負レンズ群は、前記フォーカス光学系全体がアフォーカル光学系として成立する位置関係の近傍でレンズ群を駆動させることとしてもよい。
このようにすることで、フォーカスレンズの移動量と観察位置の線形性を向上することができる。

また、上記発明においては、前記フォーカス光学系の横方向走査手段に近い側を前側とし、該前側のレンズ群の前側焦点が前記横方向走査手段近傍に配置されていることとしてもよい。
このようにすることで、フォーカスレンズの移動量と観察位置の線形性を向上することができる。

また、上記発明においては、前記正レンズ群が、前記負レンズ群よりも前記前側に配置されていることとしてもよい。
このようにすることで、正レンズ群の前側焦点を正レンズ群より前側に配置して、横方向走査手段に合わせることができる。

また、上記発明においては、前記負レンズ群が駆動されることとしてもよい。
このようにすることで、フォーカスレンズの移動量と観察位置の線形性を向上することができる。

また、上記発明においては、前記正レンズ群の焦点距離の絶対値が、前記負レンズ群の焦点距離の絶対値より大きいこととしてもよい。
このようにすることで、検出光集光光学系を小型化することができる。これにより、生きた動物観察に適し内部フォーカス機構を有するコンパクトな光走査型観察装置を提供することができる。

また、上記発明においては、前記正レンズ群と前記負レンズ群の焦点距離の絶対値がほぼ同じであることとしてもよい。
このようにすることで、フォーカス光学系へ出入りする光の径がほぼ同じになるので、フォーカス走査手段が着脱自在にでき、内部フォーカス機構がついていない光走査型観察装置を容易に内部フォーカス機構つきの装置に改造することができる。

また、上記発明においては、前記負レンズ群が、前記正レンズ群に近い側から負レンズ小群とそれよりもパワーの弱い正レンズ小群とからなることとしてもよい。
このようにすることで、負レンズ群の前側の主点が負レンズ小群より外側に出るので、負レンズ群の前側主点と正レンズ小群の後側主点とを一致させることが可能となり、アフォーカル光学系が成立する。これにより、アフォーカル光学系が成立する位置の近傍でレンズを互いに干渉させることなく駆動できるようになる。

また、上記発明においては、前記フォーカス光学系の横方向走査手段側を前側とし、前記正レンズ群が、前記前側に凸面を有するメニスカスレンズと両凸レンズとを接合したレンズであり、前記負レンズ群の最も前記前側のレンズが、前記前側に凹面を向けた負レンズであり、以下の条件式（１）〜（３）を満足することとしてもよい。
（１）Ｎｐ２＜Ｎｐ１
（２）νｐ2−νｐ1＞２０
（３）１＜｜（Ｆ−Ｄ）／Ｒｎ｜＜５
ここで、Ｎｐ１：メニスカスレンズのｄ線に対する屈折率、Ｎｐ２：両凸レンズのｄ線に対する屈折率、νｐ１：メニスカスレンズのアッベ数、νｐ２：両凸レンズのアッベ数、Ｆ：フォーカス光学系の正レンズ群の焦点距離、Ｄ：両凸レンズと負レンズとの間隔、Ｒｎ：負レンズの前側面の曲率半径である。

本発明によれば、生きた動物観察に適し、内部フォーカス機構を有するコンパクトな光走査型観察装置を提供することができるという効果を奏する。

以下、本発明の一実施形態に係る光走査型観察装置１について、図１〜図４を参照して説明する。
本実施形態に係る光走査型観察装置１は、図１に示されるように、レーザ光（照明光）を発生する光源部（光源）２と、該光源部２から発せられたレーザ光を伝播する光ファイバ３と、該光ファイバ３により伝播されてきたレーザ光を標本Ａに照射し、標本Ａから発生する蛍光を集光する観察装置本体４とを備えている。

観察装置本体４には、光ファイバ３により伝播されてきたレーザ光を略平行光に変換するコリメート光学系５と、該コリメート光学系５により略平行光にされたレーザ光のフォーカス位置を調節するフォーカス光学系６と、レーザ光を２次元的に走査するスキャナ（横方向走査手段）７と、該スキャナ７により走査されたレーザ光を集光して中間像を結像させる瞳投影光学系８と、中間像を結像したレーザ光を集光して略平行光にする結像光学系９と、略平行光にされたレーザ光を集光して標本Ａに照射する一方、標本Ａから戻る蛍光を集光する対物レンズ１０と、該対物レンズ１０により集光された蛍光を検出する検出光学系１１とが備えられている。図中、符号２１は、光源部２、フォーカス光学系６、スキャナ７および観察装置本体４の姿勢を制御する制御部および検出光学系１１により取得された画像を表示するモニタである。

前記光源部２は、例えば、複数種類のレーザ光を発生する複数のレーザ光源２ａ，２ｂと、これらのレーザ光源２ａ，２ｂから発せられたレーザ光を同一光路に合流させるミラー２ｃおよびダイクロイックミラー２ｄと、レーザ光を光ファイバ３の端面に集光するカップリング光学系２ｅとを備えている。

前記フォーカス光学系６は、図２に示されるように、正レンズ群Ｇ_１と負レンズ群Ｇ_２とで構成されるとともに、負レンズ群Ｇ_２を光軸方向に駆動するレンズ駆動手段６ａを備えている。レンズ駆動手段６ａは、任意の直線移動機構により構成されている。レンズ駆動手段６ａを作動させて、負レンズ群Ｇ_２を光軸方向に移動させることにより、作動距離ＷＤが変化し、それによって、標本Ａ内の任意の深さ位置に対物レンズ１０の焦点面を一致させることができるようになっている。
前記スキャナ７は、例えば、相互に直交する２方向にそれぞれ揺動可能に支持された２つのガルバノミラーを近接配置してなる、いわゆる近接ガルバノミラーにより構成されている。

前記検出光学系１１は、標本Ａにおいて発生し、対物レンズ１０、結像光学系９、瞳投影光学系８、スキャナ７およびフォーカス光学系６を介して戻る蛍光をレーザ光の光路から分岐するダイクロイックミラー１２と、該ダイクロイックミラー１２により分岐された蛍光を集光するカップリング光学系（検出光集光光学系）１３と、該カップリング光学系１３により集光された蛍光を伝播する光ファイバ１４と、該光ファイバ１４を介して伝播されてきた蛍光を略平行光にするコリメート光学系１５と、略平行光にされた蛍光を波長毎に分岐するダイクロイックミラー１６およびミラー１７と、蛍光に混入してきたレーザ光を遮断するバリアフィルタ１８と、バリアフィルタ１８を通過した蛍光を集光する集光レンズ１９と、集光された蛍光を波長毎に検出する複数の光検出器２０とを備えている。
前記コリメート光学系５およびカップリング光学系１３は、例えば、図３に示されるようなレンズ群により構成されている。

ここで、前記フォーカス光学系６について、図２を参照して、さらに詳細に説明する。
フォーカス光学系６において、標本Ａ側を前側、光源部２側を後側と定義する。
フォーカス光学系６は、上述したように正レンズ群Ｇ_１と負レンズ群Ｇ_２とで構成されている。正レンズ群Ｇ_１は、図２に示されるように、メニスカスレンズＬ_ｐ１と両凸レンズＬ_ｐ２とを接合して構成されている。負レンズ群Ｇ_２は、両凹レンズＬ_ｎ１とメニスカスレンズＬ_ｎ２とを接合して構成されている。

正レンズ群Ｇ_１は、負レンズ群Ｇ_２よりも前側に配置されている。
また、正レンズ群Ｇ_１は、その前側焦点位置がスキャナ７の位置とほぼ一致するように配置されている。
負レンズ群Ｇ_２はフォーカス光学系６全体としてアフォーカル光学系が成立する（すなわち、正レンズ群Ｇ_１の後側焦点位置と負レンズ群Ｇ_２の前側焦点位置とが一致する）位置の近傍で、レンズ駆動手段６ａによって光軸方向に駆動されるようになっている。

このように構成されることにより、コリメート光学系５で略平行にされたレーザ光が負レンズ群Ｇ_２の後側から入射して発散光として射出される。負レンズ群Ｇ_２からの射出光は正レンズ群Ｇ_１により屈折させられる。

正レンズ群Ｇ_１から射出されるレーザ光の発散角（または、収斂角）は、正レンズ群Ｇ_１と負レンズ群Ｇ_２との距離によって変化する。正レンズ群Ｇ_１の後側焦点位置と負レンズ群Ｇ_２の前側焦点位置とが一致しているとき、フォーカス光学系６はアフォーカル光学系となり、正レンズ群Ｇ_１から射出されるレーザ光は略平行光となる。

正レンズ群Ｇ_１と負レンズ群Ｇ_２との距離がアフォーカル光学系６となる位置よりも近いと、正レンズ群Ｇ_１から射出されるレーザ光は発散光となり、標本Ａにおいてはより深い位置に対物レンズ１０の焦点位置を配置するようになる。
また、正レンズ群Ｇ_１と負レンズ群Ｇ_２との距離がアフォーカル光学系となる位置よりも遠いと、正レンズ群Ｇ_１から射出されるレーザ光は収斂光となり、標本Ａにおいてはより浅い位置で集光するようになる。したがって、負レンズ群Ｇ_２の光軸方向位置を変えるだけで、標本Ａの深い位置から浅い位置までの任意の位置における観察を行うことができる。

従来のフォーカス光学系では２組の正レンズ群を配置し、フォーカス光学系内で光を一旦集光させていたが、本実施形態においては、フォーカス光学系６内において光を集光させる必要がない。その結果、フォーカス光学系６の長さを従来の半分程度まで短くすることができる。

フォーカス光学系６の負レンズ群Ｇ_２がレンズ駆動手段６ａによって光軸方向に移動させられることにより、対物レンズ１０先端での作動距離が変化する。フォーカス光学系６の各レンズ群Ｇ_１，Ｇ_２の位置と標本Ａにおける観察位置との関係は式（１）に示される通りとなる（後側が正の方向。Ｚｏｂ、Δ、δ、ｄは、フォーカス光学系６がアフォーカル光学系として成立しているときの位置を基準としている。）。

上記式（１）の分母の第２項がＦ_ｆｃ１と比較してあまり大きな値をとらない場合には、式（１）は式（２）のように近似でき、負レンズ群Ｇ_２の駆動量と作動距離ＷＤの変化量との関係はほぼ線形となる。

本実施形態においては、標本Ａからスキャナ７までの間に対物レンズ１０、結像光学系９および瞳投影光学系８が存在しているので、Ｆａは式（３）で表され、式（２）は式（４）のように変形することができる。

一例として、Ｆ_ｏｂ＝１８ｍｍ、Ｆ_ｔｌ＝５０ｍｍ、Ｆ_ｆｃ１＝１５ｍｍ、ｎ＝１．３３で、負レンズ群Ｇ_２のみを駆動させたときのＺ_ｏｂを図４に示す。

ここで、線形性を高める条件としては、以下の条件Ａ〜Ｄを挙げることができる。
すなわち、
Ａ：フォーカス光学系６はアフォーカル光学系の近傍で使用するが望ましい。アフォーカル光学系近傍では式（１）の分母の第２項の（δーΔ）がＦ_ｆｃ１と比較してあまり大きな値をとらないので、式（１）の分母の第２項が小さくなり、負レンズ群Ｇ_２の駆動量と作動距離ＷＤの変化量の線形性が高くなる。

Ｂ：さらに、フォーカス光学系６の前側（スキャナ７側）のレンズ群の前側焦点はスキャナ７の近傍にあることが望ましい。
顕微鏡では用途に合わせて対物レンズ１０が交換されるが、通常、標本Ａからスキャナ７までの間にある光学系全体（本実施形態では、対物レンズ１０、結像光学系９および瞳投影光学系８をあわせた光学系）の後側焦点はスキャナ７の近傍になるようにしている（この配置はフォーカス位置を変えても倍率変化が小さい）。したがって、フォーカス光学系６の前側のレンズ群（本実施例では正レンズ群Ｇ_１）の前側焦点がスキャナ７の近傍にあると多くの対物レンズ１０で式（１）のｄが小さくなり、負レンズ群Ｇ_２の駆動量と作動距離ＷＤの変化量の線形性が高くなる。

Ｃ：条件Ｂを実現するために、フォーカス光学系６の前側（スキャナに近い側）に正レンズ群Ｇ_１、後側（スキャナ７から遠い側）に負レンズ群Ｇ_２という順番で配置することが望ましい。
特別な場合を除き、正レンズ群Ｇ_１の前側焦点は実際の正レンズ群Ｇ_１よりスキャナ７側にあり、負レンズ群Ｇ_２の前側焦点は実際の負レンズ群Ｇ_２より光ファイバ３側にあるので、このような配置にすると式（１）のｄを小さくすることができる。

Ｄ：通常は条件Ａ〜Ｃで十分な線形性が得られるが、さらに高い線形性が必要な場合は、上記に加えて、前側レンズ群（正レンズ群Ｇ_１）を駆動せず、後側のレンズ群（負レンズ群Ｇ_２）だけにするとよい。これにより、式（１）でｄおよびΔが０となるので、後側のレンズ群（負レンズ群Ｇ_２）の駆動量と作動距離ＷＤの変化量とが完全に線形な関係となる。

次に、観察装置１全体をさらに小型化する条件について説明する。
正レンズ群Ｇ_１は焦点距離の絶対値が負レンズ群Ｇ_２の焦点距離の絶対値より大きいことが望ましい。これにより、フォーカス光学系６より後側の光束径が小さくなるので、カップリング光学系１３やコリメート光学系５の焦点距離を小さくすることができ、観察装置本体４の小型化が実現できる。

また、フォーカス光学系６が性能（収差補正がされた）を出すための条件は以下の通りである。
フォーカス光学系６は、スキャナ７側を前側とすると、正レンズ群Ｇ_１は前側に凸面をもったメニスカスレンズＬ_ｐ１と両凸レンズを接合したレンズＬ_ｐ２であり、前記負レンズ群Ｇ_２の最も前側のレンズは前側に凹面を向けた負レンズＬ_ｎ１で、以下の条件式（５）〜（７）を満たすことが望ましい。
Ｎｐ２＜Ｎｐ１ ・・・・・・（５）
νｐ2−νｐ1＞２０ ・・・・・・・（６）
1＜｜（Ｆ−Ｄ）／Ｒｎ｜＜５ ・・・・・・・(7）

ここで、
Ｎｐ１：メニスカスレンズＬ_ｐ１のｄ線に対する屈折率、
Ｎｐ２：両凸レンズＬ_ｐ２のｄ線に対する屈折率、
νｐ１：メニスカスレンズＬ_ｐ１のアッベ数、
νｐ２：両凸レンズＬ_ｐ２のアッベ数、
Ｆ：フォーカス光学系の正レンズ群の焦点距離、
Ｄ：両凸レンズＬ_ｐ２と負レンズＬ_ｎ１の間隔、
Ｒｎ：負レンズＬ_ｎ１の前側面の曲率半径
である。
正レンズ群Ｇ_１のレンズ形状および式（５）、（６）は、色収差を小さくする条件であり、Ｌ_ｎ１の面形状および式（６）は球面収差を小さくする条件である。

次に、本実施形態に係る光走査型観察装置１の実施例について説明する。
正レンズ群Ｇ_１の焦点距離：１５ｍｍ、負レンズ群Ｇ_２の焦点距離：−５ｍｍ、正レンズ群Ｇ_１の前側焦点位置：−１３．４ｍｍ（すなわち、スキャナ７との最適な距離は１３．４ｍｍである。）、全長（アフォーカル光学系成立時）：１５．９ｍｍである。

アフォーカル光学系が成立するときのフォーカス光学系６のレンズデータを表１に示す。

表１においては、図２の左側（スキャナ７側）から面番号を付した。表１において、Ｒは面の曲率半径（ｍｍ）、Ｄは面間隔（ｍｍ）、ｎｄはｄ線に対する屈折率、νｄはｄ線に対するアッベ数である。
面番号３の面間隔が変化することで標本側の作動距離が変化する。

コリメート光学系５および検出光学系１１のカップリング光学系１３の一例を図３に示す。これらの光学系の焦点距離：５ｍｍおよび開口数：０．１５としたときのカップリング光学系１３およびコリメート光学系５のレンズデータを表２に示す。

図２および表１のフォーカス光学系６と、図３および表２のカップリング光学系１３とを組み合わせたときの性能を表３に示す。表３はフォーカス光学系６がアフォーカル光学系として成立したときの値を示している。
これによれば、本実施形態に係る光走査型観察装置１は、非常に高い光学性能を有していることがわかる。

なお、本実施形態においては、正レンズ群Ｇ_１にレンズ駆動手段６ａが取り付けられていて、正レンズ群Ｇ_１を駆動するようにしてもよいし、レンズ駆動手段６ａを正レンズ群Ｇ_１と負レンズ群Ｇ_２の両方に取り付けて、両レンズ群Ｇ_１，Ｇ_２の相対距離を変更するようにしてもよい。

次に、本発明の第２の実施形態に係る光走査型観察装置１′について、図５を参照して説明する。
本実施形態に係る光走査型観察装置１′の説明において、上述した第１の実施形態に係る光走査型観察装置１と構成を共通とする箇所には同一符号を付して説明を省略する。

本実施形態に係る光走査型観察装置１′の観察装置本体４′は、図５〜図８に示されるように、フォーカス光学系６′、コリメート光学系５′およびカップリング光学系１３′において、第１の実施形態と相違している。
本実施形態において、フォーカス光学系６′は光路に対し着脱可能に設けられているとともに、正レンズ群Ｇ_１′と負レンズ群Ｇ_２′とで構成されている。負レンズ群Ｇ_２′は、正レンズ群Ｇ_１′に近い方からパワーの強い負レンズＬ_ｎｎとパワーの弱い正レンズＬ_ｎｐとで構成されている。

正レンズ群Ｇ_１′は、負レンズ群Ｇ_２′よりも前側に配置されている。
正レンズ群Ｇ_１′は、その前側焦点位置がスキャナ７の位置とほぼ一致するように配置されている。
正レンズ群Ｇ_１′は、レンズ駆動手段６ａにより光軸方向に移動させられるようになっており、これにより、対物レンズ１０の先端側の作動距離が変化するようになっている。
また、正レンズ群Ｇ_１′と負レンズ群Ｇ_２′の焦点位置の絶対値がほぼ同じである。

このように構成された本実施形態に係る光走査型観察装置１′によれば、正レンズ群Ｇ_１′と負レンズ群Ｇ_２′の焦点距離の絶対値がほぼ同じなので、アフォーカル光学系が成立するレンズ配置では倍率はほぼ１倍となる。これは、フォーカス光学系６′の前後で光束径がほぼ同じになることを示す。すなわち、フォーカス光学系６′を着脱しても光束径の変化が少ないので、フォーカス光学系６′の着脱に際してレーザ光や蛍光の光量変化を少なくすることができる。

また、本実施形態におけるフォーカス光学系６′（１倍アフォーカル光学系）を用いれば、内部フォーカス調整機構が備わっていないレーザ走査顕微鏡を作動距離を変えることができる顕微鏡に簡単に改造するできるメリットもある。改造は内部フォーカス調整機構が備わっていないレーザ走査顕微鏡のスキャナ７とダイクロイックミラー１２との間に本実施形態におけるフォーカス光学系６′のユニットを入れることでだけで行える。

フォーカス光学系６′の前後で光束径がほぼ同じになるので、カップリング光学系１３′やコリメート光学系５′やそのほかの光学系は変更することなく使用できるためである。
逆に、正レンズ群と負レンズ群の焦点距離の絶対値が異なっているとフォーカス光学系６′の前後で光束径が変わってしまい、カップリング光学系１３′やコリメート光学系５′やそのほかの光学系の設計を変更する必要があるので、改造が大変になる。

ここで、正レンズ群Ｇ_１′と負レンズ群Ｇ_２′の焦点距離の絶対値がほぼ同じで、かつ、アフォーカル光学系が成立する位置の近傍でレンズが互いに干渉しないで駆動できるように配置する方法について説明する。
フォーカス光学系６′のうち、負レンズ群Ｇ_２′を前側（正レンズ群Ｇ_１′に近い方）からパワーの強い負レンズＬ_ｎｎとパワーの弱い正レンズＬ_ｎｐとで構成する。このようにすると、負レンズ群Ｇ_２′の前側の主点が負レンズＬ_ｎｎより外側に出るので、負レンズ群Ｇ_２′の前側主点と正レンズＬ_ｎｐの後側主点とを一致させることが可能となり、アフォーカル光学系が成立する。このため、互いのレンズが干渉しないで駆動できる。

次に、本実施形態に係る光走査型観察装置１′の実施例について説明する。
正レンズ群Ｇ_１′の焦点距離：２４ｍｍ、負レンズ群Ｇ_２′の焦点距離：−２４ｍｍ、正レンズ群Ｇ_１′の前側焦点位置：−２２．４ｍｍ（すなわち、スキャナ７との最適な距離は２２．４ｍｍである。）、全長（アフォーカル光学系成立時）：２３．５ｍｍ、負レンズ群Ｇ_２′を構成する負レンズＬ_ｎｎの焦点距離：−３．８４ｍｍ、正レンズＬ_ｎｐの焦点距離１１．３２ｍｍである。

アフォーカル光学系が成立するときのフォーカス光学系６′のレンズデータを表４に示す。

コリメート光学系５′および検出光学系１１のカップリング光学系１３′の一例を図７に示す。これらの光学系の焦点距離：１５ｍｍおよび開口数：０．１６としたときのカップリング光学系１３′およびコリメート光学系５′のレンズデータを表５に示す。

図６および表４のフォーカス光学系６′と、図７および表５のコリメート光学系５′およびカップリング光学系１３′とを組み合わせたときの性能を表６に示す。表６はフォーカス光学系６′がアフォーカル光学系として成立したときの値を示している。
これによれば、本実施形態に係る光走査型観察装置１′は、非常に高い光学性能（波面収差ＲＭＳ値と軸上色収差）を有していることがわかる。

なお、本実施形態においては、図８に示されるようにレンズ駆動手段６ａが負レンズ群Ｇ_２′全体に取り付けられていて、これを動かしてもよいし、両レンズ群Ｇ_１′，Ｇ_２′を別々に駆動させてもよい。

本発明の第１の実施形態に係る光走査型観察装置を示す全体構成図である。 図１の光走査型観察装置に備えられたフォーカス光学系の詳細を示す図である。 図１の光走査型観察装置に備えられたコリメート光学系およびカップリング光学系の詳細を示す図である。 図２のフォーカス光学系の後側のレンズ群の位置と標本におけるフォーカス位置との関係を示すグラフである。 本発明の第２の実施形態に係る光走査型観察装置の顕微鏡本体を示す図である。 図５の光走査型観察装置に備えられたフォーカス光学系の詳細を示す図である。 図５の光走査型観察装置に備えられたコリメート光学系およびカップリング光学系の詳細を示す図である。 図６のフォーカス光学系の変形例を示す図である。

符号の説明

１，１′ 光走査型観察装置
２ 光源部（光源）
６，６′ フォーカス光学系（フォーカス走査手段）
６ａ レンズ駆動手段
７ スキャナ（横方向走査手段）
１０ 対物レンズ（対物光学系）
１２ ダイクロイックミラー（検出光分離手段）
１３，１３′ カップリングレンズ（検出光集光光学系）
２０ 光検出器（検出器）
Ａ 標本
Ｇ_１，Ｇ_１′ 正レンズ群
Ｇ_２，Ｇ_２′ 負レンズ群
Ｌ_ｎ１ 両凹レンズ（負レンズ）
Ｌ_ｎ２ メニスカスレンズ（負レンズ）
Ｌ_ｎｎ 負レンズ（負レンズ小群）
Ｌ_ｎｐ 正レンズ（正レンズ小群）
Ｌ_ｐ１ メニスカスレンズ
Ｌ_ｐ２ 両凸レンズ
ＷＤ 作動距離

Claims (9)

1. 標本を照明する照明光を出射する光源と、
   該光源からの照明光を標本に集光する対物光学系と、
   前記標本から発せられ、前記対物光学系により集光された検出光を照明光から分離する検出光分離手段と、
   該検出光分離手段により分離された検出光を集光する検出光集光光学系と、
   該検出光集光光学系により集光された検出光を検出する検出器と、
   前記光検出光分離手段と前記対物光学系との間に配置されたフォーカス走査手段と、
   前記フォーカス走査手段と前記対物光学系との間に配置され、前記光源からの照明光を標本上で光軸に対して略垂直方向に走査する横方向走査手段とを備え、
   前記フォーカス走査手段が、少なくとも正レンズ群と負レンズ群とで構成されるフォーカス光学系と、該フォーカス光学系に含まれる少なくとも１群のレンズ群を光軸方向に移動させて前記対物光学系の作動距離を変化させるためのレンズ駆動手段とを備える光走査型観察装置。
2. 前記正レンズ群および負レンズ群は、前記フォーカス光学系全体がアフォーカル光学系として成立する位置関係の近傍で前記レンズ群を駆動させる請求項１に記載の光走査型観察装置。
3. 前記フォーカス光学系の横方向走査手段に近い側を前側とし、該前側のレンズ群の前側焦点が前記横方向走査手段近傍に配置されている請求項２に記載の光走査型観察装置。
4. 前記正レンズ群が、前記負レンズ群よりも前記前側に配置されている請求項３に記載の光走査型観察装置。
5. 前記負レンズ群が駆動される請求項２から請求項４のいずれかに記載の光走査型観察装置。
6. 前記正レンズ群の焦点距離の絶対値が、前記負レンズ群の焦点距離の絶対値より大きい請求項２から請求項５のいずれかに記載の光走査型観察装置。
7. 前記正レンズ群と前記負レンズ群の焦点距離の絶対値がほぼ同じである請求項２から請求項５のいずれかに記載の光走査型観察装置。
8. 前記負レンズ群が、前記正レンズ群に近い側から負レンズ小群とそれよりもパワーの弱い正レンズ小群とからなる請求項７に記載の光走査型観察装置。
9. 前記フォーカス光学系の横方向走査手段側を前側とし、
   前記正レンズ群が、前記前側に凸面を有するメニスカスレンズと両凸レンズとを接合したレンズであり、
   前記負レンズ群の最も前記前側のレンズが、前記前側に凹面を向けた負レンズであり、
   以下の条件式（１）〜（３）を満足する請求項２から請求項８のいずれかに記載の光走査型観察装置。
   Ｎｐ２＜Ｎｐ１ （１）
   νｐ2−νｐ1＞２０ （２）
   １＜｜（Ｆ−Ｄ）／Ｒｎ｜＜５ （３）
   ここで、
   Ｎｐ１：メニスカスレンズのｄ線に対する屈折率、
   Ｎｐ２：両凸レンズのｄ線に対する屈折率、
   νｐ１：メニスカスレンズのアッベ数、
   νｐ２：両凸レンズのアッベ数、
   Ｆ：フォーカス光学系の正レンズ群の焦点距離、
   Ｄ：両凸レンズと負レンズとの間隔、
   Ｒｎ：負レンズの前側面の曲率半径
   である。

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