JP6210754B2 - 走査型光学顕微鏡 - Google Patents

Description

本発明は、走査型光学顕微鏡に関するものである。

従来、音響光学素子を用いた走査型レーザ顕微鏡が知られている。音響光学素子は、音響光学効果を利用した素子である。音波（超音波）が固体や液体中を伝播するとき、光弾性効果によって、その媒質中に屈折率の周期的変動が生じる。この周期的変動は、音波の進行方向と平行に生じる。また、この周期的変動では、変動の周期が音波の波長となっている。この媒質中に光が入射すると、入射した光の一部は超音波によって回折される。この現象を音響光学効果という。

音響光学素子（ＡＯＭ、ＡＯＴＦ、ＡＯＤ等）の動作原理を図７に示す。音響光学素子では、媒質としてＬｉＮｂＯ３、ＰｂＭｏＯ４、ＴｅＯ２等の光学結晶が用いられている。この光学結晶に超音波を伝送するトランスデューサを取付けている。トランスデューサとしては、圧電体等が用いられる。トランスデューサに高周波電圧（ＲＦ電圧）を印加すると、結晶内に高周波の音波が発生する。この音波による屈折率の周期的変化を利用して入射光を回折させ、これにより光を偏向させている。

音響光学素子に入射した入射光は全て回折されず、１次回折光と透過光（非回折光）が音響光学素子から射出する。なお、音響光学素子に印加する高周波電圧の周波数を変化させることで１次回折光の偏向方向が変化し、高周波電圧の振幅を変化させることで１次回折光の光強度が変化する。

このような音響光学素子を用いた走査型レーザ顕微鏡として、特許文献１の走査型レーザ顕微鏡がある。

特許文献１の走査型レーザ顕微鏡では、音響光学素子を光強度の変調に用いている。この走査型レーザ顕微鏡では、音響光学素子はレーザ光源とレーザ走査部との間に配置されている。

走査型レーザ顕微鏡におけるアプリケーションの１つとして、観察対象（一般的には、生細胞や組織）に対して光刺激を加え、光刺激に対する反応を画像化したり、細胞の電位を計測したりするものがある。光刺激では、様々な光強度の光を観察対象に照射する。

また、別のアプリケーションとして、観察対象の表面から内部までの様子を連続的に画像化し、取得した連続画像から３次元画像を生成するものがある。連続した画像を取得する場合、画像の取得位置が観察対象の内部になればなるほどレーザ光が減衰する。どの取得位置でも均一な明るさの画像が取得できるようにするために、取得位置に応じてレーザ光の光強度を変化させる必要がある。このようなことから、光刺激を行うアプリケーションや３次元画像を生成するアプリケーションでは、光強度を変化させること、すなわち、光強度の変調が行われる。

このようなアプリケーションに用いられる走査型レーザ顕微鏡では、特許文献１のように、光強度の変調を行うために音響光学素子が用いられる。従来の走査型レーザ顕微鏡の例を図８に示す。図８（ａ）は走査型レーザ顕微鏡の構成を示す図、図８（ｂ）は対物レンズの瞳の位置におけるレーザ光の様子を示す図である。

図８（ａ）に示すように、走査型レーザ顕微鏡は、レーザ光源１０１と、音響光学素子１０２と、光走査装置１０３と、瞳投影レンズ１０４と、結像レンズ１０５と、ダイクロイックミラー１０６と、顕微鏡対物レンズ１０７と、光検出器１０９と、を備える。なお、必要に応じて、レーザ光源１０１から光走査装置１０３までの光路に励起フィルタを配置し、ダイクロイックミラー１０６から光検出器１０９までの光路にバリアフィルタ（吸収フィルタ）やレンズを配置しても良い。なお、破線で示す矢印については後述する。

レーザ光源１０１は、例えば、超短パルスレーザである。超短パルスレーザからは、近赤外のレーザ光が射出される。レーザ光源１０１から射出したレーザ光は、音響光学素子１０２に入射する。音響光学素子１０２から射出したレーザ光（１次回折光）は、光走査装置１０３に入射する。光走査装置１０３は、例えば２つの光偏向素子を備える。偏向素子は、例えば、ガルバノスキャナである。レーザ光は一方のガルバノスキャナのミラーでＸ方向に偏向され、他方のガルバノスキャナのミラーでＹ方向に偏向される。

光走査装置１０３から射出したレーザ光は、瞳投影レンズ１０４と結像レンズ１０５を介してダイクロイックミラー１０６に入射する。レーザ光はダイクロイックミラー１０６で反射され、顕微鏡対物レンズ１０７（以下、適宜、対物レンズ１０７とする）に入射する。レーザ光は対物レンズ１０７で集光され、レーザスポットが試料１０８上に形成される。

レーザスポットは、ガルバノスキャナのミラーの動きに応じて、試料１０８上を２次元に移動する。これにより、試料１０８の走査が行われる。なお、ガルバノスキャナのミラーの位置と対物レンズの瞳１０７ａの位置は、瞳投影レンズ１０４と結像レンズ１０５とによって略共役になっている。

試料１０８が蛍光試料の場合、試料１０８から蛍光が発生する。蛍光は対物レンズ１０７とダイクロイックミラー１０６を通過して、光検出器１０９に入射する。光検出器１０９に入射した蛍光は、光検出器１０９によって電気信号に変換される。光検出器１０９から出力される電気信号を走査と同期してサンプリングすることで、試料１０８の蛍光画像が取得される。

光刺激を行うときの様子を図９に示す。図９（ａ）は顕微鏡の実視野内の様子を示す図、図９（ｂ）は細胞の位置、光強度を変化させるタイミング及び光強度の関係を示す図、図９（ｃ）は光強度を変化させたときの観察対象の画像を示す図である。

図９（ａ）において、顕微鏡の実視野２２０内の矩形領域２２１が走査領域である。この矩形領域２２１内に存在する細胞が走査され、画像化される。矩形領域２２１内には複数の細胞が存在するが、ここでは、２つの細胞Ａと細胞Ｂに光刺激を加えるものとする。

図９（ｂ）には、図９（ａ）に示すＸＸ’における細胞の断面図が示されている。また断面図の下には、１ラインの走査における光強度の変化を示すグラフが示されている。グラフの縦軸は光強度Ｉ、横軸は走査時間ｔである。図９（ｂ）に示すように、細胞Ａと細胞Ｂに照射するレーザ光の光強度は、細胞Ａに対しては最大光強度の５０％、細胞Ｂに対しては最大光強度の１０％である。また、１ラインの走査は１ｍｓｅｃで行われる。よって、この１ｍｓｅｃの間に、光強度を１０％や５０％に変化させることになる。

音響光学素子１０２では、１ラインの走査開始時点からの経過時間（走査位置）に応じて、印加する高周波電圧の振幅を変化させている。これにより、様々な光強度のレーザ光が細胞Ａや細胞Ｂに照射されるようにしている。

特許第４７２９２６９号公報

上述のように、音響光学素子１０２では、印加する高周波電圧の振幅を変化させることで、レーザ光の光強度を変化させることができる。従来、音響光学素子１０２から射出するレーザ光の射出角度（光軸となす角度）は、光強度の変化に関係なく一定であると思われていた。しかしながら、出願人は、高周波電圧の振幅を変化させて光強度を変化させると、音響光学素子１０２から射出するレーザ光の射出角度が、光強度の変化（高周波電圧の振幅の変化）に応じて微小に変化することを見出した。図８（ａ）に示す破線の矢印は、射出角度が変化したときのレーザ光を示している。

例えば、光強度が最大光強度の５０％のレーザ光（以下、適宜、５０％レーザ光とする）が音響光学素子１０２から射出されるように、音響光学素子１０２に印加する高周波電圧の振幅を設定する。このとき、５０％レーザ光が光軸と一致するように、音響光学素子１０２が位置決めされている。この位置決めによって、音響光学素子１０２から射出した５０％レーザ光は光軸上を進み、ガルバノスキャナのミラーの中心に入射する。

ここで、音響光学素子１０２に印加する高周波電圧の振幅を変化させ、光強度が最大光強度の１０％のレーザ光（以下、適宜、１０％レーザ光とする）が音響光学素子１０２から射出されるようにする。すると、図８（ａ）に示す破線の矢印のように、１０％レーザ光では射出角度が変化する。この場合、１０％レーザ光は、ガルバノスキャナのミラーの中心から外れた位置に入射する。

上述のように、ガルバノスキャナのミラーは、対物レンズの瞳１０７ａと共役な関係になっている。ここで、図８（ｂ）の２点鎖線で示すように、対物レンズの瞳１０７ａの中心と５０％レーザ光の中心とは一致している。そのため、５０％レーザ光では、光束全てが対物レンズの瞳１０７ａを通過する。また、光走査装置１０３でレーザ光を偏向させても、常に、全ての光束が対物レンズの瞳１０７ａを通過する。よって、蛍光色素の濃度がどの場所でも同じである場合、５０％レーザ光を照射した細胞Ａでは、取得した細胞Ａの画像に明るさムラは生じない。

これに対して、１０％レーザ光では、図８（ｂ）の破線で示すように、対物レンズの瞳１０７ａの中心と５０％レーザ光の中心とが一致しない。そのため、光束の一部は対物レンズの瞳１０７ａを通過するものの、残りは対物レンズの瞳１０７ａを通過できない。また、光走査装置１０３でレーザ光を偏向させると、対物レンズの瞳１０７ａを通過できない光束の量が変化する。よって、蛍光色素の濃度がどの場所でも同じであったとしても、１０％レーザ光を照射した細胞Ｂでは、取得した細胞Ｂの画像に明るさムラが生じてしまう。

このように、従来の走査型レーザ顕微鏡では、音響光学素子で光強度を変化させると、対物レンズの瞳１０７ａの中心に対するレーザ光の中心が、光強度の変更前と変更後とで異なってしまう。

また、上述のように、音響光学素子１０２から射出した５０％レーザ光は、光軸上を進む。そのため、走査が行われていない状態では、試料１０８の位置において、５０％レーザ光は光軸上に照射される。その結果、実視野の中心に、５０％レーザ光のレーザスポットが形成される。一方、音響光学素子１０２から射出した１０％レーザ光は、光軸と交差する方向に進む。そのため、走査が行われていない状態では、試料１０８の位置において、１０％レーザ光は光軸から離れた位置に照射される。その結果、実視野の中心から外れた位置に、１０％レーザ光のレーザスポットが形成される。図８（ａ）では、１０％レーザ光の照射位置のみが破線の矢印で示されている。

図９（ａ）のＸＸ’における走査を例に説明する。走査開始時、レーザ光の光強度はゼロである。走査が始まるとレーザスポットは移動して細胞Ｂの左端に到達し、ここで、レーザ光の光強度が変更される。このとき、光強度を変更した後のレーザ光が５０％レーザ光の場合は、レーザスポットの位置は変化しないので、細胞Ｂの左端に５０％レーザ光が照射される。

しかしながら、図９（ｂ）に示すように、細胞Ｂには１０％レーザ光が照射される。そのため、レーザスポットの位置は本来の照射位置、すなわち、細胞Ｂの左端からずれた位置に変わってしまう。その結果、図９（ｃ）に示すように、細胞Ｂでは、取得された細胞Ｂの画像（破線）が、本来の位置（実線）からずれた位置に表示されてしまう。一方、細胞Ａには５０％レーザ光が照射されるため、レーザスポットの位置は本来の照射位置に照射される。よって、取得された細胞Ａの画像は本来の位置に表示される。

このように、従来の走査型レーザ顕微鏡において音響光学素子１０２で光強度を変化させると、対物レンズの瞳１０７ａに入射するレーザ光の入射角度が、光強度の変更前と変更後とで異なってしまう。その結果、レーザ光の照射位置が、光強度の変更前と変更後とで異なってしまう。

特に、超短パルスレーザは大型である。そのため、超短パルスレーザを用いる走査型レーザ顕微鏡では、大型の除振台上に、超短パルスレーザ、光走査装置及び顕微鏡が載置される。ここで、顕微鏡が正立型顕微鏡の場合、超短パルスレーザからガルバノスキャナ（走査装置）までの距離は１ｍを越えることになる。そのため、音響光学素子から射出するレーザ光の射出角度の変化が僅かであっても、ガルバノスキャナにおけるレーザ光の入射位置は、ガルバノスキャナのミラーの中心から大きく外れてしまう。

レーザ光の入射位置がガルバノスキャナのミラーの中心から外れるということは、対物レンズの瞳の中心とレーザ光の中心とが一致しない、ということである。この場合、画像における明るさムラがより大きくなったり、画像の本来の位置からのずれがより大きくなったりする。

例えば、ガルバノスキャナのミラーの大きさが４ｍｍで、超短パルスレーザからガルバノスキャナ（走査装置）までの距離が１．５ｍの場合、音響光学素子から射出するレーザ光の射出角度が２００秒変化すると、ガルバノスキャナのミラーの位置では、レーザ光はガルバノスキャナのミラーの中心から１．５ｍｍずれてしまう。

ここで、特許文献１の走査型レーザ顕微鏡では、音響光学素子を光強度の変調に用いている。しかしながら、特許文献１においても、高周波電圧の振幅を変化させて光強度を変化させると、音響光学素子から射出するレーザ光の射出角度が光強度の変化に応じて微小に変化すること、に関しては何ら言及されていない。

なお、特許文献１には、ビームシフタが開示されている。このビームシフタでは、レーザ光の平行移動と角度変化が可能である。ビームシフタは２枚の平面ミラーで構成されているので、平行移動や角度変化は機械的な動作によって行われる。ここで、図９（ａ）、（ｂ）に示すように、１ラインの走査を１ｍｓｅｃで行う場合、角度変化の補正はマイクロ秒のオーダーで行う必要がある。しかしながら、特許文献１のビームシフタでは、平面ミラーをモータで動かしている。そのため、特許文献１のビームシフタでマイクロ秒のオーダーの角度変化を行うことは困難である。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、光変調素子で光強度を変化させても、光学系の瞳の中心に対する照明光の中心が、光強度の変更前と変更後とで変化しない走査型光学顕微鏡を提供することを目的とする。また、光変調素子で光強度を変化させても、照明光の照射位置が光強度の変更前と変更後とで変化しない走査型光学顕微鏡を提供することを目的とする。

また、本発明の走査型光学顕微鏡は、更に、
照明光を射出する光源と、
照明光を試料に照射する集光光学系と、
試料を載置するステージと、
照明光とステージとを相対的に変位させる走査装置と、
試料からの光を集光する検出光学系と、
試料からの光を検出する光検出器と、
瞳投影光学系と、
光偏向部材と、
光偏向部材に偏向信号を入力する駆動装置と、を備え、
光源よりも集光光学系側に、光変調素子と、リレー光学系と、が配置され、
光変調素子には、振幅のみを変化させた変調信号が入力され、
所定の振幅の変調信号に対して光変調素子から射出する照明光が集光光学系の光軸と一致するように、光変調素子は位置決めされており、
集光光学系の瞳の位置と光変調素子の位置とが、少なくともリレー光学系を介して共役になっており、
光変調素子の位置と光偏向部材の位置とが、リレー光学系によって共役になり、
集光光学系の瞳の位置と光偏向部材の位置とが、瞳投影光学系によって共役になり、
光変調素子から射出する照明光の射出角度θは、集光光学系の光軸と光変調素子から射出する照明光とのなす角度であって、所定の振幅の変調信号が光変調素子に入力されたときにθ＝ゼロであり、
駆動装置は入力部を有し、
入力部には、光偏向部材に入射した照明光を所定の角度偏向させるための補正情報が入力され、
所定の角度は、光変調素子から射出するときの照明光の射出角度θを相殺する角度であり、
駆動装置は、補正情報に基づいて生成された偏向信号を光偏向部材に入力することを特徴とする。

本発明によれば、光変調素子で光強度を変化させても、光学系の瞳の中心に対する照明光の中心が、光強度の変更前と変更後とで変化しない走査型光学顕微鏡を提供することができる。また、光変調素子で光強度を変化させても、照明光の照射位置が光強度の変更前と変更後とで変化しない走査型光学顕微鏡を提供することができる。

本実施形態の走査型光学顕微鏡を示す図であって、（ａ）は第１の実施形態の走査型光学顕微鏡を示す図、（ｂ）は第２の実施形態の走査型光学顕微鏡を示す図である。 第１実施例の走査型レーザ顕微鏡を示す図であって、（ａ）は走査型レーザ顕微鏡の構成を示す図、（ｂ）は対物レンズの瞳の位置におけるレーザ光の様子を示す図、（ｃ）はビームエクスパンダを配置した構成を示す図である。 第２実施例の走査型レーザ顕微鏡を示す図であって、（ａ）は走査型レーザ顕微鏡の構成を示す図、（ｂ）は対物レンズの瞳の位置におけるレーザ光の様子を示す図である。 第３実施例の走査型レーザ顕微鏡を示す図である。 第４実施例の走査型レーザ顕微鏡を示す図である。 第５実施例の走査型レーザ顕微鏡を示す図である。 音響光学素子の動作原理を示す図である。 従来の走査型レーザ顕微鏡の例を示す図であって、（ａ）は走査型レーザ顕微鏡の構成を示す図、（ｂ）は対物レンズの瞳の位置におけるレーザ光の様子を示す図である。 光刺激を行うときの様子を示す図であって、（ａ）は顕微鏡の実視野内の様子を示す図、（ｂ）は細胞の位置、光強度を変化させるタイミング及び光強度の関係を示す図、（ｃ）は光強度を変化させたときの観察対象の画像を示す図である。

以下に、本発明にかかる走査型光学顕微鏡の実施形態及び実施例を、図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施形態及び実施例によりこの発明が限定されるものではない。第１の実施形態の走査型光学顕微鏡と第１実施例の走査型光学顕微鏡は参考例である。

本実施形態の走査型光学顕微鏡について説明する。図１は本実施形態の走査型光学顕微鏡を示す図であって、（ａ）は第１の実施形態の走査型光学顕微鏡を示す図、（ｂ）は第２の実施形態の走査型光学顕微鏡を示す図である。

図１（ａ）と図１（ｂ）の各々には、第１の構成と第２の構成とが一緒に示されている。第１の構成は、試料３から紙面の上方向に向かう光（例えば、蛍光や反射光）を検出する構成である。第２の構成は、試料３から紙面の下方向に向かう光（例えば、蛍光や透過光）を検出する構成である。本実施形態の走査型光学顕微鏡は、第１の構成と第２の構成の少なくとも一方を備えていれば良い。

第１の実施形態の走査型光学顕微鏡について説明する。本実施形態の走査型光学顕微鏡は、光源１と、集光光学系２と、ステージ４と、光検出器５と、検出光学系６と、光検出器７と、走査装置９と、を備えている。そして、光源１よりも集光光学系２側に、光変調素子２０とリレー光学系３０とが配置されている。光変調素子２０とリレー光学系３０は、集光光学系２の光軸ＡＸ（以下、適宜、光軸ＡＸとする）上に配置されている。

光源１は、例えば、レーザである。なお、光源１は、面光源、ピンホール及びレンズを組み合わせて構成しても良い。光源１からは、照明光が射出する。光源１から射出した照明光は、光変調素子２０とリレー光学系３０を通過して、集光光学系２に入射する。そして、集光光学系２によって、試料３に照明光が照射される。集光光学系２は、例えば顕微鏡対物レンズである。なお、光変調素子２０とリレー光学系３０については、後述する。

第１の構成では、光源１から試料３に向かう光と試料３から光検出器５に向かう光とが、集光光学系２を通過する。そこで、両者を分離するために、光学素子８が配置されている。この光学素子８は、例えば、ダイクロイックミラーやハーフミラーである。一方、第２の構成では、試料３からの光は集光光学系２を通過しないので、光学素子８を用いる必要は必ずしも無い。

試料３はステージ４上に載置されている。集光光学系２から射出した照明光は試料３に照射され、これにより、試料３上に光スポットが形成される。試料３からは、紙面の上方向に向かう光（例えば、蛍光や反射光）や、下方向に向かう光（例えば、蛍光や透過光）が出てくる。

紙面の上方向に向かう光は集光光学系２に入射し、集光光学系２で集光される。集光された光は光学素子８を通過して、光検出器５で検出される。一方、紙面の下方向に向かう光は検出光学系６に入射し、検出光学系６で集光される。集光された光は、光検出器７で検出される。検出光学系６は、例えば、コンデンサレンズである。また、光検出器５や光検出器７は、例えば、光電子増倍管やフォトダイオードである。

上述のように、試料３上には光スポットが形成されるが、このままでは１点の情報しか得られない。そこで、複数の点の情報を得る場合には、集光光学系２の光軸ＡＸと直交する面内で、ステージ４と光スポット（照明光）とを相対的に変位させれば良い。

そのために、ステージ４に走査装置９が接続されている。走査装置９は、例えば、ステッピングモータとステッピングモータの駆動装置で構成されている。走査装置９でステージ４を移動させることにより、光スポットを静止させた状態で、ステージ４（試料３）の位置を移動させることができる。このようにすることで、試料３に関する複数の点の情報、例えば、試料の２次元画像が得られる。

なお、ステージ４（試料３）を静止させて、光スポットを移動させても良い。この場合は、光源１から集光光学系２までの光路中に、走査装置９を配置すれば良い。このときの走査装置９は、例えば、ガルバノスキャナや音響光学素子等の光偏向素子である。なお、光偏向素子の配置に際しては、光偏向素子の位置と集光光学系の瞳２ａの位置とが共役になるように、光偏向素子から集光光学系２までの間に光学系を配置する。また、ステージ４の移動による走査と光スポットの移動による走査とを併用しても良い。

光変調素子２０とリレー光学系３０について説明する。光変調素子２０は、例えば、音響光学素子や電気光学素子である。光変調素子２０には駆動装置２１が接続されている。光変調素子２０が音響光学素子の場合、駆動装置２１から光変調素子２０に変調信号、すなわち高周波電圧が入力される。ただし、本実施形態の走査型光学顕微鏡では、入力される変調信号は、振幅のみを変化させた変調信号である。すなわち、入力される変調信号の周波数は一定となっている。

光変調素子２０では、変調信号（高周波電圧）の振幅を変化させることで、光変調素子２０から射出する照明光の光強度を変化させることができる。なお、光変調素子２０については、所定の振幅の変調信号に対して光変調素子２０から射出する照明光が光軸ＡＸと一致するように、光変調素子２０は位置決めされている。これにより、所定の振幅の変調信号が光変調素子２０に入力されたとき、光変調素子２０から射出する照明光は光軸ＡＸ上を進む。

ここで、変調信号の振幅を所定の振幅とは異なる振幅に変化させると、光変調素子２０から射出する照明光の光強度が変化するが、同時に、実線Ｌで示すように、光変調素子２０から射出する照明光の射出角度も微小に変化する。このまま何もしなければ、図８（ａ）や図８（ｂ）に示したように、集光光学系の瞳２ａの中心に対する照明光の中心が、光強度の変更前と変更後とで異なってしまう。

そこで、第１の実施形態の走査型光学顕微鏡では、光変調素子２０よりも集光光学系２側に、リレー光学系３０を配置している。リレー光学系３０は、レンズ３１とレンズ３２とで構成されている。ここで、リレー光学系３０では、以下の（Ｉ）、（ＩＩ）、（ＩＩＩ）の関係を満足するように、レンズ３１、レンズ３２、光変調素子２０及び集光光学系２（瞳２ａの位置）が位置決めされている。（Ｉ）レンズ３１の前側焦点位置と光変調素子２０の位置とが一致し、（ＩＩ）レンズ３１の後側焦点位置とレンズ３２の前側焦点位置とが一致し、（ＩＩＩ）レンズ３２の後側焦点位置と集光光学系の瞳２ａの位置とが一致する。これにより、集光光学系の瞳２ａの位置と光変調素子２０の位置とが、リレー光学系３０によって共役になっている。

このようにすると、光変調素子２０から射出した照明光（実線Ｌ）はレンズ３１で屈折され、光軸ＡＸと平行に進む。そして、照明光はレンズ３２で光軸ＡＸと交差する方向に屈折され、集光光学系の瞳２ａに到達する。ここで、上述のように、集光光学系の瞳２ａの位置と光変調素子２０の位置とが、リレー光学系３０によって共役になっている。そのため、集光光学系の瞳２ａに到達した照明光の中心は、集光光学系の瞳２ａの中心と一致する。よって、照明光の光束全てが集光光学系の瞳２ａを通過する。

このように、第１の実施形態の走査型光学顕微鏡では、光変調素子２０で光強度を変化させても、集光光学系の瞳２ａの中心に対する照明光の中心が、光強度の変更前と変更後とで変化しなくなる。その結果、第１の実施形態の走査型光学顕微鏡では、光変調素子で光強度を変化させても、変更前に取得した画像と変更後に取得した画像とで、明るさに差は生じない。また、光走査を行った場合、変更後に取得した画像において明るさムラは生じない。

なお、レンズ３１の焦点距離とレンズ３２の焦点距離は同じであって良いが、異なっていても良い。レンズ３２の焦点距離をレンズ３１の焦点距離よりも長くすると、リレー光学系３０は拡大光学系になる。このようにすると、レンズ３２から射出する照明光の射出角度を小さくすることができ、なお且つ、光束径を大きくできる。

また、リレー光学系３０とは別に光学系を用意し、リレー光学系３０と別の光学系とで、集光光学系の瞳２ａの位置と光変調素子２０の位置とが共役になるようにしても良い。

次に、第２の実施形態の走査型光学顕微鏡について説明する。図１（ｂ）に示すように、第２の実施形態の走査型光学顕微鏡は、第１の実施形態の走査型光学顕微鏡の構成を備え、更に、瞳投影光学系４０と、光偏向部材５０と、駆動装置５１と、を備える。よって、第１の実施形態の走査型光学顕微鏡の構成と同じ構成については説明を省略する。

以下の説明においても、光変調素子２０を音響光学素子として説明する。また、光偏向部材５０としては、例えば、ガルバノスキャナ、音響光学素子、ポリゴンスキャナ等があるが、ここでは光偏向部材５０を音響光学素子として説明する。なお、図１（ｂ）では、便宜上、光偏向部材５０は光軸と直交するように配置され、また、光偏向部材５０の両側の光軸も同一直線状となるように描かれている。しかしながら、実際は、光偏向部材５０の光軸に対する配置方向や、光偏向部材５０の両側の光軸の向きは、光変調素子２０と同様になっている。

本実施形態の走査型光学顕微鏡でも、所定の振幅の変調信号に対して光変調素子２０から射出する照明光が光軸ＡＸと一致するように、光変調素子２０は位置決めされている。これにより、所定の振幅の変調信号が光変調素子２０に入力されたとき、光変調素子２０から射出する照明光は光軸ＡＸ上を進む。

ここで、変調信号の振幅を所定の振幅とは異なる振幅に変化させると、光変調素子２０から射出する照明光の光強度が変化するが、同時に、実線Ｌで示すように、光変調素子２０から射出する照明光の射出角度が微小に変化する。ここで、射出角度θは、光軸ＡＸと光変調素子２０から射出する照明光とのなす角度である。所定の振幅の変調信号に対しては、光変調素子２０から射出する照明光は光軸ＡＸと一致しているので、所定の振幅の変調信号が光変調素子２０に入力されたときθ＝ゼロである。

これに対して、所定の振幅とは異なる振幅の変調信号が光変調素子２０に入力された場合、θ≠ゼロになる。この場合、光変調素子２０から射出角度θで射出した照明光は、実線Ｌで示すようにレンズ３１で屈折され、光軸ＡＸと平行に進む。そして、照明光はレンズ３２で光軸ＡＸと交差する方向に屈折され、光偏向部材５０に到達する。

ここで、光変調素子２０の位置と光偏向部材５０の位置とが、リレー光学系３０によって共役になっている。そのため、光偏向部材５０に到達した照明光の中心は、光偏向部材５０の開口の中心と一致する。ただし、実線Ｌで示す照明光では、光変調素子２０を射出したときの射出角度θが維持されている。そのため、集光光学系の瞳２ａにおいても、照明光は光軸ＡＸと交差する方向に進行する。なお、光偏向部材５０の開口の中心は、例えば、ガルバノスキャナだとミラーの中心であり、音響学素子だと入射光側の開口部の中心である。

そこで、本実施形態の走査型光学顕微鏡では、駆動装置５１に入力部を設け、この入力部に、光偏向部材５０に入射した照明光を所定の角度偏向させるための補正情報が入力されるようにしている。そして、駆動装置が、補正情報に基づいて生成された偏向信号を光偏向部材５０に入力するようにしている。ここで、所定の角度は、光変調素子２０から射出するときの照明光の射出角度θを相殺する角度である。

例えば、図１（ｂ）において、リレー光学系３０の倍率を１倍とし、角度は光軸ＡＸから測るものとする。また、角度は、反時計回りの方向をプラスとする。ここで、図１（ｂ）の照明光Ｌの射出角度θをθ＝１°とすると、所定の角度はθ＝１°を相殺する角度であるから、射出角度θで表すとθ＝−１°となる。

このようにすることで、光強度の変化（変調信号の振幅の変化）に応じて射出角度θが変化しても、その変化を相殺するような補正情報が駆動装置５１に入力される。その結果、光強度を変化させても、光偏向部材５０から射出する照明光を、常に光軸ＡＸと一致するように射出することができる。すなわち、光変調素子２０に入力される変調信号の振幅が、所定の振幅であっても、所定の振幅とは異なる振幅であっても、光偏向部材５０から射出する照明光の射出角度（光軸ＡＸとのなす角度）は、略一致する。

また、本実施形態の走査型光学顕微鏡では、光偏向部材５０と集光光学系２との間に、瞳投影光学系４０が配置されている。瞳投影光学系４０は、瞳投影レンズ４１と結像レンズ４２とで構成されている。光偏向部材５０から射出した照明光は、瞳投影レンズ４１と結像レンズ４２とを通過して、集光光学系の瞳２ａの位置に到達する。

ここで、集光光学系の瞳２ａの位置と光偏向部材５０の位置とが、瞳投影光学系４０によって共役になっている。よって、光偏向部材５０から射出した照明光の中心は、集光光学系の瞳２ａの中心と一致する。そのため、光偏向部材５０から射出した照明光は、集光光学系の瞳２ａを通過するときも光軸ＡＸ上を進む。すなわち、光変調素子２０に入力される変調信号の振幅が、所定の振幅であっても、所定の振幅とは異なる振幅であっても、集光光学系の瞳２ａにおける照明光の射出角度（光軸ＡＸとのなす角度）は、略一致する。

このように、第２の実施形態の走査型光学顕微鏡では、光変調素子２０で光強度を変化させても、集光光学系の瞳２ａの中心に対する照明光の中心が、光強度の変更前と変更後とで変化せず、なお且つ、集光光学系の瞳２ａに入射する照明光の入射角度が、光強度の変更前と変更後とで変化しなくなる。すなわち、光変調素子で光強度を変化させても、照明光の照射位置が、光強度の変更前と変更後とで変化しない。

その結果、第２の実施形態の走査型光学顕微鏡では、光変調素子で光強度を変化させても、変更前に取得した画像と変更後に取得した画像とで、明るさに差が生じることがなく、なお且つ、変更後に取得した画像の位置にずれは生じない。また、照明光で走査を行った場合、変更後に取得した画像の位置にずれは生じることがなく、なお且つ、変更後に取得した画像において明るさムラは生じない。

なお、駆動装置５１に入力する補正情報としては、例えば、駆動装置２１の駆動信号に基づく情報や、光線Ｌの位置を検出したときの位置信号に基づく情報がある。また、これらの情報は駆動装置５１に直接入力しても良いが、これらの情報を記憶装置に記憶させておき、記憶装置から読み出した情報を駆動装置５１に入力させても良い。

また、光偏向部材５０としてガルバノスキャナを用いる場合、リレー光学系３０側の光路と瞳投影光学系４０側の光路とがガルバノスキャナのミラーの位置で交差するようにすれば良い。ポリゴンスキャナの場合も同様である。

次に、本実施形態の走査型光学顕微鏡のより具体的な構成について説明する。なお、図１（ａ）と同じ構成については同じ番号を付し、詳細な説明は省略する。図２は第１実施例の走査型レーザ顕微鏡を示す図であって、（ａ）は走査型レーザ顕微鏡の構成を示す図、（ｂ）は対物レンズの瞳の位置におけるレーザ光の様子を示す図、（ｃ）はビームエクスパンダを配置した構成を示す図である。

第１実施例の走査型レーザ顕微鏡は、図２（ａ）に示すように、レーザ光源１０１と、音響光学素子１０２と、光走査装置１０３と、瞳投影レンズ１０４と、結像レンズ１０５と、ダイクロイックミラー１０６と、対物レンズ１０７と、光検出器１０９と、を備える。光走査装置１０３はガルバノスキャナで構成されている。

なお、音響光学素子１０２や光走査装置１０３には、それぞれ駆動装置が接続されているが、図示を省略している。また、図示を省略しているが、レーザ光源１０１から光走査装置１０３までの光路に励起フィルタが配置され、ダイクロイックミラー１０６から光検出器１０９までの光路にバリアフィルタ（吸収フィルタ）が配置されている。

本実施例の走査型レーザ顕微鏡は、更に、リレー光学系１１０を備えている。リレー光学系１１０の具体的構成や技術的意義は、図１（ａ）、（ｂ）におけるリレー光学系３０と同じである。

レーザ光源１０１は、例えば、超短パルスレーザである。レーザ光源１０１から射出したレーザ光は、音響光学素子１０２に入射する。音響光学素子１０２には、振幅のみを変化させた高周波電圧が印加される。高周波電圧の振幅を変化させることで、音響光学素子１０２から射出するレーザ光の光強度を変化させることができる。

音響光学素子１０２には、第１の振幅の高周波電圧と第２の振幅の高周波電圧とが印加される。第１の振幅の高周波電圧は、５０％レーザ光を射出するための電圧である。また、第２の振幅の高周波電圧は、１０％レーザ光を射出するための電圧である。第１の振幅の高周波電圧を音響光学素子１０２に印加すると、音響光学素子１０２から５０％レーザ光が射出する。高周波電圧の振幅を第１の振幅から第２の振幅に変更すると、音響光学素子１０２から１０％レーザ光が射出する。

ここで、音響光学素子１０２は、音響光学素子１０２から射出する５０％レーザ光（光強度が最大光強度の５０％のレーザ光）が光軸と一致するよう位置決めされている。このような状態で、高周波電圧の振幅のみを変化させる。例えば、１０％レーザ光（光強度が最大光強度の１０％のレーザ光）が音響光学素子１０２から射出されるように、高周波電圧の振幅を、第１の振幅から第２の振幅に変化させる。

すると、破線で示す矢印のように、１０％レーザ光では射出角度が変化する。ここで、本実施例の走査型レーザ顕微鏡では、音響光学素子１０２と光走査装置１０３との間に、リレー光学系１１０が配置されている。

そのため、音響光学素子１０２から射出した１０％レーザ光は、実線で示すように、１つ目のレンズで屈折され、光軸と平行に進む。そして、レーザ光は２つ目のレンズで光軸と交差する方向に屈折され、光走査装置１０３に到達する。この到達した位置には、ガルバノスキャナのミラーが配置されている。ここで、音響光学素子１０２の位置と光走査装置１０３の位置とが、リレー光学系１１０によって共役になっている。そのため、１０％レーザ光の中心は、ガルバノスキャナのミラーの中心と一致する。

光走査装置１０３を射出した１０％レーザ光は、瞳投影光学系、すなわち瞳投影レンズ１０４と結像レンズ１０５を通過して、対物レンズの瞳１０７ａに到達する。ここで、光走査装置１０３の位置と対物レンズの瞳１０７ａの位置とは、瞳投影レンズ１０４と結像レンズ１０５とによって共役になっている。そのため、図２（ｂ）の実線で示すように、１０％レーザ光の中心（実線）は、対物レンズの瞳１０７ａの中心と一致する。なお、２点鎖線は５０％レーザ光を示している。

このように、本実施例の走査型レーザ顕微鏡では、音響光学素子１０２の位置と対物レンズの瞳１０７ａの位置とが、リレー光学系１１０及び瞳投影光学系によって共役になっている。そのため、音響光学素子１０２でレーザ光の光強度を変化させても、対物レンズの瞳１０７ａの中心に対するレーザ光の中心が、光強度の変更前と変更後とで変化しなくなる。その結果、本実施例の走査型レーザ顕微鏡では、音響光学素子１０２でレーザ光の光強度を変化させても、変更後に取得した画像において明るさムラは生じない。

なお、光走査装置１０３を２つのガルバノスキャナで構成する場合、一方のガルバノスキャナのミラーの位置と音響光学素子１０２の位置とを、リレー光学系１１０によって共役にする。そして、他方のガルバノスキャナのミラーの位置と対物レンズの瞳１０７ａの位置とを、瞳投影光学系によって共役にする。そして、２つのガルバノスキャナのミラーの間に光学系を設けて、２つのガルバノスキャナのミラーが共役になるようにすれば良い。このようにすることで、音響光学素子１０２の位置と対物レンズの瞳１０７ａの位置とを共役にすることができる。

また、２つのガルバノスキャナのミラーの間に光学系を設けない構成、すなわち、２つのミラーを近接させる構成の場合は、２つのミラーの間の任意の位置が、音響光学素子１０２の位置や対物レンズの瞳１０７ａの位置と共役になるようにすれば良い。

また、リレー光学系１１０の倍率は、光走査装置１０３、瞳投影レンズ１０４、結像レンズ１０５及び対物レンズ１０７を考慮して、最適な倍率にすれば良い。

また、図２（ｃ）に示すように、リレー光学系１１０よりも対物レンズ１０７側、より具体的には、リレー光学系１１０と光走査装置１０３との間に、ビームエクスパンダ１１１を配置することが好ましい。このようにして、図２（ｂ）に示すように、対物レンズの瞳７ａの位置において、レーザ光の径と対物レンズの瞳７ａの径とが略一致するようにしても良い。

また、ビームエクスパンダ１１１を、アフォーカルズームにすることで、ビームエクスパンダ１１１から射出するレーザ光の光束径を変化させることができる。そのため、使用する対物レンズが変わったとしても、対物レンズの瞳の位置において、レーザ光の径と対物レンズの瞳の径とを、常に略一致させることができる。

図３は第２実施例の走査型レーザ顕微鏡を示す図であって、（ａ）は走査型レーザ顕微鏡の構成を示す図、（ｂ）は対物レンズの瞳の位置におけるレーザ光の様子を示す図である。

第２実施例の走査型レーザ顕微鏡は、第１実施例の走査型レーザ顕微鏡の構成を備えると共に、駆動装置１１２と、記憶装置１１３と、を備える。なお、図３（ａ）において、音響光学素子１０２の駆動装置は図示を省略しているが、後述の第３〜第５実施例も同様に図示を省略している。

本実施例の走査型レーザ顕微鏡は、第１実施例の走査型レーザ顕微鏡と同様に、リレー光学系１１０を備えている。よって、音響光学素子１０２から射出されるレーザ光を、５０％レーザ光から１０％レーザ光にしたとしても、１０％レーザ光の中心は、ガルバノスキャナのミラーの中心と一致する。ただし、１０％レーザ光では、音響光学素子１０２を射出したときの射出角度θが維持されている。

そこで、本実施例の走査型レーザ顕微鏡では、駆動装置１１２に入力部を設け、この入力部に、光走査装置１０３に入射した照明光を所定の角度で射出するための補正情報が入力されるようにしている。この補正情報は、記憶装置１１３に予め記憶されている。

補正情報は、例えば、走査型レーザ顕微鏡の組み立て時に取得しておけば良い。組み立て時、音響光学素子１０２に印加する変調信号の振幅を連続的に変化させ、振幅ごとに音響光学素子１０２から射出する光の射出角度を測定しておく。そして、測定した結果を、補正情報として記憶装置１１３に記憶させておけば良い。

音響光学素子１０２に入力する高周波電圧の振幅が、第１の振幅から第２の振幅に変更すると、音響光学素子１０２から射出されるレーザ光が、５０％レーザ光から１０％レーザ光に変わる。第２の振幅の情報は、有線や無線で、記憶装置１１３に伝達される。記憶装置１１３では、第２の振幅に対応する補正情報を抽出し、抽出した補正情報を駆動装置１１２に有線や無線で伝達する。

駆動装置１１２は、補正情報に基づいて偏向信号を生成する。生成された偏向信号は光走査装置１０３に入力される。光走査装置１０３は、入力された偏向信号に基づいて、ガルバノスキャナのミラーの向きを変化させる。

ここで、音響光学素子１０２から射出する１０％レーザ光の射出角度をθとすると、所定の角度は、音響光学素子１０２から射出する１０％レーザ光の射出角度が−θとなる角度である。リレー光学系１１０の倍率が１倍の場合、光走査装置１０３のガルバノスキャナには、光軸とのなす角度がθの１０％レーザ光が入射する。よって、光走査装置１０３に入力される偏向信号は、ガルバノスキャナのミラーをθ／２偏向させる信号になる。偏向する方向は、θの符号によって決まる。

このように、本実施例の走査型レーザ顕微鏡では、音響光学素子１０２で光強度を変化させても、対物レンズの瞳１０７ａの中心に対するレーザ光の中心が、光強度の変更前と変更後とで変化せず、なお且つ、対物レンズの瞳１０７ａに入射するレーザ光の入射角度が、光強度の変更前と変更後とで変化しなくなる。すなわち、音響光学素子１０２で光強度を変化させても、レーザ光の照射位置が、光強度の変更前と変更後とで変化しない。

その結果、本実施例の走査型レーザ顕微鏡では、音響光学素子１０２で光強度を変化させても、変更前に取得した画像と変更後に取得した画像とで、明るさに差が生じることがなく、なお且つ、変更後に取得した画像の位置にずれは生じない。また、変更後に取得した画像において明るさムラは生じない。

また、本実施例の走査型レーザ顕微鏡では、記憶装置１１３を備えているので、大量の補正情報を持つことができる。例えば、補間法を用いて、走査型レーザ顕微鏡の組み立て時に取得した補正情報から、より細かい補正情報を取得する。そして、取得した補正情報を、記憶装置１１３に記憶させておくことができる。このようにすることで、光強度を変化させたときの射出角度の変動に対する補正を、より高い精度で行なうことができる。

なお、音響光学素子における光の偏向では、偏向が機械的に行われない。そのため、光走査装置１０３を音響光学素子で構成すると、光強度を変化させたときの射出角度の変動に対する補正を、より短時間で行なうことができる。

図４は第３実施例の走査型レーザ顕微鏡を示す図である。第３実施例の走査型レーザ顕微鏡は、第１実施例の走査型レーザ顕微鏡の構成を備えると共に、駆動装置１１２と、ビームスプリッタ１１４と、レンズ１１５と、光位置検出器１１６と、を備えている。レンズ１１５は、必要に応じて用いられる。

光位置検出器１１６は、例えば、２次元ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）や２次元ＰＳＤ（Ｐｏｓｉｔｉｏｎ Ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ Ｄｅｔｅｃｔｏｒ）である。ビームスプリッタ１１４は、音響光学素子１０２から光走査装置１０３までの間に配置されていれば良い。本実施例の走査型レーザ顕微鏡では、ビームスプリッタ１１４は、音響光学素子１０２とリレー光学系１１０との間に配置されている。

本実施例の走査型レーザ顕微鏡は、第１実施例の走査型レーザ顕微鏡と同様に、リレー光学１１０を備えている。よって、音響光学素子１０２から射出されるレーザ光を、５０％レーザ光から１０％レーザ光に変えたとしても、１０％レーザ光の中心は、ガルバノスキャナのミラーの中心と一致する。ただし、１０％レーザ光では、音響光学素子１０２を射出したときの射出角度θが維持されている。そのため、１０％レーザ光は、光軸と交差する方向に進行する。

そこで、本実施例の走査型レーザ顕微鏡では、音響光学素子１０２から射出したレーザ光を、ビームスプリッタ１１４で反射光と透過光とに分け、反射させたレーザ光を、レンズ１１５を介して光位置検出器１１６に入射させている。そして、光位置検出器１１６から出力された検出信号に基づいて補正信号を生成し、生成した補正信号を補正情報として用いている。

音響光学素子１０２から射出されるレーザ光の射出角度は、５０％レーザ光と１０％レーザ光とで異なる。そのため、光位置検出器１１６に入射したレーザ光の位置も、５０％レーザ光と１０％レーザ光とで異なる。そこで、例えば、５０％レーザ光が光位置検出器１１６の中央に入射するようにしておく。この場合、光位置検出器１１６に５０％レーザ光が入射した場合、光位置検出器１１６から出力された検出信号は０になる。

次に、音響光学素子１０２から射出されるレーザ光を、５０％レーザ光から１０％レーザ光に変えると、光位置検出器１１６に１０％レーザ光が入射する。この場合、１０％レーザ光は、光位置検出器１１６の中央からはずれた位置に入射する。その結果、光位置検出器１１６から出力された検出信号は入射位置に応じた値を持つ。

光位置検出器１１６から出力された検出信号は、音響光学素子１０２から射出する１０％レーザ光の射出角度θと等価である。そこで、検出信号に基づいて補正信号が生成される。光位置検出器１１６は検出回路（不図示）を備えているので、補正信号の生成を検出回路で行うことができる。あるいは、検出回路とは別の回路を用意して、別の回路で補正信号の生成を行っても良い。そして、補正信号を補正情報として用いれば良い。

駆動装置１１２は、補正情報に基づいて偏向信号を生成する。生成された偏向信号は光走査装置１０３に入力される。光走査装置１０３は、入力された偏向信号に基づいて、ガルバノスキャナのミラーの向きを変化させる。

本実施例の走査型レーザ顕微鏡においても、第２実施例の走査型レーザ顕微鏡と同様の効果を奏する。また、本実施例の走査型レーザ顕微鏡では、音響光学素子１０２から射出されるレーザ光を用いて、補正信号（補正情報）を生成している。そのため、射出角度θが時間の経過と共に変化した場合であっても、光強度を変化させたときの射出角度の変動に対する補正を、より高い精度で行なうことができる。

図５は第４実施例の走査型レーザ顕微鏡を示す図である。第４実施例の走査型レーザ顕微鏡は、第３実施例の走査型レーザ顕微鏡の構成を備えると共に、記憶装置１１３を備えている。

第３実施例の走査型レーザ顕微鏡では、光位置検出器１１６から出力された検出信号に基づいて補正信号を生成している。そして、生成した補正信号を補正情報として、駆動装置１１２の入力部に直接入力している。これに対して、本実施例の走査型レーザ顕微鏡では、補正信号を駆動装置１１２の入力部に入力する前に、記憶装置１１３に記憶させている。そして、記憶装置１１３から記憶した補正信号を補正情報として駆動装置１１２の入力部に入力している。

本実施例の走査型レーザ顕微鏡においても、第２実施例の走査型レーザ顕微鏡と同様の効果を奏する。加えて、第３実施例や第４実施例の走査型レーザ顕微鏡の効果も、併せて奏する。

図６は第５実施例の走査型レーザ顕微鏡を示す図である。第５実施例の走査型レーザ顕微鏡は、第４実施例の走査型レーザ顕微鏡の構成を備えると共に、光学ユニット１１７を備えている。

レーザ光源１０１によっては、レーザ光源１０１から射出するレーザ光の射出角度が時間と共にわずかに変化することがある。レーザ光の射出角度が変化すると、音響光学素子１０２でレーザ光の射出角度が変化した場合と同様に、レーザ光の中心と対物レンズの瞳１０７ａの位置とが一致しなくなる。

そこで、本実施例の走査型レーザ顕微鏡では、光学ユニット１１７が、レーザ光源１０１から音響光学素子１０２までの間に配置されている。光学ユニット１１７は、例えば、リレー光学系で、これにより、レーザ光源１０１の位置と音響光学素子１０２の位置とが、光学ユニット１１７によって共役になっている。

このようにすることで、レーザ光源１０１の位置と対物レンズの瞳１０７ａとが共役になるので、レーザ光源１０１から射出されたレーザ光の射出角度が変化しても、レーザ光の中心と対物レンズの瞳１０７ａの位置とを一致させることができる。

更に、光位置検出器１１６を備えているので、レーザ光源１０１から射出されたレーザ光の射出角度の変化と、音響光学素子１０２から射出されたレーザ光の射出角度の変化とを、光位置検出器１１６で検出できる。よって、高い精度の補正情報を得ることができる。

なお、本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲で様々な変形例をとることができる。

以上のように、本発明は、光変調素子で光強度を変化させても、光学系の瞳の中心に対する照明光の中心が、光強度の変更前と変更後とで変化しない走査型光学顕微鏡に適している。また、光変調素子で光強度を変化させても、照明光の照射位置が光強度の変更前と変更後とで変化しない走査型光学顕微鏡に適している。

１ 光源
２ 集光光学系
２ａ 集光光学系の瞳
３ 試料
４ ステージ
５ 光検出器
６ 検出光学系
７ 光検出器
８ 光学素子
９ 走査装置
２０ 光変調素子
２１ 駆動装置
３０ リレー光学系
３１、３２ レンズ
４０ 瞳投影光学系
４１ 瞳投影レンズ
４２ 結像レンズ
５０ 光偏向部材
５１ 駆動装置
１０１ レーザ光源
１０２ 音響光学素子
１０３ 光走査装置
１０４ 瞳投影レンズ
１０５ 結像レンズ
１０６ ダイクロイックミラー
１０７ 対物レンズ
１０７ａ 対物レンズの瞳
１０８ 試料
１０９ 光検出器
１１０ リレー光学系
１１１ ビームエクスパンダ
１１２ 駆動装置
１１３ 記憶装置
１１４ ビームスプリッタ
１１５ レンズ
１１６ 光位置検出器
１１７ 光学ユニット
２２０ 顕微鏡の実視野
２２１ 矩形領域（走査領域）

Claims (12)

1. 照明光を射出する光源と、
   前記照明光を試料に照射する集光光学系と、
   前記試料を載置するステージと、
   前記照明光と前記ステージとを相対的に変位させる走査装置と、
   前記試料からの光を集光する検出光学系と、
   前記試料からの光を検出する光検出器と、
   瞳投影光学系と、
   光偏向部材と、
   前記光偏向部材に偏向信号を入力する駆動装置と、を備え、
   前記光源よりも前記集光光学系側に、光変調素子と、リレー光学系と、が配置され、
   前記光変調素子には、振幅のみを変化させた変調信号が入力され、
   所定の振幅の変調信号に対して前記光変調素子から射出する照明光が前記集光光学系の光軸と一致するように、前記光変調素子は位置決めされており、
   前記集光光学系の瞳の位置と前記光変調素子の位置とが、少なくとも前記リレー光学系を介して共役になっており、
   前記光変調素子の位置と前記光偏向部材の位置とが、前記リレー光学系によって共役になり、
   前記集光光学系の瞳の位置と前記光偏向部材の位置とが、前記瞳投影光学系によって共役になり、
   前記光変調素子から射出する前記照明光の射出角度θは、前記集光光学系の光軸と前記光変調素子から射出する前記照明光とのなす角度であって、前記所定の振幅の前記変調信号が前記光変調素子に入力されたときにθ＝ゼロであり、
   前記駆動装置は入力部を有し、
   前記入力部には、前記光偏向部材に入射した前記照明光を所定の角度偏向させるための補正情報が入力され、
   前記所定の角度は、前記光変調素子から射出するときの前記照明光の射出角度θを相殺する角度であり、
   前記駆動装置は、前記補正情報に基づいて生成された前記偏向信号を前記光偏向部材に入力することを特徴とする走査型光学顕微鏡。
2. 前記走査装置は光偏向素子で構成されると共に、前記リレー光学系よりも前記集光光学系側に配置され、
   前記走査装置は、前記集光光学系の瞳と共役な位置に配置され、
   前記走査装置の前記光偏向素子が、前記光偏向部材を兼ねていることを特徴とする請求項１に記載の走査型光学顕微鏡。
3. 記憶装置を備え、
   前記補正情報は、前記記憶装置に予め記憶されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の走査型光学顕微鏡。
4. ビームスプリッタと、光位置検出器と、を備え、
   前記ビームスプリッタは、前記光変調素子から前記光偏向部材までの間に配置され、
   前記光位置検出器から出力された検出信号に基づいて補正信号が生成され、
   前記補正情報は、前記補正信号であることを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載の走査型光学顕微鏡。
5. 記憶装置を備え、
   前記補正信号は、前記記憶装置に記憶されていることを特徴とする請求項３又は４に記載の走査型光学顕微鏡。
6. ビームエクスパンダが配置されていることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の走査型光学顕微鏡。
7. 前記リレー光学系よりも前記集光光学系側に、前記ビームエクスパンダが配置されていることを特徴とする請求項６に記載の走査型光学顕微鏡。
8. 前記光源から前記光変調素子までの間に光学ユニットが配置され、
   前記光源の位置と前記光変調素子の位置とが、前記光学ユニットによって共役になって
   いることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の走査型光学顕微鏡。
9. 前記光源は、近赤外光を射出する超短パルスレーザであることを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の走査型光学顕微鏡。
10. 前記光変調素子は、音響光学素子であることを特徴とする請求項１から９のいずれか１項に記載の走査型光学顕微鏡。
11. 前記集光光学系は前記検出光学系を兼ねていることを特徴とする請求項１から１０のいずれか１項に記載の走査型光学顕微鏡。
12. 前記光検出器は、前記集光光学系により集光された前記試料からの光を、前記光変調素子を介さずに検出するように配置されていることを特徴とする請求項１１に記載の走査型光学顕微鏡。

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