JP2014232286A

JP2014232286A - 顕微鏡システム

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Publication number: JP2014232286A
Application number: JP2013114328A
Authority: JP
Inventors: 啓露木; Hiroshi Tsuyuki
Original assignee: Olympus Corp
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 2013-05-30
Filing date: 2013-05-30
Publication date: 2014-12-11
Anticipated expiration: 2033-05-30
Also published as: JP6177007B2

Abstract

【課題】所望のタイミング以外のタイミングで標本にレーザ光が照射されてしまうのを抑制し、標本への光の照射のＯＮ／ＯＦＦを任意のタイミングで切り替える。
【解決手段】刺激光を発生する刺激光源５と、刺激光を標本Ｓに照射する刺激光学系６と、刺激光に対して刺激光学系６に入射する角度に回折するＯＮ状態と入射しない角度に回折するＯＦＦ状態とに切り替え可能な第２音響光学素子４１と、刺激光源５と刺激光学系６との間の光路に挿脱可能に設けられ、光路を開放する開状態と閉鎖する閉状態とに切り替え可能な第２メカニカルシャッタ４３と、これらの第２音響光学素子４１および第２メカニカルシャッタ４３により標本Ｓへの刺激光の照射のＯＮ／ＯＦＦを制御するＣＰＵとを備え、ＣＰＵが、第２音響光学素子４１をＯＮ状態に切り替える前に第２メカニカルシャッタ４３を開状態に切り替える顕微鏡システム１００を提供する。
【選択図】図１

Description

本発明は、顕微鏡システムに関するものである。

従来、標本にレーザ光を照射し、標本の反応を観察する走査型顕微鏡が知られている（例えば、特許文献１参照。）。特許文献１に記載の走査型顕微鏡は、刺激光学系および観察光学系が、音響光学素子のように回折角度の制御によりレーザ光の通過／遮断を切り替え可能なシャッタをそれぞれ備えており、各シャッタによりレーザ光の通過／遮断を切り替えることで、観察光学系により標本の画像を取得しながら刺激光学系により任意のタイミングで標本を光刺激することとしている。

特開２００３−３１５６８１号公報

しかしながら、音響光学素子は回折角度の制御に関わらずにレーザ光の微弱な漏れ光成分が発生してしまうため、レーザ光の通過／遮断を完全には切り替えることができない。そのため、特許文献１に記載の走査型顕微鏡では、音響光学素子でのレーザ光の漏れ光成分により、標本を光刺激する所望のタイミング以外のタイミングで試薬が反応してしまい、所望のタイミングで光刺激することができないという不都合がある。

一方、シャッタとしては、レーザ光の光路を閉鎖する閉位置と開放する開位置との間を移動してレーザ光の通過／遮断を切り替え可能なメカニカルシャッタがある。しかしながら、メカニカルシャッタは、光路を閉鎖することでレーザ光を確実に遮断することができるものの、開閉動作の指令を出力してから光路を実際に閉鎖するまでに時間遅れが生じるため、レーザ光の通過／遮断を瞬時に切り替えることができないという不都合がある。

本発明は上述した事情に鑑みてなされたものであって、所望のタイミング以外のタイミングで標本に光が照射されてしまうのを抑制し、標本への光の照射のＯＮ／ＯＦＦを任意のタイミングで切り替えることができる顕微鏡システム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、光を発生する光源と、該光源から発せられた光を標本に照射する照射光学系と、前記光源から発せられた光に対して、前記照射光学系に入射する角度に回折するＯＮ状態と入射しない角度に回折するＯＦＦ状態とに切り替え可能な音響光学素子と、前記光源と前記照射光学系との間の光路に挿脱可能に設けられ、該光路を開放する開状態と閉鎖する閉状態とに切り替え可能なメカニカルシャッタと、前記音響光学素子および前記メカニカルシャッタにより前記標本への光の照射のＯＮ／ＯＦＦを制御する制御部とを備え、該制御部が、前記音響光学素子をＯＮ状態に切り替える前に前記メカニカルシャッタを開状態に切り替える顕微鏡システム。

本発明によれば、光源から発せられた光が、音響光学素子およびメカニカルシャッタを介して照射光学系により標本に照射される。音響光学素子では、ＯＮ状態とＯＦＦ状態とを切り替えて光の回折角度を変化させることにより、照明光学系に入射する光の通過／遮断が切り替えられる。メカニカルシャッタでは、開状態と閉状態とを切り替えて光路を開放／閉鎖することにより、照明光学系に入射する光の通過／遮断が切り替えられる。したがって、制御部により、標本への光の照射のＯＮ／ＯＦＦを任意に切り替えることができる。

この場合において、音響光学素子は、ＯＮ状態とＯＦＦ状態とを瞬時に切り替えることができるが、回折角度の制御に関わらずに光の微弱な漏れ光成分が発生してしまうため、光の通過／遮断を完全には切り替えることができない。一方、メカニカルシャッタは、光を通過／遮断を完全に切り替えることができるが、挿脱動作の指令を出力してから実際に光路を開放／閉鎖するまでに時間遅れが生じる。

そこで、制御部が、音響光学素子をＯＮ状態に切り替える前にメカニカルシャッタを開状態に切り替えることで、標本に光を照射するタイミング以外はメカニカルシャッタにより光をほぼ確実に遮断し、標本に光を照射するタイミングでは音響光学素子により所望のタイミングで光を通過させることができる。

したがって、響光学素子による漏れ光の発生とメカニカルシャッタの時間遅れを相互に補って、所望のタイミング以外のタイミングで標本に光が照射されてしまうのを抑制し、標本への光の照射のＯＮ／ＯＦＦを任意のタイミングで切り替えることができる。

上記発明においては、前記制御部が、前記メカニカルシャッタに挿脱動作の信号を入力してから該メカニカルシャッタが光路から脱離するまでにかかる時間遅れ分だけ、前記音響光学素子よりも前に前記メカニカルシャッタを開状態に切り替え始めることとしてもよい。

このように構成することで、音響光学素子による光の遮断から通過への切り替えとメカニカルシャッタによる光の遮断から通過への切り替えの時間差を最小限に抑え、標本に照射される音響光学素子の漏れ光成分をより少なくすることができる。

上記発明においては、前記制御部が、前記音響光学素子をＯＦＦ状態に切り替えるのとほぼ同時に、前記メカニカルシャッタを閉状態に切り替え始めることとしてもよい。
このように構成することで、標本への光の照射を停止するタイミングでは音響光学素子により所望のタイミングで光を遮断し、標本への光の照射を停止した後はメカニカルシャッタにより光をほぼ確実に遮断することができる。

上記発明においては前記制御部が、前記メカニカルシャッタに挿脱動作の信号を入力してから該メカニカルシャッタが光路から脱離するまでにかかる時間遅れ分よりも前記音響光学素子のＯＮ状態およびＯＦＦ状態を長くし、該音響光学素子のＯＮ状態／ＯＦＦ状態および前記メカニカルシャッタの開状態／閉状態を繰り返し切り替えることとしてもよい。
このように構成することで、所望のタイミング以外のタイミングで標本に光が照射されてしまうのを抑制しながら、標本に対して断続的に光を照射することができる。

上記発明においては、異なる波長の光を発生する複数の前記光源と、これらの複数の光源から発せられた光に光路を合成する光路合成部とを備え、各前記光源と前記光路合成部との間に配置された複数の前記メカニカルシャッタとを備え、前記音響光学素子が、前記光路合成部により合成された光の光路上に配置されていることとしてもよい。

このように構成することで、各メカニカルシャッタにより光源ごとに光の通過／遮断を確実に切り替えることができる。そして、いずれかの光源から標本に光を照射するタイミング以外はメカニカルシャッタにより光をほぼ確実に遮断する一方、その光源から標本に光を照射するタイミングでは音響光学素子により所望のタイミングで光を通過させることができる。

本発明は、駆動電圧に応じてレーザ光の強度を調整し、レーザ光を発生するＯＮ状態と発生しないＯＦＦ状態とに切替可能なレーザ光源と、該レーザ光源から発せられたレーザ光を標本に照射する照射光学系と、前記レーザ光源と前記照明光学系との間の光路に挿脱可能に設けられ、該光路を開放する開状態と閉鎖する閉状態とに切り替え可能なメカニカルシャッタと、前記レーザ光源および前記メカニカルシャッタにより前記標本へのレーザ光の照射のＯＮ／ＯＦＦを制御する制御部とを備え、該制御部が、前記レーザ光源をＯＮ状態に切り替える前に前記メカニカルシャッタを開状態に切り替える顕微鏡システムを提供する。

本発明によれば、レーザ光源から発せられたレーザ光が、メカニカルシャッタを介して照射光学系により標本に照射される。レーザ光源では、ＯＮ状態とＯＦＦ状態とを切り替えてレーザ光の強度を調整することにより、レーザ光の発生タイミングが切り替えられる。メカニカルシャッタでは、開状態と閉状態とを切り替えて光路を開放／閉鎖することにより、照明光学系に入射するレーザ光の通過／遮断が切り替えられる。したがって、制御部により、標本へのレーザ光の照射のＯＮ／ＯＦＦを任意に切り替えることができる。

この場合において、レーザ光源は、ＯＮ状態とＯＦＦ状態とを瞬時に切り替えることができるが、ＯＦＦ状態でもレーザ光の微弱な漏れ光成分が発生してしまうため、レーザ光の発生タイミングを完全には切り替えることができない。

そこで、制御部が、レーザ光源をＯＮ状態に切り替える前にメカニカルシャッタを開状態に切り替えることで、標本にレーザ光を照射するタイミング以外はメカニカルシャッタによりレーザ光をほぼ確実に遮断し、標本にレーザ光を照射するタイミングではレーザ光源から所望のタイミングでレーザ光を発生させることができる。

したがって、レーザ光源からの漏れ光の発生とメカニカルシャッタの時間遅れを相互に補って、所望のタイミング以外のタイミングで標本にレーザ光が照射されてしまうのを抑制し、標本へのレーザ光の照射のＯＮ／ＯＦＦを任意のタイミングで切り替えることができる。

上記発明においては、前記制御部が、前記メカニカルシャッタに挿脱動作の信号を入力してから該メカニカルシャッタが光路から脱離するまでにかかる時間遅れ分だけ、前記レーザ光源よりも前に前記メカニカルシャッタを開状態に切り替え始めることとしてもよい。

このように構成することで、レーザ光源からのレーザ光を発生するタイミングとメカニカルシャッタによるレーザ光の遮断から通過の切り替えの時間差を最小限に抑え、標本に照射されるレーザ光源の漏れ光成分をより少なくすることができる。

上記発明においては、前記制御部が、前記レーザ光源をＯＦＦ状態に切り替えるのとほぼ同時に、前記メカニカルシャッタを閉状態に切り替え始めることとしてもよい。
このように構成することで、標本へのレーザ光の照射を停止するタイミングではレーザ光源により所望のタイミングでレーザ光の発生を停止し、標本へのレーザ光の照射を停止した後はメカニカルシャッタによりレーザ光をほぼ確実に遮断することができる。

上記発明においては、前記制御部が、前記メカニカルシャッタに挿脱動作の信号を入力してから該メカニカルシャッタが光路から脱離するまでにかかる時間遅れ分よりも前記レーザ光源のＯＮ状態およびＯＦＦ状態を長くし、該レーザ光源のＯＮ状態／ＯＦＦ状態を繰り返し切り替えることとしてもよい。
このように構成することで、所望のタイミング以外のタイミングで標本に光が照射されてしまうのを抑制しながら、標本に対して断続的に光を照射することができる。

上記発明においては、前記標本からの戻り光を画像化して前記標本の画像を取得する画像取得部を備え、前記制御部が、前記画像取得部により前記戻り光の画像化を開始する前に前記メカニカルシャッタを開状態に切り替えることとしてもよい。

このように構成することで、画像取得部により画像を取得するタイミングまではメカニカルシャッタにより光をほぼ確実に遮断することができる。これにより、画像取得していない間に標本に光が照射されてしまう無駄を最小限に抑えることができる。

本発明によれば、所望のタイミング以外のタイミングで標本に光が照射されてしまうのを抑制し、標本への光の照射のＯＮ／ＯＦＦを任意のタイミングで切り替えることができるという効果を奏する。

本発明の第１実施形態に係る顕微鏡システムを示す概略構成図である。図１の音響光学素子の概略構成図である。（ａ）は図１のメカニカルシャッタにより光路を閉鎖した状態を示す図であり、（ｂ）はメカニカルシャッタにより光路を開放した状態を示す図である。図１の制御装置の構成を示すブロック図である。図１の観察走査ユニットによりラスタスキャンし刺激走査ユニットによりトルネードスキャンする場合を説明する図である。音響光学素子およびメカニカルシャッタの切り替えのタイミングを説明する図である。刺激走査ユニットによりポイントスキャンする場合を説明する図である。音響光学素子およびメカニカルシャッタの切り替えのタイミングを説明する図である。刺激走査ユニットによりラスタスキャンする場合を説明する図である。音響光学素子とメカニカルシャッタの切り替えタイミングを説明する図である。本発明の第１実施形態の第１変形例に係る顕微鏡システムの音響光学素子およびメカニカルシャッタの切り替えのタイミングを説明する図である。本発明の第１実施形態の第２変形例に係る顕微鏡システムが光源を３つ備える構成を説明する図である。本発明の第２実施形態に係る顕微鏡システムを示す概略構成図である。

〔第１実施形態〕
本発明の第１実施形態に係る顕微鏡システムについて図面を参照して以下に説明する。
本実施形態に係る顕微鏡システム１００は、図１に示すように、標本Ｓを載置するステージ１と、励起光を発生する励起光源２と、標本Ｓに励起光を照射して蛍光を発生させる観察光学系（照射光学系）３と、標本Ｓにおいて発生した蛍光を検出する検出光学系４と、刺激光を発生する刺激光源５と、標本Ｓに刺激光を照射して光刺激を与える刺激光学系（照射光学系）６と、これらの観察光学系３、検出光学系４および刺激光学系６等を制御する制御装置７とを備えている。

また、顕微鏡システム１００には、制御装置７の制御により、観察光学系３に入射させる励起光の通過／遮断を切り替える第１音響光学素子１１および第１メカニカルシャッタ１３と、刺激光学系６に入射させる刺激光の通過／遮断を切り替える第２音響光学素子４１および第２メカニカルシャッタ４３とが備えられている。

励起光源２は、標本Ｓ内の蛍光試薬を励起させる励起光としてのレーザ光を発生するようになっている。

観察光学系３は、第１音響光学素子１１および第１メカニカルシャッタ１３を通過した励起光を偏向する観察走査ユニット１５と、観察走査ユニット１５により偏向された励起光をリレーするリレーレンズ１７と、リレーレンズ１７を透過した励起光を反射する反射ミラー１９と、反射ミラー１９により反射された励起光を平行光にする結像レンズ２１と、結像レンズ２１を透過した励起光を標本Ｓに照射する一方、標本Ｓにおいて発生する蛍光を含む戻り光を集光する対物レンズ２３とを備えている。

観察走査ユニット１５は、互いに直交する揺動軸回りに揺動可能に設けられ、ラスタスキャン方式で駆動すれるＸ方向スキャナ１５ＡとＹ方向スキャナ１５Ｂとを備えている。これらのスキャナ１５Ａ，１５Ｂは、励起光を互いに直交する２方向に偏向して、標本Ｓ上で２次元的に走査させることができるようになっている。

検出光学系４は、対物レンズ２３により集光された蛍光を励起光の光路から分岐させるダイクロイックミラー３１と、ダイクロイックミラー３１により分岐された戻り光から蛍光波長のみを選択的に通過させる測光フィルタ３３と、測光フィルタ３３を通過した蛍光を集光する集光レンズ３５と、集光レンズ３５により集光された蛍光の通過を制限する共焦点ピンホール３７と、共焦点ピンホール３７を通過した蛍光を検出する光電変換素子３９とを備えている。

ダイクロイックミラー３１は、励起光源２と観察走査ユニット１５との間の光路上に配置されており、励起光源２からの励行光を透過させる一方、標本Ｓから観察光学系３を介して励起光の光路を戻る戻り光を測光フィルタ３３に向けて反射するようになっている。

共焦点ピンホール３７は、測光フィルタ３３を通過した蛍光の内、標本Ｓにおける励起光の焦点位置から光軸方向にずれた位置において発生した蛍光をカットし、標本Ｓにおける励起光の焦点位置から発生した蛍光のみを通過させることができるようになっている。
光電変換素子３９は、蛍光を検出するとその輝度に相当する輝度信号に変換して制御装置７に送るようになっている。

刺激光源５は、標本Ｓを刺激する刺激光としてのレーザ光を発生するようになっている。

刺激光学系６は、第２音響光学素子４１および第２メカニカルシャッタ４３を通過した刺激光を偏向する刺激走査ユニット４５と、刺激走査ユニット４５により偏向された刺激光をリレーするリレーレンズ４７と、リレーレンズ１７を透過した刺激光の光路と観察光学系３の励起光の光路とを合成するダイクロイックミラー４９とを備えている。

刺激走査ユニット４５は、互いに直交する揺動軸回りにラスタスキャン方式で駆動するＸ方向スキャナ４５ＡとＹ方向スキャナ４５Ｂとを備えている。この刺激走査ユニット４５は、刺激光源５から入射した刺激光を互いに直交する２方向に偏向して、標本Ｓ上で２次元的に走査させることができるようになっている。

ダイクロイックミラー４９は、反射ミラー１９と結像レンズ２１との間の光路上に配置されており、刺激光学系６のリレーレンズ４７を透過した刺激光を結像レンズ２１に向けて反射する一方、反射ミラー１９からの励起光および結像レンズ２１からの戻り光を透過させるようになっている。

第１音響光学素子１１および第１メカニカルシャッタ１３は、励起光源２と観察光学系３との間光路上に設けられ、励起光源２側から第１音響光学素子１１、第１メカニカルシャッタ１３の順に配置されている。
第２音響光学素子４１および第２メカニカルシャッタ４３は、刺激光源５と刺激光学系６との間の光路上に設けられ、刺激光源５側から第２音響光学素子４１、第２メカニカルシャッタ４３の順に配置されている。

第１音響光学素子１１としては、例えば、ＡＯＭ（Ａｃｏｕｓｔｏ−ＯｐｔｉｃＭｏｄｕｌａｔｏｒ）やＡＯＴＦ（Ａｃｏｕｓｔｏ−ＯｐｔｉｃｓＴｕｎａｂｌｅＦｉｌｔｅｒ）を用いることができる。第１音響光学素子１１は、図２に示すように、光学結晶に超音波（制御信号）を印加して光学結晶を粗密波で振動させることにより屈折率の変化を誘起し、この屈折率の粗密を回折格子とすることで、光線の回折を起こさせるようになっている。また、第１音響光学素子１１は、印加する制御信号の周波数を変えることで、光線の回折角度を変化させることができるようになっている。

この第１音響光学素子１１は、制御信号により、観察光源１から入射した励起光を観察光学系３に入射する角度に回折するＯＮ状態と、入射しない角度に回折するＯＦＦ状態とに切り替えることができるようになっている。

第２音響光学素子４１は、第１音響光学素子１１と同様に構成されている。
これらの第１音響光学素子１１および第２音響光学素子４１は、制御信号により瞬時にＯＮ状態とＯＦＦ状態とを切り替えることができるようになっている。

第１メカニカルシャッタ１３は、図３（ａ），（ｂ）に示すように、第音響光学素子１１と観察光学系３との間の光路上に挿脱可能に設けられた遮光部材により形成されている。この第１メカニカルシャッタ１３は、駆動信号により、図３（ａ）に示すように光路に挿入して光路を閉鎖する閉状態と、図３（ｂ）に示すように光路から外して光路を開放する開状態とに切り替えることができるようになっている。

第２メカニカルシャッタ４３は、第１メカニカルシャッタ１３と同様に構成されている。
これらの第１メカニカルシャッタ１３と第２メカニカルシャッタ４３は、制御装置７が駆動信号を出力してから実際に光路に挿入または光路から脱離するまで、すなわち、閉位置から開位置または開位置から閉位置に移動するまでに時間遅れが生じる。以下、制御装置７が駆動信号を出力してから第１メカニカルシャッタ１３または第２メカニカルシャッタ４３が実際に光路を開放／閉鎖するまでにかかる遅れ時間を「ディレイ時間」という。

制御装置７は、図４に示すように、観察走査ユニット１５および刺激走査ユニット４５に制御信号を送る観察走査波形発生回路５１および刺激走査波形発生回路５２と、第１音響光学素子１１および第２音響光学素子４１に制御信号を送る第１制御回路５３および第２制御回路５４と、第１メカニカルシャッタ１３および第２メカニカルシャッタ４３に駆動信号を送る第１駆動回路５５および第２駆動回路５６と、標本Ｓの２次元的な画像を生成する画像生成部５７と、これらの回路および画像生成部５７を制御するＣＰＵ（ＣｅｎｔｒａｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＵｎｉｔ、制御部）５８とを備えている。

観察走査波形発生回路５１は、観察走査ユニット１５に対して各スキャナ１５Ａ，１５Ｂの揺動動作を制御する制御信号を発生するようになっている。また、観察走査波形発生回路５１は、観察走査ユニット１５により励起光を走査するタイミング信号をＣＰＵ５８を介して画像生成部５７に送るようになっている。
刺激走査波形発生回路５２は、刺激走査ユニット４５に対して各スキャナ４５Ａ，４５Ｂの揺動動作を制御する制御信号を発生するようになっている。

第１制御回路５３は、第１音響光学素子１１に対して、ＯＮ状態とＯＦＦ状態とに切り替える制御信号を出力するようになっている。
第２制御回路５４は、第２音響光学素子４１に対して、ＯＮ状態とＯＦＦ状態とに切り替える制御信号を出力するようになっている。

第１駆動回路５５は、第１メカニカルシャッタ１３に対して、開状態と閉状態とに切り替える駆動信号を出力するようになっている。
第２駆動回路５６は、第２メカニカルシャッタ４３に対して、開状態と閉状態とに切り替える駆動信号を出力するようになっている。

画像生成部５７は、観察走査波形発生回路５１から送られてくる観察走査ユニット１５のタイミング信号に基づいて、光電変換素子３９から送られてくる輝度信号を２次元的に並べ替えて、標本Ｓの２次元的な画像を生成するようになっている。画像生成部５７により生成された標本Ｓの画像は図示しないモニタに表示されるようになっている。

ＣＰＵ５８は、観察走査波形発生回路５１から制御信号を発生させて、観察走査ユニット１５による励起光の走査を制御するとともに、刺激走査波形発生回路５２から制御信号を発生させて、刺激走査ユニット４５による刺激光の走査を制御するようになっている。

また、ＣＰＵ５８は、制御回路５３から制御信号を発生させるとともに駆動回路５５から駆動信号を発生させて、第１音響光学素子１１および第１メカニカルシャッタ１３により、標本Ｓへの励起光の照射のＯＮ／ＯＦＦを制御するようになっている。また、ＣＰＵ５８は、制御回路５４から制御信号を発生させるとともに駆動回路５６から駆動信号を発生させて、第２音響光学素子４１および第２メカニカルシャッタ４３により、標本Ｓへの刺激光の照射のＯＮ／ＯＦＦを制御するようになっている。

このＣＰＵ５８は、第１音響光学素子１１をＯＦＦ状態からＯＮ状態に切り替える前に、第１メカニカルシャッタ１３をディレイ時間分だけ先に閉状態から開状態に切り替え始めるようになっている。また、ＣＰＵ５８は、第１音響光学素子１１をＯＮ状態からＯＦＦ状態に切り替えるのとほぼ同時に、第１メカニカルシャッタ１３を開状態から閉状態に切り替え始めるようになっている。

同様に、ＣＰＵ５８は、第２音響光学素子４１をＯＦＦ状態からＯＮ状態に切り替える前に、ディレイ時間分だけ先に第２メカニカルシャッタ４３を閉状態から開状態に切り替え始め、第２音響光学素子４１をＯＮ状態からＯＦＦ状態に切り替えるのとほぼ同時に、第２メカニカルシャッタ４３を開状態から閉状態に切り替え始めるようになっている。
さらに、ＣＰＵ５８は、画像生成部５７に対して画像を生成するフレーム信号を送るようになっている。

このように構成された顕微鏡システム１００の作用について説明する。
本実施形態に係る顕微鏡システム１００により標本Ｓを観察するには、まず、蛍光指示薬を導入した標本Ｓをステージ１に載置し、励起光源２から励起光を発生させる。

励起光源２から発せられた励起光は、ＣＰＵ５８の制御により第１音響光学素子１１がＯＮ状態のときは、観察光学系３に入射する光路に沿って第１音響光学素子１１を通過し、第１音響光学素子１１がＯＦＦ状態のときは、観察光学系３に入射しない光路に沿って第１音響光学素子１１を通過する。

ＯＮ状態の第１音響光学素子１１を通過した励起光は、ＣＰＵ５８の制御により第１メカニカルシャッタ１３が開状態のときは、光路が開放されることにより光路を通過して観察光学系３に入射し、第１メカニカルシャッタ１３が閉状態のときは、光路が閉鎖されることにより遮断される。

したがって、ＣＰＵ５８により、第１音響光学素子１１および第１メカニカルシャッタ１３において、標本Ｓへの励起光の照射のＯＮ／ＯＦＦを任意に切り替えることができる。

第１音響光学素子１１および第１メカニカルシャッタ１３を通過した励起光は、ダイクロイックミラー３１を透過して観察走査ユニット１５により偏向された後、リレーレンズ１７によりリレーされて反射ミラー１９により反射される。反射ミラー１９により反射された励起光は、ダイクロイックミラー３１を透過して結像レンズ２１を介して対物レンズ２３により標本Ｓに照射される。

そして、ＣＰＵ５８により、観察走査ユニット１５の各スキャナ１５Ａ，１５Ｂの揺動動作が制御されることで、図５に示すように標本Ｓ上で励起光がラスタスキャンされる（イメージスキャン）。また、画像生成部５７に対して、観察走査波形発生回路５１から観察走査ユニット１５による走査のタイミング信号がＣＰＵ５８を介して送られる。

励起光が標本Ｓに照射されることにより蛍光指示薬が励起されて蛍光が発生すると、蛍光を含む戻り光が対物レンズ２３により集光されて励起光の光路を逆方向に戻る。この戻り光は、結像レンズ２１およびダイクロイックミラー３１を透過して反射ミラー１９により反射された後、リレーレンズ１７によりリレーされて観察走査ユニット１５を通過し、ダイクロイックミラー３１により反射されて励起光の光路から分岐する。

ダイクロイックミラー３１により反射された戻り光は、測光フィルタ３３により蛍光以外の光が除去されて蛍光のみとなり、集光レンズ３５により集光される。集光レンズ３５により集光された蛍光の内、標本Ｓにおける励起光の焦点位置から発生した蛍光のみが共焦点ピンホール３７を通過して光電変換素子３９により検出される。光電変換素子３９により、検出した蛍光の輝度に相当する輝度信号が画像生成部５７に送られる。

画像生成部５７においては、観察走査波形発生回路５１から送られてくる観察走査ユニット１５による走査のタイミング信号に基づいて、光電変換素子３９から送られてくる輝度信号が画像化（イメージング）されて、標本Ｓの２次元的な画像が生成される。これにより、ユーザはモニタ等に画像を表示させて標本Ｓを観察することができる。

次に、顕微鏡システム１００により標本Ｓを光刺激する場合は、まず、刺激光源５から刺激光を発生させる。刺激光は、ＣＰＵ５８の制御により第２音響光学素子４１がＯＮ状態のときは、刺激光学系６に入射する光路に沿って第２音響光学素子４１を通過し、第２音響光学素子４１がＯＦＦ状態のときは、刺激光学系６に入射しない光路に沿って第２音響光学素子４１を通過する。

ＯＮ状態の第２音響光学素子４１を通過した刺激光は、ＣＰＵ５８の制御により第２メカニカルシャッタ４３が開状態のときは、光路が開放されることにより光路を通過して刺激光学系６に入射し、第２メカニカルシャッタ４３が閉状態のときは、光路が閉鎖されることにより第２音響素子４１からの刺激光が遮断される。

したがって、ＣＰＵ５８により、第２音響光学素子４１および第２メカニカルシャッタ４３において、標本Ｓへの刺激光の照射のＯＮ／ＯＦＦを任意に切り替えることができる。

第２音響光学素子４１および第２メカニカルシャッタ４３を通過した刺激光は、刺激走査ユニット４５により偏向され、リレーレンズ４７によりリレーされてダイクロイックミラー４９により反射された後、結像レンズ２１を介して対物レンズ２３により標本Ｓに照射される。

そして、ＣＰＵ５８により、刺激走査ユニット４５の各スキャナ４５Ａ，４５Ｂの揺動動作が制御されることで、図５に示すように標本Ｓの光刺激領域で刺激光が螺旋状に走査される（トルネードスキャン）。これにより、標本Ｓの光刺激領域を光刺激することができる。

この場合において、音響光学素子１１，４１は、ＯＮ状態とＯＦＦ状態とを瞬時に切り替えることができるが、回折角度の制御に関わらずに励起光または刺激光の微弱な漏れ光成分が発生してしまうため、励起光または刺激光の通過／遮断を完全には切り替えることができない。一方、メカニカルシャッタ１３，４３は、励起光または刺激光を通過／遮断を完全に切り替えることができるが、駆動信号を出力してから実際に光路を開放／閉鎖するまでに時間遅れが生じる。

本実施形態においては、標本Ｓの光刺激では、例えば、図６に示すように、ＣＰＵ５８により、第２音響光学素子４１がＯＦＦ状態からＯＮ状態に切り替えられる前に、第２メカニカルシャッタ４３がディレイ時間分だけ先に閉状態から開状態に切り替えられ始める。

これにより、標本Ｓに刺激光を照射するタイミングまでは、ＯＦＦ状態の第２音響光学素子４１から刺激光の漏れ光が発生しても、第２メカニカルシャッタ４３が光路を閉鎖しているので刺激光をほぼ確実に遮断することができる。また、標本Ｓに刺激光を照射するタイミングでは、第２メカニカルシャッタ４３が光路を開放した状態で第２音響光学素子４１が切り替えとほぼ同時に刺激光を通過させるので、所望のタイミングで標本Ｓに刺激光を照射することができる。

また、ＣＰＵ５８により、第２音響光学素子４１がＯＮ状態からＯＦＦ状態に切り替えられるのとほぼ同時に、第２メカニカルシャッタ４３が開状態から閉状態に切り替えられ始める。

これにより、標本Ｓへの刺激光の照射を停止するタイミングでは、第２音響光学素子４１が切り替えとほぼ同時に刺激光を遮断するので、所望のタイミングで刺激光を遮断することができる。また、標本Ｓへの刺激光の照射を停止した後は、ＯＦＦ状態の第２音響光学素子４１から刺激光の漏れ光が発生しても、第２メカニカルシャッタ４３が光路を閉鎖ししているので刺激光をほぼ確実に遮断することができる。
したがって、刺激走査ユニット４５によりトルネードスキャンする際に、光刺激領域以外の領域に刺激光が照射されることを抑止することができる。

観察光学系３においても同様に、ＣＰＵ５８により、第１音響光学素子１１がＯＦＦ状態からＯＮ状態に切り替えられる前に、第１メカニカルシャッタ１３がディレイ時間分だけ先に閉状態から開状態に切り替えられ始め、第１音響光学素子１１がＯＮ状態からＯＦＦ状態に切り替えられるのとほぼ同時に、第１メカニカルシャッタ１３が開状態から閉状態に切り替えられ始める。

したがって、本実施形態に係る顕微鏡システム１００によれば、音響光学素子１１，４１による漏れ光の発生とメカニカルシャッタ１３，４３の時間遅れを相互に補って、所望のタイミング以外のタイミングで標本Ｓに励起光や刺激光が照射されてしまうのを抑制し、標本Ｓへの励起光および刺激光の照射のＯＮ／ＯＦＦを任意のタイミングで精度よく切り替えることができる。

また、ＣＰＵ５８が、音響光学素子１１，４１をＯＮ状態に切り替える前に、メカニカルシャッタ１３，４３をディレイ時間分だけ先に開状態に切り替え始めることで、音響光学素子１１，４１による励起光または刺激光の通過／遮断の切り替えとメカニカルシャッタ１３，４３による励起光または刺激光の通過／遮断の切り替えの時間差を最小限に抑え、標本Ｓに照射される音響光学素子１１，４１の漏れ光成分をより少なくすることができる。

図６においては、刺激光学系６により標本Ｓ上で刺激光をトルネードスキャンする場合を例示しているが、例えば、図７および図８に示すように、ＣＰＵ５８が、刺激走査ユニット４５により、標本Ｓ上の同一の光刺激位置に複数回にわたり刺激光をポイントスキャンすることとしてもよい。

この場合、ＣＰＵ５８が、第２メカニカルシャッタ４３のディレイ時間の２倍の時間よりも第２音響光学素子４１をＯＮ状態に設定する時間を長くし、第２音響光学素子４１のＯＮ状態／ＯＦＦ状態を繰り返し切り替えるたびに、第２メカニカルシャッタ４３の開状態／閉状態を繰り返し切り替えることとすればよい。
このようにすることで、所望のタイミング以外のタイミングで標本Ｓに刺激光が照射されてしまうのを抑制しながら、標本Ｓに対して断続的に刺激光を照射することができる。

また、本実施形態においては、例えば、図９に示すように、Ｘガルバノスキャナ４５Ａにより光刺激領域をＸ方向に１ライン走査したら（走査期間）、Ｘガルバノスキャナ４５Ａの揺動角度を元に戻すとともにＹガルバノスキャナ４５ＢをＹ方向の次のラインに向けて揺動させて（帰線期間）、次のラインの最初からＸガルバノスキャナ４５ＡによりＸ方向に走査する（走査期間）というように、ラスタスキャンすることとしてもよい。

この場合、例えば、図１０に示すように、第２音響光学素子４１は、走査期間が始まると同時にＯＮ状態にし、走査期間が終了して帰線期間が始まると同時にＯＦＦ状態に切り替えることとすればよい。また、第２メカニカルシャッタ４３は、最初のラインの走査期間の開始よりもディレイ時間だけ先に閉状態から開状態に切り替え始め、最後のラインの走査期間が終了すると同時に閉状態に切り替え始めることとすればよい。
このようにすることで、標本Ｓにおける光刺激領域外に刺激光を照射してしまうことを最小限に抑えることができる。

本実施形態は以下のように変形することができる。
本実施形態においては、第２音響光学素子４１をＯＮ状態に切り替える前に、第２メカニカルシャッタ４３をディレイ時間分だけ先に開状態に切り替え始め、第２音響光学素子４１をＯＦＦ状態に切り替えると同時に、第２メカニカルシャッタ４３を閉状態に切り替え始めることとしたが、第１変形例としては、画像生成部５７により蛍光の画像化（イメージング）を開始する前に第２メカニカルシャッタ４３を開状態に切り替え始め、蛍光の画像化を終了すると同時に第２メカニカルシャッタ４３を閉状態に切り替え始めることとしてもよい。

この場合、図１１に示すように、観察走査ユニット１５により励起光の走査を開始する間にディレイ時間だけ先に第２メカニカルシャッタ４３を閉状態から開状態に切り替え始め、励起光の走査を終了すると同時に第２メカニカルシャッタ４３を開状態から閉状態に切り替え始めることとすればよい。そして、ＣＰＵ５８からのフレーム信号に基づいて、いずれかの画像を取得している最中に第２音響光学素子４１をＯＦＦ状態からＯＮ状態に一時的に切り替えて標本Ｓに刺激光を照射することとすればよい。

このようにすることで、画像生成部５７により画像を取得するタイミングまでは第２メカニカルシャッタ４３により刺激光をほぼ確実に遮断することができる。これにより、画像取得していない間に標本Ｓに刺激光が照射されてしまう無駄を最小限に抑えることができる。

第２変形例としては、図１２に示すように、顕微鏡システム１００が、３つ（複数）の刺激光源５Ａ，５Ｂ，５Ｃと、これらの刺激光源５Ａ，５Ｂ，５Ｃから発せられた刺激光の光路を合成するダイクロイックミラー（光路合成部）６１と、各刺激光源５Ａ，５Ｂ，５Ｃとダイクロイックミラー６１との間に配置された３つ（複数）の第２メカニカルシャッタ４３Ａ，４３Ｂ，４３Ｃとを備えることとしてもよい。

この場合、顕微鏡システム１００が、刺激光源５Ｃから発せられた刺激光を反射する反射ミラー６３と、刺激光源５Ｂから発せられた刺激光を反射する一方、反射ミラー６３により反射された刺激光源５Ｃからの刺激光を透過することにより、刺激光源５Ｂからの刺激光の光路と刺激光源５Ｃからの刺激光の光路とを合成してダイクロイックミラー６１に入射させるダイクロイックミラー６５とをさらに備えることとすればよい。

３つの刺激光源５Ａ，５Ｂ，５Ｃは、互いに異なる波長の刺激光を発生させるようになっている。
ダイクロイックミラー６１は刺激光源５Ａから発せられた刺激光を透過する一方、ダイクロイックミラー６５からの刺激光を反射することにより、これらの刺激光の光路を合成して第１音響光学素子１１に入射させることができるようになっている。

このようにすることで、各第２メカニカルシャッタ４３Ａ，４３Ｂ，４３Ｃにより刺激光源５Ａ，５Ｂ，５Ｃごとに刺激光の通過／遮断を確実に切り替えることができる。そして、いずれかの刺激光源５Ａ（５Ｂ，５Ｃ）から標本Ｓに刺激光を照射するタイミング以外は、第２メカニカルシャッタ４３Ａ（４３Ｂ，４３Ｃ）により刺激光を確実に遮断する一方、その刺激光源５Ａ（５Ｂ，５Ｃ）から標本Ｓに刺激光を照射するタイミングでは、第２音響光学素子４１により所望のタイミングで刺激光を通過させることができる。

〔第２実施形態〕
次に、本発明の第２実施形態に係る顕微鏡システムについて説明する。
本実施形態に係る顕微鏡システム２００は、図１３に示すように、刺激光源５および第２音響光学素子４１に代えて、駆動電圧に応じてレーザ光の強度を調整可能なレーザダイオード（レーザ光源）１０５を備え、ＣＰＵ５８がレーザダイオード１０５および第２メカニカルシャッタ４３により標本Ｓへのレーザ光の照射のＯＮ／ＯＦＦを制御する点で第１実施形態と異なる。
以下、第１実施形態に係る顕微鏡システム１００と構成を共通する箇所には、同一符号を付して説明を省略する。

レーザダイオード１０５は、レーザ光を発生するＯＮ状態と発生しないＯＦＦ状態とに切替えることができるようになっている。レーザダイオード１０５から発せられたレーザ光は第２メカニカルシャッタ４３を介して刺激光学系６に入射するようになっている。

このレーザダイオード１０５は、ＯＮ状態とＯＦＦ状態とを瞬時に切り替えることができるが、ＯＦＦ状態でもレーザ光の微弱な漏れ光成分が発生してしまうため、レーザ光の発生タイミングを完全には切り替えることができない。

制御装置７は、第２制御回路５４に代えて、レーザダイオード１０５に対して、ＯＮ状態とＯＦＦ状態とに切り替える制御信号を出力する制御回路（図示略）を備えている。
ＣＰＵ５８は、制御回路から制御信号を発生させてレーザダイオード１０５のＯＮ状態／ＯＦＦ状態の切り替えを制御するようになっている。

また、ＣＰＵ５８は、レーザダイオード１０５をＯＮ状態に切り替える前にディレイ時間だけ先に第２メカニカルシャッタ４３を開状態に切り替え始め、レーザダイオード１０５をＯＦＦ状態に切り替えると同時に第２メカニカルシャッタ４３を閉状態に切り替え始めることとしてもよい。

このように構成された顕微鏡システム２００の作用について説明する。
励起光源２および観察光学系３により標本Ｓを観察する場合については第１実施形態と同様であるので説明を省略する。
顕微鏡システム２００により標本Ｓを光刺激する場合は、まず、ＣＰＵ５８により、レーザダイオード１０５をＯＮ状態に切り替えてレーザ光を発生させる。

レーザダイオード１０５から発せられたレーザ光は、ＣＰＵ５８の制御により第２メカニカルシャッタ４３が開状態のときは、光路が開放されることにより光路を通過して刺激光学系６に入射し、第２メカニカルシャッタ４３が閉状態のときは、光路が閉鎖されることによりレーザダイオード１０５からのレーザ光が遮断される。

ＣＰＵ５８によりレーザダイオード１０５がＯＦＦ状態に切り替えられると、レーザ光の発生が停止される。
したがって、ＣＰＵ５８により、レーザダイオード１０５および第２メカニカルシャッタ４３において、標本Ｓへのレーザ光の照射のＯＮ／ＯＦＦを任意に切り替えることができる。

本実施形態においては、標本Ｓの光刺激では、ＣＰＵ５８により、レーザダイオード１０５がＯＦＦ状態からＯＮ状態に切り替えられる前に、第２メカニカルシャッタ４３がディレイ時間分だけ先に閉状態から開状態に切り替えられ始める。

したがって、標本Ｓにレーザ光を照射するタイミングまでは、ＯＦＦ状態のレーザダイオード１０５からレーザ光の漏れ光が発生しても第２メカニカルシャッタ４３が光路を遮断することでレーザ光をほぼ確実に遮断することができる。また、標本Ｓにレーザ光を照射するタイミングでは、第２メカニカルシャッタ４３が光路を開放した状態でレーザダイオード１０５が切り替えとほぼ同時にレーザ光を発生することで、所望のタイミングで標本Ｓにレーザ光を照射することができる。

また、ＣＰＵ５８により、レーザダイオード１０５がＯＮ状態からＯＦＦ状態に切り替えられるのとほぼ同時に、第２メカニカルシャッタ４３が開状態から閉状態に切り替えられ始める。

これにより、標本Ｓへのレーザ光の照射を停止するタイミングでは、レーザダイオード１０５が切り替えとほぼ同時にレーザ光の発生を停止するので、所望のタイミングでレーザ光を遮断することができる。また、標本Ｓへのレーザ光の照射を停止した後は、ＯＦＦ状態のレーザダイオード１０５からレーザ光の漏れ光が発生しても第２メカニカルシャッタ４３が光路を閉鎖ししているので、レーザ光をほぼ確実に遮断することができる。

したがって、本実施形態に係る顕微鏡システム２００によれば、レーザダイオード１０５からの漏れ光の発生と第２メカニカルシャッタ４３の時間遅れを相互に補って、所望のタイミング以外のタイミングで標本Ｓにレーザ光が照射されてしまうのを抑制し、標本Ｓへのレーザ光の照射のＯＮ／ＯＦＦを任意のタイミングで切り替えることができる。

本実施形態では、刺激光源５および第２音響光学素子４１に代えてレーザダイオード１０５を採用する場合を例示したが、励起光源２および第１音響光学素子１１に代えてレーザダイオード（レーザ光源）を採用することとしてもよい。

以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本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、本発明を上記各実施形態および変形例に適用したものに限定されることなく、これらの実施形態および変形例を適宜組み合わせた実施形態に適用してもよく、特に限定されるものではない。

また、第１実施形態においては、音響光学素子１１，４１よりもディレイ時間だけ先にメカニカルシャッタ１３，４３を切り替えることとしたが、音響光学素子１１，４１を切り替える前にメカニカルシャッタ１３，４３を切り替えることで、響光学素子１１，４１による漏れ光の発生とメカニカルシャッタ１３，４３の時間遅れを相互に補うことができればよく、メカニカルシャッタ１３，４３を切り替えるタイミングはディレイ時間よりも若干早くても遅くてもよい。

また、第２実施形態においても、レーザダイオード１０５よりもディレイ時間だけ先に第２メカニカルシャッタ４３を切り替えることとしたが、レーザダイオード１０５を切り替える前に第２メカニカルシャッタ４３を切り替えることで、レーザダイオード１０５からの漏れ光の発生と第２メカニカルシャッタ４３の時間遅れを相互に補うことができればよく、第２メカニカルシャッタ４３を切り替えるタイミングはディレイ時間よりも若干早くても遅くてもよい。励起光源２および第１音響光学素子１１に代えてレーザダイオード（レーザ光源）を採用する場合も同様である。

また、上記各実施形態においては、励起光源２側から第１音響光学素子１１、第１メカニカルシャッタ１３の順に配置した構成を例示して説明したが、これに代えて、励起光源２側から第１メカニカルシャッタ１３、第１音響光学素子１１の順に配置することとしてもよい。同様に、第１実施形態において、刺激光源５側から第２音響光学素子４１、第２メカニカルシャッタ４３の順に配置した構成を例示して説明したが、これに代えて、刺激光源５側から第２メカニカルシャッタ４３、第２音響光学素子４１の順に配置することとしてもよい。

２観察光源（光源）
３観察光学系（照射光学系）
５刺激光源（光源）
６刺激光学系（照射光学系）
１１第１音響光学素子
１３第１メカニカルシャッタ
４１第２音響光学素子
４３第２メカニカルシャッタ
５７画像生成部（画像取得部）
５８ＣＰＵ（制御部）
６１ダイクロイックミラー（光路合成部）
１００，２００顕微鏡システム
１０５レーザダイオード（レーザ光源）

Claims

光を発生する光源と、
該光源から発せられた光を標本に照射する照射光学系と、
前記光源から発せられた光に対して、前記照射光学系に入射する角度に回折するＯＮ状態と入射しない角度に回折するＯＦＦ状態とに切り替え可能な音響光学素子と、
前記光源と前記照射光学系との間の光路に挿脱可能に設けられ、該光路を開放する開状態と閉鎖する閉状態とに切り替え可能なメカニカルシャッタと、
前記音響光学素子および前記メカニカルシャッタにより前記標本への光の照射のＯＮ／ＯＦＦを制御する制御部とを備え、
該制御部が、前記音響光学素子をＯＮ状態に切り替える前に前記メカニカルシャッタを開状態に切り替える顕微鏡システム。
前記制御部が、前記メカニカルシャッタに挿脱動作の信号を入力してから該メカニカルシャッタが光路から脱離するまでにかかる時間遅れ分だけ、前記音響光学素子よりも前に前記メカニカルシャッタを開状態に切り替え始める請求項１に記載の顕微鏡システム。
前記制御部が、前記音響光学素子をＯＦＦ状態に切り替えるのとほぼ同時に、前記メカニカルシャッタを閉状態に切り替え始める請求項１または請求項２に記載の顕微鏡システム。
前記制御部が、前記メカニカルシャッタに挿脱動作の信号を入力してから該メカニカルシャッタが光路から脱離するまでにかかる時間遅れ分よりも前記音響光学素子のＯＮ状態およびＯＦＦ状態を長くし、該音響光学素子のＯＮ状態／ＯＦＦ状態および前記メカニカルシャッタの開状態／閉状態を繰り返し切り替える請求項２または請求項３に記載の顕微鏡システム。
異なる波長の光を発生する複数の前記光源と、
これらの複数の光源から発せられた光に光路を合成する光路合成部とを備え、
各前記光源と前記光路合成部との間に配置された複数の前記メカニカルシャッタとを備え、
前記音響光学素子が、前記光路合成部により合成された光の光路上に配置されている請求項１から請求項４のいずれかに記載された顕微鏡システム。
駆動電圧に応じてレーザ光の強度を調整し、レーザ光を発生するＯＮ状態と発生しないＯＦＦ状態とに切替可能なレーザ光源と、
該レーザ光源から発せられたレーザ光を標本に照射する照射光学系と、
前記レーザ光源と前記照明光学系との間の光路に挿脱可能に設けられ、該光路を開放する開状態と閉鎖する閉状態とに切り替え可能なメカニカルシャッタと、
前記レーザ光源および前記メカニカルシャッタにより前記標本へのレーザ光の照射のＯＮ／ＯＦＦを制御する制御部とを備え、
該制御部が、前記レーザ光源をＯＮ状態に切り替える前に前記メカニカルシャッタを開状態に切り替える顕微鏡システム。
前記制御部が、前記メカニカルシャッタに挿脱動作の信号を入力してから該メカニカルシャッタが光路から脱離するまでにかかる時間遅れ分だけ、前記レーザ光源よりも前に前記メカニカルシャッタを開状態に切り替え始める請求項６に記載の顕微鏡システム。
前記制御部が、前記レーザ光源をＯＦＦ状態に切り替えるのとほぼ同時に、前記メカニカルシャッタを閉状態に切り替え始める請求項６または請求項７に記載の顕微鏡システム。
前記制御部が、前記メカニカルシャッタに挿脱動作の信号を入力してから該メカニカルシャッタが光路から脱離するまでにかかる時間遅れ分よりも前記レーザ光源のＯＮ状態およびＯＦＦ状態を長くし、該レーザ光源のＯＮ状態／ＯＦＦ状態を繰り返し切り替える請求項７または請求項８に記載の顕微鏡システム。
前記標本からの戻り光を画像化して前記標本の画像を取得する画像取得部を備え、
前記制御部が、前記画像取得部により前記戻り光の画像化を開始する前に前記メカニカルシャッタを開状態に切り替える請求項１または請求項９に記載の顕微鏡システム。