JP5633706B2 - 共焦点光スキャナおよび共焦点顕微鏡 - Google Patents

Description

本発明は、試料に照明光を走査させる共焦点光スキャナおよびこの共焦点光スキャナを備える共焦点顕微鏡に関するものである。

蛍光色素や蛍光タンパク等を導入した試料に対してレーザ光を走査して試料を励起させて、試料から発生する蛍光を検出して観察を行う共焦点顕微鏡が従来から用いられている。共焦点顕微鏡には照明光を試料に走査するために共焦点光スキャナが具備されている。このような共焦点光スキャナの一例が特許文献１に開示されている。

この特許文献１は所謂ニポウディスク方式の共焦点光スキャナを開示しており、ピンホールディスクと集光ディスクとをピンホールユニットとして一体的に回転させることで、試料を走査して共焦点画像を取得する。このとき、ピンホールの径が小さい小径ピンホールユニットとピンホールの径が大きい大径ピンホールユニットとを交換可能に構成している。

小径ピンホールユニットと大径ピンホールユニットとは、直動スライダにより移動可能に構成しており、対物レンズの開口数（ＮＡ）に応じたピンホール径を有するピンホールユニットが選択されるように制御している。これにより、対物レンズの開口数（ＮＡ）や倍率等の光学特性に応じて、共焦点画像の分解能や明るさ等の光学条件を最適にすることが可能になる。

特開２０１１−８５７５９号公報

特許文献１の共焦点光スキャナは、所謂ニポウディスク方式の共焦点光スキャナを用いた構成としたことで、ガルバノミラー等のような往復回転鏡を用いた方式よりも、高速に走査することが可能になる。対物レンズの倍率に応じて最適なピンホールを配列したピンホールディスクを選択することで、照明光の利用効率が高く、Ｓ／Ｎ比にも優れた高い分解能の共焦点画像を得ることができる点で極めて有利な効果を奏する。

図１１は、集光ディスク１０１に配列されたマイクロレンズ１０１Ｍの集光効果によって、照明光Ｌがピンホールディスク１０２に配列されたピンホールディスク１０２Ｐに集光している状態を示している。マイクロレンズ１０１Ｍにより集光された照明光Ｌの集光スポットＳＰがピンホール１０２Ｐの中心と一致したときに、最もＳ／Ｎ比に優れた高い分解能の共焦点画像を得ることができる。逆に、集光スポットＳＰがピンホール１０２Ｐの中心からずれるほど、光量損失が発生して共焦点画像のＳ／Ｎ比が低下する。

例えば、ピンホール１０２Ｐの直径を５０μｍとし、マイクロレンズ１０１Ｍの焦点距離ＦＬが１４ｍｍのときに、光量損失を１０％以下に抑制する場合には、集光スポットＳＰのピンホール１０２Ｐからの位置ずれは、ピンホール１０２Ｐのおおよそ２０分の１以下、すなわち２．５μｍ以下としなければならない。このときの、マイクロレンズ１０１Ｍに対する照明光Ｌの入射角θは０．０１度（＝Ａｒｃｔａｎ（２．５μｍ／１４ｍｍ））以下としなければならない。従って、入射角θは極めて高精度に調整されていなければならない。

一方で、特許文献１で開示されているように、対物レンズの開口数（ＮＡ）に応じてピンホールユニットを交換可能に構成している。これにより、対物レンズの開口数（ＮＡ）に応じたピンホール径を有するピンホールユニットが選択され、共焦点画像の分解能や明るさ等の光学条件を最適にすることができる。このために、ピンホールユニットは移動機構により移動可能に構成している。

このとき、移動機構の直進性やピンホールユニットの外形加工精度のばらつき等により、ピンホールユニットの取り付け角度にもばらつきを生じる。また、２つのピンホールユニットのうち１つのピンホールユニットに対して入射角θが０．０１度以下となるような最適な調整を行うと、もう１つのピンホールユニットは入射角θを最適に調整できなくなることがある。これにより、このピンホールユニットを使用したときの照明光Ｌの入射角θは０．０１度超えることになる。よって、全てのピンホールユニットについて最適な調整を行うことができない、という問題がある。

そこで、本発明は、複数の光走査ユニットのうち１つを選択可能にした共焦点光スキャナを使用したときに、光走査ユニットに入射する照明光の入射角を常に最適にすることを目的とする。

以上の課題を解決するため、本発明の共焦点光スキャナは、試料に照射して前記試料を蛍光させる照明光を集光する複数の集光素子と当該集光素子により集光される照明光を通過させる複数の開口部とを有し、前記開口部を通過した前記照明光を前記試料に走査させる複数の光走査ユニットと、前記光走査ユニットを移動して前記光走査ユニットのうち１つの光走査ユニットを選択させる移動機構と、前記光走査ユニットのうち選択した光走査ユニットに応じて、この光走査ユニットに対する前記照明光の入射角を調整する入射角調整部と、前記光走査ユニットごとに設けられ、前記照明光を前記光走査ユニットに向けて反射する複数の反射ミラーと、前記光走査ユニットごとに設けられ、前記複数の反射ミラーの角度調整を個別独立に行う前記入射角調整部としての複数のミラー調整部とを備え、前記光走査ユニットの選択に応じて、前記複数の反射ミラーおよび前記複数のミラー調整部を選択的に前記照明光を反射する位置に移動させるとともに、前記複数の反射ミラーの移動方向と前記複数の光走査ユニットの移動方向とを同じにすることを特徴とする。

この共焦点光スキャナによれば、入射角制御部は選択した光走査ユニットに応じて照明光の入射角を制御している。これにより、照明光の入射角を制御することで、使用する光走査ユニットに対して入射する照明光の入射角を最適に調整することができる。従って、対物レンズの開口数（ＮＡ）に応じた光走査ユニットを選択できると共に、Ｓ／Ｎ比に優れた高い分解能の共焦点画像を得ることができる。

また、前記移動機構に固定して取り付けられ、前記照明光を前記光走査ユニットに向けて反射する前記光走査ユニットごとに設けられる反射ミラーと、前記移動機構に固定して取り付けられ、前記反射ミラーの角度調整を行う前記光走査ユニットごとに設けられる前記入射角調整部としてのミラー調整部と、を備えたことを特徴とする。

光走査ユニットごとに反射ミラーを設けており、且つ光走査ユニットに応じてミラー調整部が反射ミラーの角度調整を行っている。反射ミラーおよびミラー調整部は移動機構に固定して取り付けられていることから、１つの光走査ユニットを選択するために移動機構により移動したとしても、選択された光走査ユニットと反射ミラーおよびミラー調整部との相対関係は変化しない。これにより、選択した光走査ユニットに応じて入射角を最適に調整することができる。

また、前記光走査ユニットごとに設けられ、前記照明光を前記光走査ユニットに向けて反射する反射ミラーと、前記光走査ユニットごとに設けられ、前記反射ミラーの角度調整を行う前記入射角調整部としてのミラー調整部と、選択された前記光走査ユニットに応じた前記反射ミラーに切替を行うミラー切替部と、を備えていることを特徴とする。

反射ミラーは固定式にすることもできるが、ミラー切替部により、選択した光走査ユニットに応じた反射ミラーに切り替えることで、使用する光走査ユニットに対して入射する照明光の入射角を最適に調整することができる。

また、前記照明光を前記光走査ユニットに向けて反射する１枚の反射ミラーと、選択された前記光走査ユニットに応じて前記反射ミラーの角度を変化させて調整を行うミラー駆動部と、を備えていることを特徴とする。

ミラー駆動部により反射ミラーの角度を変化させることで、選択した光走査ユニットに応じた最適な角度で照明光を反射させることができる。これにより、使用する光走査ユニットに対して入射する照明光の入射角を最適に調整することができると共に、使用する反射ミラーの枚数を削減できる。

また、前記入射角調整部は、選択された前記光走査ユニットに応じて、前記照明光を回折させて進行方向を変化させる音響光学素子を有していることを特徴とする。

音響光学素子は入射した照明光を回折して、透過した照明光の進行方向を変更することができる。これにより、使用する光走査ユニットに対して入射する照明光の入射角を最適に調整することができる。

また、前記入射角調整部は、選択された前記光走査ユニットに応じて、前記照明光に対する前記光走査ユニットの配置角度を調整する光走査ユニット角度調整部を有していることを特徴とする。

光走査ユニットに対する照明光の入射角を調整するためには、照明光を調整する他に、光走査ユニットの配置角度を調整することでも実現できる。つまり、照明光と光走査ユニットとの相対関係が最適になっていればよく、このために光走査ユニットの配置角度を調整してもよい。

また、前記光走査ユニットごとに前記入射角が調整された複数の前記照明光を合流するハーフミラーを備え、前記複数の照明光のうち、選択された前記光走査ユニットに応じた照明光を前記光走査ユニットに入射させることを特徴とする。

複数の光走査ユニットごとに入射角が最適になるように調整された複数の照明光をハーフミラーで合流させて、選択した光走査ユニットに応じた照明光を使用することができる。これにより、照明光を光走査ユニットに最適な角度で入射させることができる。

また、前記光走査ユニットは、前記集光素子をらせん状に且つ多条に配列した集光ディスクと、前記開口部としてのピンホールを前記集光素子と同じパターンで配列したピンホールディスクと、前記集光ディスクと前記ピンホールディスクとを一体的に回転させる連結回転モータと、を備えていることを特徴とする。

光走査ユニットは、所謂ニポウディスク方式の共焦点光スキャナに適用することができる。これにより、前述の効果を得ると同時に、高速に共焦点画像を生成することができる。

また、本発明の共焦点顕微鏡は、前述した共焦点光スキャナのうち何れか１つを有する共焦点顕微鏡であって、前記共焦点光スキャナと、前記照明光を発振する光源と、前記蛍光を戻り光として検出する検出部と、を備えたことを特徴とする。

これにより、対物レンズの開口数（ＮＡ）に応じた光走査ユニットを選択できると共に、Ｓ／Ｎ比に優れた高い分解能の共焦点画像を得ることができる。

本発明は、入射角制御部は選択した光走査ユニットに応じて照明光の入射角を制御している。これにより、照明光の入射角を制御することで、使用する光走査ユニットに対して入射する照明光の入射角を最適に調整することができる。従って、対物レンズの開口数（ＮＡ）に応じた光走査ユニットを選択できると共に、Ｓ／Ｎ比に優れた高い分解能の共焦点画像を得ることができる。

実施形態の顕微鏡装置の正面図である。 実施形態の顕微鏡装置の上面図である。 変形例１の顕微鏡装置の正面図である。 変形例１の顕微鏡装置の上面図である。 変形例２の顕微鏡装置の正面図である。 変形例２の顕微鏡装置の上面図である。 変形例３の顕微鏡装置の正面図である。 変形例３の顕微鏡装置の上面図である。 変形例４の顕微鏡装置の正面図である。 変形例５の顕微鏡装置の正面図である。 照明光と集光スポットとの関係を説明する概念図である。

以下、本発明の実施形態について説明する。図１は、本発明の共焦点顕微鏡を示している。この共焦点顕微鏡は、光源１と共焦点光スキャナ２と対物レンズ３とディッシュ４と結像レンズ５とカメラ６とを備えて構成している。また、共焦点光スキャナ２には制御部Ｃが接続されている。光源１はディッシュ４に搭載されている観察対象としての試料Ｓを励起させる波長を有する照明光Ｌを発振する。なお、発振した照明光Ｌはコリメート光（平行光）となっている。または、図示しないコリメートレンズにより照明光Ｌを平行光にする。

共焦点光スキャナ２はディッシュ４に搭載されている試料Ｓに照明光Ｌを走査させるための走査部である。対物レンズ３は共焦点光スキャナ２により走査される照明光Ｌをディッシュ４に搭載している試料Ｓに焦点を結ばせる。照明光Ｌが試料Ｓに焦点を結ぶことにより、試料Ｓが励起されて蛍光を発生する。この蛍光が戻り光Ｒとなって、再び対物レンズ３に入射する。

結像レンズ５は共焦点光スキャナ２から出射した戻り光Ｒをカメラ６に結像させる。カメラ６は戻り光Ｒの光量を光電変換することにより、画像データを生成する検出部である。カメラ６が受光した戻り光Ｒの光量データに基づいて、所定の画像処理を行うことにより、試料Ｓの画像が生成される。制御部Ｃは共焦点光スキャナ２の各部をコントロールするコンピュータ等である。

図１に示すように、共焦点光スキャナ２は、光走査ユニット１０と移動機構１１とミラー保持具１２とミラー１３とミラー調整部１４とを備えて構成している。光走査ユニット１０は集光ディスク１５とピンホールディスク１６と連結回転モータ１７とダイクロイックミラー１８とを備えて構成している。また、移動機構１１は固定部１９と可動部２０とを備えて構成している。

図２に示すように、集光ディスク１５は円盤状の回転ディスクであり、多条且つらせん状に多数の集光素子（マイクロレンズ）１５Ｍを配列している。ピンホールディスク１６は円盤状の回転ディスクであり、多条且つらせん状に多数のピンホール１６Ｐ（図示せず）を配列している。集光ディスク１５の集光素子１５Ｍとピンホールディスク１６のピンホール１６Ｐとは略同一のパターンで配列している。

集光素子１５Ｍは、入射した照明光Ｌを集光させる。このとき、集光ディスク１５の集光素子１５Ｍとピンホールディスク１６のピンホール１６Ｐとは対応していることから、集光素子１５Ｍに入射した照明光Ｌは対応するピンホール１６Ｐに集光する。また、集光ディスク１５とピンホールディスク１６とは連結回転モータ１７により連結されている。連結回転モータ１７は回転力を付与することにより回転する。これにより、集光ディスク１５とピンホールディスク１６とは一体的に回転を行う。

ダイクロイックミラー（ビームスプリッタ）１８は照明光Ｌの波長を透過し、試料Ｓの蛍光（戻り光Ｒ）の波長を反射する光学素子である。このダイクロイックミラー１８は集光ディスク１５とピンホールディスク１６との間に形成される空間に配置される。これらにより、光走査ユニット１０が構成される。

図２に示すように、共焦点光スキャナ２は、第１の光走査ユニット１０ａと第２の光走査ユニット１０ｂとを有して構成している。ここでは、２つの光走査ユニットを設けた例を示しているが、勿論３つ以上の光走査ユニットを設けて、３つ以上の光走査ユニットから１つの光走査ユニットを選択してもよい。第１の光走査ユニット１０ａと第２の光走査ユニット１０ｂとは異なる光走査ユニットになっている。ここでは、ピンホール１６Ｐの開口面積が異なっている場合を例示するが、これに限定されず例えば集光素子１５Ｍやピンホール１６Ｐの配列パターンが異なるものであってもよい。

つまり、第１の光走査ユニット１０ａのピンホール１６Ｐの開口面積は大径になっており、第２の光走査ユニット１０ｂのピンホール１６Ｐの開口面積は小径になっている。勿論、開口面積の大小は逆であってもよい。第１の光走査ユニット１０ａと第２の光走査ユニット１０ｂとは何れか１つが選択されるようになっており、対物レンズ３の開口数（ＮＡ）を基準に選択がされる。

移動機構１１は、光走査ユニット１０を移動させる光走査ユニット移動機構である。移動機構１１は固定部１９と可動部２０とを有して構成している。固定部１９は可動部２０が移動するときにガイドされるガイドレール等である。可動部２０はボールネジやリニアモータ等の可動部材であり、固定部１９にガイドされてスライドされる。可動部２０が移動することにより、第１光走査ユニット１０ａと第２光走査ユニット１０ｂとのうち何れかが選択される。

図２に示すように、可動部２０は第１光走査ユニット１０ａおよび第２光走査ユニット１０ｂを搭載可能なテーブルを有しており、このテーブル自体が移動する。そして、このテーブルには正面から見て略Ｌ字状のミラー保持具１２が取り付けられている。ミラー保持具１２はミラー１３を保持する手段であり、可動部２０に固定的に取り付けられている。

ミラー１３は反射ミラーである。光源１から発振した照明光Ｌを反射する位置にミラー１３を設けており、このミラー１３により照明光Ｌは９０度或いは９０度近傍の角度で反射する。ミラー１３にはミラー調整部１４が取り付けられている。このミラー調整部１４は調整ネジ等を適用することができ、ミラー調整部１４を用いてミラー１３の配置角度を変更することで、ミラー１３の反射角度を変化させることができる。これにより、ミラー１３で反射した後の照明光Ｌの進行方向を変化させることができる。なお、ミラー１３は反射プリズムであってもよい。

図２に示すように、ミラー保持具１２は上面から見て略Ｔ字状になっており、ミラー保持具１２の両端にそれぞれ第１ミラー１３ａ、第２ミラー１３ｂおよび第１ミラー調整部１４ａ、第２ミラー調整部１４ｂが取り付けられている。第１ミラー１３ａおよび第１ミラー調整部１４ａは第１光走査ユニット１０ａに対して設けられたものであり、第２ミラー１３ｂおよび第２ミラー調整部１４ｂは第２光走査ユニット１０ｂに対して設けられたものである。

以上が構成である。次に、動作について説明する。図１に示した対物レンズ３の開口数（ＮＡ）に適した開口面積を持つピンホール１６Ｐを選択することにより、共焦点画像の分解能や明るさ等の光学条件を最適にすることができる。これにより、Ｓ／Ｎ比に優れた高い分解能の共焦点画像を得ることができる。

このために、図２に示した第１光走査ユニット１０ａと第２光走査ユニット１０ｂとのうち何れかを選択する。つまり、対物レンズ３の開口数（ＮＡ）に適したピンホール１６Ｐを持つ光走査ユニット１０を選択する。ここでは、対物レンズ３の開口数（ＮＡ）に適したピンホール１６Ｐを持つ光走査ユニット１０は第１光走査ユニット１０ａ（大径のピンホール１６Ｐを形成している）であるものとする。

従って、制御部Ｃは移動機構１１を制御して、可動部２０を固定部１９に沿って移動させる。そして、第１光走査ユニット１０ａに光源１から発振される照明光Ｌが入射可能にし、第１光走査ユニット１０ａから戻り光Ｒがカメラ６に受光可能にする。この状態で、光源１から照明光Ｌを発振する。この照明光Ｌは第１光走査ユニット１０ａの第１ミラー１３ａで反射する。反射した照明光Ｌは集光ディスク１５に配列した集光素子１５Ｍによりピンホールディスク１６の対応するピンホール１６Ｐに集光する。

ピンホール１６Ｐを通過した照明光Ｌは対物レンズ３によりディッシュ４の試料Ｓに焦点を結ぶ。これにより、試料Ｓが励起されて蛍光し、戻り光Ｒが発生する。戻り光Ｒは対物レンズ３に入射して、ピンホール１６Ｐを通過する。集光ディスク１５とピンホールディスク１６との間にはダイクロイックミラー１８が配置されている。

ダイクロイックミラー１８は照明光Ｌの波長の光を透過し、蛍光（戻り光Ｒ）の波長の光を反射する光学特性を有している。よって、戻り光Ｒは反射する。反射した戻り光Ｒは結像レンズ５に入射する。この結像レンズ５により、戻り光Ｒはカメラ６に結像される。カメラ６は戻り光Ｒが結像した領域の光量を光電変換することで、光量データを取得する。

集光ディスク１５とピンホールディスク１６とは連結回転モータ１７により一体的に回転を行っている。集光ディスク１５には多数の集光素子１５Ｍがらせん状且つ多条に配列され、同様のパターンでピンホールディスク１６にはピンホール１６Ｐが配列されている。

従って、集光ディスク１５とピンホールディスク１６とを一体的に回転することで、試料Ｓの所定領域に高速に照明光Ｌを走査させることができる。これにより、カメラ６に戻り光Ｒが走査されて、走査された光量データに基づいて、試料Ｓの所定領域の画像を高速に生成することができる。なお、連結回転モータ１７の制御は制御部Ｃが行うようにする。

照明光Ｌおよび戻り光Ｒはピンホール１６Ｐを通過する。これにより、試料Ｓの焦点面以外の光は排除され、光軸方向に高い分解能を持つ共焦点画像を生成することができる。且つ、対物レンズ３に適した開口面積を持つピンホール１６Ｐを持つ第１光走査ユニット１０ａを選択している。これにより、Ｓ／Ｎ比に優れた高い分解能を持つ光学条件の良い画像を生成することができる。

従って、対物レンズ３の開口数（ＮＡ）によっては、第２光走査ユニット１０ｂのピンホール１６Ｐの方が適している場合がある。この場合には、移動機構１１の可動部２０を移動させて、第２光走査ユニット１０ｂを選択する。従って、光源１およびカメラ６に対応する位置に第２光走査ユニット１０ｂを移動させる。

ところで、図２に示すように、移動機構１１の可動部２０には第１光走査ユニット１０ａのための第１ミラー１３ａおよび第１ミラー調整部１４ａを備えており、また第２光走査ユニット１０ｂのための第２ミラー１３ｂおよび第２ミラー調整部１４ｂを備えている。そして、可動部２０には第１光走査ユニット１０ａおよび第２光走査ユニット１０ｂが取り付けられており、且つミラー保持具１２も取り付けられている。

よって、第１光走査ユニット１０ａと第１ミラー１３ａとの位置関係および第２光走査ユニット１０ｂと第２ミラー１３ｂとの位置関係は固定されている。そこで、第１ミラー調整部１４ａは、第１光走査ユニット１０ａに対して入射する照明光Ｌの入射角θ（θａとする）が所定の角度範囲内となるように第１ミラー１３ａの角度調整を行う。

同様に、第２ミラー調整部１４ｂは、第２光走査ユニット１０ｂに対して入射する照明光Ｌの入射角θ（θｂとする）が所定の角度範囲内となるように第２ミラー１３ｂの角度調整を行う。従って、第１ミラー調整部１４ａおよび第２ミラー調整部１４ｂは照明光Ｌの光走査ユニット１０に対する照明光Ｌの入射角を調整する入射角調整部となる。第１ミラー調整部１４ａと第２ミラー調整部１４ｂとはそれぞれ別個独立にミラーの角度調整を行うことができる。

第１光走査ユニット１０ａが選択されているときに、光源１が発振した照明光Ｌは第１ミラー１３ａで反射する。このときの第１ミラー１３ａの反射角により、集光ディスク１５の集光素子１５Ｍに対する照明光Ｌの入射角θａが決定される。この入射角θａにより、集光素子１５Ｍにより集光されるピンホール１６Ｐの集光スポットＳＰの位置が決定される。

前述したように、集光スポットＳＰがピンホール１６Ｐの中心と近いほど光量損失が少なくなる。理想的には、集光スポットＳＰとピンホール１６Ｐの中心とが完全に一致したときに、最も光量損失が少なくなる。光量損失には許容値があり、前述したように光量損失の許容値が１０％以下の場合には、入射角θａは０．０１度以下であることが要求される。

そこで、このような入射角θａの条件を満たすように、第１ミラー調整部１４ａが第１ミラー１３ａの反射角を調整する。これにより、照明光Ｌの進行方向は調整され、第１光走査ユニット１０ａに適した入射角θａで照明光Ｌを集光ディスク１５に入射させることができる。その結果、前記の条件を満たすことができ、Ｓ／Ｎ比に優れた高い分解能の画像を生成することができる。

第１ミラー調整部１４ａは入射角制御部であり、照明光Ｌの反射方向を調整している。換言すれば、第１ミラー調整部１４ａは照明光Ｌの進行方向を調整する光変向手段となる。第２ミラー調整部１４ｂも同様である。

なお、第１ミラー調整部１４ａがネジによる調整の場合には、第１ミラー１３の反射面の裏面に設けた少なくとも２箇所のネジを調整することにより、第１ミラー１３の反射面の角度調整を行う。これにより、第１光走査ユニット１０ａに特化した最適な入射角θａで集光ディスク１５に照明光Ｌを入射させることができる。

一方、第２光走査ユニット１０ｂを選択したときには、制御部Ｃが移動機構１１を制御して、光源１が発振した照明光Ｌが第２光走査ユニット１０ｂに入射し、第２光走査ユニット１０ｂからの戻り光Ｒがカメラ６に受光されるような位置に第２光走査ユニット１０ｂを移動させる。このとき、第２光走査ユニット１０ｂに特化した第２ミラー１３ｂの反射角の調整を行う。これは、第２ミラー調整部１４ｂが行い、ネジによる調整の場合には少なくとも２箇所に設けたネジを調整する。第２ミラー１３ｂの反射角の調整を行うことで、第２光走査ユニット１０ｂに照明光Ｌを最適な入射角θｂで入射させることができる。これにより、Ｓ／Ｎ比に優れた高い分解能の画像を生成することができる。

移動機構１１により、第１光走査ユニット１０ａと第２光走査ユニット１０ｂとのうち対物レンズ３の開口数（ＮＡ）に応じた光走査ユニット１０を選択することができ、且つ第１光走査ユニット１０ａと第２光走査ユニット１０ｂとのそれぞれについて反射角を調整した第１ミラー１３ａと第２ミラー１３ｂとを設けている。

前述したように、光走査ユニット１０や移動機構１１の外形加工精度のばらつきや、移動機構１１の直進性のばらつき等に起因して、第１光走査ユニット１０ａと第２光走査ユニット１０ｂとの取り付け角度が異なる場合がある。また、１つの光走査ユニット１０に照明光Ｌの入射角θが最適になるように調整したとしても、それ以外の光走査ユニット１０の入射角θが最適にならないことがある。

しかしながら、前述した構成を採用することで、第１光走査ユニット１０ａと第２光走査ユニット１０ｂとを移動機構１１により切り替えたとしても、照明光Ｌの光量損失を抑制することができる。これにより、Ｓ／Ｎ比に優れた高い分解能の画像を生成することができる。

ここでは、照明光Ｌの光量損失が１０％以下に抑制した場合を最適な入射角θ（前述した条件では０．０１度以下）としたが、最適な入射角θは光量損失の許容範囲によって任意に変更することができる。例えば、光量損失が２０％まで許容されれば、入射角θの調整はそれほどシビアにならず、５％以下まで許容されるような場合には、入射角θの調整は極めてシビアになる。

以上において、ピンホールディスク１６は多条且つらせん状にピンホール１６Ｐを配列したものを例示したが、共焦点セクショニング効果を得ることができれば、ピンホール１６Ｐの共焦点開口は任意の形状とすることができる。例えば、複数のスリット開口が形成されたスリットディスクやトニーウィルソンディスク（エンコードを行うための輝度変調を利用したディスク）等を用いてもよい。

また、共焦点光スキャナ２としては、多数の集光素子１５Ｍと多数のピンホール１６Ｐとを備えて、多数の点を同時に走査して高速に共焦点画像を生成することができれば、任意の構成を採用することができる。例えば、集光素子１５Ｍとピンホール１６Ｐとが同一ディスク上に形成されているような光走査ユニットを用いてもよい。

次に、変形例１について説明する。本変形例１は、図３および図４に示すように、ミラー切替部２１を設けている。このミラー切替部２１はミラー固定部２２とミラー可動部２３とを有している。ミラー固定部２２は可動式のミラー可動部２３をガイドするガイドレールであり、ミラー可動部２３はミラー固定部２２によりガイドされて移動する。移動方向は光走査ユニット１０と同じ方向になる。

図４に示すように、ミラー固定部２２の長手方向に第１ミラー１３ａと第２ミラー１３ｂとを配列して取り付けている。第１ミラー１３ａには第１ミラー調整部１４ａが取り付けられており、第２ミラー１３ｂには第２ミラー調整部１４ｂが取り付けられている。従って、第１ミラー１３ａと第２ミラー１３ｂとはそれぞれ独立して角度調整を行うことができる。

制御部Ｃが移動機構１１を制御することにより、第１光走査ユニット１０ａと第２光走査ユニット１０ｂとのうち何れかを選択にしている。また、第１ミラー１３ａは第１光走査ユニット１０ａに応じて角度調整がされており、第２ミラー１３ｂは第２光走査ユニット１０ｂに応じて角度調整がされている。

従って、第１光走査ユニット１０ａが選択されたときには、制御部Ｃはミラー切替部２１を制御してミラー可動部２３を移動させる。そして、光源１が発振した照明光Ｌを反射する位置に第１ミラー１３ａを配置する。一方、第２光走査ユニット１０ｂが選択されたときには、制御部Ｃはミラー切替部２１を制御してミラー可動部２３を移動させる。そして、光源１が発振した照明光Ｌを反射する位置に第２ミラー１３ｂを配置する。

これにより、選択された光走査ユニット１０に応じて第１ミラー１３ａと第２ミラー１３ｂとを切り替えることができ、使用する光走査ユニット１０に対して照明光Ｌの入射角θが最適になるように調整することができる。これにより、Ｓ／Ｎ比に優れた高い分解能の画像を生成することができる。

次に、変形例２について説明する。本変形例２は、図５および図６に示すように、ピエゾアクチュエータ２４とピエゾ固定部２４Ｆとを有している。ピエゾ固定部２４Ｆはピエゾアクチュエータ２４を固定しており、２本のピエゾアクチュエータ２４がミラー１３の角度調整を行っている。

ピエゾアクチュエータ２４はピエゾ素子により構成されており、圧電効果を利用して、ミラー１３の角度調整を行うミラー駆動部である。ピエゾアクチュエータ２４の制御は制御部Ｃが行っている。制御部Ｃが移動機構１１を制御して、第１光走査ユニット１０ａを選択したときには、制御部Ｃは第１光走査ユニット１０ａに応じた反射角となるようにミラー１３の角度調整を行う。第２光走査ユニット１０ｂを選択したときには、制御部Ｃは第２光走査ユニット１０ｂに応じた反射角となるようにミラー１３の角度調整を行う。

これにより、選択された光走査ユニット１０に応じて最適な反射角となるようにミラー１３の角度調整を行うことができる。このため、選択した光走査ユニット１０に対して照明光Ｌの入射角θが最適になるように調整することができ、Ｓ／Ｎ比に優れた高い分解能の画像を生成することができる。

なお、ここでは、ミラー駆動部としてピエゾアクチュエータ２４を用いたが、ミラー１３の角度調整をすることができれば、ミラー駆動部としてモータやリニアアクチュエータやガルバノメーター等を用いてもよい。

次に、変形例３について説明する。本変形例３では、図７および図８に示されるように、音響光学素子２５を用いている。音響光学素子２５は制御部Ｃにより制御がされており、照明光Ｌの光路に設けている。音響光学素子２５を駆動することにより、照明光Ｌは回折がコントロールされて、進行方向が変化する。

前述した実施形態、実施例１並びに実施例２はミラー１３を用いて、光走査ユニット１０に対する照明光Ｌの入射角θを制御する反射タイプであったが、本変形例３は音響光学素子２５を透過する照明光Ｌの進行方向を変化させて入射角θを制御する透過タイプである。よって、図７に示すように、光源１の位置が前述した実施形態、実施例１並びに実施例２とは異なっている。

これにより、選択した光走査ユニット１０に対して照明光Ｌの入射角θが最適になるように調整することができ、Ｓ／Ｎ比に優れた高い分解能の画像を生成することができる。音響光学素子２５は照明光Ｌの進行方向をコントロールする光変向手段である。ここでは、光変向手段として音響光学素子２５を用いたが、照明光Ｌの進行方向を変化させることができるものであれば、電気光学素子や磁気光学素子等を用いてもよい。

次に、変形例４について説明する。本変形例４では、図９に示すように、光走査ユニット角度調整部２６を設けている。前述した実施形態並びに変形例１乃至変形例３では、照明光Ｌの進行方向を変化させていたが、本変形例では光走査ユニット１０の角度調整を行う。この角度調整は光走査ユニット角度調整部２６が行う。光走査ユニット角度調整部２６は角度調整ネジ等により実現することができる。

すなわち、第１光走査ユニット１０ａが選択されたときには、この第１光走査ユニット１０ａに応じた角度調整を光走査ユニット角度調整部２６が行う。また、第２光走査ユニット１０ｂが選択されたときには、この第２光走査ユニット１０ｂに応じた角度調整を光走査ユニット角度調整部２６が行う。これにより、第１光走査ユニット１０ａと第２光走査ユニット１０ｂとの何れが選択されても、それに応じた光走査ユニット１０の角度調整を行うことができる。従って、入射角θを最適に調整することができ、Ｓ／Ｎ比に優れた高い分解能の画像を生成することができる。

ここでは、光走査ユニット角度調整部２６は角度調整ネジにより実現する例を示したが、モータやリニアアクチュエータ、ピエゾアクチュエータ等の可動機構を光走査ユニット角度調整部２６に適用してもよい。このとき、可動機構の制御は、選択された光走査ユニット１０に応じて、最適な光走査ユニット１０の配置角度となるように、制御部Ｃが行うようにする。

次に、変形例５について説明する。この変形例５では、２つの光源１ａ、１ｂを設けている。また、共焦点光スキャナ２にはハーフミラー２７とミラー２８とを設けている。光源１ａは第１光走査ユニット１０ａに入射する照明光（Ｌ１とする）の入射角θａが最適になる方向に照明光Ｌを出射する。光源１ｂは第２光走査ユニット１０ｂに入射する照明光（Ｌ２とする）の入射角θｂが最適になる方向に照明光Ｌを出射する。

第１光走査ユニット１０ａが選択されたときには、光源１ａから照明光Ｌ１が発振される。光源１ａから発振された照明光Ｌ１はハーフミラー２７を透過して、第１光走査ユニット１０ａに入射する。照明光Ｌ１の出射方向は第１光走査ユニット１０ａに応じて最適に調整されているため、入射角θａを最適にすることができる。

第２光走査ユニット１０ｂが選択されたときには、光源１ｂから照明光Ｌ２が発振される。光源１ｂから発振された照明光Ｌはミラー２８で全反射をして、ハーフミラー２７で反射する。そして、第２光走査ユニット１０ｂに照明光Ｌ２が入射する。このときに、光源１ｂからの照明光Ｌ２の出射方法は第２光走査ユニット１０ｂに応じて最適に調整されているため、入射角θｂを最適にすることができる。

従って、第１光走査ユニット１０ａに最適な入射角θで入射させる照明光Ｌ１と第２光走査ユニット１０ｂに最適な入射角θで入射させる照明光Ｌ２とはハーフミラー２７で合流している。そして、選択された光走査ユニットに応じて、照明光Ｌ１と照明光Ｌ２とのうち何れかを使用することで、何れの光走査ユニットが選択されても最適な入射角θで照明光Ｌ１またはＬ２を入射させることができる。従って、本変形例５においても、選択した光走査ユニット１０に応じて最適な入射角θで照明光Ｌが入射するため、Ｓ／Ｎ比に優れた高い分解能の画像を生成することができる。

１ 光源
２ 共焦点光スキャナ
３ 対物レンズ
６ カメラ
１０ 光走査ユニット
１１ 移動機構
１２ ミラー保持具
１３ ミラー
１４ ミラー調整部
１５ 集光ディスク
１５Ｍ 集光素子
１６ ピンホールディスク
１６Ｐ ピンホール
１７ 連結回転モータ
１８ ダイクロイックミラー
２１ ミラー切替部
２４ ピエゾアクチュエータ
２５ 音響光学素子
２６ 光走査ユニット角度調整部
２７ ハーフミラー
Ｃ 制御部
Ｌ 照明光
Ｒ 戻り光
Ｓ 試料
θ 入射角

Claims (7)

1. 試料に照射して前記試料を蛍光させる照明光を集光する複数の集光素子と当該集光素子により集光される照明光を通過させる複数の開口部とを有し、前記開口部を通過した前記照明光を前記試料に走査させる複数の光走査ユニットと、
   前記光走査ユニットを移動して前記光走査ユニットのうち１つの光走査ユニットを選択させる移動機構と、
   前記光走査ユニットのうち選択した光走査ユニットに応じて、この光走査ユニットに対する前記照明光の入射角を調整する入射角調整部と、
   前記光走査ユニットごとに設けられ、前記照明光を前記光走査ユニットに向けて反射する複数の反射ミラーと、
   前記光走査ユニットごとに設けられ、前記複数の反射ミラーの角度調整を個別独立に行う前記入射角調整部としての複数のミラー調整部とを備え、
   前記光走査ユニットの選択に応じて、前記複数の反射ミラーおよび前記複数のミラー調整部を選択的に前記照明光を反射する位置に移動させるとともに、
   前記複数の反射ミラーの移動方向と前記複数の光走査ユニットの移動方向とを同じにする
   ことを特徴とする共焦点光スキャナ。
2. 前記反射ミラーが前記移動機構に固定して取り付けられ、
   前記ミラー調整部が前記移動機構に固定して取り付けられる
   ことを特徴とする請求項１記載の共焦点光スキャナ。
3. 選択された前記光走査ユニットに応じた前記反射ミラーに切替を行うミラー切替部を備える
   ことを特徴とする請求項１記載の共焦点光スキャナ。
4. 前記移動機構は固定部と可動部とを有し、
   前記固定部は前記可動部が移動するときにガイドされるガイドレールを有し、
   前記可動部が前記固定部にガイドされてスライドする
   ことを特徴とする請求項２記載の共焦点光スキャナ。
5. 前記ミラー切替部はミラー固定部と可動式のミラー可動部とを有し、
   前記ミラー固定部は前記ミラー可動部をガイドするガイドレールを有し、
   前記ミラー可動部が前記ミラー固定部によりガイドされて移動する
   ことを特徴とする請求項３記載の共焦点光スキャナ。
6. 前記光走査ユニットは、
   前記集光素子をらせん状に且つ多条に配列した集光ディスクと、
   前記開口部としてのピンホールを前記集光素子と同じパターンで配列したピンホールディスクと、
   前記集光ディスクと前記ピンホールディスクとを一体的に回転させる連結回転モータと、を備える
   ことを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項に記載の共焦点光スキャナ。
7. 請求項１乃至６の何れか１項に記載の共焦点光スキャナを有する共焦点顕微鏡であって、
   前記共焦点光スキャナと、
   前記照明光を発振する光源と、
   前記蛍光を戻り光として検出する検出部と、を備えた
   ことを特徴とする共焦点顕微鏡。

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