JP2015210470A - 顕微鏡装置 - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、光源からの照明光の波面を変調可能な空間光変調部と、互いに交差する2つの方向に光を偏向可能な2つの偏向手段を有し、前記空間光変調部から出射された照明光を偏向して2次元的に走査させるスキャナと、該スキャナにより走査された照明光を標本に照射する対物レンズと、該スキャナにより偏向された照明光を前記対物レンズに導くリレー光学系と、前記対物レンズの瞳位置と一方の前記偏向手段の偏向面とが光学的に共役関係を有する第1共役状態と、前記対物レンズの瞳位置と前記2つの偏向手段の各偏向面の間の位置とが光学的に共役関係を有する第2共役状態とを切り替え可能な共役状態切替部と、前記第1共役状態において、前記空間光変調部上の像を固定して他方の前記偏向手段により前記照明光を偏向させたと仮定した場合における前記対物レンズの瞳位置にリレーされる像の移動方向とは逆方向に、前記他方の偏向手段による偏向を停止させた状態を仮定した場合における前記対物レンズの瞳位置の像が移動するように、前記他方の偏向手段による偏向に応じて、前記空間光変調部上の像を形成する前記波面の変調領域を移動させる変調領域調節部とを備え、前記空間光変調部が、前記第1共役状態において前記一方の偏向手段の偏向面と光学的に共役関係を有する顕微鏡装置を提供する。
また、第1共役状態では、空間光変調部と上記一方の偏向手段とも光学的共役関係となるので、結果的に、空間光変調部は対物レンズ瞳位置と共役関係になる。したがって、空間光変調部により波面変調された照明光を対物レンズに正しく入射させることができる。
したがって、簡易な構成で、標本の観察深さ位置を変化させながら明るい2次元的な画像を取得したり、標本の観察深さ位置を変化させずに高精度な2次元的な画像を取得したりすることができる。
上記発明においては、前記2つの偏向手段が、非平行な2つの軸線回りにそれぞれ搖動可能な2枚の搖動ミラーであることとしてもよい。
本発明の第1実施形態に係る顕微鏡装置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装置10は、図1および図2に示されるように、レーザ光(照明光)を発生する光源1と、光源1から発せられたレーザ光の波面を変調可能な空間光変調部3と、空間光変調部3により波面が変調されたレーザ光をリレーする第1リレー光学系5と、第1リレー光学系5によりリレーされたレーザ光を2次元的に走査するスキャナ7と、スキャナ7により走査されたレーザ光の光路長を補正可能なガラス部材(共役状態切替部)9と、ガラス部材9を通過したレーザ光をリレーする第2リレー光学系11と、第2リレー光学系11によりリレーされたレーザ光を集光する対物レンズ13と、空間光変調部3およびスキャナ7を制御する制御部(変調領域調節部)15とを備えている。図中、符号Pは対物レンズ13の瞳位置を示している。
空間光変調部3としては、例えば、光の位相を自由に変調可能な反射型あるいは透過型のLCOS−SLM(Liquid Crystal On Silicon − Spatial Light Modulator)が用いられる。本実施形態においては、反射型のLCOS−SLMを例示して説明する。
対物レンズ13は、レーザ光が照射されることにより標本Sにおいて発生する蛍光(戻り光)を集光するようになっている。
共焦点検出部27は、第3ダイクロイックミラー25により分岐された蛍光を集光する集光レンズと、集光レンズにより集光された蛍光の光束を制限するピンホールと、ピンホールを通過した蛍光を検出する光電子増倍管のような光検出器とにより構成されている。
なお、第2ダイクロイックミラー23に代えて、挿脱式の全反射ミラーを採用することとしてもよい。
本実施形態に係る顕微鏡装置10を用いた標本Sの蛍光観察は、標本Sの観察深さ位置を変化させながら2次元的な画像を取得する場合と、標本Sの観察深さ位置を変化させずに2次元的な画像を取得する場合とに切り替えて行うことができる。
この場合、レーザ光の光路上にガラス部材9を挿入して第1共役状態とし、制御部15からスキャナ7への角度指令信号と空間光変調部3への形状指令信号を出力して、光源1からレーザ光を発生させる。この場合の形状指令信号は、レーザ光の集光位置が観察深さ方向(光軸方向)に所望量変化するような波面変調を与えるための制御信号である。
この場合、レーザ光の光路からガラス部材9を脱離させて第2共役状態とし、制御部15からスキャナ7に角度指令信号を出力する一方、空間光変調部3を作動させずにレーザ光源1からレーザ光を発生させる。
なお、レーザ光源1の代わりにレーザ光源21を用い、検出手段として共焦点検出部27を用いることで、1光子励起による蛍光観察画像を取得できる。
これにより、揺動ミラー8A,8Bの揺動による照明効率の変化を小さくすることができ、得られる画像の明るさムラを低減することができる。
なお、第2共役状態では、空間光変調部3と高速側の揺動ミラー8とが光学的に共役関係を有さなくてもよい。
次に、本発明の第2実施形態に係る顕微鏡装置について説明する。
本実施形態に係る顕微鏡装置20は、図4、図5および図6に示すように、第2リレー光学系11が対物レンズ13の瞳位置Pに像を拡大してリレーする投影倍率を有し、共役状態切替部として、ガラス部材9に代えて、第2リレー光学系11を光軸方向に移動させる移動機構19を備える点で第1実施形態と異なる。
以下、第1実施形態に係る顕微鏡装置10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。
次に、本発明の第3実施形態に係る顕微鏡装置について説明する。
本実施形態に係る顕微鏡装置30は、図4、図7および図8に示すように、スキャナ7が、第1リレー光学系5からのレーザ光を高速側の揺動ミラー8Aに向けて折り返す折り返しミラー8Cを備え、共役状態切替部として、ガラス部材9や移動機構19に代えて、折り返しミラー8Cおよび高速側の揺動ミラー8Aを入射光軸に沿う方向に移動させる移動機構29を備える点で第1実施形態および第2実施形態と異なる。
以下、第1実施形態に係る顕微鏡装置10または第2実施形態に係る顕微鏡装置20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。また、図7および図8においては、説明の都合上、レーザ光源21、第2ダイクロイックミラー23、第3ダイクロイックミラー25および共焦点検出部27の記載を省略する。
3 空間光変調部
5 第1リレー光学系
7 スキャナ
8A 揺動ミラー(偏向手段)
8B 揺動ミラー(偏向手段)
8C 折り返しミラー
9 ガラス部材(共役状態切替部)
10,20,30 顕微鏡装置
11 第2リレー光学系
13 対物レンズ
15 制御部(変調領域調節部)
P 瞳位置
S 標本
Claims (5)
- 光源からの照明光の波面を変調可能な空間光変調部と、
互いに交差する2つの方向に光を偏向可能な2つの偏向手段を有し、前記空間光変調部から出射された照明光を偏向して2次元的に走査させるスキャナと、
該スキャナにより走査された照明光を標本に照射する対物レンズと、
該スキャナにより偏向された照明光を前記対物レンズに導くリレー光学系と、
前記対物レンズの瞳位置と一方の前記偏向手段の偏向面とが光学的に共役関係を有する第1共役状態と、前記対物レンズの瞳位置と前記2つの偏向手段の各偏向面の間の位置とが光学的に共役関係を有する第2共役状態とを切り替え可能な共役状態切替部と、
前記第1共役状態において、前記空間光変調部上の像を固定して他方の前記偏向手段により前記照明光を偏向させたと仮定した場合における前記対物レンズの瞳位置にリレーされる像の移動方向とは逆方向に、前記他方の偏向手段による偏向を停止させた状態を仮定した場合における前記対物レンズの瞳位置の像が移動するように、前記他方の偏向手段による偏向に応じて、前記空間光変調部上の像を形成する前記波面の変調領域を移動させる変調領域調節部とを備え、
前記空間光変調部が、前記第1共役状態において前記一方の偏向手段の偏向面と光学的に共役関係を有する顕微鏡装置。 - 前記2つの偏向手段が、非平行な2つの軸線回りにそれぞれ搖動可能な2枚の搖動ミラーである請求項1に記載の顕微鏡装置。
- 前記共役状態切替部が、空気と異なる屈折率を有し、前記スキャナと前記リレー光学系との間の光路上に挿脱可能に形成されている請求項1または請求項2に記載の顕微鏡装置。
- 前記リレー光学系が、前記対物レンズの瞳位置に像を縮小または拡大してリレーする投影倍率を有し、
前記共役状態切替部が、前記リレー光学系を光軸方向に移動可能に形成されている請求項1または請求項2に記載の顕微鏡装置。 - 前記スキャナが、前記空間光変調部からの入射光軸と前記2つの偏向手段間の光軸とが平行になるように、前記空間光変調部からの照明光を前記入射光軸を含む平面に沿って折り返して一方の前記偏向手段の偏向面に入射させる折り返しミラーを備え、
前記共役状態切替部が、前記折り返しミラーおよび前記一方の偏向手段を前記入射光軸に沿う方向に移動可能に形成されている請求項1に記載の顕微鏡装置。
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