JP4889375B2 - 共焦点顕微鏡および多光子励起型顕微鏡 - Google Patents

Description

本発明は、共焦点顕微鏡および多光子励起型顕微鏡に関するものである。

従来、共焦点顕微鏡としては、例えば、特許文献１および特許文献２に開示されているものがある。
特許文献１の共焦点顕微鏡は、２枚のガルバノミラーでレーザ光を２次元的に走査するとともに、ガルバノミラーを介して戻る蛍光を光電子増倍管のような光検出器により検出するものである。

また、特許文献２の共焦点顕微鏡は、照明光と検出光の共通光路にデジタルミラーアレイ装置と１軸のガルバノミラーとを備え、デジタルミラーアレイ装置上に断面直線状のビームを結像させるものである。デジタルミラーアレイ装置のオンオフとガルバノミラーの揺動とにより標本面上でレーザ光を２次元的に走査する一方、これらデジタルミラーアレイ装置およびガルバノミラーを介して戻る蛍光を１次元のラインセンサにより検出するものである。
特開平８−２７１７９２号公報 特開２００４−１９９０６３号公報

しかしながら、標本面から発せられガルバノミラーを介して戻る蛍光を検出する場合、以下の問題点がある。
すなわち、ガルバノミラーの駆動速度が遅いため、１枚の画像を取得するのに比較的長時間を要し、試料の早い反応を観察することができないという問題がある。

また、光検出器あるいはラインセンサ上に集光する蛍光の集光位置は不動であるため、ガルバノミラーおよび／またはデジタルミラーアレイ装置による走査位置と光検出器あるいはラインセンサを同期させる必要がある。このため、光検出器あるいはラインセンサの複雑な制御が必要となり、構成が複雑で市販の２次元のＣＣＤカメラをそのまま使用することができない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、高解像度の共焦点画像または多光子励起画像の取得が可能であり、かつ、検出器の複雑な制御が不要で、市販のＣＣＤカメラを使用することができる共焦点顕微鏡および多光子励起型顕微鏡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、光源と、該光源からの照明光を試料において一方向に走査する光走査手段と、光の反射または透過状態を電気的に制御可能な複数の素子を２次元的に配列したアレイ装置と、該アレイ装置上に、前記光源からの照明光を、前記光走査手段の走査方向に交差する方向に延びる直線状に結像させる線状ビーム生成手段と、アレイ装置において反射または透過された照明光を試料に結像させる対物レンズと、試料から対物レンズおよびアレイ装置を介して戻る検出光を前記光走査手段の手前で照明光から分離するビームスプリッタと、該ビームスプリッタにより分離された検出光を撮像する２次元撮像手段と、前記光走査手段および前記アレイ装置を制御する制御装置とを備え、前記アレイ装置が前記対物レンズの焦点面と光学的に共役な位置関係に配置され、前記制御装置が、光走査手段とアレイ装置とを同期させるよう制御する共焦点顕微鏡を提供する。

本発明によれば、光源から発せられた照明光が光走査手段の作動により一方向に走査され、線状ビーム生成手段の作動により光走査手段の走査方向に交差する方向に延びる直線状の形態でアレイ装置の素子に結像される。アレイ装置の素子により反射または透過された照明光は対物レンズにより集光され、アレイ装置と光学的に共役な位置関係に配置された試料に結像される。

したがって、試料には、直線状の形態に結像されたビーム全体、あるいは、素子の状態に応じてその一部のビームが照射される。試料において反射した反射光あるいは試料の励起により発生した蛍光等の検出光は、対物レンズおよびアレイ装置を介して戻り、光走査手段に戻る手前でビームスプリッタにより照明光から分離され、２次元撮像手段により検出される。アレイ装置を介して戻ることにより、アレイ装置の素子を共焦点ピンホールとして機能させることができ、対物レンズの焦点面に配される試料の鮮明な画像を取得することが可能となる。

この場合において、検出光が光走査手段に戻ることなく照明光から分離されるので、光走査手段により照明光が一方向に走査されると、検出光も２次元撮像手段において一方向に走査される。制御装置の作動により、アレイ装置および光走査手段が同期して制御されているので、試料における照明位置と、２次元撮像手段における検出光の検出位置とが一対一に対応する。したがって、２次元撮像手段において特別かつ複雑な制御を行わせることなく２次元的な画像情報を取得することができ、市販のＣＣＤカメラ等の２次元撮像手段を採用することが可能となる。

上記発明においては、前記ビームスプリッタが、前記対物レンズの瞳位置と光学的に共役な位置に配置され、照明光と検出光とを空間的に分離することとしてもよい。
このようにすることで、ダイクロイックミラーを用いる場合のように、波長により分離する場合と比較して、照明光と検出光とをスリットのような簡易な構成で波長に依存しないで分離することが可能となる。

また、上記発明においては、前記制御装置は、直線状のビームが結像されている素子とその近傍の素子を同一の動作状態となるようにアレイ装置を制御することとしてもよい。
このようにすることで、線状ビームの近傍の複数の素子を同一の動作状態とすることにより、ピンホール径を広げることができ、明るい画像を取得することが可能となる。

また、上記発明においては、前記線状ビーム生成手段が、シリンドリカルレンズからなり、該シリンドリカルレンズが、光走査手段よりも光源側に配置されていることとしてもよい。
このようにすることで、シリンドリカルレンズに入射される照明光を不動に維持することができ、シリンドリカルレンズの軸上性能のみを確保しておけばよいので、光学設計を容易にすることができる。

また、上記発明においては、前記制御装置が、前記アレイ装置上で直線状のビームが結像される位置に相当する素子の一部だけを作動させて直線状のビームを走査させた後、前記作動していた素子とは異なる素子を作動させて直線状のビームを走査させることとしてもよい。
このようにすることで、ラインビームの長手方向に対しても共焦点効果を発生させ、解像度の高い画像を取得することが可能となる。

また、上記発明においては、前記アレイ装置と対物レンズとの間に、試料上の集光位置を光軸方向に調整する波面変換素子を備えることとしてもよい。
このようにすることで、波面変換素子の作動により、試料上の集光位置を光軸方向に調整し、３次元的な画像情報を取得することが可能となる。

また、上記発明においては、試料に照射する刺激光を試料において一方向に走査する第２の光走査手段と、光の反射または透過状態を電気的に制御可能な複数の素子を２次元的に配列した第２のアレイ装置と、該第２のアレイ装置上に、前記刺激光を第２の光走査手段の走査方向と交差する方向に延びる直線状に結像させる第２の線状ビーム生成手段と、前記第２のアレイ装置と前記対物レンズの焦点面とを共役関係にする光学手段と、前記第２のアレイ装置における各素子の作動状態を制御する第２の制御装置とを備え、前記第２の光走査手段によって線状ビームを走査することにより、前記第２のアレイ装置において作動状態にされた素子に対応する試料上の位置に刺激光を照射することとしてもよい。
このようにすることで、任意の複数ポイント（点や領域）に高速に光刺激を与え、試料における光刺激に対する早い反応を観察することが可能となる。

また、本発明は、超短パルスレーザ光源と、該超短パルスレーザ光源からの超短パルスレーザ光を試料において一方向に走査する光走査手段と、光の反射または透過状態を電気的に制御可能な複数の素子を２次元的に配列したアレイ装置と、該アレイ装置上に、前記超短パルスレーザ光源からの超短パルスレーザ光を、前記光走査手段の走査方向に交差する方向に延びる直線状に結像させる線状ビーム生成手段と、アレイ装置において反射または透過された超短パルスレーザ光を試料に結像させる対物レンズと、試料において発生し、対物レンズにより集光された蛍光を前記アレイ装置の手前で照明光から分離するビームスプリッタと、該ビームスプリッタにより分離された蛍光を撮像する２次元撮像手段と、前記光走査手段および前記アレイ装置を制御する制御装置とを備え、前記アレイ装置が前記対物レンズの焦点面と光学的に共役な位置関係に配置され、前記制御装置が、光走査手段とアレイ装置とを同期させるよう制御する多光子励起型顕微鏡を提供する。

本発明によれば、超短パルスレーザ光源から発せられた超短パルスレーザ光が光走査手段の作動により一方向に走査され、線状ビーム生成手段の作動により光走査手段の走査方向に交差する方向に延びる直線状の形態でアレイ装置の素子に結像される。アレイ装置の素子により反射または透過された超短パルスレーザ光は対物レンズにより集光され、アレイ装置と光学的に共役な位置関係に配置された対物レンズの焦点面に結像される。

その結果、試料において多光子励起効果を発生させて対物レンズの焦点面近傍の薄い領域のみにおいて蛍光が発生する。発生した蛍光は、対物レンズにより集光され、アレイ装置に到達する前にビームスプリッタにより分離されて２次元撮像手段により撮像される。多光子励起効果により、焦点面に沿う薄い領域のみにおいて蛍光が発生するので、試料の鮮明な蛍光画像を取得することが可能となる。

この場合において、検出光がアレイ装置に戻ることなく超短パルスレーザ光から分離されるので、光走査手段により超短パルスレーザ光が一方向に走査されると、検出光も２次元撮像手段において一方向に走査される。制御装置の作動により、アレイ装置および光走査手段が同期して制御されているので、試料における超短パルスレーザ光の照射位置と、２次元撮像手段における蛍光の検出位置とが一対一に対応する。したがって、２次元撮像手段において特別かつ複雑な制御を行わせることなく２次元的な蛍光画像を取得することができ、市販のＣＣＤカメラ等の２次元撮像手段を採用することが可能となる。

本発明によれば、高解像度の共焦点画像または多光子励起画像の取得が可能であり、かつ、検出器の複雑な制御が不要で、市販のＣＣＤカメラを使用することができるという効果を奏する。

以下、本発明の一実施形態に係る共焦点顕微鏡１について、図１〜図５を参照して説明する。
本実施形態に係る共焦点顕微鏡１は、レーザ走査型共焦点顕微鏡である。
本実施形態に係る共焦点顕微鏡１は、図１に示されるように、レーザ光Ｌ_１を発生するレーザ光源（光源：図示略）と、光源からのレーザ光Ｌ_１を１方向に走査する１次元の光走査手段２と、該光走査手段２により走査されたレーザ光Ｌ_１を直線状の形態で結像するビームに変換するシリンドリカルレンズ（線状ビーム生成手段）３と、オンオフ状態を切り替えられる複数のミラー素子（素子）４ａを２次元配列してなるデジタルミラーアレイ装置（アレイ装置）４と、該デジタルミラーアレイ装置４のミラー素子４ａにより反射されたレーザ光Ｌ_１を集光して試料Ａに結像させる対物レンズ５と、試料Ａから戻る蛍光Ｆをレーザ光Ｌ_１から分離するビームスプリッタ６と、分離された蛍光Ｆを撮像する２次元ＣＣＤカメラ（２次元撮像手段）７と、光走査手段２およびデジタルミラーアレイ装置４を制御する制御装置８とを備えている。なお、図を単純化するために、図１では、反射型であるデジタルミラーアレイ装置４を透過型に置き換えて表している。

前記光走査手段２は、例えば、音響光学スキャナである。制御装置８からの制御信号に応じて入力される超音波の周波数によって回折方向を変化させることにより、入射されるレーザ光Ｌ_１の出射方向を変化させ、それによって、１方向に走査することができるようになっている。

前記デジタルミラーアレイ装置４は、対物レンズ５の焦点面と光学的に共役な位置関係に配置されている。したがって、対物レンズ５の焦点面を試料Ａ内に配置した状態で、光走査手段２の作動により直線状のレーザ光Ｌ_１が一方向に走査されると、試料Ａおよびデジタルミラーアレイ装置４上においてレーザ光Ｌ_１がそれぞれ一方向に走査されるようになっている。

デジタルミラーアレイ装置４は、図２に示されるように、オンオフ状態を切替可能な複数のミラー素子４ａを２次元的に配列して構成されている。オン状態に設定されたミラー素子４ａに入射されたレーザ光Ｌ_１は、当該ミラー素子４ａにより反射されることにより試料Ａ側に向けて指向されるようになっている。オフ状態に設定されたミラー素子４ａに入射されたレーザ光Ｌ_１は当該ミラー素子４ａにより反射されることにより試料Ａには入射しない全く別方向に指向されるようになっている。

そして、図２にハッチングで示すように、直線状のレーザ光Ｌ_１の結像位置に対応する１列のミラー素子４ａをオン状態にすることにより、入射されたレーザ光Ｌ_１全体を試料Ａ側に指向させることができるようになっている。図中矢印は、オン状態となるミラー素子４ａの列の移動方向（光走査手段によるレーザ光Ｌ_１の走査方向）である。

また、図３にハッチングで示されるように、直線状のレーザ光Ｌ_１の結像位置に対応する１列のミラー素子４ａの内の一部をオン状態にすることにより、入射されたレーザ光Ｌ_１の一部を試料Ａ側に指向させることができるようになっている。

シリンドリカルレンズ３とビームスプリッタ６との間、およびビームスプリッタ６とデジタルミラーアレイ装置４との間には、それぞれリレーレンズ９，１０が配置されている。リレーレンズ９，１０は、通常の球面タイプのレンズなので、シリンドリカルレンズ３によりライン状に結像されたレーザ光Ｌ_１は、リレーレンズ９によりリレーされてビームスプリッタ６において再結像され、さらにリレーレンズ１０によりリレーされてデジタルミラーアレイ装置４上に再々結像されるようになっている。

また、デジタルミラーアレイ装置４と対物レンズ５との間には、結像レンズ１１が配置されている。結像レンズ１１は、デジタルミラーアレイ装置４において反射されたレーザ光Ｌ_１を対物レンズ５の瞳位置１２に結像させるようになっている。

前記ビームスプリッタ６は、対物レンズ５の瞳位置１２と光学的に共役な位置に配置され、その軸上位置に、前記シリンドリカルレンズ３により線状に変換され、リレーレンズ９によりリレーされたレーザ光Ｌ_１を透過させるスリット６ａを備えている。また、ビームスプリッタ６の試料Ａ側には反射面６ｂが設けられ、試料Ａから戻ってきた蛍光Ｆを反射するようになっている。

ビームスプリッタ６により反射された蛍光Ｆは、集光レンズ１３により集光され、ダイクロイックミラー１４により波長ごとに分離されて、それぞれの結像位置に撮像面を配置した２つの２次元ＣＣＤ７により撮像されるようになっている。

また、前記制御装置８は、前記光走査手段２およびデジタルミラーアレイ装置４を同期して制御するようになっている。また、上述したように、デジタルミラーアレイ装置４と対物レンズ５の焦点面とが光学的に共役な位置関係に配置されている。光走査手段２の作動により、デジタルミラーアレイ装置４におけるレーザ光Ｌ_１の入射位置が変化する。したがって、制御装置８が光走査手段２によるレーザ光Ｌ_１の走査と、デジタルミラーアレイ装置４においてオン状態とされるミラー素子４ａとを同期させることにより、デジタルミラーアレイ装置４に入射されたレーザ光Ｌ_１を常に試料Ａ側に反射することができるようになっている。

このように構成された本実施形態に係る共焦点顕微鏡１の作用について以下に説明する。
本実施形態に係る共焦点顕微鏡１を用いて試料Ａの蛍光画像を取得するには、図示しないレーザ光源からレーザ光Ｌ_１を発生する。レーザ光源から発せられたレーザ光Ｌ_１は、略平行光の状態で音響光学スキャナ２を通過した後、シリンドリカルレンズ３によって、一方向に延びる直線状に結像され、リレーレンズ９によってリレーされることにより、上記方向に直交する方向に延びる直線状に再結像される。

この再結像位置には、ビームスプリッタ６が配置され、再結像したレーザ光Ｌ_１を透過するスリット６ａを備えているので、レーザ光Ｌ_１は、ビームスプリッタ６のスリット６ａを全て透過して、リレーレンズ１０によりリレーされ、前記シリンドリカルレンズ３による結像位置の像と同一方向に延びる直線状に再々結像される。この再々結像位置には、デジタルミラーアレイ装置４が配置されているので、制御装置８が、レーザ光Ｌ_１の結像位置に一致するミラー素子４ａをオン状態に設定しておくことにより、入射されたレーザ光Ｌ_１を反射して試料Ａ側に指向させることができる。図２（ａ）はラインビームの走査開始時、図２（ｂ）は走査途中の状態を示す。

試料Ａ側に指向されたレーザ光Ｌ_１は結像レンズ１１により、対物レンズ５の瞳位置に結像された後、対物レンズ５によって集光され、その焦点面に結像される。対物レンズ５の焦点面とデジタルミラーアレイ装置４とは光学的に共役な位置関係に配置されているので、焦点面に結像するレーザ光Ｌ_１も、デジタルミラーアレイ装置４に結像するレーザ光Ｌ_１と同一方向に延びる直線状の像を結ぶ。

試料Ａにおいては、レーザ光Ｌ_１が照射された各位置において、試料Ａ内に含まれる蛍光物質が励起されることにより蛍光Ｆが発生する。発生した蛍光Ｆは、全方向に放射され、その一部が対物レンズ５により集光され、略平行光となって対物レンズの瞳位置１２を通過し、結像レンズ１１によりデジタルミラーアレイ装置４に結像される。デジタルミラーアレイ装置４は対物レンズ５の焦点面と光学的に共役な位置関係に配置されているので、オン状態となっているミラー素子４ａが共焦点ピンホールとして機能し、対物レンズ５の焦点面上のレーザ光Ｌ_１の照射位置から発生した蛍光Ｆのみがオン状態となっているミラー素子４ａによって反射される。

デジタルミラーアレイ装置４におけるオン状態のミラー素子４ａにより反射された蛍光Ｆは、リレーレンズ１０により略平行光に変換された状態でビームスプリッタ６に入射され、ビームスプリッタ６の反射面６ｂにより反射される。ビームスプリッタ６にはスリット６ａが設けられているので、蛍光Ｆの一部はスリット６ａを透過することとなるが、スリット６ａを十分に小さく構成しておくことにより、大部分の蛍光Ｆを反射させることができる。これにより、蛍光Ｆがレーザ光Ｌ_１から分離される。

レーザ光Ｌ_１から分離された蛍光Ｆは、集光レンズ１３により集光され、ダイクロイックミラー１４によって波長毎に分離された後、それぞれ、２次元ＣＣＤ７により撮像される。２次元ＣＣＤ７の撮像面も、対物レンズ５の焦点面と光学的に共役な位置関係に配置されているので、対物レンズ５の焦点面において発生した直線状の蛍光像は、そのまま、２次元ＣＣＤ７により直線状の蛍光画像として取得されることになる。

この場合において、光走査手段２の作動により、レーザ光Ｌ_１が走査されると、デジタルミラーアレイ装置４および対物レンズ５の焦点面上の直線状の像は、当該像の方向に対して直交する方向に移動させられる。一方、ビームスプリッタ６は対物レンズ５の瞳位置と光学的に共役な位置関係に配置されているので、ビームスプリッタ６に結像しているレーザ光Ｌ_１の像は、光走査手段２が作動しても不動であり、常に、スリット６ａに一致している。

そして、本実施形態においては、制御装置８が、デジタルミラーアレイ装置４と光走査手段２とを同期させて制御しているので、光走査手段２の作動により移動するデジタルミラーアレイ装置４上における結像位置に対応するミラー素子４ａがオン状態に切り替えられる。したがって、光走査手段２の作動により走査されるレーザ光Ｌ_１が常にデジタルミラーアレイ装置４により反射され、対物レンズ５の焦点面において直線状に結像したレーザ光Ｌ_１をその長手方向に直交する方向に移動させることができる。

そして、２次元ＣＣＤ７においても、光走査手段２の作動により、試料Ａから戻る蛍光Ｆの結像位置がその蛍光像の長手方向に直交する方向に移動するので、２次元ＣＣＤ７の撮像時間を光走査手段２による走査時間よりも十分に長く設定しておくことにより、試料Ａの２次元的な蛍光画像を取得することができる。

このように、本実施形態に係る共焦点顕微鏡１によれば、直線状に結像されたレーザ光Ｌ_１を音響光学スキャナからなる光走査手段２により一方向に走査するだけで２次元的な蛍光画像を得ることができる。したがって、２つのガルバノミラーにより２次元的に走査する従来の共焦点顕微鏡と比較して、高速に２次元の蛍光画像を取得することができる。したがって、試料の早い反応を逃すことなく観察できるという利点がある。

また、本実施形態に係る共焦点顕微鏡１によれば、制御装置８が、光走査手段２とデジタルミラーアレイ装置４とを同期して制御しているので、２次元ＣＣＤ７には特別かつ複雑な制御が要求されず、市販のＣＣＤカメラを使用することができるという利点がある。したがって、共焦点顕微鏡１を安価に構成できる。

また、本実施形態に係る共焦点顕微鏡１においては、レーザ光Ｌ_１と蛍光Ｆとを分離するビームスプリッタ６として、スリット６ａと反射面６ｂとにより空間的に両光を分離するものを採用しているので、ダイクロイックミラーのように波長により分離するビームスプリッタよりも簡易かつ安価に構成することができるという利点がある。

また、本実施形態に係る共焦点顕微鏡１においては、シリンドリカルレンズ３により結像される直線状のレーザ光Ｌ_１全体を反射するように、デジタルミラーアレイ装置４のほぼ一列分のミラー素子４ａをオン状態にした。また、光走査手段２を作動させてレーザ光Ｌ_１を走査させるときは、デジタルミラーアレイ装置４のオン状態となっているミラー素子４ａの列を順次移動させていくこととした。
これに代えて、直線状のレーザ光Ｌ_１が結像されているミラー素子４ａの内の一部のみをオン状態にすることにより、図３に示されるように、１以上のスポット光を試料Ａに照射することができる。

この場合に、図３（ａ），（ｂ）に示されるように、斜線のミラー素子４ａをオンにして１回走査し、次にオンにするミラー素子４ａを図３（ｃ），（ｄ）のように１つ縦にずらして２回目の走査を行う。これを５回繰り返すと１画面分の走査が終了する。このようにすれば、ラインビームの長手方向に対しても共焦点効果を持った画像を取得することができる。

また、本実施形態においては、直線状のレーザ光Ｌ_１が結像する一列のミラー素子４ａのみをオン状態とすることにより、デジタルミラーアレイ装置４を共焦点ピンホールとして機能させることとしたが、図４および図５にハッチングで示されるように、結像位置のミラー素子４ａのみならずそれに隣接する周囲の１以上のミラー素子４ａを同時にオン状態とすることとしてもよい。このようにすることにより、共焦点効果は低減するものの、試料Ａの明るさに応じて、被写界深度が深く、明るい蛍光画像を取得することができるという利点がある。

また、本実施形態に係る共焦点顕微鏡１においては、光走査手段２により走査されたレーザ光Ｌ_１をシリンドリカルレンズ３に入射させることとしたが、これに代えて、図６に示されるように、光走査手段２よりもレーザ光源側にシリンドリカルレンズ３を配置することとしてもよい。このようにすることで、シリンドリカルレンズ３に入射するレーザ光Ｌ_１を不動にでき、シリンドリカルレンズ３の軸上性能のみを確保しておけばよいので、光学設計を容易にすることができるという利点がある。図中符号１５はリレーレンズである。

また、本実施形態においては、試料Ａからの蛍光Ｆをデジタルミラーアレイ装置４を介した後に検出することにより、デジタルミラーアレイ装置４を共焦点ピンホールとして機能させる共焦点顕微鏡１を構成した。これに代えて、超短パルスレーザ光Ｌ_１′を出射する超短パルスレーザ光源（図示略）を採用し、図７に示されるように、結像レンズ１１とデジタルミラーアレイ装置４との間に配置したダイクロイックミラー１６により、デジタルミラーアレイ装置４に戻る前に蛍光Ｆを分離して２次元ＣＣＤ７により撮像する多光子励起型顕微鏡１′を構成することとしてもよい。このようにすることで、多光子励起効果により、より鮮明かつ明るい多光子励起蛍光画像を取得することができる。

また、図７に示されるように、ダイクロイックミラー１６と対物レンズ５との間に波面変換素子（デフォーマブルミラー）１７を配置することとしてもよい。このようにすることで、対物レンズ５の焦点面を光軸方向に移動させ、試料Ａの３次元的な蛍光画像を取得することができる。

また、図８に示されるように、結像レンズ１１と対物レンズ５との間の平行光路にダイクロイックミラー１８を配置して、光刺激用のレーザ光Ｌ_２を観察用のレーザ光Ｌ_１に合波させることとしてもよい。光刺激用のレーザ光Ｌ_２は、観察用のレーザ光Ｌ_１と同様に、音響光学スキャナからなる光走査手段２′、シリンドリカルレンズ３′、デジタルミラーアレイ装置４′および結像レンズ１１′を介してダイクロイックミラー１８により反射されて試料Ａに照射される。

デジタルミラーアレイ装置４′は、試料Ａと共役になっているので、オン状態に設定されたミラー素子４ａに対応する試料Ａの位置にのみ、レーザ光Ｌ_２を照射することができる。すなわち、制御手段により試料ａに対して刺激光を照射したい箇所（複数の点や領域など、相互に離間した２次元的な任意の位置）に対応するミラー素子４ａをオン状態に設定しておき（図９の斜線）、音響光学スキャナ２′によりライン照明の走査を行うことで、図９の斜線で示されたミラー素子の位置のみ、試料Ａ側に刺激光が導かれる。このとき、音響光学スキャナ２′とデジタルミラーアレイ装置４′との同期制御を行う必要はない。このようにすれば、任意の複数ポイント（点や領域）に高速に光刺激を与えることが可能となる。また、刺激を与える位置設定の自由度が高い。

また、図１０に示されるように、対物レンズ５の焦点面をイメージガイド１９の一端に一致させ、イメージガイド１９の他端に小型の対物光学系２０を配置することとしてもよい。このようにすることで、生体等の試料に対し、イメージガイド１９の先端を挿入して、生きたままで観察することができる。

また、デジタルミラーアレイ装置に代えて、例えば、液晶マトリクスアレイのように、光の反射（透過）状態を電気的に制御可能な素子を２次元的に配列したものを使用することとしてもよい。

本発明の一実施形態に係る共焦点顕微鏡を示す主要部の光路図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は平面図である。 図１の共焦点顕微鏡のデジタルミラーアレイ装置の動作状態を説明する図であり、（ａ）は中央近傍の列のほぼ全体がオン状態、（ｂ）は右側の列のほぼ全体がオン状態となった動作状態を示している。 図１の共焦点顕微鏡のデジタルミラーアレイ装置の動作状態を説明する図であり、（ａ）は中央近傍の列の一部がオン状態、（ｂ）は右側の列の一部がオン状態となった動作状態を示している。 図２と同様の図であり、レーザ光の照射位置の周囲のミラー素子もオン状態とする動作状態を示している。 図３と同様の図であり、レーザ光の照射位置の周囲のミラー素子もオン状態とする動作状態を示している。 図１の共焦点顕微鏡の第１の変形例を示す図である。 本発明の一実施形態に係る多光子励起型顕微鏡を示す主要部の光路図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は平面図である。 図１の共焦点顕微鏡の第２の変形例であって、光刺激可能な共焦点顕微鏡を示す（ａ）正面図および（ｂ）平面図である。 図８による光刺激時のデジタルミラーアレイ装置の動作状態を説明する図である。 図１の共焦点顕微鏡の第３の変形例であって、対物レンズの焦点面にイメージガイドを配置した例を示す（ａ）正面図および（ｂ）平面図である。

符号の説明

Ａ 試料
Ｆ 蛍光（検出光）
Ｌ_１ レーザ光（照明光）
Ｌ_１′ 超短パルスレーザ光
１ 共焦点顕微鏡
１′ 多光子励起型顕微鏡
２ 光走査手段
３ シリンドリカルレンズ（線状ビーム生成手段）
４，４′ デジタルミラーアレイ装置（アレイ装置）
４ａ ミラー素子（素子）
５ 対物レンズ
６ ビームスプリッタ
７ ２次元ＣＣＤ（２次元撮像手段）
８ 制御装置
１６ ダイクロイックミラー（ビームスプリッタ）

Claims (8)

1. 光源と、
   該光源からの照明光を試料において一方向に走査する光走査手段と、
   光の反射または透過状態を電気的に制御可能な複数の素子を２次元的に配列したアレイ装置と、
   該アレイ装置上に、前記光源からの照明光を、前記光走査手段の走査方向に交差する方向に延びる直線状に結像させる線状ビーム生成手段と、
   アレイ装置において反射または透過された照明光を試料に結像させる対物レンズと、
   試料から対物レンズおよびアレイ装置を介して戻る検出光を前記光走査手段の手前で照明光から分離するビームスプリッタと、
   該ビームスプリッタにより分離された検出光を撮像する２次元撮像手段と、
   前記光走査手段および前記アレイ装置を制御する制御装置とを備え、
   前記アレイ装置が前記対物レンズの焦点面と光学的に共役な位置関係に配置され、
   前記制御装置が、光走査手段とアレイ装置とを同期させるよう制御する共焦点顕微鏡。
2. 前記ビームスプリッタが、前記対物レンズの瞳位置と光学的に共役な位置に配置され、照明光と検出光とを空間的に分離する請求項１に記載の共焦点顕微鏡。
3. 前記制御装置が、直線状のビームが結像されている素子とその近傍の素子を同一の動作状態となるようにアレイ装置を制御する請求項１または請求項２に記載の共焦点顕微鏡。
4. 前記線状ビーム生成手段が、シリンドリカルレンズからなり、
   該シリンドリカルレンズが、光走査手段よりも光源側に配置されている請求項１から請求項３のいずれかに記載の共焦点顕微鏡。
5. 前記制御装置が、前記アレイ装置上で直線状のビームが結像される位置に相当する素子の一部だけを作動させて直線状のビームを走査させた後、前記作動していた素子とは異なる素子を作動させて直線状のビームを走査させる請求項１から請求項４のいずれかに記載の共焦点顕微鏡。
6. 前記アレイ装置と対物レンズとの間に、試料上の集光位置を光軸方向に調整する波面変換素子を備える請求項１から請求項５のいずれかに記載の共焦点顕微鏡。
7. 試料に照射する刺激光を試料において一方向に走査する第２の光走査手段と、
   光の反射または透過状態を電気的に制御可能な複数の素子を２次元的に配列した第２のアレイ装置と、
   該第２のアレイ装置上に、前記刺激光を第２の光走査手段の走査方向と交差する方向に延びる直線状に結像させる第２の線状ビーム生成手段と、
   前記第２のアレイ装置と前記対物レンズの焦点面とを共役関係にする光学手段と、
   前記第２のアレイ装置における各素子の作動状態を制御する第２の制御装置とを備え、
   前記第２の光走査手段によって線状ビームを走査することにより、前記第２のアレイ装置において作動状態にされた素子に対応する試料上の位置に刺激光を照射する請求項１から請求項６のいずれかに記載の共焦点顕微鏡。
8. 超短パルスレーザ光源と、
   該超短パルスレーザ光源からの超短パルスレーザ光を試料において一方向に走査する光走査手段と、
   光の反射または透過状態を電気的に制御可能な複数の素子を２次元的に配列したアレイ装置と、
   該アレイ装置上に、前記超短パルスレーザ光源からの超短パルスレーザ光を、前記光走査手段の走査方向に交差する方向に延びる直線状に結像させる線状ビーム生成手段と、
   アレイ装置において反射または透過された超短パルスレーザ光を試料に結像させる対物レンズと、
   試料において発生し、対物レンズにより集光された蛍光を前記アレイ装置の手前で照明光から分離するビームスプリッタと、
   該ビームスプリッタにより分離された蛍光を撮像する２次元撮像手段と、
   前記光走査手段および前記アレイ装置を制御する制御装置とを備え、
   前記アレイ装置が前記対物レンズの焦点面と光学的に共役な位置関係に配置され、
   前記制御装置が、光走査手段とアレイ装置とを同期させるよう制御する多光子励起型顕微鏡。

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