JP2015036698A - ディスク走査装置、及び、顕微鏡装置 - Google Patents

Abstract

【課題】汎用性の高いディスク走査装置とそれを備える顕微鏡装置を提供する。
【解決手段】ディスク走査装置３０は、結像光学系２０及びＣＣＤカメラ４０と組み合わせて使用される。ディスク走査装置３０は、ディスク表面３６Ｓに遮光部と透過部を備える回転ディスク３６と、試料ＳＰの光学像ＩＭ１をＣＣＤカメラ４０にリレーするリレー光学系ＲＬを有する。回転ディスク３６は、光学像ＩＭ１が形成される結像光学系２０の焦点面にディスク表面３６Ｓが位置するように配置され、ディスク表面３６Ｓと直交する軸周りに回転する。リレー光学系ＲＬは、回転ディスク３６側から順に、正のパワーを有する前群ＦＧと正のパワーを有する後群ＲＧとからなり、前群ＦＧと後群ＲＧの間の光束がアフォーカル光束となるように構成される。ディスク走査装置３０は、さらに、前群ＦＧと後群ＲＧとの間の距離を可変する構造を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、光の走査を行う回転ディスクを介して試料に励起光を照射し回転ディスクを介して試料から生じる蛍光の検出を行うためのディスク走査装置、及び、それを備える顕微鏡装置に関する。

生体試料を観察する手法として、試料に励起光を照射し試料から生じた蛍光を検出することで試料を観察する蛍光観察法が知られている。中でも、蛍光観察法の一種である共焦点蛍光観察法は、通常の蛍光観察法に比べて高いコントラストと分解能を有する蛍光画像を取得することができる方法として知られている。

共焦点蛍光観察では、走査手段を用いて試料を走査することによって試料の画像が取得される。共焦点蛍光観察に用いられる走査手段としては、ガルバノミラーなどのミラー型の走査手段やニポウディスクなどのディスク型の走査手段が一般的である。

ディスク型の走査手段は、例えば、特許文献１に開示されている。なお、特許文献１では特に言及されていないが、ディスク型の走査手段と試料の光学像を撮像装置にリレーするリレー光学系とは、顕微鏡装置に組み込まれる単一のユニット（以降、ディスク走査装置と記す）として提供され得る。

特開２０１３−０５４１０２号公報

ところで、蛍光観察に用いられる顕微鏡装置には、用途に応じて様々な機能が要求される。この点は、顕微鏡装置に組み込まれるディスク走査装置も同様である。従って、ディスク走査装置は、用途に応じた機能を実現するための様々な光学要素が必要に応じて追加できるように構成されていることが望ましい。

しかしながら、従来のディスク走査装置は、光学要素を追加することができるスペースが限られているため、用途に応じた機能を実現し得るような十分な汎用性を有しているとは言い難い。その一方で、より高い汎用性を提供するために光学要素を追加するためのスペースを従来よりも大きくとると、ディスク走査装置が大型化してしまう。

以上のような実情を踏まえ、光学要素を追加するためのスペースを必要に応じて簡単に提供し得る汎用性の高いディスク走査装置、及び、それを備える顕微鏡装置を提供することを目的とする。

本発明の第１の態様は、試料から生じる蛍光を集光して前記試料の光学像を形成する結像光学系及び前記試料を撮像する撮像装置と組み合わせて使用されるディスク走査装置であって、ディスク表面に光を遮断する遮光部と光を透過させる透過部とを備え、前記試料の光学像が形成される前記結像光学系の焦点面に前記ディスク表面が位置するように配置され、前記ディスク表面と直交する軸周りに回転する回転ディスクと、前記ディスク表面に形成された前記試料の光学像を前記ディスク走査装置と組み合わせた前記撮像装置にリレーするリレー光学系であって、前記回転ディスク側から順に、正のパワーを有する前群と、正のパワーを有する後群とからなり、前記前群と前記後群の間の光束がアフォーカル光束となるように構成されたリレー光学系と、前記前群と前記後群との間の距離を可変する構造と、を備えるディスク走査装置を提供する。

本発明の第２の態様は、第１の態様に記載のディスク走査装置において、前記構造は、前記前群が収容された第１の筐体と、前記第１の筐体と機械的に結合及び分離可能に構成され前記後群が収容された第２の筐体と、を備えるディスク走査装置を提供する。

本発明の第３の態様は、第２の態様に記載のディスク走査装置において、さらに、前記ディスク走査装置と組み合わせて使用される光源装置から出射される励起光と前記蛍光の一方を反射させ他方を透過させる光分離手段と、を備え、前記リレー光学系は、前記前群の像側焦点位置が前記前群と前記後群の間に位置するように構成され、前記前群は、前記回転ディスク側から順に、正のパワーを有する第１レンズ群と、正のパワーを有する第２レンズ群とからなり、前記光分離手段は、前記光源装置から出射した前記励起光を、前記第１レンズ群を介して前記回転ディスクに導くように、前記第１レンズ群と前記第２レンズ群の間に配置されるディスク走査装置を提供する。

本発明の第４の態様は、第３の態様に記載のディスク走査装置において、前記前群の焦点距離をｆｆ、前記第１レンズ群の焦点距離をｆ１、前記第１レンズ群内における最大光線高をｈ、前記第１レンズ群と第２レンズ群の間の距離をｄ１とすると、以下の条件式を満たすディスク走査装置を提供する。
０．７≦ｆ１／ｆｆ≦０．９
４≦ｄ１／ｈ≦６

本発明の第５の態様は、第３の態様または第４の態様に記載のディスク走査装置において、さらに、前記第１の筐体と前記第２の筐体との間に挿脱可能な、パワーを有しない光学要素を備え、前記前群の像側焦点位置と前記後群との距離をｄ２とすると、以下の条件式を満たすディスク走査装置を提供する。
ｄ２≦ｆｆ×０．８

本発明の第６の態様は、第５の態様に記載のディスク走査装置において、前記光学要素は、アフォーカル変倍光学系であるディスク走査装置を提供する。

本発明の第７の態様は、第５の態様に記載のディスク走査装置において、前記光学要素は、前記前群の像側焦点位置またはその近傍に配置される開口絞りであるディスク走査装置を提供する。

本発明の第８の態様は、第２の態様に記載のディスク走査装置において、さらに、前記前群よりも前記ディスク走査装置と組み合わせた前記撮像装置側に、前記蛍光の光路を切り換える光路切換手段、または、前記蛍光の光路を分岐させる光路分岐手段を備えるディスク走査装置を提供する。

本発明の第９の態様は、第８の態様に記載のディスク走査装置において、さらに、前記光路切換手段によって切り換えられる複数の光路の少なくとも一つの光路上、または、光路分岐手段によって分岐した複数の光路の少なくとも一つの光路上に、前記試料の光学像を観察するための観察光学系を備え、前記光路切換手段または前記光路分岐手段は、前記前群よりも前記ディスク走査装置と組み合わせた前記撮像装置側に配置されるディスク走査装置を提供する。

本発明の第１０の態様は、第１の態様乃至第９の態様のいずれか１つに記載のディスク走査装置と、前記ディスク走査装置と組み合わせて使用される結像光学系と、前記ディスク走査装置と組み合わせて使用される撮像装置と、前記ディスク走査装置と組み合わせて使用される光源装置と、を備える顕微鏡装置を提供する。

本発明によれば、汎用性の高いディスク走査装置、及び、それを備える顕微鏡装置を提供することができる。

本発明の実施例１に係る顕微鏡装置の構成を示す概略図である。 本発明の実施例１に係るディスク走査装置に含まれる回転ディスクの構成の一例を示す図である。 本発明の実施例１に係るディスク走査装置に含まれる回転ディスクの構成の別の例を示す図である。 本発明の実施例１に係るディスク走査装置の第１の筐体と第２の筐体の一例を示した図である。 本発明の実施例１に係るディスク走査装置の第１の筐体と第２の筐体の別の例を示した図である。 アフォーカル光束の光路中に開口絞りが追加された本発明の実施例１に係るディスク走査装置を例示した図である。 アフォーカル光束の光路中にアフォーカル変倍光学系が追加された本発明の実施例１に係るディスク走査装置を例示した図である。 アフォーカル光束の光路中にバリアフィルタが追加された本発明の実施例１に係るディスク走査装置を例示した図である。 本発明の実施例１に係るディスク走査装置の第３の筐体の一例を示した図である。 本発明の実施例１に係るディスク走査装置の第３の筐体の別の例を示した図である。 本発明の実施例１に係るディスク走査装置の、複数の光学素子を収容し得る第３の筐体の一例を示した図である。 本発明の実施例１に係るディスク走査装置の、複数の光学素子を収容し得る第３の筐体の別の例を示した図である。 本発明の実施例１に係るディスク走査装置の第１レンズ群の作用について説明するための図である。 理想レンズからなる前群の構成の一例を示す図である。 理想レンズからなる前群の構成の別の例を示す図である。 理想レンズからなる前群の構成のさらに別の例を示す図である。 本発明の実施例１に係るディスク走査装置の、前群の後側焦点位置と後群との間の距離が比較的短い場合を例示した図である。 本発明の実施例１に係るディスク走査装置の、前群の後側焦点位置と後群との間の距離が比較的長い場合を例示した図である。 偏向ミラーを含まない実施例１に係るディスク走査装置の光学系の断面図である。 偏向ミラーを含む実施例１に係るディスク走査装置の光学系の断面図である。 図１０Ｂに示す実施例１に係るディスク走査装置を組み込んだ顕微鏡装置の構成を示した図である。 本発明の実施例２に係る顕微鏡装置の構成を示す概略図である。 本発明の実施例３に係る顕微鏡装置の構成を示す概略図である。 本発明の実施例４に係る顕微鏡装置の構成を示す概略図である。

図１は、本実施例に係る顕微鏡装置１００の構成を示す概略図である。顕微鏡装置１００は、試料保持部材１に保持された試料ＳＰから生じる蛍光を検出して、試料ＳＰの蛍光画像を取得する蛍光顕微鏡装置である。顕微鏡装置１００は、ディスク走査装置３０の回転ディスクを交換または挿脱することで、観察法を共焦点蛍光観察法と通常の蛍光観察法との間で切り替えることができる。

顕微鏡装置１００は、図１に示すように、光源ユニット１０と、結像光学系２０と、ディスク走査装置３０と、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）カメラ４０とを備えている。

光源ユニット１０は、試料ＳＰを励起するための励起光を供給するユニットであり、光源装置１１と、光ファイバー１２と、光源ユニット１０をディスク走査装置３０に接続するための接続部１３とを備えている。光源装置１１は、例えば、水銀ランプやキセノンランプなどの、白色光を発光する光源を備えている。

結像光学系２０は、試料ＳＰから生じる蛍光を集光して試料ＳＰの光学像ＩＭ１を形成する光学系であり、対物レンズ２１と、結像レンズ２２と、直角プリズム２３とを備えている。対物レンズ２１は、図示しないレボルバに保持されていて、レボルバに保持された異なる光学的仕様（例えば、倍率など）を有する他の対物レンズと適宜切り換えて使用される。

ＣＣＤカメラ４０は、試料ＳＰを撮像する撮像装置である。ＣＣＤカメラ４０は、撮像素子としてＣＣＤ４１を備えている。

ディスク走査装置３０は、光源ユニット１０、結像光学系２０、及びＣＣＤカメラ４０と組み合わせて使用される、顕微鏡装置１００から取り外し可能に構成された装置である。ディスク走査装置３０は、レンズ３１と、蛍光ミラーユニット３２と、回転ディスク３６と、ミラー３７と、リレー光学系ＲＬとを備えている。ディスク走査装置３０は、試料ＳＰの光学像ＩＭ１が形成される結像光学系２０の焦点面に回転ディスク３６のディスク表面３６Ｓが位置するように、配置される。

レンズ３１は、光源ユニット１０から出射された白色光を蛍光ミラーユニット３２に導くレンズである。蛍光ミラーユニット３２は、白色光から励起波長を有する光（つまり、励起光）を選択的に試料ＳＰに導くとともに、試料ＳＰから生じた蛍光をＣＣＤカメラ４０に導くものである。蛍光ミラーユニット３２は、励起光を透過させる励起フィルタ３３と、励起光を反射し且つ蛍光を透過させる光分離手段であるダイクロイックミラー３４と、励起光を遮断するバリアフィルタ３５とからなっている。

回転ディスク３６は、図示しない駆動手段（例えば、モータなど）によってディスク表面３６Ｓと直交する回転軸ＡＲ周りに回転するように構成されている。回転ディスク３６は、図２Ａ及び図２Ｂに示すように、ディスク表面３６Ｓに、光を遮断する遮光部３６ａと光を透過させる透過部３６ｂとを備えている。

回転ディスク３６は、例えば、円形のガラス基板の表面に選択的に遮光膜を形成したものである。この場合、ガラス基板の表面に形成された遮光膜が遮光部３６ａであり、ガラス基板が露出している部分が透過部３６ｂである。なお、回転ディスク３６は、共焦点蛍光観察が行われる場合に使用されるディスクである。通常の蛍光観察が行われる場合には、回転ディスク３６の代わりに、遮光部が形成されていないディスクが用いられる。このディスクは、ディスクの交換による像位置に変化を防止するためのものであり、例えば、回転ディスク３６と同じ厚さで同じ屈折率の円形のガラス基板からなる。

また、回転ディスク３６は、図２Ａに示すように、ディスク表面３６Ｓに、ピンホール状の透過部３６ａと、ピンホールが形成されていない部分である遮光部３６ｂと、を備えたニポウディスクでもよい。さらに、回転ディスク３６は、図２Ｂに示すように、例えば、表面全体に遮光膜が形成された円形の基板に光を透過させるためのスリットを形成したものであってもよい。この場合、スリットが透過部３６ｂであり、スリットが形成されていない部分が遮光部３６ａである。そして、回転ディスク３６を光路から取り除くことで、観察法が共焦点蛍光観察から通常の蛍光観察に切り換わる。なお、以上で説明したディスクパターン（遮光部３６ａと透過部３６ｂによって画定されるパターン）はあくまで例示であり、回転ディスク３６は任意のディスクパターンを有し得る。

ミラー３７は、ディスク走査装置３０をコンパクトに構成するために光を偏向させる偏向ミラーである。

リレー光学系ＲＬは、ディスク表面３６Ｓに形成された試料ＳＰの光学像ＩＭ１をＣＣＤカメラ４０にリレーする光学系である。リレー光学系ＲＬは、回転ディスク３６側から順に、正のパワーを有する前群ＦＧと、正のパワーを有する後群ＲＧとからなり、前群ＦＧと後群ＲＧの間の光束がアフォーカル光束となるように構成されている。より詳細には、結像光学系２０によってディスク表面３６Ｓに集光した試料ＳＰからの光が前群ＦＧと後群ＲＧの間でアフォーカル光束となるように構成されている。また、リレー光学系ＲＬは、前群ＦＧの像側焦点位置（つまり、ＣＣＤカメラ４０側にある焦点位置）が、前群ＦＧと後群ＲＧの間に位置するように構成されている。

リレー光学系ＲＬの前群ＦＧは、回転ディスク３６側から順に、正のパワーを有する第１レンズ群Ｇ１と、正のパワーを有する第２レンズ群Ｇ２とからなる。そして、第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２の間に、光分離手段である蛍光ミラーユニット３２が配置されている。これにより、光源装置１１から出射した励起光は、蛍光ミラーユニット３２により第１レンズ群Ｇ１を介して回転ディスク３６に導かれる。

以上のように構成された顕微鏡装置１００では、光源ユニット１０から出射された励起光を含む白色光は、ディスク走査装置３０に入射してレンズ３１によって蛍光ミラーユニット３２に導かれる。蛍光ミラーユニット３２では、励起フィルタ３３及びダイクロイックミラー３４により白色光から励起光が選択され、選択された励起光が第１レンズ群Ｇ１に導かれる。第１レンズ群Ｇ１は、励起光をコリメートして高速に回転する回転ディスク３６に照射する。回転ディスク３６の透過部３６ｂを通過した励起光は、直角プリズム２３及び結像レンズ２２により対物レンズ２１の瞳位置に集光し、その後、対物レンズ２１を介して試料ＳＰに照射される。これにより、ケーラー照明が実現される。なお、ディスク表面３６Ｓと試料ＳＰは光学的に共役な関係にある。このため、試料ＳＰには、回転ディスク３６の回転により時々刻々と変化する透過部３６ｂのパターンが随時投影される。

励起光が照射されることにより試料ＳＰから生じた蛍光は、結像光学系２０に入射する。結像光学系２０は、蛍光を集光させて結像光学系２０の像側焦点面であるディスク表面３６Ｓに試料ＳＰの光学像ＩＭ１を形成する。光学像ＩＭ１を構成している蛍光のうち対物レンズ２１の焦点面以外から生じた蛍光は、回転ディスク３６の遮光部３６ａに入射し、遮光部３６ａによって遮断される。一方、対物レンズ２１の焦点面から生じて回転ディスク３６の透過部３６ｂを通過した蛍光は、第１レンズ群Ｇ１を通過して蛍光ミラーユニット３２に入射する。

蛍光ミラーユニット３２には、試料ＳＰやレンズ等で反射した励起光が蛍光とともに入射するが、蛍光ミラーユニット３２に入射した励起光は、ダイクロイックミラー３４及びバリアフィルタ３５により遮断される。そして、蛍光ミラーユニット３２を通過した蛍光は、第２レンズ群Ｇ２に入射してアフォーカル光束に変換されて出射される。その後、蛍光は、ミラー３７で反射して、アフォーカル光束として後群ＲＧに入射する。後群ＲＧは、蛍光をＣＣＤ４１上に集光させて、光学像ＩＭ２を形成する。最後に、入射した蛍光をＣＣＤ４１が電気信号に変換して、ＣＣＤカメラ４０が試料ＳＰの共焦点蛍光画像を取得する。

顕微鏡装置１００では、対物レンズ２１の焦点面と光学的に共役な位置に配置された回転ディスク３６が高速に回転することで、対物レンズ２１の焦点面に位置する試料ＳＰを高速に走査することができる。このため、高いコントラストと分解能を有する共焦点蛍光画像を、高速に取得することができる。

また、顕微鏡装置１００では、遮光部３６ａを有する回転ディスク３６を遮光部３６ａを有しないディスクに交換することによって、または、遮光部３６ａを有する回転ディスク３６を取り除くことによって通常の蛍光観察を行うことができる。従って、簡単な操作によって、観察法を共焦点蛍光観察と通常の蛍光観察との間で切り換えることができる。このため、像の明るさが優先される観察部位を見つける作業や図示しない接眼レンズ等からなる観察光学系を用いた目視観察を行う場合には通常の蛍光観察を行い、画像を取得する場合には共焦点蛍光観察を行うといった使い分けがなされても良い。

以下、ディスク走査装置３０について、更に詳細に説明する。
まず、図３Ａ及び図３Ｂを参照しながら、ディスク走査装置３０が光学要素を追加するためのスペースを必要に応じて簡単に提供することができることを説明する。

ディスク走査装置３０は、図１に示す構成要素に加えて、図３Ａに示すような、図１に示す構成要素を内部に収容する、第１の筐体である筐体５０と、筐体５０と機械的に結合及び分離可能に構成された第２の筐体である筐体６０と、を備えている。筐体５０には少なくとも前群ＦＧが収容され、筐体６０には少なくとも後群ＲＧが収容される。筐体５０は、筐体６０が有する結合構造６０ａと対をなす結合構造５０ａを備えていて、これにより、筐体５０と筐体６０は、互いに機械的に結合及び分離可能に構成されている。

一対の結合構造（結合構造５０ａ、結合構造６０ａ）は、図３Ａに示すように、雌形状の結合構造と雄形状の結合構造からなり、嵌合可能に構成されている。なお、結合構造の雄形状と雌形状は、任意の形状を採用し得る。例えば、図３Ａに示す結合構造５０ａ及び結合構造６０ａの代わりに、例えば、図３Ｂに示す結合構造５０ｂ及び結合構造６０ｂが採用されてもよい。また、一対の結合構造には、ねじや磁石が設けられていても良く、これによって筐体５０と筐体６０の結合が補助されてもよい。

筐体５０と筐体６０が結合した状態と筐体５０と筐体６０が分離した状態では、筐体５０の内部に収容される前群ＦＧと筐体６０の内部に収容される後群ＲＧとの間の距離が異なる。また、筐体５０と筐体６０が分離した状態でも、顕微鏡装置１００内において筐体５０と筐体６０とをどの程度離して配置するかによって前群ＦＧと後群ＲＧとの間の距離が異なる。このことから、ディスク走査装置３０において、機械的に結合及び分離可能に構成された筐体５０と筐体６０は、前群ＦＧと後群ＲＧとの間の距離を可変する構造である。

このようにディスク走査装置３０は、前群ＦＧと後群ＲＧとの間の距離を可変する構造である筐体５０と筐体６０とを有している。このため、筐体５０と筐体６０によって前群ＦＧと後群ＲＧの間の距離を可変することで、前群ＦＧと後群ＲＧの間に光学要素を追加するためのスペースを必要に応じて容易に作りだすことができる。従って、ディスク走査装置３０は、前群ＦＧと後群ＲＧの間、より詳細には、機械的に分離された筐体５０と筐体６０との間に、光学要素を必要に応じて追加することができる。

以上のように構成されたディスク走査装置３０、及び、ディスク走査装置３０を備える顕微鏡装置１００によれば、光学素子を追加するためのスペースを必要に応じて簡単に提供することができるため、高い汎用性を実現することができる。

なお、前群ＦＧと後群ＲＧの間には任意の光学素子を追加し得るが、前群ＦＧと後群ＲＧの間にパワーを有する光学素子が追加されてしまうと、ディスク表面３６ＳとＣＣＤ４１との共役関係は維持されない。このため、前群ＦＧと後群ＲＧの間に追加される光学素子は、例えば、開口絞り、アフォーカル変倍光学系、バリアフィルタなど、パワーを有しない光学素子であることが望ましい。図４Ａ、図４Ｂ、図４Ｃは、それぞれ開口絞り３８、アフォーカル変倍光学系３９、バリアフィルタ３５ａが前群ＦＧと後群ＲＧの間のアフォーカル光束の光路中に挿入されている例を示している。図４Ａから図４Ｃに例示される、開口絞り３８、アフォーカル変倍光学系３９、バリアフィルタ３５ａは、いずれも前群ＦＧの像側焦点位置またはその近傍に配置されている。なお、図４Ａから図４Ｂでは、それぞれ単一の光学要素が前群ＦＧと後群ＲＧの間に追加されているが、ディスク走査装置３０が後述する条件式（３）を満たす限り、複数の光学要素が追加されてもよい。

図４Ａに示す開口絞り３８が追加されたディスク走査装置３０では、対物レンズ２１などに依存する顕微鏡装置１００の開口数に合せて開口絞り３８の開口径を絞ることで、ＣＣＤ４１への自家蛍光などの迷光の入射を抑制することができる。励起光が入射した硝材では、画像においてノイズとなる自家蛍光が発生し得るが、回転ディスク３６よりも物体側（試料ＳＰ側）に位置する硝材（対物レンズ２１、結像レンズ２２、直角プリズム２３）から生じた自家蛍光は、回転ディスク３６を通過する際に共焦点効果によって弱められる。一方、回転ディスク３６よりも像側（ＣＣＤカメラ４０側）にある第１レンズ群Ｇ１から生じた自家蛍光には、共焦点効果が作用しないため、画質の劣化を招きやすい。開口絞り３８を前群ＦＧと後群ＲＧの間に追加することで、第１レンズ群Ｇ１から生じた自家蛍光も効果的に遮断することができる。このため、図４Ａに示す開口絞り３８が追加されたディスク走査装置３０によれば、ノイズの少ない蛍光画像を得ることができる。

なお、ディスク走査装置３０のリレー光学系ＲＬは、顕微鏡装置１００の開口数を制限しないように構成されている。つまり、リレー光学系ＲＬは、顕微鏡装置１００の通常の蛍光観察時におけるＮＡを制限しないよう高い開口数を有するように構成されている。

図４Ｂに示すアフォーカル変倍光学系３９が追加されたディスク走査装置３０では、試料ＳＰの光学像ＩＭ２の投影位置を変化させることなく、アフォーカル変倍光学系３９を追加する前とは異なる倍率で試料ＳＰをＣＣＤ４１に投影することができる。つまり、異なる観察倍率で試料ＳＰを観察することができる。物体側から凸レンズと凹レンズからなるアフォーカル変倍光学系３９は、凸レンズと凹レンズの間のレンズ間隔を調整することができるように構成されてもよい。この場合、凸レンズと凹レンズの間のレンズ間隔を変化させると後側焦点位置が大きく変化することから、凸レンズと凹レンズの間のレンズ間隔を変化させることにより、光学像ＩＭ２がＣＣＤ４１に正確に投影されるように調整してもよい。なお、前群ＦＧと後群ＲＧの間に追加するアフォーカル変倍光学系は、物体側から凹レンズと凸レンズから構成されてもよい。また、前群ＦＧと後群ＲＧの間に追加するアフォーカル変倍光学系は、固定倍率を有するアフォーカル変倍光学系に限られず、倍率が可変なアフォーカルズーム変倍光学系であってもよい。アフォーカルズーム変倍光学系を追加することで、光学素子を交換することなく観察倍率を変更することができる。

図４Ｃに示すバリアフィルタ３５ａが追加されたディスク走査装置３０では、蛍光ミラーユニット３２内のバリアフィルタ３５で遮断しきれなかった励起光を遮断することができる。なお、バリアフィルタ３５ａのような平行平板が収斂光束または発散光束の光路中に挿入されると、像位置が光軸方向に変化してしまう。バリアフィルタ３５ａはアフォーカル光束の光路中に配置されるため、像位置を変動させることなく励起光を遮断することができる。

開口絞り３８は、その機能を発揮するために、前群ＦＧの像側焦点位置またはその近傍に配置されることが望ましいのに対して、アフォーカル変倍光学系３９及びバリアフィルタ３５ａは、前群ＦＧと後群ＲＧの間であれば、必ずしも前群ＦＧの像側焦点位置またはその近傍に配置されなくてもよい。ただし、前群ＦＧの像側焦点位置またはその近傍へのこれらの光学素子の配置は、レンズ径やフィルタ径を小さくすることができるという点で望ましい。また、フィルタの径が光束径よりも小さい場合であっても、視野内の明るさにムラ（不均一）が生じにくいという点でも望ましい。さらに、アフォーカル変倍光学系３９の挿脱に伴う射出瞳位置の変動を小さく抑えることができるという点においても望ましい。

ディスク走査装置３０では、前群ＦＧと後群ＲＧの間に挿脱可能に設けられる光学素子（例えば、図４Ａから図４Ｃに示される開口絞り３８、アフォーカル変倍光学系３９、バリアフィルタ３５ａ）は、図５Ａに示されるように、雄形状を有する結合構造７１ａと雌形状を有する結合構造７１ｂからなる一対の結合構造を有する第３の筐体である筐体７０に収容される。そして、筐体７０の結合構造７１ａが筐体５０の結合構造５０ａに嵌合し、筐体７０の結合構造７１ｂが筐体６０の結合構造６０ａに嵌合することによって、筐体７０に収容された光学素子が筐体５０と筐体６０の間に挿脱可能に配置される。

なお、筐体７０の一対の結合構造は、それぞれ筐体５０、筐体６０の結合構造と嵌合可能に構成されていればよい。従って、筐体７０は、筐体５０及び筐体６０の結合構造の形状に応じて、図５Ａに示す結合構造７１ａ及び結合構造７１ｂの代わりに、図５Ｂに示す結合構造７２ａ及び結合構造７２ｂを有しても良い。また、一対の結合構造には、ねじや磁石が設けられていても良く、これによって筐体７０と筐体５０または筐体６０との結合が補助されてもよい。

また、前群ＦＧと後群ＲＧの間に挿脱可能に設けられる光学素子は、図５Ａ及び図５Ｂに示す筐体７０の代わりに、図６Ａ及び図６Ｂに示す複数の光学素子を収容し得る筐体８０に収容されてもよい。筐体８０は、一対の結合構造（結合構造８１ａと結合構造８１ｂ、結合構造８２ａと結合構造８２ｂ）が筐体５０及び筐体６０の結合構造と嵌合するように構成されている点については、筐体７０と同様である。筐体８０は、筐体７０と異なり、嵌合状態において筐体８０内に収容された複数の光学素子の中からアフォーカル光束の光路中に配置する光学素子を選択して切り換えることができるように構成されている。筐体８０によれば、筐体８０自体を挿脱することなく、アフォーカル光束の光路中に配置する光学素子をすばやく切り換えることができる。
次に、ディスク走査装置３０の望ましい構成について説明する。

ディスク走査装置３０において、良好な結像性能を確保しつつ、前群ＦＧと後群ＲＧの間のアフォーカル光束の光路中に光学素子の挿入を許容するためには、リレー光学系ＲＬの前群ＦＧと後群ＲＧは、それぞれ物点までの距離を無限遠としたときに単独で良好な結像性能を有し、且つ、それぞれの物点側を向かい合わせて配置されることが望ましい。前群ＦＧと後群ＲＧが単独で良好な結像性能を有さず互いの収差を打ち消しあうことでリレー光学系ＲＬが良好な結像性能を有する場合には、光学素子の挿脱に伴う前群ＦＧと後群ＲＧの間の距離の変化や前群ＦＧの光軸に対する後群ＲＧの光軸の相対的なずれや傾きによって、結像性能が著しく劣化してしまうからである。このため、前群ＦＧと後群ＲＧの各々が、正レンズと負レンズを含む複数のレンズで構成され、単独で良好な結像性能を有することが望ましい。

ところで、収斂光束や発散光束の光路中に光学フィルタ（例えば、ダイクロイックミラー３４やバリアフィルタ３５など）が配置されると、光学フィルタの厚さに依存して像位置が変化する。従って、光学フィルタの厚さが設計値に対して誤差を有していると、所定の像位置とは異なる位置に像が形成されてしまう。このことから、蛍光ミラーユニットは、一般的には、アフォーカル光束の光路中に配置されることが望ましい。

しかしながら、ディスク走査装置３０においては、蛍光ミラーユニット３２をアフォーカル光束の光路中、つまり、前群ＦＧと後群ＲＧの間に配置すると、励起光は複数のレンズを含む前群ＦＧ全体を通過することになる。上述したように、回転ディスク３６よりも像側にあるレンズから生じた自家蛍光は特に画質の劣化を招きやすいため、励起光が複数のレンズを含む前群ＦＧ全体を通過するこの構成は、自家蛍光を抑制するという観点から見ると、望ましい構成ではない。

一方で、自家蛍光を抑制するために蛍光ミラーユニット３２を回転ディスク３６と前群ＦＧの間に配置すると、試料ＳＰまたは光学像ＩＭ１の一点（物点または像点）から生じた蛍光は大きな発散角を有する発散光束として蛍光ミラーユニット３２に入射することになる。従って、この構成では、光学フィルタの厚さのわずかな誤差で像位置が大きく変動してしまう。

そこで、ディスク走査装置３０では、良好な結像性能を確保しつつ、自家蛍光を抑制し且つ像位置の変動を小さくする、という相反する要求をバランスよく満たすために、前群ＦＧは、物体側（回転ディスク３６側）から順に、できる限り少ない枚数のレンズを含む正のパワーを有する第１レンズ群Ｇ１と、正のパワーを有する第２レンズ群Ｇ２とから構成されることが望ましい。さらに、第１レンズ群Ｇ１を構成するレンズは、自家蛍光が生じにくい硝材であって、且つ、収差（特に倍率色収差）の補正に有利な低分散の材質（合成石英、人口蛍石、ＥＤ硝子（Extra-low dispersion glass）など）からなることが望ましい。その上で、蛍光ミラーユニット３２を第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２の間に配置することが望ましい。

ディスク走査装置３０（リレー光学系ＲＬ）は、第１レンズ群Ｇ１が前群ＦＧの焦点距離に近い焦点距離を有するように構成されることが望ましく、より具体的には、以下の条件式（１）を満たすことが望ましい。さらに、以下の条件式（２）を満たすことが望ましい。ここで、ｆｆは前群ＦＧの焦点距離、ｆ１は第１レンズ群Ｇ１の焦点距離、ｈは第１レンズ群Ｇ１内における最大光線高、ｄ１は第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２の間の距離である。
０．７≦ｆ１／ｆｆ≦０．９ ・・・（１）
４≦ｄ１／ｈ≦６ ・・・（２）

条件式（１）の下限値（０．７）を下回ると、第１レンズ群Ｇ１の焦点距離が短くなりすぎるため、前群ＦＧに入射した蛍光が第１レンズ群Ｇ１で大きく屈折して、視野内における明るさのムラが大きくなってしまう。これは、試料ＳＰまたは光学像ＩＭ１の各点（つまり物点または像点）からの主光線は、第１レンズ群Ｇ１がない場合であれば、入射角に依存する光学特性を有するダイクロイックミラー３４に同じ入射角で入射するが、第１レンズ群Ｇ１がある場合には、図７に示すように、第１レンズ群Ｇ１で大きく屈折するほどダイクロイックミラー３４へ入射する主光線間の入射角の差が大きくなるからである。なお、図７の光線Ａ及び光線Ｂは、それぞれ最軸外の主光線を示している。図７には、第１レンズ群Ｇ１で屈折した光線Ａ及び光線Ｂが光軸に対して傾いて配置されたダイクロイックミラー３４に入射する様子が示されている。

また、前群ＦＧの焦点距離に対する第１レンズ群Ｇ１の焦点距離の比を短くするほど、前群ＦＧの像側焦点位置が前群ＦＧの近づく傾向がある。そして、条件式（１）の下限値（０．７）を下回ると、前群ＦＧの像側焦点位置が前群ＦＧと後群ＲＧの間ではなく前群ＦＧ内に位置してしまう可能性が高い。このため、前群ＦＧと後群ＲＧの間に挿脱可能に配置される光学素子を、前群ＦＧの像側焦点位置またはその近傍に配置することが困難となってしまう。特に、開口絞りを前群ＦＧの像側焦点位置またはその近傍に配置できない場合には、開口絞りが適切に機能しないため、望ましくない。

また、前群ＦＧの焦点距離を長くするほど、前群ＦＧから出射されるアフォーカル光束の光束径が大きくなる傾向にある。そして、条件式（１）の上限値（０．７）を下回ると、前群ＦＧの焦点距離が長くなりすぎて、アフォーカル光束の光束径が過度に大きくなってしまう可能性が高い。この場合、アフォーカル光束の光束径よりも小さな径の光学素子を前群ＦＧと後群ＲＧの間に追加すると光量損失や開口数の制限などが生じ得る。これを回避するためには、アフォーカル光束の大きな光束径に合せて光学素子を大型化せざるを得えないため、望ましくない。

一方、条件式（１）の上限値（０．９）を上回ると、第１レンズ群Ｇ１の焦点距離は前群の焦点距離に近づき、前群ＦＧの結像性能の大半を担うことになる。このため、できる限り少ない枚数（例えば、１枚）のレンズで第１レンズ群Ｇ１を構成することが困難となる。

条件式（２）の下限値（４）を下回ると、最大光線高に対して第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２の間の距離が短すぎるため、第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２の間に配置する光学フィルタを切り換えるための機構や蛍光ミラーユニット３２を挿入するための十分なスペースが確保できない。なお、条件式（２）を、第１レンズ群Ｇ１内における最大光線高に対する第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２の間の距離の比によって定義するのは、一般に最大光線高が高いほど蛍光ミラーユニット３２に含まれるフィルタの径を大きくする必要があるからである。

一方、条件式（２）の上限値（６）を上回ると、第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２の間に生じた、蛍光ミラーユニット３２等を挿入するためのスペースとしては過剰なスペースによって、ディスク走査装置３０が無駄に大型化してしまう。

条件式（１）及び（２）で述べた事項を確認するために、条件式（１）及び条件式（２）を満たすように簡易的に設計された複数の前群ＦＧを図８Ａから図８Ｃに示す。図８Ａから図８Ｃは、それぞれ、厚さを有しない理想レンズから構成された、条件式（１）及び条件式（２）を満たす前群ＦＧの断面図である。図８Ａから図８Ｃには、レンズ構成とともに、ディスク表面３６Ｓの軸上の像点からの光束と最軸外の像点から光束が描かれている。

図８Ａに示す前群ＦＧ１、図８Ｂに示す前群ＦＧ２、図８Ｃに示す前群ＦＧ３は、いずれも、入射瞳位置が無限遠であり、光学像ＩＭ１の像高が１１ｍｍであることを想定している。その上で、リレー光学系の物体側の開口数ＮＡが０．０８となるように設計されている。なお、一般的な顕微鏡の結像光学系の像側開口数の上限は０．０４から０．０６程度であることから、リレー光学系ＲＬが顕微鏡装置１００の開口数を制限しないように構成されている。更にＮＡを０．０６より大きく構成することにより、顕微鏡装置の射出瞳位置（本ディスク共焦点装置にとっての入射瞳位置）が異なる場合でも、視野周辺のけられや結像性能の劣化を最小限に抑えることができる構成になっている。

また、前群の適切な焦点距離の範囲は１３０ｍｍから１８０ｍｍ程度であると想定し、図８Ａから図８Ｃの前群にはその範囲内の焦点距離が与えられている。ダイクロイックミラー３４へ入射する主光線間の入射角の差を小さくするためには第１レンズ群Ｇ１の焦点距離が光学像ＩＭ１の像高の１０倍以上大きいことが望ましいことを考慮して、図８Ａから図８Ｃの前群の第１レンズ群にはいずれも１２０ｍｍ（像高１１の１０．９倍）の焦点距離が与られている。つまり、ダイクロイックミラー３４へ入射する最軸外の主光線の光軸に対する角度ｔａｎθは±０．０９２（＝１１／１２０）である。

なお、前群ＦＧ１、前群ＦＧ２、前群ＦＧ３の各種データは以下のとおりである。
前群ＦＧ１
ｆｆ＝１３５．５ｍｍ、ｆ１＝１２０ｍｍ、ｈ＝１５．４ｍｍ、ｄ１＝６３ｍｍ
S THI FL
0 0.
1 53.6410
2 63.0000 120
3 17.0000 -40
4 75.0000 49
5 INF

前群ＦＧ２
ｆｆ＝１４７ｍｍ、ｆ１＝１２０ｍｍ、ｈ＝１４．２ｍｍ、ｄ１＝８０ｍｍ
S THI FL
0 0.
1 39.0000
2 80.0000 120
3 18.0000 -40
4 50.0000 49
5 INF

前群ＦＧ３
ｆｆ＝１７１．４ｍｍ、ｆ１＝１２０ｍｍ、ｈ＝１７．５ｍｍ、ｄ１＝１０２ｍｍ
S THI FL
0 0.
1 81.9050
2 102.0000 120
3 18.0000 -40
4 10.0000 54
5 INF

ここで、Ｓは面番号、ＴＨＩは面間隔（ｍｍ）、ＦＬは理想レンズの焦点距離（ｍｍ）を示す。なお、Ｓ０は像面、Ｓ１はディスク表面３６Ｓ、Ｓ２は第１レンズ群Ｇ１を構成する理想レンズ、Ｓ３及びＳ４は第２レンズ群Ｇ２を構成する各理想レンズ、Ｓ５は前群ＦＧの像側焦点面を示している。ＴＨＩ１はＳ１からＳ２までの距離、ＴＨ２はＳ２からＳ３までの距離（即ち距離ｄ１）、ＴＨ５はＳ５から像面（無限遠）までの距離を示している。ＦＬ２はＳ２が示す理想レンズ（第１レンズ群Ｇ１）の焦点距離、ＦＬ３及びＦＬ４はＳ３及びＳ４が示す各理想レンズの焦点距離を示している。

図８Ａに示す前群ＦＧ１は、以下の式（Ａ１）及び（Ａ２）に示すように、条件式（１）及び（２）を満たしている。
ｆ１／ｆｆ＝１２０／１３５．５＝０．８９ ・・・（Ａ１）
ｄ１／ｈ＝６３／１５．４＝４．１ ・・・（Ａ２）

図８Ｂに示す前群ＦＧ２は、以下の式（Ｂ１）及び（Ｂ２）に示すように、条件式（１）及び（２）を満たしている。
ｆ１／ｆｆ＝１２０／１４７＝０．８１６ ・・・（Ｂ１）
ｄ１／ｈ＝８０／１４．２＝５．６３ ・・・（Ｂ２）

図８Ｃに示す前群ＦＧ３は、以下の式（Ｃ１）及び（Ｃ２）に示すように、条件式（１）及び（２）を満たしている。
ｆ１／ｆｆ＝１２０／１７１．４＝０．７ ・・・（Ｃ１）
ｄ１／ｈ＝１０２／１７．５＝５．８ ・・・（Ｃ２）

図８Ａから図８Ｃを比較して参照すると、条件式（１）及び（２）について説明した事項を確認することができる。例えば、ｆ１／ｆｆが小さいほど前群の像側焦点面が前群の最終レンズの近くに位置することが確認できる。また、ｆｆが長いほど前群から出射されるアフォーカル光束の光束径が大きくなることも確認できる。

ディスク走査装置３０（リレー光学系ＲＬ）は、以下の条件式（３）を満たすことが望ましい。ここで、ｄ２は前群ＦＧの像側焦点位置と後群ＲＧとの距離である。
ｄ２≦ｆｆ×０．８ ・・・（３）

図９Ａ及び図９Ｂに示すように、軸上の像点から出射した光（実線）については、前群ＦＧの像側焦点位置ＢＦと後群ＲＧとの間の距離ｄ２が変化しても、後群ＲＧに入射する際の光線高は変化しない。一方、軸外の像点から出射した光（破線）については、前群ＦＧの像側焦点位置ＢＦと後群ＲＧとの間の距離ｄ２が変化すると、後群ＲＧに入射する際の光線高も変化する。より具体的には、距離ｄ２が長くなるほど、そして、軸上から遠い軸外の像点から出射した光ほど、後群ＲＧに入射する際の光線高が高くなる。従って、距離ｄ２が過度に長くなると、軸外光がケラれてしまい周辺光量が不足してしまう。また、これを防止するために後群ＲＧのレンズ径を大きくすると、後群ＲＧが大型化してしまう。このため、一般的なレンズ径のレンズで構成した後群ＲＧを備えたディスク走査装置３０で、周辺光量が不足することなく良好な蛍光画像を取得するためには、条件式（３）で示すように、距離ｄ２が前群ＦＧの焦点距離ｆｆの８割以下となるようにリレー光学系ＲＬを設計することが望ましい。また、距離ｄ２が前群ＦＧの焦点距離ｆｆの８割以下となる範囲で前群ＦＧと後群ＲＧの間に光学素子を追加することが望ましい。

ディスク走査装置３０は、リレー光学系ＲＬの投影倍率βが０．９＜β＜１．１のときに、以下の条件式（４）を満たすことが望ましい。ここで、ｆｒは後群ＦＧの焦点距離、ｄ３は後群ＲＧの最終レンズ面の面頂から像面（ＣＣＤ４１の受光面）までの距離である。
０．６＜ｄ３／ｆｒ＜０．８ ・・・（４）

リレー光学系ＲＬの倍率が略１倍のときに、後群ＦＧの後側焦点に対するバックフォーカスの比が条件式（４）に示す一定の範囲内にあることで、ラージフォーマットカメラのフランジバックを確保することができる。また、リレー光学系ＲＬとＣＣＤカメラ４０との間に縮小倍率の光学系を追加するためのスペースを確保することができる点においても望ましい。

以下、本実施例に係るディスク走査装置３０のリレー光学系ＲＬの具体的な設計例を示す。図１０Ａ及び図１０Ｂは、本実施例に係るディスク走査装置３０の光学系の断面図である。図１１は、図１０Ｂに示す光学系を備えるディスク走査装置３０を組み込んだ顕微鏡装置１００の構成を示した図である。図１０Ａ、図１０Ｂ及び図１１では、軸上の像点からの光束と軸外の像点からの光束も図示されている。なお、図１０Ａには、ミラー３７を取り除いて前群ＦＧと後群ＲＧを同一直線上に配置した例が、図１０Ｂには、前群ＦＧの光軸と後群ＲＧの光軸の間の角度が９０度となるように前群ＦＧと後群ＲＧを配置した例が示されている。

図１０Ａ及び図１０Ｂに示すリレー光学系ＲＬは、物体側（回転ディスク３６側）から順に、正のパワーを有する前群ＦＧと、正パワーを有する後群ＲＧとからなる。前群ＦＧは、物体側から順に、正のパワーを有する第１レンズ群Ｇ１と、正のパワーを有する第２レンズ群Ｇ２と、からなる。第１レンズ群Ｇ１は、物体側に平面を向けた正のパワーを有する平凸レンズＬ１からなる。第２レンズ群Ｇ２は、物体側から順に、物体側に凹面を向けた負のパワーを有するメニスカスレンズＬ２と、物体側に凹面を向けた正のパワーを有するメニスカスレンズＬ３と、物体側に平面を向けた正のパワーを有する平凸レンズＬ４と、からなる。後群ＲＧは、物体側から順に、正のパワーを有する両凸レンズＬ５と、物体側に凹面を向けた負のパワーを有するメニスカスレンズＬ６と、正のパワーを有する両凸レンズＬ７と負のパワーを有する両凹レンズＬ８とからなる接合レンズと、からなる。

リレー光学系ＲＬの物体側の開口数ＮＡ、リレー光学系ＲＬの投影倍率β、前群ＦＧの焦点距離ｆｆ、第１レンズ群Ｇ１の焦点距離ｆ１、第１レンズ群Ｇ１内における最大光線高ｈ、第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２の間の距離ｄ１、前群ＦＧの像側焦点位置と後群ＲＧとの距離ｄ２は、以下のとおりである。
ＮＡ＝０．０８、β＝−１、ｆｆ＝１５６．３ｍｍ、ｆ１＝１３０．８ｍｍ
ｈ＝１３．４ｍｍ、ｄ１＝７６．７ｍｍ、ｄ２＝１１．５ｍｍ

ただし、開口数ＮＡは、リレー光学系ＲＬの各レンズの外径がおよそφ（直径）３０ｍｍ程度であり、前群ＦＧの後側焦点位置にφ２５ｍｍ程度の開口絞りを配置したときのリレー光学系ＲＬの物体側の開口数である。

図１０Ａ及び図１０Ｂに示すリレー光学系ＲＬのレンズデータ（ダイクロイックミラー３４及びバリアフィルタ３５を含む）は、以下のとおりである。
リレー光学系ＲＬ
S RDY THI nd νd
0 INF 0 1
1 INF 2.3 1.45852 67.83
2 INF 64.51 1
3 INF 4.2 1.43875 94.93
4 -57.408 26.2 1
5 INF 1.4 1.51633 64.14
6 INF 14.6 1
7 INF 2.5 1.51633 64.14
8 INF 32 1
9 -27.918 10.33 1.81600 46.62
10 -195.737 0.152 1
11 -152.781 12.67 1.59522 67.74
12 -36.576 0.5 1
13 INF 4 1.43875 94.93
14 -67.926 75 1
15 INF 11.5 (d2) 1
16 53.508 7 1.43875 94.93
17 -60.966 0.012 1
18 -60.570 9 1.80000 29.84
19 -167.844 0.5 1
20 51.395 9.5 1.80100 34.97
22 -179.714 6.1 1.61340 44.27
23 28.308 116.519 1

ここで、Ｓは面番号、ＲＤＹは曲率半径（ｍｍ）、ＴＨＩは面間隔（ｍｍ）、ｎｄはｄ線に対する屈折率、ｖｄはアッベ数を示す。なお、Ｓ０は像面、Ｓ１はディスク表面３６Ｓ、Ｓ１５は前群ＦＧの後側焦点面を示している。ＴＨＩ１５はＳ１５からＳ１６までの距離、つまり、前群ＦＧの後側焦点位置と後群ＲＧとの間の距離ｄ２を示している。ＴＨＩ２２はＳ２２からリレー光学系ＲＬの後方の像面までの距離を示している。

図１０Ａ及び図１０Ｂに示すリレー光学系ＲＬを備えたディスク走査装置３０は、以下の式（Ｄ１）から（Ｄ２）で示されるように、条件式（１）から（２）を満たしている。
ｆ１／ｆｆ＝１３０．８／１５６．３＝０．８４ ・・・（Ｄ１）
ｄ１／ｈ＝７６．７／１３．４＝５．７ ・・・（Ｄ２）

また、図１０Ａ及び図１０Ｂに示すリレー光学系ＲＬは、距離ｄ２が１１．５ｍｍ（≦１５６．３×０．８）であり、条件式（３）を満たしている。また、光学像ＩＭ１の最大像高が１０ｍｍであることを想定する。このとき、距離ｄ２を１２５ｍｍ（≒１５６．３×０．８）まで広げた場合、リレー光学系ＲＬは、像高５．５における開口率として、周辺減光の影響が目立たない８５％という数値を実現し、像高１０における開口率でも５０％を実現する。

ディスク走査装置３０が結像光学系２０の側面に取り付けられる場合には、図１０Ｂに示すように、ミラー３７を前群ＦＧが収容された筐体５０内のアフォーカル光路中であって前群ＦＧと前群ＦＧの後側焦点位置との間に収容することが望ましい。これにより、図１１に示すように、前群ＦＧを収容した筐体５０の上に光学素子が収容された筐体７０（筐体７０Ａ、筐体７０Ｂ、筐体７０Ｃ）と後群ＲＧが収容された筐体６０とを積み重ねることが可能となるため、顕微鏡装置１００をコンパクトに構成することができる。また、筐体５０と筐体６０の間に挿入される光学素子を前群ＦＧの後側焦点位置またはその近傍に配置することができる。

この構成では、筐体５０を支持する支柱（支柱９１、支柱９２）のうち少なくとも１つをミラー３７の直下付近に設けることが望ましい。これにより、筐体７０及び筐体７０に収容された光学素子の重さに起因するアフォーカル光束の光路の撓みを抑制することができるため、光路の撓みに起因する結像性能の劣化を軽減することができる。

図１２は、本実施例に係る顕微鏡装置２００の構成を示す概略図である。図１２に示す顕微鏡装置２００は、ディスク走査装置３０の代わりにディスク走査装置２３０を備える点が、実施例１に係る顕微鏡装置１００と異なっている。なお、図１２では、結像光学系２０についての図示は省略されている。

ディスク走査装置２３０は、励起フィルタ３３が、蛍光ミラーユニット３２内ではなく、レンズ３１と光源ユニット１０の接続部１３との間に配置されている点が、実施例１に係るディスク走査装置３０と異なっている。その他の構成は、ディスク走査装置３０と同様である。なお、図１２では、前群ＦＧと後群ＲＧの間にバリアフィルタ３５ａが挿入されている例が示されている。

以上のように構成されたディスク走査装置２３０及び顕微鏡装置２００によっても、実施例１に係るディスク走査装置３０及び顕微鏡装置１００と同様に、光学素子を追加するためのスペースを必要に応じて簡単に提供することができるため、高い汎用性を実現することができる。また、ディスク走査装置２３０及び顕微鏡装置２００では、励起フィルタ３３が蛍光ミラーユニット３２外に配置されているため、励起波長に合わせて励起フィルタ３３を交換する際に、蛍光ミラーユニット３２ごと交換することなく励起フィルタ３３のみを交換することができる。従って、蛍光ミラーユニット３２ごと交換する場合に比べて励起フィルタ３３を高速に交換することができる。
なお、励起フィルタ３３の交換は、バリアフィルタ３５ａの交換と合わせて行われることが望ましい。

図１３は、本実施例に係る顕微鏡装置３００の構成を示す概略図である。図１３に示す顕微鏡装置３００は、ディスク走査装置３０の代わりにディスク走査装置３３０を備える点、ＣＣＤカメラ（ＣＣＤカメラ４０ａ、ＣＣＤカメラ４０ｂ）を２台備えている点が、実施例１に係る顕微鏡装置１００と異なっている。なお、図１３では、結像光学系２０についての図示は省略されている。

ディスク走査装置３３０は、ミラー３７と後群ＲＧの間に蛍光の光路を分岐させる光路分岐手段であるダイクロイックプリズム３４ａを備えている点、ダイクロイックプリズム３４ａで分岐した各光路上に後群ＲＧを備えている点が、実施例１に係るディスク走査装置３０と異なっている。その他の構成は、ディスク走査装置３０と同様である。

以上のように構成されたディスク走査装置３３０及び顕微鏡装置３００によっても、実施例１に係るディスク走査装置３０及び顕微鏡装置１００と同様に、光学素子を追加するためのスペースを必要に応じて簡単に提供することができるため、高い汎用性を実現することができる。また、顕微鏡装置３００では、異なる波長の蛍光を複数の撮像素子（ＣＣＤ４１ａ、ＣＣＤ４１ｂ）によって別々に検出することができる。このため、複数の蛍光物質を同時に励起することにより、波長の異なる複数の蛍光を同時に検出し、複数の蛍光画像を同時に取得することができる。

なお、図１３では、光路分岐手段であるダイクロイックプリズム３４ａをミラー３７と後群ＲＧの間に配置する例を示したが、光路分岐手段は、前群ＦＧよりも像側に配置されていれば良く、例えば、後群ＲＧよりも像側に配置しても良い。

図１４は、本実施例に係る顕微鏡装置４００の構成を示す概略図である。図１４に示す顕微鏡装置４００は、ディスク走査装置３０の代わりにディスク走査装置４３０を備える点、ＣＣＤカメラ４０に加えて接眼レンズ４２を備える点が、実施例１に係る顕微鏡装置１００と異なっている。なお、図１４では、結像光学系２０についての図示は省略されている。

ディスク走査装置４３０は、後群ＲＧよりもＣＣＤカメラ４０側に、蛍光の光路を切り換える光路切換手段であるミラー３７ａを、光路に対して挿脱可能に備えている点が、実施例１に係るディスク走査装置３０と異なっている。その他の構成は、ディスク走査装置３０と同様である。

以上のように構成されたディスク走査装置４３０及び顕微鏡装置４００によっても、実施例１に係るディスク走査装置３０及び顕微鏡装置１００と同様に、光学素子を追加するためのスペースを必要に応じて簡単に提供することができるため、高い汎用性を実現することができる。また、顕微鏡装置４００では、ミラー３７ａの挿脱によってＣＣＤカメラ４０による画像取得と接眼レンズ４２による目視観察とを切り換えることができる。

なお、図１４では、光路切換手段であるミラー３７ａを後群ＲＧとＣＣＤカメラ４０の間に配置する例を示したが、光路切換手段は、前群ＦＧよりも像側に配置されていれば良い。

上述した各実施例は、発明の理解を容易にするために具体例を示したものであり、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。ディスク走査装置及び顕微鏡装置は、特許請求の範囲により規定される本発明の思想を逸脱しない範囲において、さまざまな変形、変更が可能である。

例えば、上述した実施例では、倒立型の顕微鏡装置が例示されているが、顕微鏡装置は正立型の顕微鏡装置であってもよい。

また、ディスク走査装置は、倍率を変更するために、後群ＲＧとＣＣＤカメラ４０との間にパワーを有する光学系を追加できるように構成されてもよく、また、後群ＲＧを異なる焦点距離を有するレンズ群と交換することができるように構成されてもよい。この場合、後群ＲＧを収容する筐体６０とＣＣＤカメラ４０との間の距離を可変するための機構によって、ＣＣＤ４１上に光学像ＩＭ２が形成されるように筐体６０とＣＣＤカメラ４０との間の距離が調整されてもよい。

また、ディスク走査装置の前群ＦＧを収容する筐体５０と後群ＲＧを収容する筐体６０は、前群ＦＧの光軸と後群ＲＧの光軸がずれにくい結合構造を有していれば良く、筐体５０と筐体６０の結合は嵌合によるものに限られない。例えば、一方の筐体の結合構造が他方の筐体の結合構造を把持するような構造であってもよい。

また、ディスク走査装置は、前群ＦＧと後群ＲＧとの間の距離を可変する構造を有していれば良く、その構造は、機械的に結合及び分離可能に構成された複数の筐体に限られない。例えば、全長を伸縮することができる単一の筐体であってもよい。

また、ディスク走査装置は、光分離手段として、励起光を反射させ蛍光を透過させるダイクロイックミラー３４を有しているが、光分離手段は、光源装置１１から出射される励起光と試料Ｓからの蛍光の一方を反射させ他方を透過させればよい。ディスク走査装置３０は、例えば、励起光を透過させ蛍光を反射させるダイクロイックミラーを有してもよく、その場合、回転ディスク３６を、ダイクロイックミラーを透過した励起光の光路上に設ければよい。

１ 試料保持部材
１０ 光源ユニット
１１ 光源装置
１２ 光ファイバー
１３ 接続部
２０ 結像光学系
２１ 対物レンズ
２２ 結像レンズ
２３ 直角プリズム
３１ レンズ
３２ 蛍光ミラーユニット
３３ 励起フィルタ
３４ ダイクロイックミラー
３４ａ ダイクロイックプリズム
３５、３５ａ バリアフィルタ
３６ 回転ディスク
３６Ｓ ディスク表面
３６ａ 遮光部
３６ｂ 透過部
３７、３７ａ ミラー
３８ 開口絞り
３９ アフォーカル変倍光学系
４０、４０ａ、４０ｂ ＣＣＤカメラ
４１、４１ａ、４１ｂ ＣＣＤ
４２ 接眼レンズ
５０、６０、７０、７０Ａ、７０Ｂ、７０Ｃ、８０ 筐体
５０ａ、５０ｂ、６０ａ、６０ｂ、７１ａ、７１ｂ、７２ａ、７２ｂ、８１ａ、８１ｂ、８２ａ、８２ｂ 結合構造
９１、９２ 支柱
１００、２００、３００、４００ 顕微鏡装置
３０、２３０、３３０、４３０ ディスク走査装置
ＡＲ 回転軸
ＩＭ１、ＩＭ２、ＩＭ３ 光学像
ＦＧ、ＦＧ１、ＦＧ２、ＦＧ３ 前群
ＲＧ 後群
ＲＬ リレー光学系
Ｇ１ 第１レンズ群
Ｇ２ 第２レンズ群
ＳＰ 試料
ＢＦ 像側焦点位置

Claims (10)

1. 試料から生じる蛍光を集光して前記試料の光学像を形成する結像光学系及び前記試料を撮像する撮像装置と組み合わせて使用されるディスク走査装置であって、
   ディスク表面に光を遮断する遮光部と光を透過させる透過部とを備え、前記試料の光学像が形成される前記結像光学系の焦点面に前記ディスク表面が位置するように配置され、前記ディスク表面と直交する軸周りに回転する回転ディスクと、
   前記ディスク表面に形成された前記試料の光学像を前記ディスク走査装置と組み合わせた前記撮像装置にリレーするリレー光学系であって、前記回転ディスク側から順に、正のパワーを有する前群と、正のパワーを有する後群とからなり、前記前群と前記後群の間の光束がアフォーカル光束となるように構成されたリレー光学系と、
   前記前群と前記後群との間の距離を可変する構造と、を備える
   ことを特徴とするディスク走査装置。
2. 請求項１に記載のディスク走査装置において、
   前記構造は、前記前群が収容された第１の筐体と、前記第１の筐体と機械的に結合及び分離可能に構成され前記後群が収容された第２の筐体と、を備える
   ことを特徴とするディスク走査装置。
3. 請求項２に記載のディスク走査装置において、さらに、
   前記ディスク走査装置と組み合わせて使用される光源装置から出射される励起光と前記蛍光の一方を反射させ他方を透過させる光分離手段と、を備え、
   前記リレー光学系は、前記前群の像側焦点位置が前記前群と前記後群の間に位置するように構成され、
   前記前群は、前記回転ディスク側から順に、正のパワーを有する第１レンズ群と、正のパワーを有する第２レンズ群とからなり、
   前記光分離手段は、前記光源装置から出射した前記励起光を、前記第１レンズ群を介して前記回転ディスクに導くように、前記第１レンズ群と前記第２レンズ群の間に配置される
   ことを特徴とするディスク走査装置。
4. 請求項３に記載のディスク走査装置において、
   前記前群の焦点距離をｆｆ、前記第１レンズ群の焦点距離をｆ１、前記第１レンズ群内における最大光線高をｈ、前記第１レンズ群と第２レンズ群の間の距離をｄ１とすると、以下の条件式
   ０．７≦ｆ１／ｆｆ≦０．９
   ４≦ｄ１／ｈ≦６
   を満たすことを特徴とするディスク走査装置。
5. 請求項３または請求項４に記載のディスク走査装置において、さらに、
   前記第１の筐体と前記第２の筐体との間に挿脱可能な、パワーを有しない光学要素を備え、
   前記前群の像側焦点位置と前記後群との距離をｄ２とすると、以下の条件式
   ｄ２≦ｆｆ×０．８
   を満たすことを特徴とするディスク走査装置。
6. 請求項５に記載のディスク走査装置において、
   前記光学要素は、アフォーカル変倍光学系である
   ことを特徴とするディスク走査装置。
7. 請求項５に記載のディスク走査装置において、
   前記光学要素は、前記前群の像側焦点位置またはその近傍に配置される開口絞りである
   ことを特徴とするディスク走査装置。
8. 請求項２に記載のディスク走査装置において、さらに、
   前記前群よりも前記ディスク走査装置と組み合わせた前記撮像装置側に、前記蛍光の光路を切り換える光路切換手段、または、前記蛍光の光路を分岐させる光路分岐手段を備える
   ことを特徴とするディスク走査装置。
9. 請求項８に記載のディスク走査装置において、さらに、
   前記光路切換手段によって切り換えられる複数の光路の少なくとも一つの光路上、または、光路分岐手段によって分岐した複数の光路の少なくとも一つの光路上に、前記試料の光学像を観察するための観察光学系を備え、
   前記光路切換手段または前記光路分岐手段は、前記前群よりも前記ディスク走査装置と組み合わせた前記撮像装置側に配置される
   ことを特徴とするディスク走査装置。
10. 請求項１乃至請求項９のいずれか１項に記載のディスク走査装置と、
    前記ディスク走査装置と組み合わせて使用される結像光学系と、
    前記ディスク走査装置と組み合わせて使用される撮像装置と、
    前記ディスク走査装置と組み合わせて使用される光源装置と、を備える
    ことを特徴とする顕微鏡装置。