JP2016045412A - 顕微鏡装置 - Google Patents

Abstract

【課題】光検出器の受光面のサイズを大きくすることなく光検出器の受光面に入射する光線の角度を低減させる技術を提供する。【解決手段】顕微鏡装置１は、対物レンズ８とＰＭＴ１２を備え、対物レンズ８の瞳をＰＭＴ１２の受光面へ投影するように構成される。顕微鏡装置１は、対物レンズ８とＰＭＴ１２との間に、光学素子９を備えている。光学素子９は、その光軸ＡＸに直交する方向にそれぞれ対物レンズ８の瞳から異なる角度で出射した光束が入射する複数の屈折面を有する。複数の屈折面は、光軸ＡＸに沿った断面において、光軸ＡＸに近い屈折面ほど光軸ＡＸと大きな角度をなす直線形状を有する。さらに、複数の屈折面のうちの光軸ＡＸ上の屈折面は、光軸ＡＸと直交する。【選択図】図１

Description

本発明は、顕微鏡装置に関し、特に、角度特性を有する光検出器を備えた顕微鏡装置に関する。

近年、例えば、生きているマウス脳の海馬など、生体組織の深部を観察する要求が大きくなっている。生体組織は強散乱体であるため、生体組織の観察には、低侵襲かつ散乱透過性の高い近赤外光の使用が好適であり、近赤外光を使用する多光子励起レーザ走査型顕微鏡（以下、MPE-LSMと記す）が注目されている。

近赤外光で生体組織を励起した場合であっても、生体組織から生じた蛍光の生体組織内での散乱を防止することはできない。このため、MPE-LSMでは、生体組織内で散乱し広い範囲に拡散した蛍光を効率よく光検出器まで導くための様々な工夫が提案されている。

例えば、軸外光線のケラレが少なくなるように、生体組織から光検出器までの光路中に配置された、対物レンズ、リレー光学系及びフィルタなどの光学素子の有効径を大きくするといった工夫が知られている。また、特許文献１には、検出素子を収納するハウジングによる軸外光線のケラレを抑制する技術が開示されている。

特開２０１３−１５６４６７号公報

ところで、軸外光線は、光軸に対して傾斜した状態で対物レンズの瞳に入射する。このため、対物レンズの瞳を光電子増倍管（以降、ＰＭＴと記す）などの光検出器の受光面に投影するMPE-LSMでは、軸外光線は、受光面にも光軸に対して傾斜した状態で入射する。また、ＰＭＴには、角度特性（以降、アンギュラーレスポンスと記す。）があり、大きな光線角度で入射した光に対して低い検出効率を示す。従って、MPE-LSMでは、軸外光線の検出効率が低くなってしまう。

特に、深部観察における軸外光線の検出効率の低下は顕著である。これは、第１に、生体組織のより深い部位を観察するほど蛍光が散乱により広い範囲に拡散するからである。広く拡散するほど軸外光線が受光面に入射する際の光線角度も大きくなるため、ＰＭＴでの検出効率も低下することになる。第２に、深部観察用の対物レンズが一般に低倍高ＮＡ（Numerical Aperture）といった特徴を有し、ＰＭＴの受光面のサイズよりも大きな瞳径（＝２・ＮＡ・ｆ）を有しているのが通常であるからである。MPE-LSMでは、対物レンズの瞳は受光面に縮小して投影される。これにより、受光面に入射するときの光線角度が対物レンズの瞳に入射するときの光線角度に比べて、１／投影倍率（横倍率）に拡大されるため、ＰＭＴでの検出効率がさらに低下することになる。

このため、検出効率の低下を抑制するため、ＰＭＴに入射する光線角度を抑える技術が求められている。なお、より大きなサイズの受光面を有するＰＭＴを用いた上で、対物レンズの瞳を受光面に投影する倍率を従来よりも大きくすることで、受光面に入射する光線の角度を抑えることが可能である。しかしながら、その場合、装置の大型化、製造原価の高騰、多チャンネル化への対応の困難化、といった別の課題が生じてしまう。

以上のような実情を踏まえ、本発明は、光検出器の受光面のサイズを大きくすることなく光検出器の受光面に入射する光線の角度を低減させる技術を提供することを目的とする。

本発明の第１の態様は、対物レンズと光検出器を備え、前記対物レンズの瞳を前記光検出器の受光面へ投影する顕微鏡装置において、前記対物レンズと前記光検出器との間に配置された光学素子であって、前記光学素子の光軸に直交する方向にそれぞれ前記対物レンズの瞳から異なる角度で出射した光束が入射する複数の屈折面を有する光学素子を含み、前記複数の屈折面は、前記光軸に沿った断面において、前記光軸に近い屈折面ほど前記光軸と大きな角度をなす直線形状を有し、前記複数の屈折面のうちの前記光軸上の屈折面は、前記光軸と直交する顕微鏡装置を提供する。

本発明の第２の態様は、第１の態様に記載の顕微鏡装置において、前記複数の屈折面は、前記光軸と直交する方向に所定のピッチで形成され、前記所定のピッチは、前記対物レンズの瞳から平行光束として出射した光束が前記光学素子に入射するときの光束径以上である顕微鏡装置を提供する。

本発明の第３の態様は、第２の態様に記載の顕微鏡装置において、前記所定のピッチは、前記対物レンズの瞳から平行光束として出射した光束が前記光学素子に入射するときの光束径である顕微鏡装置を提供する。

本発明の第４の態様は、第１の態様乃至第３の態様のいずれか１つに記載の顕微鏡装置において、さらに、前記光学素子と前記光検出器との間に、前記光学素子を前記光検出器の受光面へ投影するリレー光学系を備え、前記光学素子は、前記対物レンズの瞳から異なる角度で出射した光束のそれぞれを前記光軸と平行な光束に近づくように変換して前記リレー光学系に入射させる顕微鏡装置を提供する。

本発明の第５の態様は、第１の態様乃至第３の態様のいずれか１つに記載の顕微鏡装置において、さらに、前記対物レンズと前記光学素子との間に、前記対物レンズの瞳を前記光学素子へ投影するリレー光学系を備え、前記リレー光学系は、前記対物レンズの瞳から異なる角度で出射した光束のそれぞれを前記光学素子の異なる屈折面に入射させる顕微鏡装置を提供する。

本発明の第６の態様は、第１の態様乃至第３の態様のいずれか１つに記載の顕微鏡装置において、さらに、前記対物レンズと前記光学素子との間に、前記対物レンズの瞳から出射した平行光束を収斂させる結像レンズを備え、前記光検出器は、前記光学素子と前記結像レンズの後側焦点面との間に配置される顕微鏡装置を提供する。

本発明の第７の態様は、対物レンズと、光検出器と、前記対物レンズと前記光検出器の間に配置された光学素子であって、前記光学素子の光軸に直交する方向にそれぞれ前記対物レンズの瞳から異なる角度で出射した光束が入射する複数の屈折面を有する光学素子と、前記光学素子と前記光検出器の間に配置された、前記光学素子を前記光検出器の受光面へ投影するリレー光学系と、を含み、前記複数の屈折面の各々は、入射光束を前記光軸と平行な光束に近づくように変換する顕微鏡装置を提供する。

本発明によれば、光検出器の受光面のサイズを大きくすることなく光検出器の受光面に入射する光線の角度を低減させる技術を提供することができる。

実施例１に係る顕微鏡装置の構成を例示した図である。 実施例１に係る光学素子の構成について説明するための図である。 実施例１に係る光検出装置の構成を例示した図である。 実施例１に係る光学素子の屈折面が球面形状である場合において、図３に示す領域Ａを拡大した図である。 実施例１に係る光学素子の屈折面が直線形状である場合において、図３に示す領域Ａを拡大した図である。 屈折面のピッチが入射光束径よりも小さい光学素子を例示した図である。 実施例２に係る光検出装置の構成を例示した図である。 実施例３に係る光検出装置の構成を例示した図である。

図１は、本実施例に係る顕微鏡装置１の構成を例示した図である。顕微鏡装置１は、多光子励起レーザ走査型顕微鏡であり、図示しないステージに配置されたサンプルＳを上方から観察する正立顕微鏡である。顕微鏡装置１では、落射照明が採用されていて、サンプルＳからの検出光である蛍光（軸上光束Ｌ２、軸外光束Ｌ３、軸外光束Ｌ４）を取り込む対物レンズ８を介して、照明光（励起光）であるレーザ光Ｌ１が標本Ｓに照射される。なお、図１では、レーザ光Ｌ１は実線で、蛍光のうち軸上光束Ｌ２は長破線で、軸外光束Ｌ３、軸外光束Ｌ４はそれぞれ点線、破線で示されている。

顕微鏡装置１は、照明光路上であって対物レンズ８の瞳の位置と光学的に共役な位置（瞳共役位置）にガルバノスキャナ３を備え、且つ、検出光路上にノンデスキャン検出器としてＰＭＴ１２を備える走査型顕微鏡である。

顕微鏡装置１は、照明光路上に、近赤外光であるレーザ光Ｌ１を出射するレーザ２と、レーザ光Ｌ１で標本Ｓを走査するための走査手段であるガルバノスキャナ３と、対物レンズ８の瞳をガルバノスキャナ３にリレーするリレー光学系を構成する瞳投影レンズ４及び結像レンズ５と、レーザ光Ｌ１を対物レンズ８の光軸方向に偏向させるミラー６と、レーザ光Ｌ１の光路と蛍光（軸上光束Ｌ２、軸外光束Ｌ３、軸外光束Ｌ４）の光路とを波長によって分岐させる波長分岐素子であるダイクロイックミラー７と、対物レンズ８を備えている。なお、ダイクロイックミラー７は、レーザ光Ｌ１を透過させ蛍光を反射させるダイクロイックミラーである。

顕微鏡装置１は、検出光路上に、対物レンズ８と、ダイクロイックミラー７と、光学素子９と、光学素子９をＰＭＴ１２の受光面へ投影するリレー光学系を構成するリレーレンズ１０及びリレーレンズ１１と、光検出器であるＰＭＴ１２を備えている。即ち、顕微鏡装置１では、これらが光検出装置として機能する。なお、リレーレンズ１０及びリレーレンズ１１からなるリレー光学系は、光学素子９をＰＭＴ１２の受光面に縮小して投影するリレー倍率を有している。また、光学素子９及びリレー光学系は、対物レンズ８の瞳をＰＭＴ１２の受光面に投影するように構成されていて、対物レンズ８の瞳をＰＭＴ１２の受光面に縮小して投影するリレー倍率を有している。これにより、低倍で高ＮＡを有する対物レンズ８の瞳がＰＭＴ１２の受光面の範囲内に投影される。

以上のように構成された顕微鏡装置１では、対物レンズ８の瞳がＰＭＴ１２にリレーされるため、軸上から対物レンズ８に入射した蛍光に加えて軸外から対物レンズ８に入射した蛍光もＰＭＴ１２で検出することができる。また、顕微鏡装置１では、対物レンズ８とリレー光学系（リレーレンズ１０及びリレーレンズ１１）の間に光学素子９が配置されているため、軸上から対物レンズ８に入射した蛍光だけでなく、軸外から対物レンズ８に入射した蛍光も、ＰＭＴ１２の受光面に光軸ＡＸと平行に近い角度で入射する。このため、ＰＭＴ１２のアンギュラーレスポンスに起因する検出効率の低下を抑制することができる。

図２は、光学素子９の構成について説明するための図である。図３は、顕微鏡装置１に含まれる光検出装置１ａの構成を例示した図である。以下、図２及び図３を参照しながら、光学素子９により、ＰＭＴ１２の受光面のサイズを大きくすることなく、アンギュラーレスポンスに起因する検出効率の低下が抑制されることについて詳細に説明する。

光学素子９は、図２に示すように、対物レンズ８に向けられた第１の光学面と、第１の光学面とは反対側にある第２の光学面とを有している。第２の光学面は、光軸ＡＸと直交する平面である。一方、第１の光学面は、光学素子９の光軸ＡＸに直交する方向（例えば、図１に示すＸ方向。以降、直交方向と記す）に、それぞれ対物レンズ８の瞳から異なる角度で出射した光束が入射する複数の屈折面ＲＳを有している。

複数の屈折面ＲＳは、直交方向に所定のピッチＰで形成されている。このピッチＰ（つまり、複数の屈折面ＲＳの各々の直交方向の幅）は、図３に示すように、対物レンズ８の瞳ＰＬから平行光束として出射した光束が光学素子９に入射するときの光束径である。なお、顕微鏡装置１では、対物レンズ８から出射した平行光束が光学素子９に直接入射するため、ピッチＰは、対物レンズ８の瞳径である。

さらに、複数の屈折面ＲＳは、光軸ＡＸに沿った断面（例えば、ＸＺ断面）において、光軸ＡＸとなす角度（角度θ０≠θ１≠θ２）が異なる直線形状を有している。複数の屈折面ＲＳは、光軸ＡＸに近い屈折面ＲＳほど、光軸ＡＸに沿った断面において、光軸ＡＸに対して大きく傾斜して、大きな角度をなしている（θ０＞θ１＞θ２）。そして、光軸ＡＸ上の屈折面ＲＳは、光軸ＡＸと直交している（即ちθ０＝９０°）。なお、図２では、光学素子９は、屈折面ＲＳが形成される各領域の最大厚さｔが一定となるように構成されている。このため、光学素子９には、光軸ＡＸに遠いほど、屈折面ＲＳによって深い溝が形成されている。

以上のように構成された光学素子９は、図３に示すように、対物レンズ８の瞳ＰＬから異なる角度で出射した光束のそれぞれを光軸ＡＸと平行な光束に近づくように変換してリレー光学系に入射させる。より詳細には、複数の屈折面ＲＳの各々が、光軸ＡＸから離れた屈折面ＲＳほど大きく入射光束（平行光束）を屈折させて、光軸ＡＸと平行な光束に近づくように変換する。ここでは、対物レンズ８の瞳ＰＬから大きな角度で出射した平行光束ほど、つまり、光軸ＡＸから離れた軸外の点（例えば、点Ｓ１）からの軸外光束ほど、光軸ＡＸから離れた屈折面ＲＳに入射して大きく屈折する。一方、対物レンズ８の瞳ＰＬから光軸ＡＸと平行に出射した平行光束、つまり、光軸ＡＸ上の点Ｓ０から生じた軸上光束は、光軸ＡＸ上の屈折面ＲＳに入射し、屈折することなく光学素子９を透過する。これにより、光学素子９から出射した軸上光束と軸外光束はともに、光軸ＡＸと略平行な平行光束としてリレー光学系に入射することになるため、ＰＭＴ１２にも光軸ＡＸと略平行な平行光束として入射する。

従って、顕微鏡装置１では、光学素子９によりリレー光学系に入射する光束の光線角度を小さく抑えることで、リレー光学系で光束径が縮小され光線角度が拡大されるにも関わらず、軸上光束と軸外光束をともに小さな光線角度でＰＭＴ１２に入射させることができる。このため、顕微鏡装置１によれば、ＰＭＴ１２の受光面のサイズを大きくすることなく、ＰＭＴ１２のアンギュラーレスポンスに起因する検出効率の低下を抑制してより明るい蛍光画像を得ることが可能となる。

図４は、光学素子９の屈折面が球面形状である場合に、図３に示す光学素子９の領域Ａを拡大した図である。図５は、光学素子９の屈折面が直線形状である場合に、図３に示す光学素子９の領域Ａを拡大した図である。以下、図４及び図５を参照しながら、光学素子９の屈折面ＲＳが光軸ＡＸに沿った断面において直線形状を有する理由について説明する。

仮に光学素子９が、図４に示すように、球面形状の屈折面ＲＳ１を有しているとすると、屈折面ＲＳ１に入射する軸外光束の主光線ＰＲとマージナル光線ＭＲとが異なる角度で屈折面ＲＳ１に入射し、軸外光束が平行光束から収斂光束に変換されてしまう。この場合、屈折面ＲＳ１からリレー光学系に入射する光束の光線角度が光束内でばらつき、その結果、ＰＭＴ１２に入射する光線角度もばらついてしまう。このため、ＰＭＴ１２での検出効率の低下を抑制することが困難になる。

一方、光学素子９が、図５に示すように、直線形状の屈折面ＲＳを有していれば、屈折面ＲＳに入射する平行光束の主光線ＰＲとマージナル光線ＭＲとが同じ角度で屈折面ＲＳに入射するため、平行光束が平行光束のまま光学素子９から出射される。この場合、屈折面ＲＳからリレー光学系に入射する光線角度は光束全体で一定である。このため、屈折面ＲＳの角度を調整してリレー光学系に入射する光線角度を光軸ＡＸと略平行にすることで、ＰＭＴ１２での検出効率の低下を抑制することができる。

即ち、光学素子９の屈折面ＲＳが光軸ＡＸに沿った断面において直線形状を有するのは、同じ屈折面ＲＳに入射した平行光束を光線高によらず同じ角度で屈折させて、平行光束を維持しつつ光線角度を変換するためである。

以上では、光学素子９に形成される屈折面ＲＳのピッチＰが、対物レンズ８の瞳ＰＬから平行光束として出射した光束が光学素子９に入射するときの光束径である場合を例示した。しかしながら、ピッチＰは、対物レンズ８の瞳ＰＬから平行光束として出射した光束が光学素子９に入射するときの光束径以上であることが望ましい。その理由について、図６を参照しながら説明する。なお、図６は、屈折面ＲＳのピッチＰが入射光束径よりも小さい光学素子１３を例示した図である。

図６に示すように、光学素子１３に形成される屈折面ＲＳのピッチＰが光学素子１３に入射するときの光束径（対物レンズ８の瞳径）よりも小さいとすると、対物レンズ８の瞳ＰＬから同じ角度で出射した平行光束が複数の屈折面ＲＳに跨って入射することになる。なお、図６では、３つの屈折面に跨って入射する例が示されている。このため、各屈折面ＲＳが直線形状を有している場合であっても、同じ角度で出射した平行光束のうちの異なる屈折面ＲＳに入射した部分毎に、異なる方向へ出射されることになる。このため、屈折面ＲＳからリレー光学系に入射する光線角度がばらつき、その結果、ＰＭＴ１２に入射する光線角度もばらついてしまう。

一方、図３に示すように、光学素子９に形成される屈折面ＲＳのピッチＰが、光学素子９に入射するときの光束径以上であれば、対物レンズ８の瞳ＰＬから同じ角度で出射した平行光束を同じ屈折面ＲＳ内に入射させることができるため、平行光束が複数の屈折面ＲＳに跨って入射することに起因する光線角度のばらつきを抑えることができる。このため、ＰＭＴ１２での検出効率の低下を効果的に抑制することができる。

なお、ピッチＰは対物レンズ８の瞳ＰＬから平行光束として出射した光束が光学素子９に入射するときの光束径以上であることが望ましいが、ピッチＰは光束径に近いことがより望ましく、光束径に等しいことがさらに望ましい。これは、ピッチＰを光束径以上という条件下においてできる限り小さくすることで、一定の大きさの光学素子９により多くの屈折面ＲＳを形成することができるからである。これにより、対物レンズ８の瞳ＰＬから様々な角度で出射する平行光束のうちのより多くを光軸ＡＸと略平行な平行光束に変換して、リレー光学系に入射させることが可能となる。このため、ＰＭＴ１２での検出効率の低下をさらに効果的に抑制することができる。

また、空間的な制約によって光学素子９を対物レンズ８の近くに配置せざるを得ない場合には、複数の屈折面ＲＳは、光束径未満のピッチＰで形成されてもよい。図３及び図６に示されるように、対物レンズ８に近いほど、瞳ＰＬから異なる角度で出射した平行光束が互いに重なる部分が多くなり、その結果、角度が大きく異なる光束が同じ屈折面に入射することになる。角度が大きく異なる光束が単一の屈折面に入射すると、その屈折面から出射した光束の角度のばらつきも大きくなってしまう。このため、単一の屈折面に複数の光束が入射する場合であっても、できる限りそれらの光束の角度差を小さくすることが望ましい。ピッチＰを小さくすることで単一の屈折面に入射する光束間の角度差を小さくすることができる。以上を踏まえて、複数の屈折面ＲＳは、対物レンズ８と光学素子９の間の距離に応じたピッチＰで形成されても良い。

本実施例に係る顕微鏡装置は、図３に示す光検出装置１ａの代わりに、図７に示す光検出装置１ｂを備える点が、図１に示す実施例１に係る顕微鏡装置１と異なっている。その他の構成は、顕微鏡装置１と同様である。

図７に示す光検出装置１ｂは、対物レンズ８側から、結像レンズ１４及びフライアイレンズ１５からなるリレー光学系と、光学素子１６と、ＰＭＴ１２を備えている。リレー光学系及び光学素子１６は、対物レンズ８の瞳ＰＬをＰＭＴ１２の受光面に投影するように構成されている。なお、光学素子１６は、図３に示す光学素子９と同じ光学素子であり、複数の屈折面ＲＳをＰＭＴ１２側に向けて配置したものである。

結像レンズ１４及びフライアイレンズ１５からなるリレー光学系は、対物レンズ８と光学素子１６の間に配置されて、対物レンズ８の瞳ＰＬを光学素子１６へ投影するように構成されている。フライアイレンズ１５は、光軸ＡＸと直交する方向に複数のレンズ要素を有し、各レンズ要素の径は、光学素子１６に形成された屈折面ＲＳのピッチＰと同程度に形成されている。

光検出装置１ｂでは、対物レンズ８の瞳ＰＬから異なる角度で出射した平行光束の各々は、結像レンズ１４により一旦集光し（つまり、中間像を形成し）、その後、フライアイレンズ１５の各レンズ要素に入射する。そして、フライアイレンズ１５のレンズ要素で光軸ＡＸと略平行な平行光束に変換されて、リレー光学系から出射される。その結果、対物レンズ８の瞳ＰＬから異なる角度で出射した複数の平行光束は、光軸ＡＸと直交する方向の異なる位置から光軸ＡＸと略平行な平行光束として出射する。

光学素子１６は、光軸ＡＸと直交する方向に並んだ複数の平行光束をそれぞれ異なる屈折面ＲＳで屈折させて、それらをＰＭＴ１２の受光面に重ねて照射する役割を担っている。

以上のように構成された光検出装置１ｂを備える顕微鏡装置では、対物レンズ８の瞳がＰＭＴ１２にリレーされるため、顕微鏡装置１と同様に、軸上から対物レンズ８に入射した蛍光に加えて軸外から対物レンズ８に入射した蛍光もＰＭＴ１２で検出することができる。また、フライアイレンズ１５の各レンズ要素により変換された光軸ＡＸと略平行な平行光束を、光学素子１６によりＰＭＴ１２の受光面の同じ領域に重ねて照射することができる。このため、ＰＭＴ１２の受光面のサイズをフライアイレンズ１５のレンズ要素の径程度に抑えることができる。さらに、光学素子１６とＰＭＴ１２の間の距離を長くとり、さらにそれに応じて屈折面ＲＳの角度を調整することで、軸外光束がＰＭＴ１２に入射する角度も抑えることができる。

従って、本実施例に係る顕微鏡装置によれば、実施例１に係る顕微鏡装置１と同様に、ＰＭＴ１２の受光面のサイズを大きくすることなく、ＰＭＴ１２のアンギュラーレスポンスに起因する検出効率の低下を抑制することができる。

本実施例に係る顕微鏡装置は、図３に示す光検出装置１ａの代わりに、図８に示す光検出装置１ｃを備える点が、図１に示す実施例１に係る顕微鏡装置１と異なっている。その他の構成は、顕微鏡装置１と同様である。

図８に示す光検出装置１ｃは、対物レンズ８側から、結像レンズ１７と、光学素子１８と、ＰＭＴ１２を備えている。結像レンズ１７は、対物レンズ８の瞳ＰＬから出射した平行光束を収斂させるレンズであり、長い焦点距離を有している。光学素子１８は、図３に示す光学素子９と同じ光学素子であり、複数の屈折面ＲＳをＰＭＴ１２側に向けて配置したものである。ＰＭＴ１２は、光学素子１８と結像レンズ１７の後側焦点面（像面ＩＭ）との間に配置されている。

光検出装置１ｃでは、対物レンズ８の瞳ＰＬから異なる角度で出射した平行光束の各々は、結像レンズ１７で光軸ＡＸと略平行な収斂光束に変換される。結像レンズ１７は長い焦点距離を有しているため、収斂光束の各々は、結像レンズ１７から小さな出射ＮＡで出射され、その後、光学素子１８の各屈折面ＲＳに入射する。

光学素子１８は、光軸ＡＸと直交する方向に並んだ複数の収斂光束をそれぞれ異なる屈折面ＲＳで屈折させて、それらを結像レンズ１７の後側焦点面の手前に配置されたＰＭＴ１２の受光面に重ねて照射する役割を担っている。これにより、対物レンズ８の瞳ＰＬが結像レンズ１７及び光学素子１８によってＰＭＴ１２の受光面に投影される。

以上のように構成された光検出装置１ｃを備える顕微鏡装置では、対物レンズ８の瞳がＰＭＴ１２にリレーされるため、顕微鏡装置１と同様に、軸上から対物レンズ８に入射した蛍光に加えて軸外から対物レンズ８に入射した蛍光もＰＭＴ１２で検出することができる。また、結像レンズ１７で変換された光軸ＡＸと略平行な平行光束を、光学素子１８によりＰＭＴ１２の受光面の同じ領域に重ねて照射することができる。このため、ＰＭＴ１２の受光面のサイズを結像レンズ１７の有効径に比べて小さくすることができる。さらに、焦点距離の長い結像レンズ１７を用いて、さらにそれに応じて屈折面ＲＳの角度を調整することで、軸外光束がＰＭＴ１２に入射する角度も抑えることができる。なお、結像レンズ１７の焦点距離は、ＰＭＴ１２のアンギュラーレスポンスの影響がほとんど無い（つまり、角度による検出効率の差が小さい）領域まで長くしてもよい。

従って、本実施例に係る顕微鏡装置によれば、実施例１に係る顕微鏡装置１及び実施例２に係る顕微鏡装置と同様に、ＰＭＴ１２の受光面のサイズを大きくすることなく、ＰＭＴ１２のアンギュラーレスポンスに起因する検出効率の低下を抑制することができる。

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。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、この明細書で説明される個別の実施例の文脈におけるいくつかの特徴を組み合わせて単一の実施例とすることができる。

各実施例では、単一のＰＭＴ１２で光を検出する例が示されているが、顕微鏡装置には、ＰＭＴ１２の前に例えばダイクロイックミラーのような波長によって光路を分岐させる波長分岐素子を配置して、分岐した光路上にＰＭＴを追加で配置してもよい。各実施例では、軸外光束と軸外光束がともにＰＭＴ１２に小さな光線角度で入射するように構成されているため、良好な波長分離が可能であり、上述した変形によって多チャンネル化を容易に実現することができる。

１ 顕微鏡装置
１ａ、１ｂ、１ｃ 光検出装置
２ レーザ
３ ガルバノスキャナ
４ 瞳投影レンズ
５、１４、１７ 結像レンズ
６ ミラー
７ ダイクロイックミラー
８ 対物レンズ
９、１３、１６、１８ 光学素子
１０、１１ リレーレンズ
１２ ＰＭＴ
１５ フライアイレンズ
Ｓ０、Ｓ１ 点
Ｓ サンプル
ＰＬ 瞳
ＲＳ、ＲＳ１ 屈折面
Ａ 領域
ＡＸ 光軸
ＩＭ 像面

Claims (7)

1. 対物レンズと光検出器を備え、前記対物レンズの瞳を前記光検出器の受光面へ投影する顕微鏡装置において、
   前記対物レンズと前記光検出器との間に配置された光学素子であって、前記光学素子の光軸に直交する方向にそれぞれ前記対物レンズの瞳から異なる角度で出射した光束が入射する複数の屈折面を有する光学素子を含み、
   前記複数の屈折面は、前記光軸に沿った断面において、前記光軸に近い屈折面ほど前記光軸と大きな角度をなす直線形状を有し、
   前記複数の屈折面のうちの前記光軸上の屈折面は、前記光軸と直交する
   ことを特徴とする顕微鏡装置。
2. 請求項１に記載の顕微鏡装置において、
   前記複数の屈折面は、前記光軸と直交する方向に所定のピッチで形成され、
   前記所定のピッチは、前記対物レンズの瞳から平行光束として出射した光束が前記光学素子に入射するときの光束径以上である
   ことを特徴とする顕微鏡装置。
3. 請求項２に記載の顕微鏡装置において、
   前記所定のピッチは、前記対物レンズの瞳から平行光束として出射した光束が前記光学素子に入射するときの光束径である
   ことを特徴とする顕微鏡装置。
4. 請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の顕微鏡装置において、さらに、
   前記光学素子と前記光検出器との間に、前記光学素子を前記光検出器の受光面へ投影するリレー光学系を備え、
   前記光学素子は、前記対物レンズの瞳から異なる角度で出射した光束のそれぞれを前記光軸と平行な光束に近づくように変換して前記リレー光学系に入射させる
   ことを特徴とする顕微鏡装置。
5. 請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の顕微鏡装置において、さらに、
   前記対物レンズと前記光学素子との間に、前記対物レンズの瞳を前記光学素子へ投影するリレー光学系を備え、
   前記リレー光学系は、前記対物レンズの瞳から異なる角度で出射した光束のそれぞれを前記光学素子の異なる屈折面に入射させる
   ことを特徴とする顕微鏡装置。
6. 請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の顕微鏡装置において、さらに、
   前記対物レンズと前記光学素子との間に、前記対物レンズの瞳から出射した平行光束を収斂させる結像レンズを備え、
   前記光検出器は、前記光学素子と前記結像レンズの後側焦点面との間に配置される
   ことを特徴とする顕微鏡装置。
7. 対物レンズと
   光検出器と、
   前記対物レンズと前記光検出器の間に配置された光学素子であって、前記光学素子の光軸に直交する方向にそれぞれ前記対物レンズの瞳から異なる角度で出射した光束が入射する複数の屈折面を有する光学素子と、
   前記光学素子と前記光検出器の間に配置された、前記光学素子を前記光検出器の受光面へ投影するリレー光学系と、を含み、
   前記複数の屈折面の各々は、入射光束を前記光軸と平行な光束に近づくように変換する
   ことを特徴とする顕微鏡装置。