JP2017090851A - シート照明顕微鏡、及び、シート照明方法 - Google Patents

Abstract

【課題】縞状の影の形成を抑制するシート照明顕微鏡及びシート照明方法を提供する。【解決手段】シート照明顕微鏡１は、検出光学系３０の光軸と略直交する方向から試料に光シートを照射する照明光学系１０と、設定変更機構２０を備える。設定変更機構２０は、照明光学系１０から出射される光シートの幅方向についての発散角度または集束角度の設定を変更する。【選択図】図１

Description

本発明は、シート照明顕微鏡、及び、シート照明方法の技術に関する。

蛍光顕微鏡の分野では、検出光学系の光軸に直交する方向から試料にレーザ光を照射して、試料中に検出光学系の光軸と直交する光シートを形成する技術が知られている。この技術は、試料に与えるダメージを抑えることができる、高い縦分解能を実現できるなどのメリットがあり、近年、注目を集めている。

上記の技術では、試料を検出光学系の光軸方向とは異なる方向から照明するため、試料中に吸収により光が透過しにくい部分や光が散乱する部分が含まれている場合には、当該部分の後方に光が入射せず、視野内に縞状の影ができてしまう。

関連技術は、例えば、特許文献１に記載されている。特許文献１には、ウォブル板やスイング・ミラーの振動運動により、時間によって異なる角度で標本物質にシート光の放射成分を照射する技術が記載されている。

特開２００８−２５０３０３号公報

特許文献１に記載の技術では、ある角度の放射成分では光が透過しない部分に妨げられて照射し得ない領域についても、他の角度の放射成分によって照射し得る。このため、光が照射されない領域を小さくすることが可能であり、縞状の影が生じにくくすることができる。しかしながら、照射角度が変化するため、照明範囲内を均一に照明することが難しい。このため、光シートを形成するシート照明顕微鏡において縞状の影の形成を抑制する新たな技術が求められている。

以上のような実情を踏まえ、本発明では、縞状の影の形成を抑制するシート照明顕微鏡及びシート照明方法を提供することを目的とする。

本発明の一態様は、検出光学系の光軸と略直交する方向から試料に光シートを照射する照明光学系と、前記照明光学系から出射される前記光シートの幅方向についての発散角度または集束角度の設定を変更する設定変更手段と、を備えるシート照明顕微鏡を提供する。

本発明の別の態様は、光シートで試料を照明するシート照明方法であって、前記光シートの幅方向についての発散角度または集束角度の設定を変更し、検出光学系の光軸と略直交する方向から前記試料に前記光シートを照射するシート照明方法を提供する。

本発明によれば、縞状の影の形成を抑制するシート照明顕微鏡及びシート照明方法を提供することができる。

実施例１に係るシート照明顕微鏡１の構成を示した図である。 物点ＯＰを光学系ＯＳにより像点ＩＰに投影する様子を示した図である。 シート照明顕微鏡１を用いて行われるシート照明方法の手順を示すフローチャートである。 実施例２に係るシート照明顕微鏡２の構成を示した図である。 実施例３に係るシート照明顕微鏡３の構成を示した図である。 実施例４に係るシート照明顕微鏡４の構成を示した図である。 実施例５に係るシート照明顕微鏡５の構成を示した図である。 実施例６に係るシート照明顕微鏡６の構成を示した図である。 実施例７に係るシート照明顕微鏡７の構成を示した図である。 実施例８に係るシート照明顕微鏡８の構成を示した図である。 実施例９に係るシート照明顕微鏡９の構成を示した図である。

［実施例１］
図１は、本実施例に係るシート照明顕微鏡１の構成を示した図である。図１（ａ）には、シート照明顕微鏡１の構成とともに光シートの幅方向に関する光線図が描かれている。図１（ｂ）には、シート照明顕微鏡１の構成とともに光シートの厚さ方向に関する光線図が描かれている。図１（ａ）及び図１（ｂ）に示すｘｙｚ座標系は、明細書における方向参照の便宜のために定義した直交座標系である。

シート照明顕微鏡１は、例えば、生体標本などの試料からの蛍光を検出する蛍光顕微鏡である。シート照明顕微鏡１は、照明光学系１０と、設定変更機構２０と、検出光学系３０と、カメラ４０と、コンピュータ５０と、モニタ５１と、入力装置（キーボード５２、マウス５３）を備えている。試料は、照明光学系１０の光軸と検出光学系３０の光軸が交わる位置の辺りに配置される。

照明光学系１０は、検出光学系３０の光軸と略直交するシート形状を有する光シートを形成し、その光シートを検出光学系３０の光軸と略直交する方向から試料に照射するように構成されている。照明光学系１０の詳細については、後述する。ここで、光シートとは、シート形状の照明領域を形成する照明光のことである。シート形状とは、光の進行方向（照明光学系１０の射出側の光軸方向、即ち、ｘ方向）に対して直交する断面（以降、光束断面と記す）が互いに直交する一方向に長く他方向に短い二次元形状を有する形状をいう。以降では、光束断面内での長さが長い方向を光シートの幅方向、短い方向を光シートの厚さ方向と記す。また、検出光学系３０の光軸と略直交するシート形状とは、進行方向と幅方向で定義される光シート面が検出光学系３０の光軸と略直交するようなシート形状をいう。本実施例では、進行方向はｘ軸方向、幅方向はｙ軸方向、厚さ方向はｚ軸方向である。この点は実施例２以降でも同様である。照明光学系１０は、図１（ａ）に示すように、幅方向に発散した光シートを形成する。

設定変更機構２０は、照明光学系１０から出射される光シートの幅方向についての発散角度の設定を変更する手段である。設定変更機構２０の詳細については、後述する。ここで、発散角度とは、照明光学系１０の射出側の光軸と照明光学系１０から出射した光シートの従属光線とがなす最大角度のことである。後述するスキャナ１５と組み合わせたときに、発散角度が大きいほど、遮光部分により近い領域にまで光が回り込むことが可能となり、縞状の影を抑制することができる。ただし、照明領域に照射される単位領域あたりのエネルギーは低下する。また、均一な照明を実現するために必要な走査幅も広くなる。このため、発散角度は、縞状の影が十分に抑制されるようなできる限り小さな角度であることが望ましい。なお、縞状の影の生じやすさは試料に応じて異なるため、縞状の影が十分に抑制される角度も試料に応じて異なる。

設定変更機構２０は、試料に応じて発散角度の設定を変更することができる。このため、照明エネルギーの過度の低下を抑えながら、縞状の影を抑制することができる。

検出光学系３０は、試料からの光（例えば、蛍光）を集光して試料の光学像をカメラ４０の受光面に形成する光学系である。検出光学系３０は、試料側から順に、対物レンズ３１と、波長選択素子３２と、結像レンズ３３を含んでいる。波長選択素子３２は、例えば、照明光がカメラ４０に入射することを防止するためのバリアフィルタである。

カメラ４０は、ＣＣＤやＣＭＯＳなどの２次元イメージセンサを備えた撮像装置であり、検出光学系３０を介して入射する光を検出して試料を撮像する。コンピュータ５０は、シート照明顕微鏡１を制御する制御装置である。コンピュータ５０では、例えば、カメラ４０の露光時間の制御、モニタ５１の表示制御などが行われる。また、コンピュータ５０は、設定変更機構２０を制御してもよい。モニタ５１は、カメラ４０が取得した試料の画像を表示する。キーボード５２及びマウス５３は、コンピュータ５０に接続されていて、シート照明顕微鏡１の利用者からの指示をコンピュータ５０に入力する入力装置である。

照明光学系１０は、レーザ１１を備えている。レーザ１１は、光シートに変換されるレーザ光を出射する光源である。照明光学系１０は、さらに、レーザ１１側から順に、第１の光学系１２と、スキャナ１５と、走査光学系１６と、を備えている。第１の光学系１２は、レーザ１１とスキャナ１５との間に配置され、レーザ光をスキャナ１５に照射する光学系である。第１の光学系１２は、レンズ１３とレンズ１４とを含み、レーザ光のビーム径を調整するように構成されている。スキャナ１５は、光シートで試料を光シートの幅方向に走査する走査手段であり、例えば、ガルバノミラー、レゾナントミラーなどの、光を偏向させる偏向面を有する回転自在なミラーである。なお、図１では、図面を簡略化するために、スキャナ１５で偏向される光の光路上の光学素子が一直線上に並べられている。

走査光学系１６は、シリンドリカルレンズ１７とシリンドリカルレンズ１８とを含み、スキャナ１５で偏向された光を試料に照射する。図１（ａ）及び図１（ｂ）に示すように、シリンドリカルレンズ１７は、ｘｙ平面内で屈折力を有し、ｘｚ平面内で屈折力を有しないように配置されている。シリンドリカルレンズ１８は、ｘｚ平面内で屈折力を有し、ｘｙ平面内で屈折力を有しないように配置されている。即ち、シリンドリカルレンズ１７とシリンドリカルレンズ１８は、シリンドリカルレンズ１７が屈折力を有する平面とシリンドリカルレンズ１８が屈折力を有する平面とが互いに直交するように配置されている。走査光学系１６は、スキャナ１５が走査光学系１６の光シート面（ｘｙ平面）における前側焦点位置に位置するように配置されている。即ち、シリンドリカルレンズ１７は、スキャナ１５がシリンドリカルレンズ１７の前側焦点位置に位置するように配置されている。シリンドリカルレンズ１７の前側焦点位置とは、試料側からシリンドリカルレンズ１７に平行光束を入射したときに光が直線状に集光する位置のことである。

照明光学系１０では、レーザ１１から出射したレーザ光は、第１の光学系１２で光束径（ビーム径）が調整された後、略平行光束の状態でスキャナ１５に入射する。スキャナ１５で偏向されたレーザ光は、シリンドリカルレンズ１７及びシリンドリカルレンズ１８に入射する。シリンドリカルレンズ１７は、図１（ａ）及び図１（ｂ）に示すように、ｘｙ平面内においてレーザ光を集束させる一方で、ｘｚ平面内においてはレーザ光に実質的に作用することなくその光束径を維持する。さらに、シリンドリカルレンズ１８は、図１（ａ）及び図１（ｂ）に示すように、ｘｚ平面内においてレーザ光を集束させる一方で、ｘｙ平面内においてはレーザ光に実質的に作用することなく発散角度を維持する。シリンドリカルレンズ１８は、シリンドリカルレンズ１８の後側焦点位置がおよそ検出光学系３０の光軸上に位置するように配置される。これにより、シート照明顕微鏡１の観察領域（視野）中に幅方向に発散角度を有する光シートが形成される。なお、ここではスキャナ１５に入射する光束を略平行光束としたが、必ずしも略平行光束でなくても良い。

設定変更機構２０は、レンズ交換手段であり、具体的には、シリンドリカルレンズ１７を含むレンズユニット２１とシリンドリカルレンズ２３を含むレンズユニット２２とを切り替える回転機構である。シリンドリカルレンズ２３は、シリンドリカルレンズ１７とは異なる焦点距離を有するシリンドリカルレンズであり、レンズユニット２２が光路上に配置されたときにスキャナ１５がシリンドリカルレンズ２３の前側焦点位置に位置するようにレンズユニット２２内に設けられている。

設定変更機構２０は、光路上に配置されるレンズユニットをレンズユニット２１からレンズユニット２２へ切り替えることで、シリンドリカルレンズ１７をシリンドリカルレンズ２３に交換して、スキャナ１５がシリンドリカルレンズ２３の前側焦点位置に位置するようにシリンドリカルレンズ２３を配置する。これにより、走査光学系１６の焦点距離を変更する。なお、シリンドリカルレンズ２３が光路上に配置されている場合には、走査光学系１６は、シリンドリカルレンズ２３とシリンドリカルレンズ１８から構成される。

設定変更機構２０がレンズユニットを交換して走査光学系１６の焦点距離を変更することで、照明光学系１０から試料に向かう光シートの幅方向についての角度が変化する。図１（ａ）には、レンズユニット２１が光路上に配置されているときの光束が実線で、レンズユニット２２が光路上に配置されているときの光束が破線で描かれている。焦点距離を変更することで光シートの角度が変化する点については、図２を参照しながら説明する。

図２は、物点ＯＰを光学系ＯＳにより像点ＩＰに投影する様子を示した図であり、光学系ＯＳの前側焦点位置にスキャナＳＣが配置された例が示されている。焦点距離ｆを有する光学系ＯＳから物点ＯＰまでの距離をａとし、光学系ＯＳから像点ＩＰまでの距離をｂとすると、以下のレンズの公式が成り立つ。

スキャナＳＣから物点ＯＰまでの距離をΔｘとすると、距離ｂは下式で表わされる。

スキャナＳＣにおける光束の半径をｃとすると、光学系ＯＳにおける光束の半径ｄは下式で表わされる。

光学系ＯＳから出射される光束の角度θは、式（２）と式（３）から以下の式のとおり導かれる。式（４）は、光束の角度θは、光学系ＯＳの焦点距離ｆと、光学系ＯＳの前側焦点位置における光束の半径ｃとに依存することを示している。

シート照明顕微鏡１では、走査光学系１６が図２に示す光学系ＯＳに相当する。このため、走査光学系１６の焦点距離ｆを変更することで、光シートの幅方向についての角度を変更することができる。

図３は、シート照明顕微鏡１を用いて行われるシート照明方法の手順を示すフローチャートである。設定変更機構２０が、光シートの幅方向についての発散角度の設定を変更する（ステップＳ１）。ここでは、利用者が設定変更機構２０を操作することで、設定変更機構２０が光路上に配置されるレンズユニットを切り替えてもよい。また、利用者が入力装置を用いてレンズユニットの切り替えを指示し、利用者の指示に従ってコンピュータ５０が設定変更機構２０を制御することで、設定変更機構２０が光路上に配置されるレンズユニットを切り替えてもよい。さらに、レンズユニットが多数ある場合には、利用者が発散角度を指定し、コンピュータ５０が指定された発散角度を実現するレンズユニットが光路上に配置されるように設定変更機構２０を制御してもよい。

次に、照明光学系１０が検出光学系３０の光軸と略直交する方向から試料に光シートを照射する（ステップＳ２）。具体的には、コンピュータ５０がレーザ１１を制御し、照明光学系１０がレーザ１１から出射したレーザ光で光シートを形成して試料に照射する。その後、カメラ４０が試料の画像を取得し、モニタ５１が取得した画像を表示する（ステップＳ３）。モニタ５１に表示された画像を目視した利用者は、縞状の影が目立っている場合には発散角度の設定変更をコンピュータ５０に指示する。

コンピュータ５０は、利用者からの指示に基づいて発散角度についての設定変更の要否を判断する（ステップＳ４）。例えば、一定時間内に設定変更指示がコンピュータ５０に入力された否かによって判断してもよい。コンピュータ５０は、設定変更が必要であると判断すると、より大きな発散角度を有するレンズユニットが光路上に配置されるように設定変更機構２０を制御する（ステップＳ５）。その後、設定変更が不要であると判断されるまで、ステップＳ２からステップＳ５の処理が繰り返される。これにより、縞状の影が抑制された良好なシート照明が実現される。

シート照明顕微鏡１によれば、幅方向に発散した光シートを、スキャナ１５を用いて幅方向に平行移動させることができる。このため、照明領域内に吸収により光が透過しにくい部分又は光を散乱する部分（これらをまとめて遮光部分と記す）があっても、その背後の領域に光が回りこむことができる。従って、照明領域に縞状の影が発生することを抑えることができる。また、設定変更機構２０でレンズユニットを切り替えることで、光シートの発散角度の設定を試料に応じて変更することができる。このため、試料によらず縞状の影を抑制することができる。また、単位面積当たりの照明エネルギーの低下も抑えることができる。

さらに、シート照明顕微鏡１によれば、スキャナ１５が走査光学系１６の前側焦点位置に配置されているため、走査期間中の光シートの向きを一定に維持することができる。このため、光シートが視野全体を横切るようにスキャナ１５で試料を走査することで、視野全体をムラなく均一に照明することができる。また、カメラ４０の露光時間を光シートが視野全体を横切る時間以上に制御することで、均一に照明された試料を撮像し、良好な画質の画像を取得することができる。

なお、本実施例では、２つレンズユニットを切り替えて使用する例としたが、３つ以上のレンズユニットを切り替えるものとしても良い。

［実施例２］
図４は、本実施例に係るシート照明顕微鏡２の構成を示した図である。図４（ａ）、図４（ｂ）には、それぞれ、シート照明顕微鏡２の構成とともに、光シートの幅方向に関する光線図、光シートの厚さ方向に関する光線図が描かれている。

シート照明顕微鏡２は、スキャナ１５とシリンドリカルレンズ１８の間の構成がシート照明顕微鏡１とは異なっている。その他の構成は、シート照明顕微鏡１と同様であるので、詳細な説明を割愛する。シート照明顕微鏡２の照明光学系６０は、走査光学系１６の代わりに走査光学系６２を備える点が、シート照明顕微鏡１の照明光学系１０とは異なっている。

走査光学系６２は、シリンドリカルレンズ１７の代わりシリンドリカルレンズ６３を備える点が走査光学系１６とは異なる。シリンドリカルレンズ６３は、ｘｙ平面内で可変な屈折力を有し、ｘｚ平面内で屈折力を有しないように配置された、液体レンズに代表される可変焦点レンズである。シリンドリカルレンズ６３は、走査光学系６２中で最もスキャナ１５側に配置されている。また、シリンドリカルレンズ６３は、後述する構造によって光軸方向に移動自在に配置されている。走査光学系６２は、スキャナ１５が走査光学系６２の光シート面における前側焦点位置に位置するように配置されている。即ち、シリンドリカルレンズ６３は、スキャナ１５がシリンドリカルレンズ６３の前側焦点位置に位置するように配置されている。なお、シリンドリカルレンズ６３の配置は、走査光学系６２中の最もスキャナ１５側に限られない。スキャナ１５が走査光学系６２の光シート面における前側焦点位置に位置するように配置されている限り、シリンドリカルレンズ６３は任意の位置に配置し得る。

シート照明顕微鏡２は、シリンドリカルレンズ６３を収容したレンズユニット６１を備えている。レンズユニット６１は、照明光学系６０から出射される光シートの幅方向についての発散角度の設定を変更する設定変更手段である。レンズユニット６１は、シリンドリカルレンズ６３の焦点距離を変更する焦点距離変更手段であるコントローラ６４を備える。コントローラ６４は、シリンドリカルレンズ６３の焦点距離を高速に変更することができる。なお、コントローラ６４は、コンピュータ５０によって制御されてもよい。

レンズユニット６１は、さらに、シリンドリカルレンズ６３を光軸方向に動かす構造として、ボールネジ６５、ボールネジ６５に螺合したナット６６、及び、ボールネジ６５を回転させるモータ６７を備える。ナット６６には、シリンドリカルレンズ６３が固定されている。モータ６７の回転によりボールネジ６５が回転することで、ナット６６に固定されたシリンドリカルレンズ６３がシリンドリカルレンズ６３の光軸方向に直線移動する。シリンドリカルレンズ６３の焦点距離に応じてモータ６７の回転を制御することで、シリンドリカルレンズ６３の焦点距離によらず、シリンドリカルレンズ６３を、スキャナ１５がシリンドリカルレンズ６３の前側焦点位置に位置するように配置することができる。なお、モータ６７は、コンピュータ５０によって制御されてもよい。

シート照明顕微鏡２によっても、シート照明顕微鏡１と同様の効果を得ることができる。さらに、シート照明顕微鏡２によれば、走査光学系６２の焦点距離は可変焦点レンズの焦点距離の変更により高速に変更可能である。このため、シート照明顕微鏡２によれば、光シートの発散角度の設定を、シート照明顕微鏡１によりも高速に変更することができる。

［実施例３］
図５は、本実施例に係るシート照明顕微鏡３の構成を示した図である。図５（ａ）、図５（ｂ）には、それぞれ、シート照明顕微鏡３の構成とともに、光シートの幅方向に関する光線図、光シートの厚さ方向に関する光線図が描かれている。

シート照明顕微鏡３は、照明光学系１０の代わりに照明光学系７０を備える点、設定変更機構２０の代わりに設定変更機構７３を有する点が、シート照明顕微鏡１とは異なっている。

照明光学系７０は、第１の光学系１２の代わりに第１の光学系７１を備える点が、シート照明顕微鏡１の照明光学系１０とは異なっている。第１の光学系７１は、レンズ１３、レンズ１４に加えて、シリンドリカルレンズ７２を備える点が、第１の光学系１２とは異なる。シリンドリカルレンズ７２は、ｘｙ平面内で屈折力を有し、ｘｚ平面内で屈折力を有しないように配置されている。このため、照明光学系７０では、レンズ１３及びレンズ１４によりビーム径が調整された略平行光束であるレーザ光は、シリンドリカルレンズ７２で幅方向について集束光束に変換された後に、スキャナ１５に入射する。

設定変更機構７３は、照明光学系７０から出射される光シートの幅方向についての発散角度の設定を変更する手段である。設定変更機構７３は、スキャナ１５に入射する光の光束径を変更することで角度の設定を変更する点が、設定変更機構２０とは異なっている。なお、スキャナ１５に入射する光の光束径を変更することで、光シートの幅方向についての発散角度を変更することができる点については、図２及び式（４）を参照しながら上述したとおりである。

設定変更機構７３は、レンズ交換手段であり、具体的には、シリンドリカルレンズ７２を含むレンズユニット７４とシリンドリカルレンズ７６を含むレンズユニット７５とを切り替える回転機構である。シリンドリカルレンズ７６は、シリンドリカルレンズ７２とは異なる焦点距離を有するシリンドリカルレンズである。

設定変更機構７３は、光路上に配置されるレンズユニットをレンズユニット７４からレンズユニット７５へ切り替えることで、シリンドリカルレンズ７２をシリンドリカルレンズ７６に交換して、第１の光学系７１の焦点距離を変更する。これにより、スキャナ１５に入射する光の光束径を変更する。なお、シリンドリカルレンズ７６が光路上に配置されている場合には、第１の光学系７１は、レンズ１３、レンズ１４及びシリンドリカルレンズ７６から構成される。
シート照明顕微鏡３によっても、シート照明顕微鏡１と同様の効果を得ることができる。

［実施例４］
図６は、本実施例に係るシート照明顕微鏡４の構成を示した図である。図６（ａ）、図６（ｂ）には、それぞれ、シート照明顕微鏡４の構成とともに、光シートの幅方向に関する光線図、光シートの厚さ方向に関する光線図が描かれている。

シート照明顕微鏡４は、レーザ１１とスキャナ１５の間の構成がシート照明顕微鏡３とは異なっている。その他の構成は、シート照明顕微鏡３と同様である。シート照明顕微鏡４の照明光学系８０は、第１の光学系７１の代わりに第１の光学系８１を備える点が、シート照明顕微鏡３の照明光学系７０とは異なっている。

第１の光学系８１は、シリンドリカルレンズ７２の代わりシリンドリカルレンズ８２を備える点が、第１の光学系７１とは異なる。シリンドリカルレンズ８２は、ｘｙ平面内で可変な屈折力を有し、ｘｚ平面内で屈折力を有しないように配置された、液体レンズに代表される可変焦点レンズである。

シート照明顕微鏡４は、シリンドリカルレンズ８２を収容したレンズユニット８３を備えている。レンズユニット８３は、第１の光学系８１の焦点距離を変更することで、照明光学系８０から出射される光シートの幅方向についての発散角度の設定を変更する設定変更手段である。レンズユニット８３は、シリンドリカルレンズ８２の焦点距離を変更する焦点距離変更手段であるコントローラ８４を備える。コントローラ８４は、シリンドリカルレンズ８２の焦点距離を高速に変更することができる。なお、コントローラ８４は、コンピュータ５０によって制御されてもよい。

シート照明顕微鏡４によっても、シート照明顕微鏡３と同様の効果を得ることができる。さらに、シート照明顕微鏡４では、第１の光学系８１の焦点距離は可変焦点レンズの焦点距離の変更により高速に変更可能である。このため、シート照明顕微鏡４によれば、光シートの発散角度の設定を、シート照明顕微鏡３よりも高速に変更することができる。

［実施例５］
図７は、本実施例に係るシート照明顕微鏡５の構成を示した図である。図７（ａ）、図７（ｂ）には、それぞれ、シート照明顕微鏡５の構成とともに、光シートの幅方向に関する光線図、光シートの厚さ方向に関する光線図が描かれている。

シート照明顕微鏡５は、レーザ１１とスキャナ１５の間の構成がシート照明顕微鏡３とは異なっている。その他の構成は、シート照明顕微鏡３と同様である。シート照明顕微鏡５の照明光学系９０は、第１の光学系７１の代わりに第１の光学系９１を備える点が、シート照明顕微鏡３の照明光学系７０とは異なっている。

第１の光学系９１は、シリンドリカルレンズ７２の代わり変倍光学系９４を備える点が、第１の光学系７１とは異なる。変倍光学系９４は、シリンドリカルレンズ９２とシリンドリカルレンズ９３を備え、レンズ１３とレンズ１４により調整されたビーム径を更に調整する。シリンドリカルレンズ９２とシリンドリカルレンズ９３は、それぞれｘｙ平面内で屈折力を有し、ｘｚ平面内で屈折力を有しないように配置されている。シリンドリカルレンズ９２は、負の屈折力を有し、後述する構造によって光軸方向に移動自在に配置されている。

シート照明顕微鏡５は、変倍光学系９４を収容したレンズユニット９５を備えている。レンズユニット９５は、第１の光学系９１の焦点距離を変更することで、照明光学系９０から出射される光シートの幅方向についての発散角度の設定を変更する設定変更手段である。レンズユニット９５は、シリンドリカルレンズ９２をシリンドリカルレンズ９２の光軸方向に動かすことで変倍光学系９４の倍率を変更する構造として、ボールネジ９６、ボールネジ９６に螺合したナット９７、及び、ボールネジ９６を回転させるモータ９８を備える。ナット９７には、シリンドリカルレンズ９２が固定されている。モータ９８の回転によりボールネジ９６が回転することで、ナット９７に固定されたシリンドリカルレンズ９２がシリンドリカルレンズ９２の光軸方向に直線移動する。なお、モータ９８は、コンピュータ５０によって制御されてもよい。

シート照明顕微鏡５によっても、シート照明顕微鏡３と同様の効果を得ることができる。また、シート照明顕微鏡５によれば、光シートが幅方向について集光位置を、設定によらず一定の位置に維持することができる。

［実施例６］
図８は、本実施例に係るシート照明顕微鏡６の構成を示した図である。図８（ａ）、図８（ｂ）には、それぞれ、シート照明顕微鏡６の構成とともに、光シートの幅方向に関する光線図、光シートの厚さ方向に関する光線図が描かれている。

シート照明顕微鏡６は、レーザ１１とスキャナ１５の間の構成がシート照明顕微鏡３とは異なっている。その他の構成は、シート照明顕微鏡３と同様である。シート照明顕微鏡６の照明光学系１００は、第１の光学系７１の代わりに第１の光学系１０１を備える点が、シート照明顕微鏡３の照明光学系７０とは異なっている。

第１の光学系１０１は、シリンドリカルレンズ７２の代わりシリンドリカルレンズ１０２を備える点が、第１の光学系７１とは異なる。シリンドリカルレンズ１０２は、後述する構造によって光軸方向に移動自在に配置された移動レンズであり、ｘｙ平面内で屈折力を有し、ｘｚ平面内で屈折力を有しないように配置されている。

シート照明顕微鏡６は、シリンドリカルレンズ１０２を収容したレンズユニット１０３を備えている。レンズユニット１０３は、第１の光学系１０１の焦点距離を変更することで、照明光学系１００から出射される光シートの幅方向についての発散角度の設定を変更する設定変更手段である。レンズユニット１０３は、シリンドリカルレンズ１０２をシリンドリカルレンズ１０２の光軸方向に動かす構造として、ボールネジ１０４、ボールネジ１０４に螺合したナット１０５、及び、ボールネジ１０４を回転させるモータ１０６を備える。ナット１０５には、シリンドリカルレンズ１０２が固定されている。モータ１０６の回転によりボールネジ１０４が回転することで、ナット１０５に固定されたシリンドリカルレンズ１０２がシリンドリカルレンズ１０２の光軸方向に直線移動する。なお、モータ１０６は、コンピュータ５０によって制御されてもよい。
シート照明顕微鏡６によっても、シート照明顕微鏡３と同様の効果を得ることができる。

［実施例７］
図９は、本実施例に係るシート照明顕微鏡７の構成を示した図である。図９（ａ）、図９（ｂ）には、それぞれ、シート照明顕微鏡７の構成とともに、光シートの幅方向に関する光線図、光シートの厚さ方向に関する光線図が描かれている。

シート照明顕微鏡７は、レーザ１１とスキャナ１５の間の構成がシート照明顕微鏡３とは異なっている。その他の構成は、シート照明顕微鏡３と同様である。シート照明顕微鏡７の照明光学系１１０は、第１の光学系１２の代わりに第１の光学系１１３を含む点が、シート照明顕微鏡３の照明光学系７０とは異なっている。第１の光学系１１３は、レンズ１３、レンズ１４に加えて、絞り１１１を備える。絞り１１１は、レーザ１１とスキャナ１５の間に配置された絞り径を変更可能な可変絞りである。絞り１１１は、光シートの幅方向にのみ絞り径を変更することができるように構成されることが望ましい。

シート照明顕微鏡７は、さらに、絞り１１１を収容した絞りユニット１１２を備えている。絞りユニット１１２は、スキャナ１５に入射する光の光束径を変更することで、照明光学系１１０から出射される光シートの幅方向についての発散角度の設定を変更する設定変更手段であり、絞り１１１の絞り径を変更する絞り径変更手段である。なお、絞りユニット１１２は、コンピュータ５０によって制御されてもよい。

シート照明顕微鏡７によっても、シート照明顕微鏡３と同様の効果を得ることができる。また、シート照明顕微鏡７によれば、光シートが幅方向について集光位置を、設定によらず一定の位置に維持することができる。

［実施例８］
図１０は、本実施例に係るシート照明顕微鏡８の構成を示した図である。図１０（ａ）、図１０（ｂ）には、それぞれ、シート照明顕微鏡８の構成とともに、光シートの幅方向に関する光線図、光シートの厚さ方向に関する光線図が描かれている。

シート照明顕微鏡８は、照明光学系１０の代わりに照明光学系１２０を備える点、設定変更機構２０の代わりに設定変更機構１２１を備える点がシート照明顕微鏡１とは異なっている。照明光学系１２０は、スキャナ１５を含まない点が、照明光学系１０とは異なっている。照明光学系１２０は、図１０（ａ）に示すように、幅方向に集束した光シートを形成する。

設定変更機構１２１は、照明光学系１２０から出射される光シートの幅方向についての集束角度の設定を変更する手段である。ここで、集束角度とは、照明光学系１０の射出側の光軸と照明光学系１０から出射した光シートの従属光線とがなす最大角度のことである。集束角度が大きいほど、遮光部分により近い領域にまで光が回り込むことが可能となり、縞状の影を抑制することができる。設定変更機構１２１は、光路上に配置されるレンズユニットをレンズユニット２１からレンズユニット１２２へ切り替えることでシリンドリカルレンズ１７をシリンドリカルレンズ１２３に交換するレンズ交換手段を備えている。シリンドリカルレンズ１２３は、ｘｙ平面内で屈折力を有し、ｘｚ平面内で屈折力を有しないように配置される。シリンドリカルレンズ１２３は、シリンドリカルレンズ１７とは異なる焦点距離を有している。

設定変更機構１２１がレンズユニットを交換して照明光学系１２０の焦点距離を変更することで、照明光学系１２０から試料に向かう光シートの幅方向についての角度が変化する。なお、シリンドリカルレンズ１２３が光路上に配置されている場合には、照明光学系１２０は、レンズ１３、レンズ１４、シリンドリカルレンズ１２３、及びシリンドリカルレンズ１８から構成される。

シート照明顕微鏡８によれば、設定変更機構１２１でレンズユニットを切り替えることで、光シートの集束角度の設定を試料に応じて変更することができる。このため、試料によらず縞状の影を抑制することができる。

［実施例９］
図１１は、本実施例に係るシート照明顕微鏡９の構成を示した図である。図１１（ａ）、図１１（ｂ）には、それぞれ、シート照明顕微鏡９の構成とともに、光シートの幅方向に関する光線図、光シートの厚さ方向に関する光線図が描かれている。

シート照明顕微鏡９は、レンズ１４とシリンドリカルレンズ１８の間の構成がシート照明顕微鏡８とは異なっている。シート照明顕微鏡９の照明光学系１３０は、シリンドリカルレンズ１７の代わりにシリンドリカルレンズ１３１を備える点が、照明光学系１２０とは異なっている。シリンドリカルレンズ１３１は、ｘｙ平面内で可変な屈折力を有し、ｘｚ平面内で屈折力を有しないように配置された、液体レンズに代表される可変焦点レンズである。

シート照明顕微鏡９は、シリンドリカルレンズ１３１を収容したレンズユニット１３２を備えている。レンズユニット１３２は、照明光学系１３０の焦点距離を変更することで、照明光学系１３０から出射される光シートの幅方向についての集束角度の設定を変更する設定変更手段である。レンズユニット１３２は、シリンドリカルレンズ１３１の焦点距離を変更する焦点距離変更手段であるコントローラ１３３を備える。コントローラ１３３は、レンズユニット１３２の焦点距離を高速に変更することができる。なお、コントローラ１３３は、コンピュータ５０によって制御されてもよい。

シート照明顕微鏡９によっても、シート照明顕微鏡８と同様の効果を得ることができる。さらに、シート照明顕微鏡９では、照明光学系１３０の焦点距離は可変焦点レンズの焦点距離の変更により高速に変更可能である。このため、シート照明顕微鏡９によれば、光シートの集束角度の設定を、シート照明顕微鏡８によりも高速に変更することができる。

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。シート照明顕微鏡及びシート照明方法は、特許請求の範囲により規定される本発明の範囲において、さまざまな変形、変更が可能である。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してもよい。例えば、試料の手前に配置されたシリンドリカルレンズ１８は、試料を入れる容器に設置されていてもよく、また、容器自体がシリンドリカルレンズ１８を備えてもよい。また、図１及び図４から図９では試料に照射される光シートが幅方向について発散光束である例が示されているが、光シートの幅方向の状態は発散状態に限らず、走査光学系の幅方向の焦点距離の変更により集束状態としてもよい。

１、２、３、４、５、６、７、８、９ シート照明顕微鏡
１０、６０、７０、８０、９０、１００、１１０、１２０、１３０ 照明光学系
１１ レーザ
１２、７１、８１、９１、１０１、１１３ 第１の光学系
１３、１４ レンズ
１５ スキャナ
１６、６２ 走査光学系
１７、１８、２３、６３、７２、７６、８２、９２、９３、１０２、１２３、１３１
シリンドリカルレンズ
２０、７３、１２１ 設定変更機構
２１、２２、６１、７４、７５、８３、９５、１０３、１２２、１３２ レンズユニット
３０ 検出光学系
３１ 対物レンズ
３２ 波長選択素子
３３ 結像レンズ
４０ カメラ
５０ コンピュータ
５１ モニタ
５２ キーボード
５３ マウス
６４、８４、１３３ コントローラ
６５、９６、１０４ ボールネジ
６６、９７、１０５ ナット
６７、９８、１０６ モータ
９４ 変倍光学系
１１１ 絞り
１１２ 絞りユニット
ＯＰ 物点
ＳＣ スキャン
ＯＳ 光学系
ＩＰ 像点

Claims (16)

1. 検出光学系の光軸と略直交する方向から試料に光シートを照射する照明光学系と、
   前記照明光学系から出射される前記光シートの幅方向についての発散角度または集束角度の設定を変更する設定変更手段と、を備える
   ことを特徴とするシート照明顕微鏡。
2. 請求項１に記載のシート照明顕微鏡において、
   前記照明光学系は、
   前記光シートで前記試料を前記光シートの幅方向に走査する走査手段と、
   前記走査手段が前側焦点位置に位置するように配置された、前記走査手段で偏向された光を前記試料に照射する走査光学系と、を備える
   ことを特徴とするシート照明顕微鏡。
3. 請求項２に記載のシート照明顕微鏡において、
   前記設定変更手段は、前記走査光学系の焦点距離を変更する
   ことを特徴とするシート照明顕微鏡。
4. 請求項３に記載のシート照明顕微鏡において、
   前記走査光学系は、可変焦点レンズを備え、
   前記設定変更手段は、
   前記可変焦点レンズの焦点距離を変更する焦点距離変更手段と、
   前記可変焦点レンズを光軸方向に動かす移動手段と、を備える
   ことを特徴とするシート照明顕微鏡。
5. 請求項３に記載のシート照明顕微鏡において、
   前記設定変更手段は、前記走査光学系に含まれる第１のレンズを焦点距離の異なる第２のレンズと交換して、前記走査手段が前記第２のレンズの前側焦点位置に位置するように前記第２のレンズを配置するレンズ交換手段を備える
   ことを特徴とするシート照明顕微鏡。
6. 請求項２に記載のシート照明顕微鏡において、
   前記設定変更手段は、前記走査手段に入射する光の光束径を変更する
   ことを特徴とするシート照明顕微鏡。
7. 請求項６に記載のシート照明顕微鏡において、さらに、
   光シートに変換される光を出射する光源と、
   前記光源と前記走査手段との間に配置され、前記光源からの光を前記走査手段に照射する第１の光学系と、を備え、
   前記設定変更手段は、前記第１の光学系の焦点距離を変更する
   ことを特徴とするシート照明顕微鏡。
8. 請求項７に記載のシート照明顕微鏡において、
   前記第１の光学系は、可変焦点レンズを備え、
   前記設定変更手段は、前記可変焦点レンズの焦点距離を変更する焦点距離変更手段を備える
   ことを特徴とするシート照明顕微鏡。
9. 請求項７に記載のシート照明顕微鏡において、
   前記第１の光学系は、変倍光学系を備え、
   前記設定変更手段は、前記変倍光学系の倍率を変更する倍率変更手段を備える
   ことを特徴とするシート照明顕微鏡。
10. 請求項７に記載のシート照明顕微鏡において、
    前記設定変更手段は、前記第１の光学系に含まれる第１のレンズを焦点距離の異なる第２のレンズに交換するレンズ交換手段を備える
    ことを特徴とするシート照明顕微鏡。
11. 請求項７に記載のシート照明顕微鏡において、
    前記第１の光学系は、光軸方向に移動自在に配置された移動レンズを備え、
    前記設定変更手段は、前記移動レンズを前記光軸方向に動かす移動手段を備える
    ことを特徴とするシート照明顕微鏡。
12. 請求項６に記載のシート照明顕微鏡において、さらに、
    光シートに変換される光を出射する光源と、
    前記光源と前記走査手段の間に配置された絞りと、を備え、
    前記設定変更手段は、前記絞りの絞り径を変更する絞り径変更手段を備える
    ことを特徴とするシート照明顕微鏡。
13. 請求項１に記載のシート照明顕微鏡において、
    前記設定変更手段は、前記照明光学系の焦点距離を変更する
    ことを特徴とするシート照明顕微鏡。
14. 請求項１３に記載のシート照明顕微鏡において、
    前記照明光学系は、可変焦点レンズを備え、
    前記設定変更手段は、前記可変焦点レンズの焦点距離を変更する焦点距離変更手段を備える
    ことを特徴とするシート照明顕微鏡。
15. 請求項１３に記載のシート照明顕微鏡において、
    前記設定変更手段は、前記照明光学系に含まれる第１のレンズを焦点距離の異なる第２のレンズに交換するレンズ交換手段を備える
    ことを特徴とするシート照明顕微鏡。
16. 光シートで試料を照明するシート照明方法であって、
    前記光シートの幅方向についての発散角度または集束角度の設定を変更し、
    検出光学系の光軸と略直交する方向から前記試料に前記光シートを照射する
    ことを特徴とするシート照明方法。