JP5888498B2 - 顕微鏡装置 - Google Patents

Description

本発明は、試料に照明光を照射したときの蛍光を異なる情報ごとに分離して観察可能な顕微鏡装置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照明光を照射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顕微鏡が従来から用いられている。試料には複数の情報が含まれており、例えば複数の波長情報や複数の偏光情報が含まれている。そこで、試料の蛍光を複数の情報ごとに分離して観察を行う光学的観測装置に関する技術が特許文献１に開示されている。

一方、蛍光の光路を２波長に分けて同時に観察する技術が非特許文献１に開示されている。図２０は、非特許文献１に開示されている技術を用いた顕微鏡装置を示している。この顕微鏡装置１０１は、顕微鏡光学系１０２と視野分割光学系１０３とカメラ１０４とを備えて構成している。

顕微鏡光学系１０２は光源１１１とビームスプリッタ１１２と対物レンズ１１３とディッシュ１１４と反射ミラー１１５とを備えている。光源１１１は照明光Ｌを出射する。照明光Ｌは観察対象である試料Ｓを励起させて蛍光させる波長を有している。ビームスプリッタ１１２は照明光Ｌを反射し、試料Ｓの蛍光の波長を反射する特性を持つ光学部品である。

対物レンズ１１３はディッシュ１１４に載置されている試料Ｓに照明光Ｌを照射する。これにより、試料Ｓは励起されて蛍光を発生する。この蛍光を戻り光Ｒとする。反射ミラー１１５は戻り光Ｒの光路を９０度の角度で反射する。

次に、視野分割光学系１０３について説明する。視野分割光学系１０３は視野絞り１２１と第１リレーレンズ１２２と分光ミラー１２３と第１反射ミラー１２４と第２反射ミラー１２５と合流ミラー１２６と第２リレーレンズ１２７とを備えている。

視野絞り１２１は戻り光Ｒの視野を絞る。第１リレーレンズ１２２は第２リレーレンズ１２７と共に無限遠補正光学系を構成する。分光ミラー１２３は戻り光Ｒを情報ごとに分光する。分光された戻り光Ｒのうち、透過光は第１戻り光Ｒ１（図中実線）とし、反射光は第２戻り光Ｒ２（図中破線）とする。

第１戻り光Ｒ１は第１反射ミラー１２４により反射して、合流ミラー１２６に入射する。第２戻り光Ｒ２は第２反射ミラー１２５により反射して、合流ミラー１２６に入射する。合流ミラー１２６は第１戻り光Ｒ１の波長域の光を反射し、第２戻り光Ｒ２の波長域の光を透過する特性を持つ。よって、第１戻り光Ｒ１と第２戻り光Ｒ２とは合流する。第２リレーレンズ１２７は合流後の第１戻り光Ｒ１および第２戻り光Ｒ２をカメラ１０４の受光領域に結像させる。

次に、動作について説明する。カメラ１０４で撮像される第１戻り光Ｒ１と第２戻り光Ｒ２とは異なる波長情報になる。よって、カメラ１０４の結像領域を半分に分割して、一方の領域（第１結像領域１０４Ａ）に第１戻り光Ｒ１を結像させ、他方の領域（第２結像領域１０４Ｂ）に第２戻り光Ｒ２を結像させる。これにより、異なる波長情報の像を１台のカメラ１０４で観察することができる。

このために、視野絞り１２１により戻り光Ｒの視野を絞る。第１反射ミラー１２４は第１結像領域１０４Ａに第１戻り光Ｒ１が結像するような反射角度に設定されており、第２反射ミラー１２５は第２結像領域１０４Ｂに第２戻り光Ｒ２が結像するような反射角度に設定されている。

これにより、第１結像領域１０４Ａに第１戻り光Ｒ１を結像させ、第２結像領域１０４Ｂに第２戻り光Ｒ２を結像させることができる。つまり、図２０からも明らかなように、合流後の第１戻り光Ｒ１と第２戻り光Ｒ２との光路は同一にはならず、僅かに異なる光路を辿ることになる。

この状態で、光源１１１から照明光Ｌを出射する。照明光Ｌはビームスプリッタ１１２で反射して、対物レンズ１１３によりディッシュ１１４に載置された試料Ｓに照射される。これにより、試料Ｓが励起して蛍光が発生する。この蛍光が戻り光Ｒとなる。戻り光Ｒは対物レンズ１１３を経て、ビームスプリッタ１１２に入射する。

ビームスプリッタ１１２は蛍光の波長域の光を透過するため、戻り光Ｒは透過して、反射ミラー１１５で反射する。そして、視野分割光学系１０３に戻り光Ｒが入射する。戻り光Ｒは視野絞り１２１で視野を絞られて、第１リレーレンズ１２２を通過する。そして、戻り光Ｒは分光ミラー１２３に入射する。

分光ミラー１２３で第１戻り光Ｒ１と第２戻り光Ｒ２とに分光して、第１戻り光Ｒ１は透過し、第２戻り光Ｒ２は反射する。第１戻り光Ｒ１は第１反射ミラー１２４で反射し、第２戻り光Ｒ２は第２反射ミラー１２５で反射する。そして、合流ミラー１２６で第１戻り光Ｒ１が反射し、第２戻り光Ｒ２が透過することで、第１戻り光Ｒ１と第２戻り光Ｒ２とが合流する。そして、合流後の第１戻り光Ｒ１および第２戻り光Ｒ２は第２リレーレンズ１２７によりカメラ１０４に結像される。

前述したように第１反射ミラー１２４と第２反射ミラー１２５との反射角度は予め設定されている。これにより、合流後の第１戻り光Ｒ１と第２戻り光Ｒ２とはカメラ１０４の異なる結像領域に結像される。つまり、第１戻り光Ｒ１は第１結像領域１０４Ａに結像され、第２戻り光Ｒ２は第２結像領域１０４Ｂに結像される。これにより、第１結像領域１０４Ａと第２結像領域１０４Ｂとで視野分割をすることができ、１台のカメラ１０４で異なる２つの波長情報の像を同時間に撮像することができる。

特開平２−６１６１０号公報

「「浜松ホトニクス株式会社 ＡＱＵＡＣＯＳＭＯＳ／ＦＲＥＴカタログ」、浜松ホトニクス株式会社、２００２年、Ｐ２」

図２０の構成を採用することにより、１台のカメラ１０４で試料Ｓの２つの異なる波長情報の像を同時間で観察することができる。一方で、１つ（単一）の波長情報の像のみを観察する場合もある。単一の波長情報の像を観察するには、第１戻り光Ｒ１または第２戻り光Ｒ２のうち一方のみをカメラ１０４に結像させる。

図２１は、第１戻り光Ｒ１のみをカメラ１０４に結像させる一例を示している。この場合には、遮蔽板１２８を第２戻り光Ｒ２の光路に配置する。なお、遮蔽板１２８を第２戻り光Ｒ２の光路に挿抜可能にすることで、異なる波長情報の像の同時観察（視野分割モード）と単一の波長情報の像の観察（単一視野モード）とを切り替えることができる。

図２０にも示したように、視野分割モードの場合、カメラ１０４の第１結像領域１０４Ａに第１戻り光Ｒ１を結像させ、第２結像領域１０４Ｂに第２戻り光Ｒ２を結像させる。このため、合流後の第１戻り光Ｒ１および第２戻り光Ｒ２は第２リレーレンズ１２７の光軸中心を通過しない。つまり、第１戻り光Ｒ１および第２戻り光Ｒ２はそれぞれ第２リレーレンズ１２７の光軸中心からずれた位置を通過する。このため、カメラ１０４に結像されたときの像の解像度が低下する。特に、像面の辺縁部の解像度の低下が大きくなる。

ただし、異なる波長情報で視野分割を行う場合には、異なる波長情報の像を同時に観察することができる。従って、解像度が低下したとしても、異なる波長情報の像を同時に観察する視野分割モードを選択した場合には、図２０のような構成を採用する。

一方、図２１は遮蔽板１２８を第２戻り光Ｒ２の光路に配置することで、単一の波長情報の像の観察を行うことが可能になる。ただし、第１反射ミラー１２４は第１戻り光Ｒ１がカメラ１０４の第１結像領域１０４Ａに結像されるように設定されている。よって、第１戻り光Ｒ１は第２リレーレンズ１２７の光軸中心からずれた位置を通過するため、カメラ１０４に結像されたときの解像度が低下する。この場合も、特に像面の辺縁部の解像度が大きく低下する。

そして、第１戻り光Ｒ１はカメラ１０４の第１結像領域１０４Ａに結像されるが、第２戻り光Ｒ２はカメラ１０４の第２結像領域１０４Ｂに結像されない。従って、カメラ１０４の結像領域のうち第２結像領域１０４Ｂは使用されないことになる。これにより、カメラ１０４の結像領域の半分が使用されないため、結像領域の有効的に使用することができない。

カメラ１０４に結像された像を画像情報としてモニタに画像表示したときに、第１結像領域１０４Ａの像は表示されるものの、第２結像領域１０４Ｂの像は何等の情報も表示されないことになる。そして、第１結像領域１０４Ａに結像される像は、前述したように低解像度になる。

そこで、本発明は、１つの撮像部で異なる情報の像と単一の情報の像とを切り替え可能に撮像するときに、単一の情報の像を高解像度で撮像することを目的とし、さらには結像領域の有効活用を図ることを目的とする。

以上の課題を解決するため、本発明の顕微鏡装置は、照明光を出射する光源と、前記照明光を試料に照射することにより蛍光を戻り光として生じさせる顕微鏡光学系と、前記戻り光に含まれる情報ごとに分光を行う分光部と、前記分光部により分光された複数の前記戻り光を合流させる合流部と、前記戻り光の像を撮像する撮像部と、前記分光部を前記戻り光の光路に配置して、前記合流部により合流された複数の前記戻り光の各々を、前記撮像部の撮像領域を分割した異なる撮像領域に結像させる視野分割モードと、前記分光部を前記戻り光の光路から退避させて、前記分光部により分光させない戻り光を、前記撮像部の撮像領域に結像させる単一視野モードと、を切り替え可能にする分光部移動機構と、
分光された前記複数の戻り光を前記撮像部に結像させるときと前記分光部により分光させないときの前記戻り光を前記撮像部に結像させるときとで結像位置を変化させる結像位置変更部と、を備えたことを特徴とする。

この顕微鏡装置によれば、１つの撮像部で異なる情報の像と単一の情報の像とを切り替えて撮像することが可能になり、結像位置変更部が結像位置を変更することで、単一の情報の像を高解像度で撮像することができる。

また、前記分光部により分光された第１戻り光を前記合流部に向けて反射する第１反射ミラーと、前記分光部により分光された第２戻り光を前記合流部に向けて反射する第２反射ミラーと、前記第１戻り光および前記第２戻り光を前記撮像部に結像させるときと前記第１戻り光または前記第２戻り光のうち何れか一方を結像させるときとで、前記第１反射ミラーと前記第２反射ミラーとのうち何れか一方の角度または位置を調整する前記結像位置変更部としてのミラー調整部と、を備えたことを特徴とする。

ミラー調整部が第１反射ミラーまたは第２反射ミラーの調整を行うことで、撮像部の結像位置を変更することができる。ミラーの調整は角度または位置の何れを調整してもよい。

また、前記分光部により分光された第１戻り光を前記合流部に向けて反射する第１反射ミラーと、前記分光部により分光された第２戻り光を前記合流部に向けて反射する第２反射ミラーと、前記第１戻り光および前記第２戻り光を前記撮像部に結像させるときと前記第１戻り光または前記第２戻り光のうち何れか一方を結像させるときとで、前記第１反射ミラーと前記第２反射ミラーとのうち何れか一方を角度または位置が調整された調整ミラーに変更する前記結像位置変更部としてのミラー移動機構と、を備えたことを特徴とする。

異なる情報の像を撮像するための反射角度に設定された反射ミラーと、単一の情報の像を観察するための反射角度に設定された反射ミラーとを切り替え可能に移動することで、撮像部の結像位置を変更することができる。

また、前記ミラー調整部は、前記撮像部の結像領域を分割した第１結像領域と第２結像領域とに前記第１戻り光と前記第２戻り光とが結像するように調整されている前記第１反射ミラーと前記第２反射ミラーとのうち何れか一方を、分光させないときの前記戻り光が前記撮像部の中心に結像されるように調整することを特徴とする。

単一の情報の像を観察するときには、戻り光が撮像部の中心に結像するように反射ミラーの調整を行うことで、最も高解像度の単一の情報の像を観察することができる。

また、前記撮像部に前記第１戻り光および前記第２戻り光を結像させるときには前記戻り光の視野を絞り、前記撮像部に分光させないときの前記戻り光を結像させるときには前記戻り光の視野を広げる視野絞りを備えていることを特徴とする。

異なる情報の像を撮像するときには視野を絞る必要があるが、単一の情報の像を撮像するときには視野を広げることができる。これにより、撮像部の結像領域の有効活用を図ることができる。

また、前記視野絞りは、前記照明光の光束を変化させる照明絞りであることを特徴とする。

照明光の視野を絞ることにより、戻り光の視野を絞ることができる。そして、照明光の視野を絞ることにより、試料の観察範囲外にダメージや退色の影響を与えることがなくなる。

また、前記第１戻り光および前記第２戻り光を前記撮像部に結像させるときには少なくとも前記分光部を前記戻り光の光路に配置し、分光させないときの前記戻り光を前記撮像部に結像させるときには少なくとも前記分光部を前記戻り光の光路から退避させる分光部移動機構を備えたことを特徴とする。

分光部移動機構により分光部を光路に配置または退避させることで、異なる情報の像と単一の情報の像との観察を行うことができる。分光部を退避させることで、単一の情報の像を観察するときには、分光部による光量損失を生じることがない。

また、前記分光部移動機構は、分光特性がそれぞれ異なる複数の分光部を切り替え可能に構成し、前記分光部のそれぞれに応じた合流特性を持つ複数の合流部を切り替え可能に構成した合流部移動機構を備えたことを特徴とする。

複数の分光部と複数の合流部とを切り替え可能に構成したことで、試料に含まれる多数の情報を観察することができる。

また、前記第１戻り光の光路に配置され、前記第１戻り光の情報のみを通過させる第１フィルタと、前記第２戻り光の光路に配置され、前記第２戻り光の情報のみを通過させる第２フィルタと、前記第１フィルタと前記第２フィルタとを交換可能なフィルタ交換機構と、を備えたことを特徴とする。

第１フィルタと第２フィルタとを第１戻り光の光路と第２戻り光の光路とに交換可能にしていることで、異なる情報の像を撮像したときと同数の高解像度の像を取得することができる。且つ、使用するフィルタの数を少なくすることができる。

また、前記ミラー調整部は、前記第１反射ミラーと前記第２反射ミラーとのうち、前記分光部および前記合流部を前記戻り光の光路から退避させているときに前記戻り光が入射する反射ミラーの調整を行うことを特徴とする。

これにより、単一の情報の像を観察するときに、戻り光は分光部および合流部の作用を受けることがないことから、光量損失を低減させることができる。このため、Ｓ／Ｎ比の高い像の取得が可能になる。

また、前記試料の焦点の範囲内の戻り光を通過させる多数のピンホールを螺旋状且つ多条に形成したピンホールディスクと、このピンホールディスクを回転させる回転部と、を備えたことを特徴とする。

ピンホールディスクを回転させることで、試料の所定範囲を走査させることができる。且つ、ピンホールは試料の焦点の範囲内の照明光および蛍光のみを通過させることで、光軸方向に分解能の高い共焦点画像を得ることができる。

また、前記ピンホールディスクの前記ピンホールと同一の配列パターンで、前記照明光を前記ピンホールに集光させる集光レンズを配列した集光ディスクを備え、前記回転部は、前記ピンホールディスクと前記集光ディスクとを一体的に回転させることを特徴とする。

集光ディスクを使用することで、照明光の利用効率を向上させることができ、高いＳ／Ｎ比の共焦点画像を得ることができる。

本発明は、１つの撮像部で異なる情報の像と単一の情報の像とを切り替えて撮像することが可能になり、結像位置変更部が結像位置を変更することで、単一の情報の像を高解像度で撮像することができる。

実施形態における顕微鏡装置の構成を示す図である。 図１の顕微鏡装置で分光をさせないときの状態を示す図である。 視野分割モードと単一視野モードとでカメラが撮像する像の一例である。 変形例１の顕微鏡装置の構成を示す図である。 図４の顕微鏡装置でフィルタを変更したときの図である。 図４の顕微鏡装置で分光をさせないときの状態を示す図である。 変形例２の顕微鏡装置の構成を示す図である。 図７の顕微鏡装置で分光をさせないときの状態を示す図である。 変形例３の顕微鏡装置の構成を示す図である。 変形例３の顕微鏡装置の他の構成を示す図である。 変形例４の顕微鏡装置の構成を示す図である。 図１１の顕微鏡装置で分光をさせないときの状態を示す図である。 図１２からフィルタを交換した状態を示す図である。 変形例５の顕微鏡装置の構成を示す図である。 図１４の顕微鏡装置で分光をさせないときの状態を示す図である。 図１５からフィルタを交換した状態を示す図である。 変形例６の顕微鏡装置の構成を示す図である。 図１７の状態からフィルタを交換した状態を示す図である。 図１７の顕微鏡装置で分光をさせないときの状態を示す図である。 従来の顕微鏡装置の構成を示す図である。 図２０の顕微鏡装置に遮蔽板を挿入した状態を示す図である。

以下、本発明の実施形態について説明する。図１は本実施形態の顕微鏡装置１を示している。顕微鏡装置１は、蛍光色素や蛍光タンパク等を導入した観察対象としての試料Ｓに照明光Ｌを照射する。これにより、試料Ｓを励起させて蛍光させる。そして、この蛍光を戻り光Ｒとして撮像部としてのカメラに結像させることで、試料Ｓの像を得る。

試料Ｓには複数の情報が含まれている。この情報としては、波長情報や偏光情報等がある。ここでは、波長情報ごとに試料Ｓの像を分離して観察を行う例について説明するが、偏光情報ごとに分離して観察を行うものであってもよい。勿論、波長情報や偏光情報以外の情報ごとに分離して観察を行うものであってもよい。

図１に示す顕微鏡装置１は、顕微鏡光学系２と視野分割光学系３とカメラ４とを備えている。顕微鏡光学系２は、光源装置１０とビームスプリッタ１１と対物レンズ１２とディッシュ１３と結像レンズ１４とを備えている。ディッシュ１３には観察対象である試料Ｓが載置されている。

光源装置１０は照明光Ｌを出射する光源である。光源装置１０としては、照明光Ｌをレーザ光として出射するレーザ光源、ＬＥＤ、水銀チップ等を適用することができる。照明光Ｌは試料Ｓの蛍光色素や蛍光タンパク等を励起させる波長を持つ光である。

ビームスプリッタ１１は光の波長ごとに透過と反射とを分ける光学部品である。ビームスプリッタ１１としてはダイクロイックミラー等を適用することができる。ビームスプリッタ１１は照明光Ｌの波長域の光を反射し、試料Ｓの蛍光の波長域の光を透過する特性を有している。このため、照明光Ｌはビームスプリッタ１１で反射する。

反射した照明光Ｌは対物レンズ１２に入射する。対物レンズ１２の作用により、照明光Ｌはディッシュ１３に載置された試料Ｓに照射される。試料Ｓに照明光Ｌが照射されることにより、試料Ｓが励起して蛍光を発生する。この蛍光を戻り光Ｒとする。戻り光Ｒは対物レンズ１２を経て、ビームスプリッタ１１に入射する。

ビームスプリッタ１１は蛍光の波長域の光を透過するため、戻り光Ｒは透過して、結像レンズ１４に入射する。結像レンズ１４に入射する戻り光Ｒは平行光になっているが、結像レンズ１４はこれを収束光に変換する。以上が顕微鏡光学系２の構成である。

次に、視野分割光学系３について説明する。視野分割光学系３は戻り光Ｒ（つまり、蛍光）を複数の情報に分光する光学系である。ただし、分光を行わない場合もある。ここでは、波長情報ごとに分光を行うものとするが、波長以外の情報ごとに分光してもよい。

この分光光学系３は、視野絞り２１と反射ミラー２２と第１リレーレンズ２３と分光ミラー移動機構２４と第１反射ミラー２５と第２反射ミラー２６と合流ミラー移動機構２７と第２リレーレンズ２８とミラー角度調整機構２９とフィルタＡとフィルタＢとを備えている。分光ミラー移動機構２４は分光ミラー２４Ａを有しており、合流ミラー移動機構２７は合流ミラー２７Ａを有している。

視野絞り２１は戻り光Ｒの視野を可変にできる可変視野絞りであり、試料Ｓと光学的に共役的な位置に配置される。視野絞り２１を通過した戻り光Ｒは反射ミラー２１で反射する。第１リレーレンズ２３に入射する戻り光Ｒは拡散光になっているため、第１リレーレンズ２３はこれを平行光にする。なお、第１リレーレンズ２３と第２リレーレンズ２８とにより無限遠補正光学系を構成する。

分光ミラー移動機構２４は分光ミラー２４Ａを戻り光Ｒの光路に配置することができ、また当該光路から退避させることができる。分光ミラー移動機構２４は適宜の移動手段を用いることができ、例えばアクチュエータにより移動させてもよいし、ボールネジ等により移動させるものであってもよい。

分光ミラー２４Ａは戻り光Ｒを第１戻り光Ｒ１（図中実線）と第２戻り光Ｒ２（図中破線）とに分光する分光部である。ここでは、波長情報ごとに分光ミラー２４Ａは分光を行い、分光ミラー２４Ａはシアン色の波長域の光を透過し、黄色の波長域の光を反射する分光特性を有するものとする。透過光を第１戻り光Ｒ１とし、反射光を第２戻り光Ｒ２とする。なお、分光ミラー２４Ａの分光条件は任意に設定することができ、波長情報ごとに分光する場合には、任意の波長を透過し、任意の波長を反射させる特性を分光ミラー２４Ａに持たせることができる。これにより、種々の色の波長情報の像を観察することができる。

第１戻り光Ｒ１の光路にはフィルタＡが設置される。フィルタＡはシアン色の波長域の光のみを通過させ、それ以外の波長域の光を除去する光学特性を持つ。分光ミラー２４Ａにより第１戻り光Ｒ１はシアン色の波長情報となるが、シアン色以外の波長域の情報が混在している。そこで、第１戻り光Ｒ１にフィルタＡを通過させることで、第１戻り光Ｒ１は純粋なシアン色の波長情報を持つ。

第２戻り光Ｒ２の光路にはフィルタＢが設置される。フィルタＢは黄色の波長域の光のみを通過させ、それ以外の波長域の光を除去する光学特性を持つ。分光ミラー２４Ａにより第２戻り光Ｒ２は黄色の波長情報となるが、黄色以外の波長域の情報が混在している。そこで、第２戻り光Ｒ２にフィルタＢを通過させることで、第２戻り光Ｒ２は純粋な黄色の波長情報を持つ。

第１反射ミラー２５は第１戻り光Ｒ１を合流ミラー２７Ａに向けて反射させる。また、第２反射ミラー２６は第２戻り光Ｒ２を合流ミラー２７Ａに向けて反射させる。反射した第１戻り光Ｒ１と反射した第２戻り光Ｒ２との交点に合流ミラー２７Ａが配置される。この合流ミラー２７Ａは第１戻り光Ｒ１と第２戻り光Ｒ２とが合流する光路の位置に配置することもでき、また当該光路から退避させることもできる。

合流ミラー移動機構２７は合流ミラー２７Ａを有しており、合流ミラー２７Ａの移動を行う。合流ミラー移動機構２７も分光ミラー移動機構２４と同様に、適宜の移動手段、例えばアクチュエータやボールネジ等を用いることができる。

合流ミラー２７Ａは分光ミラー２４Ａに応じた合流特性を持つ合流部である。つまり、シアン色の波長域の光（第１戻り光Ｒ１）を透過し、黄色の波長域の光（第２戻り光Ｒ２）を反射する。これにより、第１戻り光Ｒ１と第２戻り光Ｒ２とが合流する。

合流した第１戻り光Ｒ１および第２戻り光Ｒ２は平行光となっている。第２リレーレンズ２８は合流した第１戻り光Ｒ１および第２戻り光Ｒ２をカメラ４に結像させる。カメラ４は所定の結像領域を有しており、この結像領域は第１結像領域４Ａと第２結像領域４Ｂとに分割される。第１戻り光Ｒ１の像は第１結像領域４Ａに結像される。また、第２戻り光Ｒ２の像は第２結像領域４Ｂに結像される。

ミラー角度調整機構２９はミラー調整部であり、結像位置変更部でもある。ミラー角度調整機構２９は第１反射ミラー２５の角度を調整する。これにより、第１反射ミラー２５による第１戻り光Ｒ１の反射角度が変化する。ミラー角度調整機構２９としては第１反射ミラー２５を保持する機構を回転させる回転モータ等を適用することができる。

図１の構成では、１台のカメラ４の結像領域を分割（視野分割）して、第１結像領域４Ａに第１戻り光Ｒ１の像を結像させており、第２結像領域４Ｂに第２戻り光Ｒ２の像を結像させている。戻り光Ｒの視野が広いと、第１結像領域４Ａに結像する第１戻り光Ｒ１の像が大きくなり、同様に第２結像領域４Ｂに結像する第２戻り光Ｒ２の像が大きくなる。

このため、カメラ４における第１戻り光Ｒ１の像と第２戻り光Ｒ２の像とが重複しないように、視野絞り２１により戻り光Ｒの視野を絞る。これにより、視野が絞られて、第１戻り光Ｒ１の像と第２戻り光Ｒ２の像とがカメラ４の結像領域において重複することがない。

また、図１の構成において、第１戻り光Ｒ１はカメラ４の結像領域の中心ではなく、結像領域を分割した第１結像領域４Ａに結像させている。つまり、結像領域の中心からずれた位置に第１戻り光Ｒ１を結像させている。このため、第１戻り光Ｒ１は第２リレーレンズ２８の中心からずれた位置を通過する。

同様に、第２戻り光Ｒ２もカメラ４の結像領域の中心ではなく、結像領域を分割した第２結像領域４Ｂに結像させている。つまり、結像領域の中心からずれた位置に第２戻り光Ｒ２を結像させている。このため、第２戻り光Ｒ２も第２リレーレンズ２８の中心からずれた位置を通過する。

従って、図１に示すように、合流後の第１戻り光Ｒ１の光路と第２戻り光Ｒ２の光路とは異なる光路を辿っている。このため、第１反射ミラー２５は第１戻り光Ｒ１がカメラ４の第１結像領域４Ａに結像するような角度に設定されており、第２反射ミラー２６は第２戻り光Ｒ２がカメラ４の第２結像領域４Ｂに結像するような角度に設定されている。

これにより、合流ミラー２７Ａにより合流された後の第１戻り光Ｒ１と第２戻り光Ｒ２とは完全に同一の光路とならず、ずれた光路を辿って、カメラ４の異なる領域に結像される。

次に、動作について説明する。光源装置１０は照明光Ｌを出射する。照明光Ｌはビームスプリッタ１１で反射して、対物レンズ１２によりディッシュ１３に載置された試料Ｓに照射される。これにより、試料Ｓが励起されて蛍光（戻り光Ｒ）を発生する。戻り光Ｒは対物レンズ１２を経て、ビームスプリッタ１１を透過する。そして、結像レンズ１４の作用により、収束光となり、視野分割光学系３に入射する。

視野分割光学系３の視野絞り２１は戻り光Ｒの視野を絞る。そして、視野が絞られた戻り光Ｒが反射ミラー２２で反射して、第１リレーレンズ２３に入射する。このときの戻り光Ｒは拡散光になっているため、第１リレーレンズ２３はこれを平行光にする。そして、平行光となった戻り光Ｒが分光ミラー２４Ａに入射する。

戻り光Ｒは分光ミラー２４Ａの作用により、シアン色の波長情報を持つ第１戻り光Ｒ１と黄色の波長情報を持つ第２戻り光Ｒ２とに分光される。第１戻り光Ｒ１は透過して、フィルタＡによりシアン色の波長域以外の光が除去される。また、第２戻り光Ｒ２は反射して、フィルタＢにより黄色の波長域以外の光が除去される。

第１反射ミラー２５は第１戻り光Ｒ１を反射し、第２反射ミラー２６は第２戻り光Ｒ２を反射する。そして、合流ミラー２７Ａにより第１戻り光Ｒ１と第２戻り光Ｒ２とが合流する。ただし、第１反射ミラー２５および第２反射ミラー２６は、第１戻り光Ｒ１および第２戻り光Ｒ２がカメラ４の結像領域中心を挟んで反対方向にずれた領域に結像するように反射をする。

従って、合流ミラー２７Ａにより合流された第１戻り光Ｒ１と第２戻り光Ｒ２とは同一の光路を辿らず、ずれた光路を辿る。第１戻り光Ｒ１と第２戻り光Ｒ２とは平行光であり、第２リレーレンズ２８によりカメラ４の結像領域に結像される。第１戻り光Ｒ１は第１結像領域４Ａに結像され、第２戻り光Ｒ２は第２結像領域４Ｂに結像される。

これにより、カメラ４の第１結像領域４Ａに結像された第１戻り光Ｒ１の像と第２結像領域４Ｂに結像された第２戻り光Ｒ２の像とにより、視野を分割することができる。カメラ４には第１戻り光Ｒ１と第２戻り光Ｒ２とが同時に結像されるため、１台のカメラ４で２つの異なる波長情報の像の観察を同時間に行うことができる。

ところで、異なる波長情報の像を同時間に観察する場合（視野分割モード）もあるが、単一の波長情報の像を観察する場合（単一視野モード）もある。そこで、本実施形態では、視野分割モードと単一視野モードとを切り替え可能に構成している。図２は、単一視野モードにより単一の波長情報の像の観察を行う場合を示している。

図２において、分光ミラー移動機構２４は分光ミラー２４Ａを戻り光Ｒの光路から退避させ、合流ミラー移動機構２７は合流ミラー２７Ａを戻り光Ｒの光路から退避させている。従って、第１リレーレンズ２３により平行光にされた戻り光Ｒは分光ミラー２４Ａの作用を受けることがない。つまり、分光しない。

戻り光Ｒ（＝第１戻り光Ｒ１）はフィルタＡを通過することにより、シアン色の波長域以外の光が除去されるため、戻り光Ｒはシアン色の波長情報を持つ。そして、第１反射ミラー２５で反射する。戻り光Ｒの光路から合流ミラー２７Ａが退避している。よって、戻り光Ｒは第２リレーレンズ２８によりカメラ４に結像される。

これにより、単一の波長情報（シアン色の波長情報）の像の観察を行うことができる。ここで、単一の波長情報の像の観察を行うときには、カメラ４の結像領域を分割（視野分割）する必要がない。従って、図２に示すように、カメラ４の結像領域の結像領域中心４Ｃに戻り光Ｒを結像させる。

このために、単一の波長情報の像の観察を行うときには、ミラー角度調整機構２９が第１反射ミラー２５の角度調整を行う。つまり、戻り光Ｒがカメラ４の結像領域中心４Ｃに結像する反射角度となるように第１反射ミラー２５の角度調整を行う。つまり、ミラー角度調整機構２９は戻り光Ｒの結像位置を変更する結像位置変更部として機能する。これにより、戻り光Ｒはカメラ４の結像領域中心４Ｃに結像すると共に、戻り光Ｒは第２リレーレンズ２８の中心を通過する。

視野分割モード、つまり異なる波長情報の像の観察を同時間に行うときには、第１戻り光Ｒ１を第１結像領域４Ａに結像させ、第２戻り光Ｒ２を第２結像領域４Ｂに結像させる必要があるため、第１戻り光Ｒ１および第２戻り光Ｒ２は第２リレーレンズ２８の光軸中心からずれた位置を通過する。

これにより、カメラ４に結像される第１戻り光Ｒ１および第２戻り光Ｒ２の像の解像度は低下する。特に、辺縁部における解像度の低下は大きくなる。ただし、同時間に異なる波長情報の像の観察を行うことはできる。

一方、単一視野モード、つまり単一の波長情報の像の観察を行うときには、ミラー角度調整機構２９が第１反射ミラー２５の角度調整を行うことで、戻り光Ｒは第２リレーレンズ２８の中心を通過して、カメラ４の結像領域中心４Ｃに結像する。これにより、単一の波長情報の像を高解像度に取得することができる。

従って、分光ミラー移動機構２４と合流ミラー移動機構２７とを用いることにより、視野分割モード単一視野モードとを切り替えることが可能である。そして、単一視野モードのときには、ミラー角度調整機構２９が第１反射ミラー２５の角度調整を行うことで、高解像度の像の観察を行うことができる。

図３（Ａ）は視野分割モードで得られる像の一例を示しており、同図（Ｂ）は単一視野モードで得られる像の一例を示している。同図（Ａ）に示すように、視野分割モードでは結像領域ＡＲを２つに分割して、第１結像領域４Ａと第２結像領域４Ｂとしている。第１結像領域４Ａにはシアン色の試料Ｓの像が結像され、第２結像領域４Ｂには黄色の試料Ｓの像が結像される。ただし、これらの像は結像領域中心４Ｃからずれているため、像の解像度は低下する。

一方、同図（Ｂ）の単一視野モードでは、シアン色の試料Ｓの像が結像領域中心４Ｃに位置しているため、高解像度の像が得られる。従って、視野分割モードと単一視野モードとを切り替えることができ、視野分割モードのときには異なる波長情報の試料Ｓの像を同時に得ることができ、単一視野モードのときには単一の波長情報の試料Ｓの像を高解像度で得ることができる。

ところで、図１および図２に示す視野絞り２１は視野の絞りを可変にすることができる。つまり、視野絞り２１は可変視野絞りである。図１の視野分割モードでは、カメラ４の結像領域ＡＲを第１結像領域４Ａと第２結像領域４Ｂとの２つの領域に分割しなければならず、視野絞り２１により戻り光Ｒの視野を絞っている。これにより、第１戻り光Ｒ１を第１結像領域４Ａに結像させることができ、また第２戻り光Ｒ２を第２結像領域４Ｂに結像させることができる。

一方、図２の単一視野モードでは、結像領域ＡＲを分割する必要がない。このため、視野範囲を広げることができる。そこで、単一視野モードのときには、視野絞り２１の絞りを広げる。これにより、試料Ｓの広範囲の像を観察することができる。

単一視野モードのときの視野絞り２１は視野分割モードのときの視野絞り２１のときの絞りよりも絞り範囲を広げるが、どの程度広げるかは任意に設定できる。結像領域ＡＲの全範囲で撮像可能な絞り範囲に広げることで、結像領域ＡＲを最も有効活用することができる。つまり、視野Ｓの最も広範囲の像を取得することができる。

視野絞り２１は可変であることが望ましいが、固定とすることもできる。前述したように、ミラー角度調整機構２９を設けることで、単一視野モードのときの像を高解像度で取得することができる。ただし、視野絞り２１を固定したままにすると、像の大きさは視野分割モードのときと同じになり、結像領域ＡＲの半分の領域のみが使用される。つまり、結像領域ＡＲの有効活用を図ることができない。このため、視野絞り２１は可変であり、単一視野モードと視野分割モードとに応じて、絞り範囲をコントロールすることが望ましい。

また、図２に示すように、単一視野モードに切り替えるときには、分光ミラー移動機構２４が分光ミラー２４Ａを光路から退避させ、合流ミラー移動機構２７が合流ミラー２７Ａを光路から退避させている。この点、少なくとも分光ミラー２４Ａを退避させる必要はあるが、合流ミラー２７Ａは必ずしも退避させる必要はない。

つまり、合流ミラー２７Ａが配置されていたとしても、戻り光Ｒ（第１戻り光Ｒ１）は合流ミラー２７Ａを透過するため、カメラ４に戻り光Ｒを結像させることはできる。そして、このとき、分光されていないため、第２戻り光Ｒ２は発生していない。従って、必ずしも合流ミラー２７Ａを退避させる必要はない。

ただし、この場合、戻り光Ｒは合流ミラー２７Ａを透過することになる。これにより、戻り光Ｒに光量損失が発生する。戻り光Ｒに光量損失が発生すると、カメラ４に結像された像のＳ／Ｎ比が低下する。従って、合流ミラー２７Ａは必ずしも退避させる必要はないが、分光ミラー２４Ａと共に合流ミラー２７Ａを退避させることが望ましい。これにより、光量損失の発生を回避することができる。

また、分光ミラー移動機構２４および合流ミラー移動機構２７を設けずに、第２戻り光Ｒ２の光路に図２１で示したような遮蔽板を配置してもよい。これにより、単一視野モードとして観察を行うことができる。

ただし、この場合、分光ミラー２４Ａおよび合流ミラー２７Ａは固定的に配置される。よって、単一視野モードの場合でも、戻り光Ｒは分光ミラー２４Ａおよび合流ミラー２７Ａを透過するため、その分の光量損失を発生する。従って、分光ミラー移動機構２４および合流ミラー移動機構２７により、分光ミラー２４Ａおよび合流ミラー２７Ａを光路から退避可能に構成することが望ましい。

また、ミラー角度調整機構２９が第１反射ミラー２５の角度調整を行うことにより、単一視野モードの像を高解像度にしていた。つまり、ミラー角度調整機構２９がミラー調整部として機能する例について説明したが、ミラー調整部としては第１反射ミラー２５の位置を調整するものであってもよい。

単一視野モードにおいて、第１反射ミラー２５の位置を変化させることにより、戻り光Ｒの光路は変化する。従って、ミラー角度調整機構２９をミラー位置調整機構とすることで、単一視野モードにおいて、第２リレーレンズ２８における戻り光Ｒの通過位置を中心にすることができる。つまり、カメラ４の結像領域ＡＲの結像領域中心ＡＲに戻り光Ｒを結像させることができる。従って、ミラー調整部は第１反射ミラー２５の位置または角度を調整するものであればよい。

また、単一視野モードにおいて、ミラー角度調整機構２９、つまり結像位置変更部は、カメラ４の結像領域中心４Ｃに戻り光Ｒが結像するように結像位置を変更していた。これにより、最も高い解像度の像を得ることができる。この点、理想的には戻り光Ｒが結像領域中心４Ｃに結像することが望ましいが、結像領域中心４Ｃから外れた位置であっても、結像位置を結像領域中心４Ｃに近づけるように変更することで、像の解像度を高くすることができる。

次に、変形例１について説明する。図４は変形例１の顕微鏡装置１を示している。変形例１の顕微鏡装置１は、分光ミラー移動機構２４が第１分光ミラー２４Ａと第２分光ミラー２４ＡＢとを有している。また、合流ミラー移動機構２７が第１合流ミラー２７Ａと第２合流ミラー２７Ｂとを有している。

また、第１フィルタホイール３０と第２フィルタホイール３１とを新たに設け、第１フィルタホイール３０はフィルタＡとフィルタＣとを有しており、第２フィルタホイール３１はフィルタＢとフィルタＤとを有している。

第１分光ミラー２４Ａは前述した分光ミラー２４Ａと同じであり、第１合流ミラー２７Ａは前述した合流ミラー２７Ａと同じである。一方、第２分光ミラー２４ＡＢは第１分光ミラー２４Ａとは異なる分光特性を有している。ここでは、第２分光ミラー２４ＡＢは緑色の波長域の光を透過し、赤色の波長域の光を反射する特性を有しているものとする。勿論、第１分光ミラー２４Ａと分光特性が異なれば、第２分光ミラー２４ＡＢの分光特性は任意に設定してもよい。

第２合流ミラー２７Ｂは第１分光ミラー２４Ａに対応した合流特性を有している。つまり、緑色の波長域の光を透過し、赤色の波長域の光を反射する特性を有している。図４では、緑色の波長域の光が第１戻り光Ｒ１であり、赤色の波長域の光が第２戻り光Ｒ２である。よって、第１戻り光Ｒ１は試料Ｓの緑色の波長情報であり、第２戻り光Ｒ２は試料Ｓの赤色の波長情報である。

第１フィルタホイール３０はフィルタＡとフィルタＣとを有している。フィルタＡは前述したものと同じである。フィルタＣは緑色の波長域の光のみを通過させる。第１フィルタホイール３０はフィルタＡとフィルタＣとを第１戻り光Ｒ１の光路に交換して配置する。ここでは、フィルタＡとフィルタＣとは１８０度の角度をなすように第１フィルタホイール３０に配置されており、第１フィルタホイール３０が１８０度回転することで、フィルタＡとフィルタＣとを切り替えて第１戻り光Ｒ１の光路に配置できる。

第２フィルタホイール３１はフィルタＢとフィルタＤとを有している。フィルタＢは前述したものと同じである。フィルタＤは赤色の波長域の光のみを通過させる。第２フィルタホイール３１はフィルタＢとフィルタＤとを第２戻り光Ｒ２の光路に交換して配置する。ここでは、フィルタＢとフィルタＤとは１８０度の角度をなすように第２フィルタホイール３１に配置されており、第２フィルタホイール３１が１８０度回転することで、フィルタＢとフィルタＤとを切り替えて第２戻り光Ｒ２の光路に配置できる。

図４に示すように、分光ミラー移動機構２４は第１分光ミラー２４Ａを戻り光Ｒの光路に配置している。これに伴い、合流ミラー移動機構２７は第１合流ミラー２７Ａを光路に配置している。このときの動作は、図１のときと同じであり、カメラ４の第１結像領域４Ａにはシアン色の波長情報の第１戻り光Ｒ１の像が結像し、第２結像領域４Ｂには黄色の波長情報の第２戻り光Ｒ２の像が結像する。

図４は視野分割モードの第１形態である。図５は視野分割モードの第２形態を示している。図５では、分光ミラー移動機構２４および合流ミラー移動機構２７が移動を行っている。これにより、第２分光ミラー２４ＡＢおよび第２合流ミラー２７Ｂが光路に配置される。

そして、第１フィルタホイール３０は１８０度回転して、フィルタＣを第１戻り光Ｒ１の光路に配置している。また、第２フィルタホイール３１は１８０度回転して、フィルタＤを第２戻り光Ｒ２の光路に配置している。

この状態で、戻り光Ｒは第１リレーレンズ２３により平行光にされて、第２分光ミラー２４ＡＢに入射する。第２分光ミラー２４ＡＢにより、緑色の波長域の光が第１戻り光Ｒ１として透過し、赤色の波長域の光が第２戻り光Ｒ２として反射する。透過した第１戻り光Ｒ１はフィルタＣの作用を受けて、緑色の波長域以外の光が除去される。一方、第２戻り光Ｒ２はフィルタＤの作用を受けて、赤色の波長域以外の光が除去される。

そして、第２合流ミラー２７Ｂにおいて、第１戻り光Ｒ１は透過し、第２戻り光Ｒ２は反射する。これにより、第１戻り光Ｒ１と第２戻り光Ｒ２とは第２合流ミラー２７Ｂで合流する。合流後の第１戻り光Ｒ１はカメラ４の第１結像領域４Ａに結像され、第２戻り光Ｒ２は第２結像領域４Ｂに結像される。

従って、視野分割モードの第２形態では、試料Ｓの緑色の波長情報の像と赤色の波長情報の像とを同時間で観察することができる。つまり、変形例１では、シアン色の波長情報の像と黄色の波長情報の像とを同時観察する視野分割モードの第１形態と、緑色の波長情報の像と赤色の波長情報の像とを同時観察する視野分割モードの第２形態とを切り替えることができる。

これにより、観察できる像の波長情報の数を多くすることができる。つまり、視野分割モードの第１形態だけでは、シアン色と黄色との２色の波長情報の像を同時観察できるが、本変形例では視野分割モードの第２形態に切り替え可能にしているため、緑色と赤色との２色の波長情報の像を同時観察することもできる。つまり、合計で４色の波長情報の像を観察することができる。ただし、４色の波長情報の像を同時観察するのではなく、２色の波長情報の像を切り替えて観察する。

図６は、分光ミラー移動機構２４が第１分光ミラー２４Ａおよび第２分光ミラー２４ＡＢの両方を光路から退避させ、合流ミラー移動機構２７が第１合流ミラー２７Ａおよび第２合流ミラー２７Ｂの両方を光路から退避させている。これにより、単一視野モードに切り替わる。

従って、戻り光Ｒは分光しない。図６では、フィルタＡが配置されているため、戻り光Ｒはシアン色の波長情報となる。第１フィルタホイール３０が、これをフィルタＣに切り替えれば、戻り光Ｒは緑色の波長情報となる。

単一視野モードであるため、ミラー角度調整機構２９は戻り光Ｒ（＝第１戻り光Ｒ１）が第２リレーレンズ２８の中心を通過する反射角度となるように第１反射ミラー２５の角度調整を行う。勿論、位置調整を行ってもよい。これにより、戻り光Ｒは第２リレーレンズ２８の中心を通過するため、カメラ４に結像される像は高解像度になる。また、視野絞り２１の絞り範囲を広げることにより、結像領域ＡＲの有効活用を図ることができる。

従って、変形例１では、視野分割モードの第１形態と視野分割モードの第２形態と単一視野モードとの３つに切り替え可能にしていることから、多数の波長情報の像を得ることができると共に、単一視野モードにおいて高解像度の像を得ることができる。

図４乃至図６では、分光ミラーおよび合流ミラーを２種類用い、これに応じて４つのフィルタを用いているが、分光ミラーおよび合流ミラーは３種類以上であってもよい。ただし、各分光ミラーの分光特性および各合流ミラーの合流特性はそれぞれ異なるものを用いる。また、各フィルタは各分光ミラーの分光特性に応じた透過特性を持つフィルタを用いる。

また、図４乃至図６では分光ミラー移動機構２４の第１分光ミラー２４Ａと第２分光ミラー２４ＡＢとは直列的に配置し、その配列方向に移動を行っていたが、分光ミラーを切り替え、且つ光路から退避させることができれば、移動方向は任意に設定してもよい。例えば、図４乃至図６の紙面に直交する方向に移動させてもよい。これは、合流ミラー移動機構２７に関しても同様である。

次に、変形例２について説明する。図７は、変形例２の顕微鏡装置１を示している。変形例２の顕微鏡装置１は、第１反射ミラー２５ではなく、第２反射ミラー２６にミラー角度調整機構２９を設けている。つまり、第２反射ミラー２６の角度調整を行うことができる。勿論、第２反射ミラー２６の位置調整を行うようにしてもよい。

図７に示すように、分光ミラー移動機構２４は第１分光ミラー２４Ａと第３反射ミラー２４Ｃとを有しており、合流ミラー移動機構２７は第１合流ミラー２７Ｂと第４反射ミラー２７Ｃとを有している。第３反射ミラー２４Ｃおよび第４反射ミラー２７Ｃは入射した光を透過させずに反射させるミラーである。また、第１分光ミラー２４Ａおよび第１合流ミラー２７Ａの特性は前述したものと同じである。

視野分割モードで試料Ｓの観察を行う場合、分光ミラー移動機構２４は第１分光ミラー２４Ａを光路に配置し、合流ミラー移動機構２７は第１合流ミラー２７Ａを光路に配置する。これにより、図１で示した場合と同じく、第１結像領域４Ａにはシアン色の波長情報の像が結像され、第２結像領域４Ｂには黄色の波長情報の像が結像される。これにより、異なる波長情報の像を同時に観察することができる。

この構成において、単一視野モードに切り替えるために、分光ミラー移動機構２４は第３反射ミラー２４Ｃを光路に配置し、合流ミラー移動機構２７は第４反射ミラー２７Ｃを光路に配置する。この状態を図８で示す。

第１リレーレンズ２３により平行光にされた戻り光Ｒは第３反射ミラー２４Ｃで反射する。従って、第１戻り光Ｒ１は発生せず、戻り光Ｒは第２戻り光Ｒ２となる。戻り光ＲはフィルタＢを通過する。フィルタＢは黄色の波長域の光のみを通過させるため、戻り光Ｒは黄色の波長情報の光となる。

戻り光Ｒは第２反射ミラー２６で反射して、さらに第４反射ミラー２７Ｃで反射する。そして、第２リレーレンズ２８によりカメラ４に戻り光Ｒが結像する。従って、カメラ４で黄色の波長情報の像を撮像することができる。

このとき、ミラー角度調整機構２９は第２反射ミラー２６の角度調整を行っている。単一視野モードのときには、第２戻り光Ｒ２の光路が第２リレーレンズ２８の中心を通り、カメラ４の結像領域中心４Ｃに結像されるような反射角度に調整する。従って、戻り光Ｒは第２リレーレンズ２８の中心を通ることから、カメラ４の結像領域中心４Ｃに結像された戻り光Ｒの像は高解像度になる。この場合も、単一視野モードのときに視野絞り２１の絞り範囲を広げることで、結像領域ＡＲの有効活用を図ることができる。

従って、変形例２では、第２反射ミラー２６の調整を行っている。図２で示したように、第１反射ミラー２５の調整を行う場合と同じ効果を得ることができる。ただし、変形例２の場合には、第３反射ミラー２４Ｃおよび第４反射ミラー２７Ｃにより戻り光Ｒを反射させる必要がある。このため、第３反射ミラー２４Ｃおよび第４反射ミラー２７Ｃにおいて光量損失が発生し、Ｓ／Ｎ比が低下する。

図２に示す単一視野モードのときには、第３反射ミラー２４Ｃおよび第４反射ミラー２７Ｃで戻り光Ｒを反射させる必要がないため、戻り光Ｒが作用を受ける光学部品の数が少ない。これにより、光量損失を低減することができ、Ｓ／Ｎ比の高い像の取得を行うことができる。また、使用する部品点数の削減を図ることができる。

次に、変形例３について説明する。前述した実施形態、変形例１および変形例２では落射照明による蛍光観察を行う例を示したが、変形例３は共焦点スキャナを用いて試料Ｓの所定範囲の走査を行う例について示す。つまり、変形例３の顕微鏡装置１は共焦点顕微鏡として機能する。

図９に示すように、顕微鏡装置１は共焦点スキャナ４０を示している。共焦点スキャナ４０を用いる場合には、図１で示した顕微鏡光学系２の構成が変わるが、視野分割光学系３の構成は同じである。

共焦点スキャナ４０はピンホールディスク４１とモータ４２と回転軸４３と照明絞り２１とを有して構成している。ピンホールディスク４１は多数のピンホールを螺旋状且つ多条に配列している回転ディスクである。各ピンホールは照明光Ｌおよび戻り光Ｒが通過する微小開口部であり、試料Ｓの焦点の範囲内の照明光Ｌおよび戻り光Ｒのみがピンホールを通過する。

モータ４２はピンホールディスク４１に回転力を付与する回転駆動手段である。回転軸４３はモータ４２に取り付けられている。そして、回転軸４３にピンホールディスク４１を取り付けることで、モータ４２が回転を行うと、ピンホールディスク４１が回転を行う。モータ４２と回転軸４３とにより回転部を構成する。

ピンホールディスク４１を通過した照明光Ｌは視野絞り２１で視野を絞られて、結像レンズ１４を経て、対物レンズ１２により試料Ｓで焦点を結ぶ。ピンホールディスク４１が回転することで、試料Ｓの所定範囲に照明光Ｌの焦点が走査される。試料Ｓで照明光Ｌが焦点を結ぶことにより、試料Ｓは蛍光して戻り光Ｒを発生する。

この戻り光Ｒは対物レンズ１２および結像レンズ１４を経て、視野絞り２１で再び視野を絞られて、ピンヒールディスク４１のピンホールを通過する。そして、ビームスプリッタ１１で戻り光Ｒは反射して、視野分割光学系３に入射する。視野分割光学系３は図１と同様に、視野分割モードになっているため、戻り光Ｒは分光ミラー２４Ａで分光する。

共焦点スキャナ４０はピンホールディスク４１を高速回転する。これにより、照明光Ｌは試料Ｓの所定範囲を高速に走査する。このため、カメラ４に第１戻り光Ｒ１および第２戻り光Ｒ２が高速に走査され、異なる波長情報の像が高速に生成される。

ピンホールディスク４１のピンホールは試料Ｓの焦点の範囲内の光のみを通過させる。これにより、焦点の範囲外の光が除去されて、カメラ４に結像する第１戻り光Ｒ１および第２戻り光Ｒ２の像は光軸方向に分解能の高い像となる。つまり、カメラ４が取得する画像は光軸方向に分解能の高い共焦点画像となる。これにより、視野分割モードで、異なる波長情報の共焦点画像を得ることができる。

また、図９に示すように、視野絞り２１は照明光Ｌおよび戻り光Ｒの光路に配置している。従って、試料Ｓには視野絞り２１により視野が絞られた照明光Ｌが対物レンズ１２により焦点を結ぶ。視野絞り２１が照明光Ｌの視野を絞ることにより、試料Ｓにおいて照明光Ｌが焦点を結ぶ範囲を観察領域のみに限定することができる。

つまり、試料Ｓの観察領域以外の領域に照明光Ｌが照射されることがなくなる。これにより、試料Ｓの不必要な範囲に照明光Ｌが照射されることによるダメージを低減でき、また蛍光退色を低減することができる。

図１０は、図９の共焦点スキャナ４０に集光ディスク４４を追加した構成となっている。集光ディスク４４は多数の集光レンズを螺旋状且つ多条に配列した回転ディスクである。集光ディスク４４における集光レンズの配列パターンはピンホールディスク４１におけるピンホールの配列パターンと同一である。つまり、集光レンズとピンホールとは１対１で対応している。

集光ディスク４４の集光レンズは照明光Ｌを対応するピンホールに集光させる。これにより、照明光Ｌの利用効率を向上させることができ、カメラ４に結像する第１戻り光Ｒ１の像および第２戻り光の像のＳ／Ｎ比を向上させることができる。

また、集光ディスク４４は回転軸４３に取り付けられており、集光ディスク４４とピンホールディスク４１とは一体的に回転する。従って、集光ディスク４４とピンホールディスク４１とを高速回転させることで、カメラ４に結像する第１戻り光Ｒ１の像および第２戻り光Ｒ２の像を高速に走査させることができる。

そして、図９ではピンホールディスク４１の直下に視野絞り２１を配置していたが、図１０では照明光Ｌの光路、つまり光源装置１０と集光ディスク４４との間に照明絞り４５を配置している。照明絞り４５は照明光Ｌの範囲を絞っていることになる。これにより、戻り光Ｒの視野も絞られる。つまり、照明絞り４５は視野絞りとして機能する。

照明絞り４５としては絞り羽根を用いたものを使用することができるが、他にも光束形状を変化させるビームエキスパンダ等を用いてもよい。光源装置１０と集光ディスク４４との間の光路に照明絞り４５を比較的配置しやすいことから、照明絞り４５を用いて、戻り光Ｒの視野を絞るようにしてもよい。

従って、図１では戻り光Ｒの光路に視野絞り２１を配置し、図９では照明光Ｌおよび戻り光Ｒの視野絞り２１を配置し、図１０では照明光Ｌの光路に照明絞り４５を配置している。従って、照明光Ｌの光路と戻り光Ｒの光路とのうち何れか一方または両方に視野絞りを配置してもよいが、照明光Ｌの光路に視野絞り（照明絞り）を配置することで、試料Ｓに対するダメージや退色の問題を低減することができる。

従って、変形例３では、共焦点スキャナ４０を用いて、共焦点画像を生成している。前述したように、共焦点画像は光軸方向に高い分解能の画像になっている。そして、単一視野モードのときには高い分解能の像を撮像することができる。よって、共焦点スキャナ４０と組み合わせることで、試料Ｓの非常に解像度の高い画像を得ることができる。

次に、変形例４について説明する。図１１は変形例４の顕微鏡装置１を示している。変形例４の顕微鏡装置１は図１の構成とほぼ同じであるが、第１戻り光Ｒ１の光路に第１フィルタホイール３０を配置している。第１フィルタホイール３０はフィルタＡとフィルタＢとを交換可能な回転式の機構である。

まず、視野分割モードのときには、分光ミラー移動機構２４が分光ミラー２４Ａを光路に配置し、合流ミラー移動機構２７が合流ミラー２７Ａを光路に配置する。これにより、シアン色の波長情報の像と黄色の波長情報の像とがカメラ４に結像される。従って、異なる波長情報の像を観察することができる。

単一視野モードのときには、分光ミラー移動機構２４が分光ミラー２４Ａを光路から退避させ、合流ミラー移動機構２７が合流ミラー２７Ａを光路から退避させる。従って、分光されないため、図１２に示すように、第２戻り光Ｒ２は発生しない。戻り光Ｒ（＝第１戻り光Ｒ１）はフィルタＡを通過する。これにより、戻り光Ｒはシアン色の波長情報の像をカメラ４に結像させることができる。

このカメラ４に結像した像はミラー角度調整機構２９により戻り光Ｒが第２リレーレンズ２８の中心を通過するように第１反射ミラー２５の角度調整を行っているため、高解像度の像を得ることができる。ただし、得られる像はシアン色のみの波長情報の像になる。

図１１の視野分割モードのときには、シアン色の波長情報の像だけではなく、黄色の波長情報の像を得ることもできる。従って、２色の波長情報の像を得ることができる。ただし、視野分割モードのときには、得られる像は低解像度になる。

そこで、視野分割モードのときに得られる複数の波長情報と同じ数の高解像度の像を得たいときには、第１フィルタホイール３０が回転を行って、図１３に示すように、フィルタＢを第１戻り光Ｒ１の光路に配置する。これにより、戻り光Ｒは黄色の波長情報の光になり、カメラ４には黄色の波長情報の像が結像される。このときの像は単一視野モードで得られる像であるため、高解像度の像になる。

従って、単一視野モードでは、同時間に観察を行うことはできないが、視野分割モードのときに得られる２色の波長情報の像を高解像度に取得することができる。勿論、視野分割モードに切り替えることで、同時間に２色の波長情報の像を観察することもできる。

図１１乃至図１３では分光ミラー移動機構２４は１つの分光ミラー２４Ａを用いていたが、図４乃至図６のように、分光ミラー移動機構２４が２つの分光ミラーを切り替えるようにしてもよい。この場合には、第１フィルタホイール３０にはフィルタＡ〜Ｄを交換可能にすることで、単一視野モードにおいて、視野分割モードで観察できる４色の波長情報の像を高解像度で得ることができる。勿論、分光ミラーは３つ以上であってもよい。

次に、変形例５について説明する。図１４は図１０で説明した共焦点スキャナ４０を用いている。勿論、図１のように落射照明による蛍光観察を行う顕微鏡装置１に適用してもよい。この変形例５では、フィルタ交換機構５１と反射ミラー移動機構５２とを新たに追加している。また、合流ミラー移動機構２７は合流ミラー２７Ａと第４反射ミラー２７Ｃとを切り替え可能に構成している。

フィルタ交換機構５１はフィルタＡとフィルタＢとを有している。フィルタ交換機構５１はフィルタＡとフィルタＢとを第１戻り光Ｒ１の光路と第２戻り光Ｒ２の光路とに配置可能に交換を行う。

フィルタ交換機構５１は傘型の回転式の交換機構であり、フィルタＡとフィルタＢとを１８０度の角度で配置している。フィルタＡが第１戻り光Ｒ１の光路に配置され、フィルタＢが第２戻り光Ｒ２の光路の配置されているときに、フィルタ交換機構５１が１８０度回転することにより、フィルタＡは第２戻り光Ｒ２の光路に配置され、フィルタＢは第１戻り光Ｒ１の光路に配置される。

反射ミラー移動機構５２は第１反射ミラー２５と角度調整ミラー５２Ａとを有しており、これらを第１戻り光Ｒ１の光路に交換して配置することができるミラー移動機構である。第１反射ミラー２５は前述したものと同じである。角度調整ミラー５２Ａは単一視野モードのときに、第１戻り光Ｒ１が第２リレーレンズ２８の中央を通過するような反射角度となるように調整されている。つまり、反射ミラー移動機構５２は第１反射ミラー２５と角度調整ミラー５２Ａとの切り替えを行うことで、結像位置変更部として機能する。

また、合流ミラー移動機構２７は図７および図８で説明したものと同じく、合流ミラー２７Ａと第４反射ミラー２７Ｃとを有している。なお、図１４では図１乃至図１３の顕微鏡装置１とカメラ４の位置が異なる。

以上の構成において、視野分割モードのときには、分光ミラー移動機構２４は分光ミラー２４Ａを戻り光Ｒの光路に配置する。また、このとき、フィルタ交換機構５１は第１戻り光Ｒ１の光路にフィルタＡが配置され、第２戻り光Ｒ２の光路にフィルタＢが配置されるようにしておく。反射ミラー移動機構５２は第１反射ミラー２５を第１戻り光Ｒ１の光路に配置する。また、合流ミラー移動機構２７は合流ミラー２７Ａを第１戻り光Ｒ１および第２戻り光Ｒ２が合流する光路の位置に配置する。

これにより、戻り光Ｒは分光ミラー２４Ａで分光して、第１戻り光Ｒ１が透過し、第２戻り光Ｒ２が反射する。そして、第１戻り光Ｒ１は第１反射ミラー２５で反射し、第２戻り光Ｒ２は第２反射ミラー２６で反射する。合流ミラー２７Ａにより第１戻り光Ｒ１と第２戻り光Ｒ２とは合流されて、カメラ４に結像される。従って、視野分割モードとして機能させることができ、カメラ４にはシアン色の波長情報の像と黄色の波長情報の像とが撮像される。

次に、単一視野モードの場合について説明する。図１５に示すように、分光ミラー移動機構２４は分光ミラー２４Ａを戻り光Ｒの光路から退避させる。また、反射ミラー移動機構５２は角度調整ミラー５２Ａを第１戻り光Ｒ１の光路に配置する。そして、合流ミラー移動機構２７は第４反射ミラー２７Ｃを光路に配置する。

これにより、戻り光Ｒは分光されない。戻り光ＲはフィルタＡを通過することにより、シアン色の波長情報の光となり、角度調整ミラー５２Ｂに入射する。角度調整ミラー５２Ｂは戻り光Ｒが第２リレーレンズ２８の中心を通過するような反射角度に調整されており、これにより、第４反射ミラー２７Ｃで反射した戻り光Ｒは第２リレーレンズ２８の中心を通過して、カメラ４の結像領域中心４Ｃに結像する。これにより、高分解能のシアン色の波長情報の像を撮像することができる。

ところで、前述したように、視野分割モードでは、解像度は低くなるものの、シアン色の波長情報だけでなく黄色の波長情報の像を撮像することができる。そこで、単一視野モードで黄色の波長情報の像を撮像する場合には、フィルタ交換機構５１が回転することで、図１６に示すように、フィルタＢを戻り光Ｒの光路に配置することができる。

このフィルタＢはもともと第２戻り光Ｒ２の光路に配置されて、第２戻り光Ｒ２から黄色の波長域以外の光を除去するために設けていた。そこで、フィルタ交換機構５１がこのフィルタＢを戻り光Ｒ（＝第１戻り光Ｒ１）の光路に配置することで、戻り光Ｒは黄色の波長情報の光となる。

この戻り光Ｒは角度調整ミラー５２Ａで反射することにより、第２リレーレンズ２８の中心を通過して、カメラ４の結像領域中心４Ｃに結像する。これにより、高解像度の黄色の波長情報の像を撮像することができる。従って、シアン色と黄色との２色の波長情報の高解像度の像を撮像することができる。ただし、同時間に観察することはできない。

変形例４では、第１戻り光Ｒ１の光路に第１フィルタホイール３０を配置して、第１フィルタホイール３０がフィルタＡとフィルタＢとを交換していた。そして、第２戻り光Ｒ２の光路にはフィルタＢが固定的に配置されていた。従って、同一のフィルタＢが顕微鏡装置１に重複して配置されている。これにより、光学部品の部品点数が多くなる。

本変形例５では、フィルタ交換機構５１はフィルタＡとフィルタＢとを第１戻り光Ｒ１と第２戻り光Ｒ２とに配置可能に交換している。よって、フィルタＢが重複することなく、光学部品の部品点数を削減することができる。

また、反射ミラー移動機構５２は第１反射ミラー２５と角度調整ミラー５２Ｂとを切り替え可能に構成している。第１反射ミラー２５は視野分割モードの観察を行うために、カメラ４の第１結像領域４Ａに第１戻り光Ｒ１が結像するような反射角度に設定している。一方、角度調整ミラー５２Ｂは単一視野モードの観察を行うために、第２リレーレンズ２８の中心、すなわちカメラ４の結像領域中心４Ｃに結像するような反射角度に設定されている。

つまり、視野分割モードと単一視野モードとのそれぞれに最適な反射角度に調整された反射ミラーを切り替えて使用することで、第１反射ミラー２５（または第２反射ミラー２６）の角度調整を行う必要はない。位置調整の場合も同様である。

次に、変形例６について説明する。変形例６では、図４および図５で説明したように、分光ミラー移動機構２４が第１分光ミラー２４Ａと第２分光ミラー２４ＡＢとを切り替え可能に構成している。そして、合流ミラー移動機構２７が第１合流ミラー２７Ａと第２合流ミラー２７Ｂとを切り替え可能に構成したときに、フィルタ交換機構５１を用いた場合を図１７および図１８に示す。

図１７は第１分光ミラー２４Ａおよび第１合流ミラー２７Ａが光路に配置されている場合を示している。従って、フィルタ交換機構５１はフィルタＡを第１戻り光Ｒ１の光路に配置し、第２戻り光Ｒ２の光路にフィルタＢを配置する。これにより、シアン色の波長情報の像と黄色の波長情報の像とを同時に観察することができる。

分光ミラー移動機構２４は第１分光ミラー２４Ａと第２分光ミラー２４ＡＢとを図１７の紙面に直交する方向に切り替える。合流ミラー移動機構２７も同様である。従って、第２分光ミラー２４ＡＢおよび第２合流ミラー２７Ｂが光路に配置される。この状態を示しているのが図１８である。

フィルタ交換機構５１はフィルタＡ、フィルタＣ、フィルタＢ、フィルタＤの順番で９０度の角度で配置している。そして、フィルタ交換機構５１は９０度ずつ回転を行う。これにより、図１８に示すように、第１戻り光Ｒ１の光路にフィルタＣを配置し、第２戻り光Ｒ２の光路にフィルタＤを配置することができる。これにより、緑色の波長情報の像と赤色の波長情報の像とを同時に観察することができる。

図１９は、分光ミラー移動機構２４が第１分光ミラー２４Ａおよび第２分光ミラー２４ＡＢを光路から退避させ、合流ミラー移動機構２７が第１合流ミラー２７Ａおよび第２合流ミラー２７Ｂを光路から退避させている状態を示している。従って、戻り光Ｒは分光しない。つまり、単一視野モードになる。

単一視野モードでは、ミラー角度調整機構２９により第１反射ミラー２５の反射角度を調整することにより、高解像の像を得ることができる。このとき、フィルタ交換機構５１は９０度ずつ回転することで、戻り光Ｒの光路にフィルタＡ〜Ｄの全てを配置することが可能である。

従って、同時に２つの異なる波長情報の像を観察することはできないが、シアン色、黄色、緑色、赤色の４色の異なる波長情報の像を高解像度で観察することができる。つまり、第１分光ミラー２４Ａおよび第２分光ミラー２４ＡＢを用いた視野分割モードで観察できる波長情報と同数の波長情報の像を高解像度に観察することが可能になる。

このとき、図４乃至図６では、第１フィルタホイール３０と第２フィルタホイール３１との２つのフィルタホイールを設ける必要があるため、装置が大型化する。一方、本変形例の図１７乃至図１９では、フィルタ交換機構５１の１つだけを設けるため、装置を小型化することができる。

また、第１フィルタホイール３０および第２フィルタホイール３１を用いた図４乃至図６の構成において、４色の高解像度の像を得る場合には、第１フィルタホイール３０にフィルタＡ〜Ｄの４つのフィルタを設ける必要がある。このうち、フィルタＢおよびフィルタＤは第２フィルタホイール３１と重複する。

本変形例では、フィルタ交換機構５１がフィルタＡ〜Ｄを第１戻り光Ｒ１の光路と第２戻り光Ｒ２の光路とに配置することができることから、フィルタＢおよびフィルタＤが重複することがない。つまり、第１戻り光Ｒ１と第２戻り光Ｒ２とでフィルタＡ〜Ｄを共有している。従って、多数の波長情報の像を得るときには、フィルタの部品点数の削減効果が大きくなる。

１ 顕微鏡装置
２ 顕微鏡光学系
３ 視野分割光学系
４ カメラ
４Ａ 第１結像領域
４Ｂ 第２結像領域
１０ 光源装置
２１ 視野絞り
２３ 第１リレーレンズ
２４ 分光ミラー移動機構
２４Ａ 分光ミラー
２５ 第１反射ミラー
２６ 第２反射ミラー
２７ 合流ミラー移動機構
２７Ａ 合流ミラー
２８ 第２リレーレンズ
２９ ミラー角度調整機構
３０ 第１フィルタホイール
３１ 第２フィルタホイール
４０ 共焦点スキャナ
４１ ピンホールディスク
４２ モータ
４３ 回転軸
４４ 集光ディスク
４５ 照明絞り
５１ フィルタ交換機構
Ｌ 照明光
Ｓ 試料
Ｒ 戻り光
Ｒ１ 第１戻り光
Ｒ２ 第２戻り光
Ａ〜Ｄ フィルタ

Claims (11)

1. 照明光を出射する光源と、
   前記照明光を試料に照射することにより蛍光を戻り光として生じさせる顕微鏡光学系と、
   前記戻り光に含まれる情報ごとに分光を行う分光部と、
   前記分光部により分光された複数の前記戻り光を合流させる合流部と、
   前記戻り光の像を撮像する撮像部と、
   前記分光部を前記戻り光の光路に配置して、前記合流部により合流された複数の前記戻り光の各々を、前記撮像部の撮像領域を分割した異なる撮像領域に結像させる視野分割モードと、前記分光部を前記戻り光の光路から退避させて、前記分光部により分光させない戻り光を、前記撮像部の撮像領域に結像させる単一視野モードと、を切り替え可能にする分光部移動機構と、
   分光された前記複数の戻り光を前記撮像部に結像させるときと前記分光部により分光させないときの前記戻り光を前記撮像部に結像させるときとで結像位置を変化させる結像位置変更部と、
   を備えたことを特徴とする顕微鏡装置。
2. 前記分光部により分光された第１戻り光を前記合流部に向けて反射する第１反射ミラーと、
   前記分光部により分光された第２戻り光を前記合流部に向けて反射する第２反射ミラーと、
   前記第１戻り光および前記第２戻り光を前記撮像部に結像させるときと前記第１戻り光または前記第２戻り光のうち何れか一方を結像させるときとで、前記第１反射ミラーと前記第２反射ミラーとのうち何れか一方の角度または位置を調整する前記結像位置変更部としてのミラー調整部と、
   を備えたことを特徴とする請求項１記載の顕微鏡装置。
3. 前記分光部により分光された第１戻り光を前記合流部に向けて反射する第１反射ミラーと、
   前記分光部により分光された第２戻り光を前記合流部に向けて反射する第２反射ミラーと、
   前記第１戻り光および前記第２戻り光を前記撮像部に結像させるときと前記第１戻り光または前記第２戻り光のうち何れか一方を結像させるときとで、前記第１反射ミラーと前記第２反射ミラーとのうち何れか一方を角度または位置が調整された調整ミラーに変更する前記結像位置変更部としてのミラー移動機構と、
   を備えたことを特徴とする請求項１記載の顕微鏡装置。
4. 前記ミラー調整部は、前記撮像部の撮像領域を分割した第１撮像領域と第２撮像領域とに前記第１戻り光と前記第２戻り光とが結像するように調整されている前記第１反射ミラーと前記第２反射ミラーとのうち何れか一方を、分光させないときの前記戻り光が前記撮像部の中心に結像されるように調整すること
   を特徴とする請求項２記載の顕微鏡装置。
5. 前記撮像部に前記第１戻り光および前記第２戻り光を結像させるときには前記戻り光の視野を絞り、前記撮像部に分光させないときの前記戻り光を結像させるときには前記戻り光の視野を広げる視野絞りを備えていること
   を特徴とする請求項４記載の顕微鏡装置。
6. 前記視野絞りは、前記照明光の光束を変化させる照明絞りであること
   を特徴とする請求項５記載の顕微鏡装置。
7. 前記分光部移動機構は、分光特性がそれぞれ異なる複数の分光部を切り替え可能に構成し、
   前記分光部のそれぞれに応じた合流特性を持つ複数の合流部を切り替え可能に構成した合流部移動機構を備えたこと
   を特徴とする請求項１乃至６のうち何れか１項に記載の顕微鏡装置。
8. 前記第１戻り光の光路に配置され、前記第１戻り光の情報のみを通過させる第１フィルタと、
   前記第２戻り光の光路に配置され、前記第２戻り光の情報のみを通過させる第２フィルタと、
   前記第１フィルタと前記第２フィルタとを交換可能なフィルタ交換機構と、
   を備えたことを特徴とする請求項２記載の顕微鏡装置。
9. 前記ミラー調整部は、前記第１反射ミラーと前記第２反射ミラーとのうち、前記分光部および前記合流部を前記戻り光の光路から退避させているときに前記戻り光が入射する反射ミラーの調整を行うこと
   を特徴とする請求項２記載の顕微鏡装置。
10. 前記試料の焦点の範囲内の戻り光を通過させる多数のピンホールを螺旋状且つ多条に形成したピンホールディスクと、
    このピンホールディスクを回転させる回転部と、
    を備えたことを特徴とする請求項１乃至９のうち何れか１項に記載の顕微鏡装置。
11. 前記ピンホールディスクの前記ピンホールと同一の配列パターンで、前記照明光を前記ピンホールに集光させる集光レンズを配列した集光ディスクを備え、
    前記回転部は、前記ピンホールディスクと前記集光ディスクとを一体的に回転させること
    を特徴とする請求項１０記載の顕微鏡装置。

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