JP2009294385A

JP2009294385A - 顕微鏡装置

Info

Publication number: JP2009294385A
Application number: JP2008147097A
Authority: JP
Inventors: Hiroichi Kubo; 博一久保
Original assignee: Olympus Corp
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 2008-06-04
Filing date: 2008-06-04
Publication date: 2009-12-17

Abstract

【課題】音響光学偏向器を用いた偏向速度の増大に伴う照明光の集光径の増大を防止する。
【解決手段】光源２からの照明光Ｌを偏向する音響光学偏向器４，５と、該音響光学偏向器４，５の前段に配置され、照明光Ｌの光束径を調節する入射ビーム整形光学系３と、音響光学偏向器４，５により偏向された照明光Ｌを標本Ａに集光する対物レンズ８と、該対物レンズ８と音響光学偏向器４，５との間に配置され、対物レンズ８の瞳位置に入射する照明光Ｌの光束径を調節する瞳投影光学系７と、音響光学偏向器４，５による照明光Ｌの偏向速度が高められたときに、音響光学偏向器４，５に入射する照明光Ｌの光束径を細くし、かつ、瞳投影倍率を増大させるよう入射ビーム整形光学系３および瞳投影光学系７を制御する制御部９とを備える顕微鏡装置１を提供する。
【選択図】図１

Description

本発明は、顕微鏡装置に関するものである。

従来、スキャナとして、ガルバノミラーと比べて機構部がなく、ランダムな走査も高速に行うことができる音響光学偏向器を備えたレーザ顕微鏡が知られている（例えば、特許文献１参照。）。この音響光学偏向器は、結晶内に入射させる音響波の周波数を高速に切り替えるだけで光を高速に走査させることができる。

米国特許出願公開第２００２／０１４９７６９号明細書

しかしながら、走査速度を向上するために、結晶内に入射させる音響波の周波数の切り替えを高速に行うと、結晶内に入射した照明光を横切って、一つの周波数の音響波が伝播し終えるまでの間に、異なる周波数の音響波が照明光の入射している結晶内に同時に複数存在する場合が発生する。この場合には、音響光学偏向器から射出される照明光は、同時に異なる方向に射出されるため、照明光の断面形状が偏向方向一方向のみに伸びてしまうという不都合がある。すなわち、この光を対物レンズで集光すると走査方向の分解能が低下して鮮明な画像が得られないという問題がある。

本発明は上述した事情に鑑みてなされたものであって、音響光学偏向器を用いた偏向速度の増大に伴う照明光の集光径の増大を防止することができる顕微鏡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、光源からの照明光を偏向する音響光学偏向器と、該音響光学偏向器の前段に配置され、照明光の光束径を調節する入射ビーム整形光学系と、前記音響光学偏向器により偏向された照明光を標本に集光する対物レンズと、該対物レンズと前記音響光学偏向器との間に配置され、前記対物レンズの瞳位置に入射する照明光の光束径を調節する瞳投影光学系と、前記音響光学偏向器による照明光の偏向速度が高められたときに、前記音響光学偏向器に入射する照明光の光束径を細くし、かつ、瞳投影倍率を増大させるよう前記入射ビーム整形光学系および前記瞳投影光学系を制御する制御部とを備える顕微鏡装置を提供する。

本発明によれば、光源からの照明光の光束径が入射ビーム整形光学系により調節された後に音響光学偏向器に入射させられ、音響光学偏向器により偏向された後に、瞳投影光学系および対物レンズを介して標本に照射される。音響光学偏向器においては、結晶内に入射される音響波の周波数が切り替えられることにより、射出される照明光の偏向方向が切り替えられる。

この場合において、音響光学偏向器による照明光の偏向速度が高められると、制御部が入射ビーム整形光学系を制御して音響光学偏向器に入射する照明光の光束径を細くするので、音響光学偏向器への音響波の周波数の高速切替が行われても、異なる周波数の音響波が照明光の入射している位置の結晶に同時に存在する可能性が低減される。これにより、照明光の偏向方向への伸びが防止される。また、このとき、制御部が、瞳投影光学系を制御して瞳投影倍率を増大させるので、入射ビーム整形光学系による光束径の細径化を補って、対物レンズの瞳を満たす光束径を確保し、分解能の低下を防止することができる。

上記発明においては、前記制御部が、前記対物レンズの種類に基づいて前記入射ビーム整形光学系および前記瞳投影光学系を制御することとしてもよい。
このようにすることで、対物レンズが交換されたときにも、対物レンズに入射される照明光の光束径が対物レンズの瞳を満たすように整形することができ、分解能の低下を防止することができる。

また、上記発明においては、前記制御部が、観察実視野の大きさに基づいて前記入射ビーム整形光学系および前記瞳投影光学系を制御することとしてもよい。
このようにすることで、最小限の分解能の低下を許容して、観察実視野を必要な大きさまで広げることができる。すなわち、瞳投影光学系の瞳投影倍率を小さくし、入射ビーム整形光学系により音響光学偏向器に入射する照明光の光束径を大きくすることで、対物レンズの瞳を満たす光束径を確保して、分解能の低下を抑えつつ観察実視野を広くすることができる。一方、偏向方向への照明光の伸びを必要な観察実視野を達成するための必要最小限の大きさに制限することができ、分解能の低下を最小限に抑えることができる。

また、上記発明においては、前記音響光学偏向器が、前記対物レンズの瞳位置と共役な位置に配置されていてもよい。
さらに、上記発明においては、前記音響光学偏向器が、偏向方向を交差させて２個配置され、該２個の音響光学偏向器間の中央位置が、前記対物レンズの瞳位置と共役な位置に設定されていることが好ましい。
このようにすることで、偏向時に対物レンズの瞳位置に入射する照明光の蹴られを最小限に抑制して分解能の低下を抑えることができる。

本発明によれば、音響光学偏向器を用いた偏向速度の増大に伴う照明光の集光径の増大を防止することができるという効果を奏する。

本発明の一実施形態に係る顕微鏡装置１について、図１を参照して以下に説明する。
本実施形態に係る顕微鏡装置１は、図１に示されるように、レーザ光源（光源）２と、該レーザ光源２から発せられたレーザ光（照明光）Ｌの光束径を調節する入射ビーム整形光学系３と、偏向方向を直交させて光軸方向に直列に並んで配置された２個の音響光学偏向器４，５と、該音響光学偏向器４，５に入力する音響波の周波数を調節する周波数調節部６と、瞳投影光学系７と、対物レンズ８と、入射ビーム整形光学系３、周波数調節部６および瞳投影光学系７を制御する制御部９とを備えている。

入射ビーム整形光学系３および瞳投影光学系７は、光軸方向に移動可能に設けられた１以上のレンズ３ａ，３ｂ，７ａ，７ｂを含んでいる。これらのレンズ３ａ，３ｂ，７ａ，７ｂを光軸方向に移動させることで、入射されるレーザ光Ｌの光束径に対して射出されるレーザ光Ｌの光束径を拡大または縮小させることができるようになっている。

音響光学偏向器４，５は、周波数調節部６から入力される音響波の周波数に応じた偏向角度で入射ビーム光学系３から入射されてくるレーザ光Ｌを偏向し、瞳投影光学系７に入射させるようになっている。したがって、周波数調節部６は、音響光学偏向器４，５に入射する音響波の周波数を変化させることにより、音響光学偏向器４，５にレーザ光Ｌの偏向方向を逐次変化させて、レーザ光を走査させることができるようになっている。

２個の音響光学偏向器４，５は、相互に直交して配置されているので、レーザ光は２次元的に走査されるようになっている。また、２個の音響光学偏向器４，５の光軸方向の中央位置は、対物レンズ８の瞳位置と共役な位置に設定されている。

制御部９は、音響光学偏向器４，５によるレーザ光の走査速度を高める場合には、周波数調節部６に対して、音響光学偏向器４，５に出力する音響波の周波数の切替速度を増大させる一方、入射ビーム整形光学系３に対して音響光学偏向器４，５に入射するレーザ光Ｌの光束径を細くするよう指令するとともに、瞳投影光学系７に対して瞳投影倍率を大きくするように指令するようになっている。

制御部９から音響光学偏向器４，５に入射するレーザ光Ｌの光束径を細くするよう指令された入射ビーム整形光学系３は、該入射ビーム整形光学系３を構成する１以上のレンズ３ａ，３ｂを光軸方向に移動させて射出するレーザ光Ｌの光束径を縮小するようになっている。
また、制御部９から瞳投影倍率を大きくするように指令された瞳投影光学系７は、該瞳投影光学系７を構成する１以上のレンズ７ａ，７ｂを光軸方向に移動させて、射出するレーザ光Ｌの光束径が、対物レンズ８の瞳を満たす光束径となるように瞳投影倍率を変更するようになっている。

なお、図示しないが、対物レンズ８により集光されたレーザ光Ｌを照射された標本Ａにおいて発生した蛍光は、対物レンズ８により集光され、瞳投影光学系７および音響光学偏向器４，５を介して戻る途中でレーザ光Ｌの光路から分岐され、ピンホールおよびバリアフィルタを介した後に光検出器により検出されるようになっている。音響光学偏向器４，５による標本Ａ上における走査位置と、光検出器により検出された蛍光の強度情報とを対応づけて逐次記憶しておくことにより、２次元的な蛍光画像を取得することができるようになっている。

また、レーザ光がフェムト秒パルスレーザ光の場合には、対物レンズ８と瞳投影光学系７との間の光路においてレーザ光Ｌの光路から蛍光を、図１に破線で示すように、ダイクロイックミラーのような分岐ミラー１０によって分岐して集光レンズ１１により集光し、光検出器１２により検出することにしてもよい。

このように構成された本実施形態に係る顕微鏡装置１の作用について以下に説明する。
本実施形態に係る顕微鏡装置１を用いて標本Ａの観察を行うには、レーザ光源２から射出されたレーザ光Ｌを入射ビーム整形光学系３により所定の光束径に整形した後、音響光学偏向器４，５により２次元的に走査し、瞳投影光学系７および対物レンズ８を介して標本Ａに照射する。

標本Ａにおける対物レンズ８の焦点面近傍においては、標本Ａに含まれている蛍光物質が励起されることにより蛍光が発せられる。発生した蛍光は対物レンズ８により集光された後、図示しない光検出器により検出されることによって、２次元的な蛍光画像を取得することができる。

この場合において、標本Ａ上における速い動きを観察する場合等に、レーザ光Ｌの走査速度を所定の走査速度以上に高める場合には、制御部９が、周波数調節部６に対して音響光学偏向器４，５に出力する音響波の周波数の切替速度を増大させる。これにより、簡易にレーザ光Ｌを高い走査速度で走査させることができる。

そして、制御部９はこれと同時に、入射ビーム整形光学系３に対して音響光学偏向器４，５に入射するレーザ光の光束径を細くするよう指令し、かつ、瞳投影光学系７に対し瞳投影倍率を大きくするように指令する。
音響光学偏向器４，５に入射するレーザ光Ｌの光束径を細くすることで、レーザ光Ｌが入射している音響光学偏向器４，５内の結晶に、同時に異なる周波数の音響波が伝播されてしまう可能性を低減することができる。その結果、レーザ光の走査方向への伸びが抑制されて、これを原因とする分解能の低下を防止することができる。

また、瞳投影光学系７の瞳投影倍率を大きくすることで、入射ビーム整形光学系３により細くされた光束径を補償して、対物レンズ８に入射するレーザ光の光束径がちょうど対物レンズ８の瞳を満たす光束径となるように調節することができる。したがって、分解能の低下を抑制することができる。

また、本実施形態においては、２個の音響光学偏向器４，５の中央位置を対物レンズ８の瞳位置と共役な位置関係に設定したので、瞳投影光学系７から射出されたレーザ光束の対物レンズ８の瞳における蹴られを抑制し、画像周辺における減光を防止することができる。
このように、本実施形態に係る顕微鏡装置１によれば、レーザ光Ｌの走査速度を増大させても、分解能の低下を抑制して、鮮明な蛍光画像を得ることができるという利点がある。

なお、本実施形態においては、レーザ光Ｌの走査速度を高めたときに音響光学偏向器４，５により発生する光束の一方向の伸びを防止するために、音響光学偏向器４，５に入射するレーザ光Ｌの光束径を細くし、瞳投影光学系７の瞳投影倍率を増大させた。このため、標本Ａ上におけるレーザ光の走査範囲、すなわち、観察実視野が狭まってしまうことをある程度許容しなければならない。

しかしながら、実用上においては、必要な観察実視野は予め定まっている場合があるため、このような場合には、制御部９は、必要な観察実視野を確保した上で、それにより定まる瞳投影倍率から、音響光学偏向器４，５に入射するレーザ光Ｌの光束径を逆算して設定することとしてもよい。また、音響光学偏向器４，５に入射するレーザ光の光束径については、音響光学偏向器４，５による光束の伸びを抑制可能な最大限の光束径を設定し、走査速度を制限することにしてもよい。

また、本実施形態においては、入射ビーム整形光学系３および瞳投影光学系７としてガリレイ型を例示したが、ケプラー型の光学系を採用してもよいし、レンズユニットを切り替える方式の光学系を採用してもよい。
また、２個の音響光学偏向器４，５の中央位置を対物レンズ８の瞳位置と共役な位置関係に設定したが、２個の音響光学偏向器４，５の間に瞳リレー光学系（図示略）を挿入し、各音響光学偏向器４，５を対物レンズ８の瞳位置と共役な位置関係に配置することにしてもよい。このようにすることで、偏向時の対物レンズ８の瞳によるレーザ光Ｌの蹴られをさらに低減することができる。

また、本実施形態においては、２個の音響光学偏向器４，５を用いる場合について説明したが、これに代えて、１個の音響光学偏向器とガルバノミラーのような他の方式のスキャナ装置とを組み合わせて使用することにしてもよい。

また、図２に示されるように、２個の音響光学偏向器４，５の前段に、２個の入射ビーム整形光学系３Ａ，３Ｂを光軸方向に直列に並べて配置することにしてもよい。この場合、各入射ビーム整形光学系３Ａ，３Ｂを構成するレンズ３ａ，３ｂは、シリンドリカルレンズにより構成する。このようにすることで、各入射ビーム整形光学系３Ａ，３Ｂによって、各音響光学偏向器４，５におけるレーザ光Ｌの光束の伸びを防止するように光束径を調節することができる。

この構成を採用することにより、２つの音響光学偏向器４，５においてレーザ光Ｌの走査速度が異なる場合（例えば、ラスタスキャン方式のような場合）においても、分解能の劣化を起こすことなく、鮮明な画像による観察を行うことができるという利点がある。また、非点較差を低減することも可能となり、光軸方向の分解能が高い観察を行うこともできる。

また、本実施形態においては、音響光学偏向器４，５によってレーザ光Ｌを連続的に走査させる場合について説明したが、音響光学偏向器４，５によるレーザ光Ｌの偏向方向を不連続に切り替えるランダムスキャンの場合に適用してもよい。

本発明の一実施形態に係る顕微鏡装置を示すブロック図である。図１の顕微鏡装置の変形例を示すブロック図である。

符号の説明

Ａ標本
Ｌレーザ光（照明光）
１顕微鏡装置
２レーザ光源（光源）
３，３Ａ，３Ｂ入射ビーム整形光学系
４，５音響光学偏向器
７瞳投影光学系
８対物レンズ
９制御部

Claims

光源からの照明光を偏向する音響光学偏向器と、
該音響光学偏向器の前段に配置され、照明光の光束径を調節する入射ビーム整形光学系と、
前記音響光学偏向器により偏向された照明光を標本に集光する対物レンズと、
該対物レンズと前記音響光学偏向器との間に配置され、前記対物レンズの瞳位置に入射する照明光の光束径を調節する瞳投影光学系と、
前記音響光学偏向器による照明光の偏向速度が高められたときに、前記音響光学偏向器に入射する照明光の光束径を細くし、かつ、瞳投影倍率を増大させるよう前記入射ビーム整形光学系および前記瞳投影光学系を制御する制御部とを備える顕微鏡装置。
前記制御部が、前記対物レンズの種類に基づいて前記入射ビーム整形光学系および前記瞳投影光学系を制御する請求項１に記載の顕微鏡装置。
前記制御部が、観察実視野の大きさに基づいて前記入射ビーム整形光学系および前記瞳投影光学系を制御する請求項１または請求項２に記載の顕微鏡装置。
前記音響光学偏向器が、前記対物レンズの瞳位置と共役な位置に配置されている請求項１から請求項３のいずれかに記載の顕微鏡装置。
前記音響光学偏向器が、偏向方向を交差させて２個配置され、
該２個の音響光学偏向器間の中央位置が、前記対物レンズの瞳位置と共役な位置に設定されている請求項１から請求項３のいずれかに記載の顕微鏡装置。