JP2015225120A - 顕微鏡装置 - Google Patents

Abstract

【課題】観察視野範囲の全域にわたり、光刺激による標本の反応を観察する。【解決手段】光源１から発せられた照明光および刺激光を集光して標本Ｓに照射する対物レンズ１５と、対物レンズ１５の瞳位置と光学的に共役な位置に配置され、対物レンズ１５により標本Ｓに照射される刺激光の位相を変調可能な位相変調部５と、対物レンズ１５により照明光が照射された標本Ｓから戻る戻り光を検出して標本Ｓの画像を取得するとともに観察視野範囲を設定する制御部２５とを備え、刺激光の照射による光刺激を伴う観察用の画像を取得する刺激用の観察視野範囲として、制御部２５が位相変調部５により位相変調が施された刺激光に含まれる０次光に相当する位置付近を含まない範囲を設定するよう刺激用の観察視野範囲が制限さている顕微鏡装置２０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、位相変調型の空間光変調器（ＳＬＭ：Ｓｐａｔｉａｌ Ｌｉｇｈｔ Ｍｏｄｕｌａｔｏｒ）により任意の光パターンを標本面上に形成するパターン照射装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。空間光変調器により位相変調が施されて標本に照射される光には、位相変調の影響を受けない０次光が含まれる。そのため、特許文献１に記載のレーザ加工装置は、標本と共役な位置の光軸上に遮蔽部材を配置し、空間光変調器により位相変調が施された光に含まれる０次光を遮蔽部材によりカットして、位相変調された光軸周りのパターンのみを標本に照射させることとしている。

特開２０１１−１７０３３８号公報

しかしながら、特許文献１に記載のパターン照射装置は、標本に照射される光の０次光を遮蔽部材により遮光するため、標本における照射範囲の中心に光の照射による刺激を与えることができないという不都合がある。そして、標本における光の照射範囲の中心も含めて観察視野範囲とするため、標本の観察視野範囲に光刺激による影響を受けていない部分が含まれる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、観察視野範囲の全域にわたり、光刺激による標本の反応を観察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、光源から発せられた照明光および刺激光を集光して標本に照射する対物レンズと、該対物レンズの瞳位置と光学的に共役な位置に配置され、前記対物レンズにより標本に照射される刺激光の位相を変調可能な位相変調部と、前記対物レンズにより照明光が照射された標本から戻る戻り光を検出して該標本の画像を取得する画像取得部と、該画像取得部の観察視野範囲を設定する観察視野範囲設定部とを備え、前記画像取得部により刺激光の照射による光刺激を伴う観察用の画像を取得する刺激用の観察視野範囲として、前記観察視野範囲設定部が前記位相変調部により位相変調が施された刺激光に含まれる０次光に相当する位置付近を含まない範囲を設定するよう、前記刺激光の照射範囲および／または前記刺激用の観察視野範囲が制限されている顕微鏡装置を提供する。

本発明によれば、光源から発せられた照明光が対物レンズによって標本に照射されることにより、標本から戻る戻り光が画像取得部によって検出されて標本の画像が取得される。また、光源から発せられ位相変調部によって位相変調された刺激光が対物レンズによって標本に照射されることにより、その位相変調パターンに応じた標本の複数の照射位置が同時に光刺激される。したがって、観察視野範囲設定部により設定された刺激用の観察視野範囲に基づいて画像取得部により取得された光刺激を伴う観察用の画像において、標本の所望の刺激位置を指定して刺激光を照射するとともに、刺激光の照射による標本の反応を観察することができる。

ここで、空間光変調器のような位相変調部により位相変調が施されて出射される光には、位相変調の影響を受けない０次光が含まれている。そのため、標本における刺激光の０次光に相当する位置付近は、所望の位相変調パターンで光刺激することができない。これに対し、刺激光の照射範囲および／または刺激用の観察視野範囲の制限により、観察視野範囲設定部が位相変調部により位相変調が施された刺激光の０次光に相当する位置付近を含まない範囲を刺激用の観察視野範囲として設定することで、所望の位相変調パターンで刺激光を照射可能な範囲を全域とする光刺激を伴う観察用の画像により標本の刺激位置を指定して観察することができる。したがって、観察視野範囲の全域にわたり、光刺激による標本の反応を観察することができる。

上記発明においては、非平行な２つの軸線回りにそれぞれ揺動可能な２枚の揺動ミラーを有し、前記対物レンズにより前記標本に照射される照明光を２次元的に走査させる走査部と、該走査部の前記揺動ミラーの揺動角を制御する制御部とを備え、前記観察視野範囲設定部が、前記刺激光に含まれる０次光に相当する位置付近を含まないように制限した走査範囲を前記刺激用の観察視野範囲として前記制御部に対して設定し、前記制御部は、前記制限された走査範囲内で前記走査部による照明光の走査を行うように前記揺動ミラーを制御することとしてもよい。

このように構成することで、制御部により揺動ミラーの揺動角が制御されて、観察視野範囲設定部により刺激光に含まれる０次光に相当する位置付近が含まれないように制限された走査範囲内で照明光を走査される。したがって、刺激を伴う観察用として、刺激光の０次光に相当する位置付近を含まない画像を簡易に取得することができる。

上記発明においては、前記対物レンズと前記位相変調部とが、該位相変調部により位相変調が施された刺激光に含まれる０次光を前記対物レンズの光軸に対して該光軸に交差する方向にずらすように配置され、前記観察視野範囲設定部が、前記ずらされた０次光に対応する位置付近を含まないように制限した走査範囲を前記制御部に対して設定することとしてもよい。

このように構成することで、対物レンズと位相変調部との相対的な位置関係により、対物レンズの視野中心に対して刺激光の照射範囲がずれる。この場合において、制御部により、ずらされた０次光に対応する位置付近を含まないように制限された走査範囲内で照明光が走査されることで、刺激を伴う観察用として、観察視野範囲の中心を画像の中心に一致させたまま、刺激光の０次光に相当する位置付近を含まない画像を簡易に取得することができる。

上記発明においては、前記位相変調部から出射された刺激光を前記対物レンズの瞳位置にリレーするリレー光学系を備え、該リレー光学系と前記位相変調部とが、該位相変調部により位相変調が施された前記刺激光に含まれる０次光が前記リレー光学系の入射範囲から外れるよう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、位相変調部により位相変調が施された刺激光に含まれる０次光がリレー光学系から外れ、０次光を含まない光のみがリレー光学系により対物レンズの瞳位置にリレーされて標本に照射される。したがって、刺激光の０次光に相当する位置付近が刺激用の観察視野範囲に含まれないように刺激光の照射範囲を簡易に制限することができる。また、０次光に相当する位置が顕微鏡の本来の観察視野に含まれないので、観察可能な視野の全範囲を刺激用の観察視野範囲として設定することができる。

本発明によれば、観察視野範囲の全域にわたり、光刺激による標本の反応を観察す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装置を示す概略構成図である。 図１の顕微鏡装置により光刺激による標本の反応を観察する観察視野範囲の一例を示す図である。 本発明の第１実施形態の第１変形例に係る顕微鏡装置により設定する観察視野範囲の一例を示す図である。 本発明の第１実施形態の第２変形例に係る顕微鏡装置により設定する観察視野範囲の一例を示す図である。 本発明の第２実施形態に係る顕微鏡装置を示す概略構成図である。 本発明の第３実施形態に係る顕微鏡装置を示す概略構成図である。 図６の顕微鏡装置の位相変調部とリレー光学系との間の刺激光の光路を示す拡大図である。 本発明の第４実施形態に係る顕微鏡装置を示す概略構成図である。 図８の顕微鏡装置の位相変調部とリレー光学系との間の刺激光の光路を示す拡大図である。

〔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２０は、図１に示すように、レーザ光（照明光、刺激光）を発生する光源１と、光源１から発せられたレーザ光を平行光に変換するコリメートレンズ３と、平行光に変換されたレーザ光の位相を変調可能な位相変調部５と、レーザ光から０次光をカットする０次光カットフィルタ７と、レーザ光をリレーする第１リレー光学系９と、第１リレー光学系９によりリレーされたレーザ光を偏向する走査部１１と、走査部１１により偏向されたレーザ光をリレーする第２リレー光学系１３と、第２リレー光学系１３によりリレーされたレーザ光を集光して標本Ｓに照射する一方、標本Ｓから戻る戻り光を集光する対物レンズ１５とを備えている。

また、顕微鏡装置２０には、標本Ｓから戻り対物レンズ１５により集光された戻り光をレーザ光の光路から分岐させるダイクロイックミラー１７と、ダイクロイックミラー１７により分岐された戻り光をリレーする第３リレー光学系１９と、第３リレー光学系１９によりリレーされた戻り光を検出する光電子増倍管（Ｐｈｏｔｏｍｕｌｔｉｐｌｉｅｒ Ｔｕｂｅ）のような検出器２３と、走査部１１の制御や画像生成等を行う制御部（画像取得部、観察視野範囲設定部）２５と、制御部２５により生成された画像を表示するモニタ２７と、画像上で標本Ｓの刺激位置を指定し、位相変調部５に所定の変調パターンを設定する位置指定部２９とが備えられている。以下、画像を取得するために標本Ｓに照射するレーザ光を照明光といい、光刺激を与えるために標本Ｓに照射するレーザ光を刺激光という。

位相変調部５は、反射型あるいは透過型のＬＣＯＳ−ＳＬＭ（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｏｎ Ｓｉｌｉｃｏｎ − Ｓｐａｔｉａｌ Ｌｉｇｈｔ Ｍｏｄｕｌａｔｏr）のような位相変調器６と、光源１からのレーザ光を位相変調器６に向けて反射する反射ミラー４Ａと、位相変調器６からのレーザ光を第１リレー光学系９に向けて反射する反射ミラー４Ｂとにより構成されている。本実施形態においては、位相変調器６として、反射型のＬＣＯＳ−ＳＬＭを例示して説明する。

位相変調器６は、対物レンズ１５の瞳位置と光学的に共役な位置に配置されている。また、位相変調器６は、２次元的に配列された多数の微小変調素子（図示略）を備えており、これら微小変調素子ごとに入射したレーザ光に与える位相変調量を位置指定部２９により個々に制御することができるようになっている。

この位相変調器６は、位置指定部２９により設定された所定の変調パターンに基づき、入射したレーザ光の波面形状を微小変調素子ごとに位相変調により変化させることができるようになっている。これにより、位相変調器６は、標本Ｓ上での刺激光の強度分布を３次元的に変化させて、標本Ｓに所望の３次元的なパターンの刺激光を照射することができるようになっている。例えば、位相変調器６は、標本Ｓ上の一点に刺激光を照射したり、標本Ｓ上のＸＹＺ軸方向にわたる３次元的な多点に刺激光を同時に照射したりすることができる。

０次光カットフィルタ７は、第１リレー光学系９における標本Ｓと共役な位置の光軸上に挿脱可能（ＩＮ／ＯＵＴ）に配置されている。
第１リレー光学系９は、位相変調部５の反射ミラー４Ｂからのレーザ光を集光する瞳投影レンズ８Ａと、瞳投影レンズ８Ａにより集光されたレーザ光を平行光に変換する結像レンズ８Ｂとにより構成されている。第１リレー光学系９と位相変調部５の反射ミラー４Ａ，４Ｂおよび位相変調器６は、位相変調器６により位相変調された刺激光の軸中心が第１リレー光学系９の入射範囲に含まれるようにそれぞれ角度調節されて設置されている。

走査部１１は、いわゆる近接ガルバノスキャナであり、互いに対向して配された２枚の揺動ミラー１０Ａ，１０Ｂを備えている。この走査部１１は、制御部２５の制御により、２枚の揺動ミラー１０Ａ，１０Ｂを相互に直交する軸線（ＸＹ）回りにそれぞれ揺動させて、ラスタスキャン動作によりレーザ光を偏向するようになっている。これにより、走査部１１は、揺動ミラー１０Ａ，１０Ｂの搖動動作に応じて、標本Ｓ上でレーザ光を２次元的に走査させることができるようになっている。

一方の揺動ミラー１０Ａの揺動速度は、他方の揺動ミラー１０Ｂの揺動速度に対して十分に速く設定されている。高速側の揺動ミラー１０Ａは標本Ｓ上におけるＸ方向の走査のために使用され、低速側の揺動ミラー１０Ｂは標本Ｓ上におけるＹ方向の走査のために使用される。これら揺動ミラー１０Ａ，１０Ｂは、図示しないモータにより軸線回りに揺動させられるようになっている。

第２リレー光学系１３は、走査部１１からのレーザ光を集光する瞳投影レンズ１２と、瞳投影レンズ１２により集光されたレーザ光を平行光に変換する結像レンズ１４とにより構成されている。

ダイクロイックミラー１７は、第２リレー光学系１３からのレーザ光を対物レンズ１５に向けて反射する一方、対物レンズ１５により集光された戻り光を第３リレー光学系１９に向けて透過させるようになっている。

制御部２５は、走査部１１のモータに対して、各揺動ミラー１０Ａ，１０Ｂの揺動角度を指令する角度指令信号を出力するようになっている。また、制御部２５は、検出器２３により検出された戻り光の強度情報とその検出時の走査部１１によるレーザ光の走査位置情報とに基づいて、標本Ｓの２次元的な画像を生成するようになっている。

また、制御部２５は、光刺激を伴わない観察と光刺激を伴う観察とで観察視野範囲を切り替えて設定し、その観察視野範囲で照明光を走査させるよう走査部１１を制御するようになっている。すなわち、制御部２５は、光刺激を伴わない観察の場合は、本来の観察可能な範囲、すなわち、走査部１１により走査可能な範囲を観察視野範囲として設定するようになっている。また、制御部２５は、設定した観察視野範囲で照明光を走査させるよう、走査部１１の各揺動ミラー１０Ａ，１０Ｂの揺動角度を制御するようになっている。以下、光刺激を伴わない観察時に設定する観察視野範囲を「通常の観察視野範囲」という。

一方、制御部２５は、光刺激を伴う観察の場合は、位相変調器６により位相変調が施された刺激光に含まれる０次光に相当する位置付近を含まないように制限した走査範囲を観察視野範囲として設定するようになっている。そして、制御部２５は、設定した走査範囲内で照明光を走査させるよう、各揺動ミラー１０Ａ，１０Ｂの搖動角度を通常の観察視野範囲設定時よりも狭い角度に制限するようになっている。以下、光刺激を伴う観察時に設定する観察視野範囲を「刺激用の観察視野範囲」という。

これにより、制御部２５は、光刺激を伴わない観察の場合は、図２に示すような通常の観察視野範囲に基づく画像を取得するようになっている。一方、光刺激を伴う観察の場合は、図２に示すような刺激用の観察視野範囲に基づく画像（光刺激を伴う観察用の画像）、すなわち、位相変調器６により位相変調が施された刺激光の０次光に相当する位置付近を含まない観察視野範囲の画像を取得するようになっている。図２は、走査部１１による走査範囲をＹ方向にずらすことにより、Ｙ方向の幅が通常の観察視野範囲の半分以下の大きさに制限された刺激用の観察視野範囲を例示している。

また、制御部２５は、光刺激を伴わない観察の場合は０次光カットフィルタ７を光路から脱離し、光刺激を伴う観察の場合は光路に０次光カットフィルタ７を挿入するようになっている。

位置指定部２９は、光刺激を伴う観察において、制御部２５により生成された刺激用の観察視野範囲に基づく画像上で光刺激する刺激位置を指定し、その刺激位置に応じた位相変調パターンを位相変調器６に設定するようになっている。なお、標本Ｓの画像を取得する場合は、位相変調器６を作動させないようになっている。

このように構成された顕微鏡装置２０の作用について説明する。
まず、本実施形態に係る顕微鏡装置２０により光刺激を伴わない観察を行う場合について説明する。
この場合は、制御部２５により、照明光の光路から０次光カットフィルタを脱離するとともに、走査部１１に角度指令信号を出力して通常の観察視野範囲を設定する。そして、位相変調器６を作動させずに光源１から照明光を発生させる。

光源１から発せられたレーザ光は、図１に示すように、コリメートレンズ３により平行光に変換されて反射ミラー４Ａを介して位相変調器６に入射する。そして、レーザ光は、位相変調器６により位相変調を伴わずに反射され、反射ミラー４Ｂを介して第１リレー光学系９によりリレーされて走査部１１に入射する。

走査部１１においては、高速側の揺動ミラー１０Ａが揺動させられることにより、揺動ミラー１０Ａにより反射された照明光がＸ方向に走査される。そして、揺動ミラー１０ＡによるＸ方向の１走査ラインが走査されるごとに低速側の揺動ミラー１０Ｂが揺動させられることにより、揺動ミラー１０Ｂにより反射された照明光がＹ方向に走査されてＸ方向の走査ラインが切り替えられる。これにより、照明光が２次元的に走査される。

走査部１１により走査された照明光は、第２リレー光学系１３によりリレーされてダイクロイックミラー１７により反射され、対物レンズ１５により集光されて標本Ｓに照射される。これにより、標本Ｓにおける通常の観察視野範囲の全域にわたり走査部１１の動作に応じて照明光が２次元的に走査される。

照明光が照射されることにより標本Ｓから戻る戻り光は、対物レンズ１５により集光されてダイクロイックミラー１７を透過した後、第３リレーレンズ１９によりリレーされて検出器２３により検出される。

制御部２５においては、検出器２３から出力される戻り光の強度情報と走査部１１による照明光の走査位置情報とに基づいて、図２に示すような通常の観察視野範囲について、標本Ｓの２次元的な画像が生成される。制御部２５により生成された画像はモニタ２７に表示される。これにより、画像上で標本Ｓを観察することができる。

次に、光刺激を伴う観察を行う場合について説明する。
標本Ｓの画像を取得する場合は、制御部２５により、走査部１１に角度指令信号を出力して、光刺激による標本Ｓの反応を観察する刺激用の観察視野範囲が設定される。すなわち、制御部２５により、低速側の揺動ミラー１０Ｂの揺動角度範囲が制御されて、走査部１１による照明光の走査範囲が刺激光の０次光に相当する位置付近を含まない範囲に制限される。そして、照明光の光路から０次光カットフィルタを脱離させたまま、位相変調器６を作動させずに光源１から照明光を発生させる。

この場合、光刺激を伴わない観察と同様にして、標本Ｓにおける刺激用の観察視野範囲の全域にわたり走査部１１の動作に応じて刺激光が２次元的に走査され、その戻り光が検出器２３により検出される。これにより、制御部２５において、位相変調器６によって位相変調が施された刺激光の０次光に相当する位置付近を含まない刺激用の観察視野範囲に基づく画像が生成される。制御部２５により生成された画像はモニタ２７に表示される。

続いて、標本Ｓを光刺激する場合は、位置指定部２９により、モニタ２７に表示されている刺激用の観察視野範囲に基づく画像上で標本Ｓを光刺激する位置を指定し、その刺激位置に応じた位相変調パターンを位相変調器６に設定する。また、制御部２５により、刺激光の光路上に０次光カットフィルタ７を挿入し、走査部１１の揺動ミラー１０Ａ，１０Ｂをノーマル位置に固定して光源１から刺激光を発生させる。

光源１から発せられたレーザ光は、コリメートレンズ３および反射ミラー４Ａを介して位相変調器６に入射し、位相変調器６により波面が変調されて反射ミラー４Ｂを介して第１リレー光学系９によりリレーされる。第１リレー光学系９によりリレーされる刺激光は、０次光カットフィルタ７を介して走査部１１により反射される。

そして、刺激光は、第２リレー光学系１３およびダイクロイックミラー１７を介して対物レンズ１５により集光される。これにより、位相変調器６の位相変調パターンに応じて標本Ｓにおける刺激用の観察視野範囲の所望の照射位置に所望の照射形状で刺激光が照射され、その照射パターンに従って標本Ｓが刺激される。ユーザは、モニタ２７に表示されている刺激用の観察視野範囲に基づく画像により、光刺激による標本Ｓの反応を観察することができる。

ここで、ＬＣＯＳ−ＳＬＭのような位相変調器６により位相変調が施されて出射される刺激光には、位相変調の影響を受けない０次光が含まれている。そのため、標本Ｓにおける刺激光に含まれる０次光に相当する位置付近は、所望の位相変調パターンで光刺激することができない。

これに対し、本実施形態に係る顕微鏡装置２０によれば、光刺激を伴う観察の場合は、制御部２５が、図２に示す刺激用の観察視野範囲のように、位相変調器６により位相変調が施された刺激光の０次光に相当する位置付近を含まないように観察視野範囲を制限することで、所望の位相変調パターンで光刺激可能な範囲を全域とする画像により標本Ｓの刺激位置を指定して観察することができる。したがって、観察視野範囲の全域にわたり、光刺激による標本Ｓの反応を観察することができる。

本実施形態は以下のように変形することができる。
すなわち、本実施形態においては、制御部２５が、光刺激を伴う観察時に低速側の揺動ミラー１２の揺動角度範囲を制御することとしたが、第１変形例としては、制御部２５が、光刺激を伴う観察時に走査部１１による照明光の走査範囲が刺激光の０次光に相当する位置付近を含まないよう、２枚の揺動ミラー１０Ａ，１０Ｂの揺動角を制御することとしてもよい。

このようにすることで、制御部２５により、刺激を伴う観察用として、図３に示すように、走査部１１による照明光の走査範囲をＸ方向およびＹ方向に狭めて、位相変調器６により位相変調が施された刺激光の０次光に相当する位置付近を含まない画像を取得することができる。

また、第２変形例としては、対物レンズ１５と位相変調部５とを、位相変調器６により位相変調が施された刺激光に含まれる０次光を対物レンズ１５の光軸に対して交差する方向にずらすように配置することとしてもよい。この場合、例えば、反射ミラー４Ｂにより反射された刺激光に含まれる０次光が対物レンズ１５の入射範囲内で対物レンズ１５の光軸に対して交差する方向にずれた位置に入射するように、反射ミラー４Ｂの設置角度を調節することとすればよい。

そして、制御部２５が、ずらした刺激光の０次光に対応する位置付近を含まないように制限した走査範囲を刺激用の観察視野範囲として設定し、設定した刺激用の観察視野範囲内で照明光を走査させるよう、２枚の揺動ミラー１０Ａ，１０Ｂの揺動角を制御することとしてもよい。

このようにすることで、図４に示すように、対物レンズ１５と位相変調部５との相対的な位置関係により、観察視野範囲の中心に対して刺激光に含まれる０次光に相当する位置がずれる。そして、制御部２５が、ずらした０次光に対応する位置付近を含まないように制限した走査範囲内で照明光を走査させることで、刺激を伴う観察用として、観察視野範囲の中心を画像の観察視野範囲の中心に一致させたまま、刺激光の０次光に相当する位置付近が含まない画像を取得することができる。
本変形例においては、レーザ光の光軸をずらす手段として揺動ミラー１０Ａ，１０Ｂを採用することとしてもよい。

〔第２実施形態〕
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３０は、図５に示すように、光源１に代えて、画像取得用の照明光を発生する照明光源３１Ａと、光刺激用の刺激光を発生する刺激光源３１Ｂとを採用し、照明光源３１Ａを有する照明光学系３３と、刺激光源３１Ｂを有する刺激光学系３５と、これらの光路を合成するダイクロイックミラー３７とを備える点で第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。

照明光学系３３は、照明光源３１Ａと、コリメートレンズ３Ａと、走査部１１と、瞳投影レンズ１２Ａとにより構成されている。刺激光学系３５は、刺激光源３１Ｂと、コリメートレンズ３Ｂと、位相変調部５と、位相変調部５により波面が変調された刺激光を反射する反射ミラー３９と、瞳投影レンズ１２Ｂと、０次光カットフィルタ７とにより構成されている。

瞳投影レンズ１２Ａと結像レンズ１４および瞳投影レンズ１２Ｂと結像レンズ１４は、それぞれリレー光学系１３Ａ，１３Ｂを構成している。
リレー光学系１３Ｂと位相変調部５の反射ミラー４Ａ，４Ｂおよび位相変調器６は、位相変調器６により位相変調された刺激光の軸中心が反射ミラー３９を介して瞳投影レンズ１２Ｂの入射範囲に含まれるように、それぞれ角度調節されて設置されている。
ダイクロイックミラー３７は、照明光学系３３からの照明光を結像レンズ１４に向けて透過させる一方、刺激光学系３５からの刺激光を結像レンズ１４に向けて反射するようになっている。

このように構成された顕微鏡装置３０の作用について説明する。
本実施形態に係る顕微鏡装置３０により、光刺激を伴う観察において標本Ｓの画像を取得する場合は、制御部２５により走査部１１に角度指令信号を出力して刺激用の観察視野範囲を設定し、照明光源３１Ａから照明光を発生させる。

照明光源３１Ａから発せられた照明光は、コリメートレンズ３Ａにより平行光に変換された後、走査部１１により偏向されて、瞳投影レンズ１２Ａを介してダイクロイックミラー３７を透過する。そして、照明光は、刺激光と共通の光路を通り、結像レンズ１４、ダイクロイックミラー１７、対物レンズ１５を介して標本Ｓにおける刺激用の観察視野範囲に照射される。

照明光が照射された標本Ｓから戻る戻り光は、対物レンズ１５、ダイクロイックミラー１７および第３リレー光学系１９を介して光検出器２３により検出される。これにより、制御部２５において、戻り光の強度情報と照明光の走査位置情報とに基づき、位相変調器６によって位相変調が施された刺激光の０次光に相当する位置付近を含まない刺激用の観察視野範囲に基づく標本Ｓの画像が生成される。制御部２５により生成された画像はモニタ２７に表示される。

続いて、標本Ｓを光刺激する場合は、位置指定部２９により、モニタ２７に表示されている刺激用の観察視野範囲に基づく画像上で標本Ｓを光刺激する位置を指定するとともに位相変調器６に位相変調パターンを設定し、刺激光源３１Ｂから刺激光を発生させる。

刺激光源３１Ｂから発せられた刺激光は、コリメートレンズ３Ｂにより平行光に変換された後、反射ミラー４Ａを介して位相変調器６により波面が変調され、反射ミラー４Ｂ、反射ミラー３９、投影レンズ１２Ｂ、０次光カットフィルタ７を介してダイクロイックミラー３７により反射される。

そして、刺激光は、照明光と共通の光路を通り、結像レンズ１４、ダイクロイックミラー１７、対物レンズ１５を介して集光される。これにより、位相変調器６の位相変調パターンに応じて標本Ｓにおける刺激用の観察視野範囲の所望の照射位置に所望の照射形状で刺激光が照射されて、標本Ｓが刺激される。
ユーザは、モニタ２７に表示されている刺激用の観察視野範囲に基づく画像により、光刺激による標本Ｓの反応を観察することができる。

本実施形態に係る顕微鏡装置３０によれば、照明光を発する照明光源３１Ａと刺激光を発する刺激光源３１Ｂとを別個に備えることで、標本Ｓの画像取得と光刺激とを同時に行うことができる。したがって、光刺激による標本Ｓの反応を刺激用の観察視野範囲に基づく画像上で迅速に観察することができる。

〔第３実施形態〕
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４０は、図６および図７に示すように、リレー光学系１３Ｂと位相変調部５とが、位相変調器６により位相変調が施された刺激光に含まれる０次光がリレー光学系１３Ｂの入射範囲から外れるように配置され、また、刺激光学系３５が０次光カットフィルタ７を備えない点で第２実施形態と異なる。
以下、第２実施形態に係る顕微鏡装置３０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。

本実施形態においては、図７に示すように、位相変調器６により位相変調が施された刺激光が反射ミラー４Ｂにより反射されて、刺激光に含まれる０次光が瞳投影レンズ１２Ｂの入射範囲から外れ、０次光を含まない光束の残り部分が瞳投影レンズ１２Ｂの入射範囲に入射するように、反射ミラー４Ｂの設置角度が調節されている。
制御部２５は、本来の観察可能な視野の全範囲を刺激用の観察視野範囲として設定するようになっている。

このように構成された顕微鏡装置４０の作用について説明する。
本実施形態に係る顕微鏡装置４０により光刺激を伴う観察を行う場合において、画像取得については第２実施形態と同様であるので説明を省略する。
標本Ｓを光刺激する場合は、位置指定部２９により、モニタ２７に表示されている刺激用の観察視野範囲に基づく画像上で標本Ｓを光刺激する位置を指定するとともに位相変調器６に位相変調パターンを設定し、刺激光源３１Ｂから刺激光を発生させる。

刺激光源３１Ｂから発せられた刺激光は、コリメートレンズ３Ｂ、反射ミラー４Ａを介して位相変調器６により波面が変調され、反射ミラー４Ｂにより刺激光に含まれる０次光が瞳投影レンズ１２Ｂの入射範囲から外れる角度で反射される。これにより、位相変調器６により波面が変調された刺激光の内、０次光を含まない光束の残り部分が反射ミラー３９を介して瞳投影レンズ１２Ｂに入射する。

瞳投影レンズ１２Ｂに入射した刺激光は、ダイクロイックミラー３７、結像レンズ１４Ｂ、ダイクロイックミラー１７を介して、対物レンズ１５により標本Ｓに集光される。これにより、０次光を含まない光束の刺激光が位相変調器６の位相変調パターンに応じて標本Ｓに所望の照射位置に所望の照射形状で照射され、標本Ｓが刺激される。
ユーザは、モニタ２７に表示されている刺激用の観察視野範囲に基づく画像により、光刺激による標本Ｓの反応を観察することができる。

この場合において、位相変調器６により位相変調が施された刺激光の内、０次光を除くその周りの位相変調された光のみが第２リレー光学系１３により対物レンズ１５の瞳位置にリレーされて標本Ｓに照射されるので、制御部２５により生成される刺激用の観察視野範囲に基づく画像には刺激光に含まれる０次光の照射範囲が含まれない。

したがって、本実施形態に係る顕微鏡装置４０によれば、制御部２５により走査部１１の走査範囲を調整することなく、刺激光の０次光に相当する位置付近が含まれない観察視野範囲を設定することができる。これにより、観察視野範囲の全域にわたり、光刺激による標本Ｓの反応を観察することができる。

〔第４実施形態〕
次に、本発明の第４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５０は、図８に示すように、照明光源３１Ａに代えて、水銀ランプのような照明光源４１Ａを備えるとともに、検出器２３に代えて、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）カメラ等の２次元画像を撮像可能な検出器４３を備える点で第３実施形態と異なる。
以下、第１実施形態に係る顕微鏡装置２０または第３実施形態に係る顕微鏡装置４０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。

顕微鏡装置５０は、照明光源４１Ａから発せられた照明光をダイクロイックミラー１７に向けて反射する一方、標本Ｓから戻り対物レンズ１５により集光されてダイクロイックミラー１７を透過した戻り光を結像レンズ２１に向けて透過させるダイクロイックミラー４５を備えている。

ダイクロイックミラー４５は、照明光源４１Ａからの照明光の入射面にＥｘフィルタ（Ｅｘｃｉｔａｔｉｏｎ ｆｉｌｔｅｒ、励起フィルタ）を有し、結像レンズ２１への戻り光の出射面にＢＡフィルタ（Ｂａｒｒｉｅｒ ｆｉｌｔｅｒ）を有している。

また、顕微鏡装置５０は、第１リレー光学系９および走査部１１を備えず、刺激光源３１Ｂから発せられ位相変調部５により波面が変調された刺激光をリレー光学系１３によりダイクロイックミラー１７に入射させるようになっている。また、顕微鏡装置５０は、第３リレー光学系１９を備えず、標本Ｓからの戻り光を結像レンズ２１により検出器４３の撮像面に結像させるようになっている。

本実施形態においては、図９に示すように、位相変調器６により位相変調が施された刺激光が反射ミラー４Ｂにより反射されて、刺激光に含まれる０次光が瞳投影レンズ１２の入射範囲から外れ、０次光を含まない光束の残り部分が瞳投影レンズ１２の入射範囲に入射するように、反射ミラー４Ｂの設置角度が調節されている。
制御部２５は、本来観察可能な視野の全範囲を刺激用の観察視野範囲として設定するようになっている。

このように構成された顕微鏡装置５０の作用について説明する。
本実施形態に係る顕微鏡装置５０により光刺激を伴う観察において標本Ｓの画像を取得する場合は、照明光源４１Ａから照明光を発生させる。照明光源４１Ａから発せられた照明光は、ダイクロイックミラー４５により反射されてダイクロイックミラー１７を透過し、対物レンズ１５により集光されて標本Ｓに照射される。

標本Ｓから戻る戻り光は、対物レンズ１５により集光されてダイクロイックミラー１７およびダイクロイイクミラー４５を透過し、結像レンズ２１により検出器４３の撮像面に結像される。これにより、検出器４３により像が撮影されて標本Ｓの画像が取得される。検出器４３により取得された画像はモニタ２７に表示される。

続いて、標本Ｓを光刺激する場合は、位置指定部２９により、モニタ２７に表示されている刺激用の観察視野範囲に基づく画像上で標本Ｓを光刺激する位置を指定し、刺激光源３１Ｂから刺激光を発生させる。刺激光源３１Ｂから発せられた刺激光は、コリメートレンズ３Ｂおよび反射ミラー４Ａを介して位相変調器６により波面が変調され、反射ミラー４Ｂにより刺激光に含まれる０次光が瞳投影レンズ１２の入射範囲から外れる角度で反射されて、０次光を含まない光束の残り部分が瞳投影レンズ１２に入射する。

瞳投影レンズ１２に入射した刺激光は、結像レンズ１４を透過しダイクロイックミラー１７により反射されて対物レンズ１５により集光される。これにより、０次光を含まない光束の刺激光が位相変調器６の位相変調パターンに応じて標本Ｓの所望の照射位置に所望の照射形状で照射され、標本Ｓが刺激される。
ユーザは、モニタ２７に表示されている刺激用の観察視野範囲に基づく画像により、光刺激による標本Ｓの反応を観察することができる。

この場合において、位相変調器６により位相変調が施された刺激光の内、０次光を除くその周りの位相変調された光のみがリレー光学系１３により対物レンズ１５の瞳位置にリレーされて標本Ｓに照射されるので、制御部２５により生成される観察視野範囲の画像には刺激光に含まれる０次光の照射範囲が含まれない。

したがって、本実施形態に係る顕微鏡装置５０によれば、水銀ランプのような照明光源４１ＡおよびＣＣＤのような検出器４３を採用して、刺激光の０次光に相当する位置付近が含まれない観察視野範囲を簡易に設定することができる。また、標本Ｓの画像取得と光刺激とを同時に行い、光刺激による標本Ｓの反応を画像上で迅速に観察することができる。

本実施形態は以下のように変形することができる。
すなわち、本実施形態においては、位相変調器６により位相変調が施された刺激光に含まれる０次光が瞳投影レンズ１２の入射範囲から外れるように反射ミラー４Ｂの設置角度が調節されていることとした。本変形例は、これに代えて、例えば、位相変調器６により位相変調された刺激光の０次光が瞳投影レンズ１２の入射範囲に含まれるように反射ミラー４Ｂを角度調節しておき、制御部２５により、ＣＣＤのような検出器４３の有効エリアを制限することで、位相変調器６により位相変調が施された刺激光の０次光に相当する位置付近を含まないように刺激用の観察視野範囲を制限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、本発明を上記の各実施形態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、本実施形態においては、画像取得部および観察視野範囲設定部として、両方の機能を兼ねる制御部２５を例示して説明したが、これらを個々に備えることとしてもよい。

１ 光源
５ 位相変調部
１１ 走査部
１０Ａ，１０Ｂ 揺動ミラー
１３，１３Ｂ リレー光学系
１５ 対物レンズ
２０，３０，４０，５０ 顕微鏡装置
２５ 制御部（画像取得部、観察視野範囲設定部）
３１Ａ，４１Ａ 照明光源（光源）
３１Ｂ 刺激光源（光源）
Ｓ 標本

Claims (4)

1. 光源から発せられた照明光および刺激光を集光して標本に照射する対物レンズと、
   該対物レンズの瞳位置と光学的に共役な位置に配置され、前記対物レンズにより標本に照射される刺激光の位相を変調可能な位相変調部と、
   前記対物レンズにより照明光が照射された標本から戻る戻り光を検出して該標本の画像を取得する画像取得部と、
   該画像取得部の観察視野範囲を設定する観察視野範囲設定部とを備え、
   前記画像取得部により刺激光の照射による光刺激を伴う観察用の画像を取得する刺激用の観察視野範囲として、前記観察視野範囲設定部が前記位相変調部により位相変調が施された刺激光に含まれる０次光に相当する位置付近を含まない範囲を設定するよう、前記刺激光の照射範囲および／または前記刺激用の観察視野範囲が制限されている顕微鏡装置。
2. 非平行な２つの軸線回りにそれぞれ揺動可能な２枚の揺動ミラーを有し、前記対物レンズにより前記標本に照射される照明光を２次元的に走査させる走査部と、
   該走査部の前記揺動ミラーの揺動角を制御する制御部とを備え、
   前記観察視野範囲設定部が、前記刺激光に含まれる０次光に相当する位置付近を含まないように制限した走査範囲を前記刺激用の観察視野範囲として前記制御部に対して設定し、
   前記制御部は、前記制限された走査範囲内で前記走査部による照明光の走査を行うように前記揺動ミラーを制御する請求項１に記載の顕微鏡装置。
3. 前記対物レンズと前記位相変調部とが、該位相変調部により位相変調が施された刺激光に含まれる０次光を前記対物レンズの光軸に対して該光軸に交差する方向にずらすように配置され、
   前記観察視野範囲設定部が、前記ずらされた０次光に対応する位置付近を含まないように制限した走査範囲を前記制御部に対して設定する請求項２に記載の顕微鏡装置。
4. 前記位相変調部から出射された刺激光を前記対物レンズの瞳位置にリレーするリレー光学系を備え、
   該リレー光学系と前記位相変調部とが、該位相変調部により位相変調が施された前記刺激光に含まれる０次光が前記リレー光学系の入射範囲から外れるように配置されている請求項１に記載の顕微鏡装置。
   

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