JP6555803B2 - シート照明顕微鏡、及び、シート照明顕微鏡の照明方法 - Google Patents

シート照明顕微鏡、及び、シート照明顕微鏡の照明方法 Download PDF

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Description

本発明は、シート照明顕微鏡、及び、その照明方法の技術に関する。
蛍光顕微鏡の分野では、観察光学系の光軸（以降、観察光軸と記す）と直交する方向から試料に光を照射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、ｚ方向に高い解像力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。
例えば、特許文献１には、試料中に照明ラインを形成し、その照明ラインをスキャナで移動させることで観察光軸と直交する光シートを形成する技術が記載されている。
特開２００６−０３０９９１号公報
しかしながら、特許文献１のように光シートの形成にスキャナが用いられる場合には、装置の構成が複雑になることに加えて、試料の走査ひいては画像取得に時間がかかってしまう、といった課題がある。このため、スキャナを用いることなく光シートで試料中の広い範囲を一度に照明し、短時間での画像取得を実現する技術が求められている。
以上のような実情を踏まえ、本発明は、簡単な装置構成で広い範囲を照明するシート照明顕微鏡及びその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、試料からの光で前記試料の像を形成する観察光学系と、前記観察光学系の観察光軸と直交する方向から前記試料を照明する照明光学系と、を備え、前記照明光学系は、所定の断面形状を有する平行光束であって、前記断面形状の重心位置から所定範囲内に強度分布を有しない平行光束を射出する第１の光学系と、前記観察光軸と平行な方向から入射する光を前記観察光軸に向かう向きに偏向させる偏向手段を含み、前記平行光束から前記観察光軸と直交する面と平行な、進行方向の異なる複数の光シートを形成する第２の光学系と、を備え、前記第１の光学系は、円環状の平行光束を射出するように構成され、前記偏向手段は、回転放物面に重なる形状の反射面であり、前記第２の光学系は、さらに、前記観察光軸と直交する面で負のパワーを有する発散手段を含むシート照明顕微鏡を提供する。
本発明の別の態様は、試料からの光で前記試料の像を形成する観察光学系と、前記観察光学系の観察光軸と直交する方向から前記試料を照明する照明光学系と、を備え、前記照明光学系は、所定の断面形状を有する平行光束であって、前記断面形状の重心位置から所定範囲内に強度分布を有しない平行光束を射出する第１の光学系と、前記観察光軸と平行な方向から入射する光を前記観察光軸に向かう向きに偏向させる偏向手段を含み、前記平行光束から前記観察光軸と直交する面と平行な、進行方向の異なる複数の光シートを形成する第２の光学系と、を備え、前記第１の光学系は、円環状の平行光束を射出するように構成され、前記偏向手段は、円錐面に重なる形状の反射面であり、前記第２の光学系は、さらに、前記観察光軸と直交する面で負のパワーを有する発散手段を含むシート照明顕微鏡を提供する。
本発明の別の態様は、試料からの光で前記試料の像を形成する観察光学系と、前記観察光学系の観察光軸と直交する方向から前記試料を照明する照明光学系と、を備え、前記照明光学系は、所定の断面形状を有する平行光束であって、前記断面形状の重心位置から所定範囲内に強度分布を有しない平行光束を射出する第１の光学系と、前記観察光軸と平行な方向から入射する光を前記観察光軸に向かう向きに偏向させる偏向手段を含み、前記平行光束から前記観察光軸と直交する面と平行な、進行方向の異なる複数の光シートを形成する第２の光学系と、を備え、前記第１の光学系は、円状に並んだ前記複数の部分光束からなる前記平行光束を射出するように構成され、前記偏向手段は、回転放物面に重なる形状の反射面であり、前記第２の光学系は、さらに、前記観察光軸と直交する面で負のパワーを有する発散手段を含むシート照明顕微鏡を提供する。
本発明の別の態様は、試料からの光で前記試料の像を形成する観察光学系と、前記観察光学系の観察光軸と直交する方向から前記試料を照明する照明光学系と、を備え、前記照明光学系は、所定の断面形状を有する平行光束であって、前記断面形状の重心位置から所定範囲内に強度分布を有しない平行光束を射出する第１の光学系と、前記観察光軸と平行な方向から入射する光を前記観察光軸に向かう向きに偏向させる偏向手段を含み、前記平行光束から前記観察光軸と直交する面と平行な、進行方向の異なる複数の光シートを形成する第２の光学系と、を備え、前記第１の光学系は、円状に並んだ前記複数の部分光束からなる前記平行光束を射出するように構成され、前記偏向手段は、円錐面に重なる形状の反射面であり、前記第２の光学系は、さらに、前記観察光軸と直交する面で負のパワーを有する発散手段を含むシート照明顕微鏡を提供する。
本発明の別の態様は、観察光学系の観察光軸と直交する方向から試料を照明するシート照明顕微鏡の照明方法であって、所定の断面形状を有する平行光束であって、前記断面形状の重心位置から所定範囲内に強度分布を有しない円環状の平行光束を射出し、前記観察光軸と平行な方向に進行する光を回転放物面に重なる形状の反射面で偏向させ、前記観察光軸と直交する面と平行な、進行方向の異なる複数の光シートを、前記観察光軸と直交する面で負のパワーを有する発散手段で形成する照明方法を提供する。
本発明の別の態様は、観察光学系の観察光軸と直交する方向から試料を照明するシート照明顕微鏡の照明方法であって、所定の断面形状を有する平行光束であって、前記断面形状の重心位置から所定範囲内に強度分布を有しない円環状の平行光束を射出し、前記観察光軸と平行な方向に進行する光を円錐面に重なる形状の反射面で偏向させ、前記平行光束から前記観察光軸と直交する面と平行な、進行方向の異なる複数の光シートを、前記観察光軸と直交する面で負のパワーを有する発散手段で形成する照明方法を提供する。
本発明の別の態様は、観察光学系の観察光軸と直交する方向から試料を照明するシート照明顕微鏡の照明方法であって、所定の断面形状を有する平行光束であって、前記断面形状の重心位置から所定範囲内に強度分布を有しない円状に並んだ前記複数の部分光束からなる平行光束を射出し、前記観察光軸と平行な方向に進行する光を回転放物面に重なる形状の反射面で偏向させ、前記平行光束から前記観察光軸と直交する面と平行な、進行方向の異なる複数の光シートを、前記観察光軸と直交する面で負のパワーを有する発散手段で形成する照明方法を提供する。
本発明の別の態様は、観察光学系の観察光軸と直交する方向から試料を照明するシート照明顕微鏡の照明方法であって、所定の断面形状を有する平行光束であって、前記断面形状の重心位置から所定範囲内に強度分布を有しない円状に並んだ前記複数の部分光束からなる平行光束を射出し、前記観察光軸と平行な方向に進行する光を円錐面に重なる形状の反射面で偏向させ、前記平行光束から前記観察光軸と直交する面と平行な、進行方向の異なる複数の光シートを、前記観察光軸と直交する面で負のパワーを有する発散手段で形成する照明方法を提供する。
本発明によれば、簡単な装置構成で広い範囲を照明するシート照明顕微鏡及びその照明方法を提供することができる。
本発明の一実施形態に係るシート照明顕微鏡１の構成を示した図である。 第１の光学系１４から射出される平行光束の断面形状の一例を示した図である。 第２の光学系１５の作用について説明するための図である。 照明光学系１０により形成される光シートの一例を観察光軸ＡＸ方向から見た図である。 本発明の別の実施形態に係るシート照明顕微鏡２の構成を示した図である。 本発明の更に別の実施形態に係るシート照明顕微鏡３の構成を示した図である。 本発明の更に別の実施形態に係るシート照明顕微鏡４の構成を示した図である。 本発明の更に別の実施形態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１に係る照明光学系１００の構成を示した図であり、図９（ａ）は照明光学系１００の観察光軸ＡＸと平行な断面図であり、図９（ｂ）は第２の光学系１２０を観察光軸ＡＸ方向から見た平面図である。 第１の光学系１１０の変形例である照明光学系１０１の観察光軸ＡＸと平行な断面図である。 第１の光学系１１０の別の変形例である照明光学系１０２の観察光軸ＡＸと平行な断面図である。 第２の光学系１２０の変形例である第２の光学系１５０を観察光軸ＡＸ方向から見た平面図である。 第２の光学系１２０の別の変形例に係る第２の光学系１６０を観察光軸ＡＸ方向から見た平面図である。 実施例２に係る照明光学系２００の構成を示した図であり、図１３（ａ）は照明光学系２００の観察光軸ＡＸと平行な断面図であり、図１３（ｂ）はプリズム２３０を観察光軸ＡＸ方向から見た平面図である。 実施例３に係る照明光学系３００の構成を示した図であり、図１４（ａ）は照明光学系３００の観察光軸ＡＸと平行な断面図であり、図１４（ｂ）は第２の光学系３３０を観察光軸ＡＸ方向から見た平面図である。 実施例４に係る照明光学系４００の構成を示した図であり、図１５（ａ）は照明光学系４００の観察光軸ＡＸと平行な断面図であり、図１５（ｂ）は第２の光学系４２０を観察光軸ＡＸ方向から見た平面図である。 第２の光学系４２０の変形例である第２の光学系５２０の構成を示した図である。 第２の光学系４２０の別の変形例である第２の光学系６２０の構成を示した図である。 実施例５に係る照明光学系７００の構成を示した図であり、図１８（ａ）は照明光学系７００の観察光軸ＡＸと平行な断面図であり、図１８（ｂ）は第１の光学系７１０の斜視図であり、図１８（ｃ）及び図１８（ｄ）は照明光学系７００の回転前後における第２の光学系７２０を観察光軸ＡＸ方向から見た平面図である。 照明光学系７００の変形例である照明光学系８００の構成を示した図であり、図１９（ａ）は照明光学系８００の観察光軸ＡＸと平行な断面図であり、図１９（ｂ）は第１の光学系８１０の斜視図である。
図１は、本発明の一実施形態に係るシート照明顕微鏡１の構成を示した図である。図２は、第１の光学系１４から射出される平行光束の断面形状の一例を示した図である。図３は、第２の光学系１５の作用について説明するための図である。図４は、照明光学系１０により形成される光シートの一例を観察光軸ＡＸ方向から見た図である。
図１に示すシート照明顕微鏡１は、ステージ１９を挟んで向かい合わせに配置された、照明光学系１０と観察光学系２０とを備える倒立顕微鏡であり、例えば、生体試料である試料Ｓからの蛍光を検出する蛍光顕微鏡である。なお、試料Ｓは試料Ｓを所定の位置に固定するホルダーＨに収納されている。
照明光学系１０は、レーザ光源１１と、光ファイバー１２と、ビームエクスパンダ１３と、第１の光学系１４と第２の光学系１５で構成される照明モジュール１６を備え、観察光学系２０の観察光軸ＡＸと直交する方向から試料Ｓを照明するように構成されている。
レーザ光源１１から射出したレーザ光Ｌ１は、光ファイバー１２を介して入射したビームエクスパンダ１３で所定の光束径を有する平行光束に変換されて、第１の光学系１４に入射する。
第１の光学系１４は、所定の断面形状を有する平行光束であって、その断面形状の重心位置Ｃから所定範囲内に強度分布を有しない平行光束を射出するように構成されている。これは、第１の光学系１４が形成した平行光束を観察光軸ＡＸに沿って試料Ｓと同一平面に導いたときに、試料Ｓが上述した所定範囲内に位置し平行光束によって取り囲まれるようにするためである。即ち、所定の断面形状は、試料Ｓを取り囲むための形状である。
第１の光学系１４は、ビームエクスパンダ１３から入射した平行光束を、例えば、図２に示すような重心位置Ｃを中心に内径２ｒの円環状の平行光束に変換して、第２の光学系１５に射出する。第１の光学系１４は、重心位置Ｃが観察光学系２０の観察光軸ＡＸと略一致するように、平行光束を第２の光学系１５に射出することが望ましい。
第２の光学系１５は、観察光軸ＡＸ方向（つまり、観察光軸ＡＸと平行な方向）から入射した平行光束から、観察光軸ＡＸと直交する面と平行な、進行方向の異なる複数の光シートを形成するように構成されている。第２の光学系１５で形成される複数の光シートの各々は、観察光軸ＡＸと直交する面内において略平行光束である。つまり、各光シートは、観察光軸ＡＸと直交する断面上において互いに平行な光線を有している。また、複数の光シートの各々は、観察光軸ＡＸとその光シートの照明光軸とを含む面内において収斂光束である。つまり、各光シートは、観察光軸ＡＸとその光シートの照明光軸とを含む断面上において互いに平行でない光線を有している。なお、光シートの照明光軸とは、第２の光学系の射出側を基準とした光軸のことであり、複数存在している。また、光学系に屈折力を持たない方向がある場合は、その方向での照明光軸は、光束の中心位置を通るものとする。
第２の光学系１５は、例えば、図３に示すように、偏向素子１７と集光素子１８を備えている。ここでは観察光軸ＡＸと照明光軸とを含む面内についてのみ説明する。偏向素子１７は、第１の光学系１４から射出し観察光軸ＡＸと平行な方向から入射した光を観察光軸ＡＸと直交する方向であって観察光軸ＡＸに向かう向きに偏向させる偏向手段である。集光素子１８は、観察光軸ＡＸと照明光軸とを含む面内で正の屈折力を有し、焦点位置を観察光軸ＡＸと照明光軸との交点に持つ集光手段である。図３の例では、照明光軸は、集光素子１８の光軸である。
同一平面上に複数の光シートを形成するためには、偏向素子１７は、平行光束全体がおよそ同じ高さで偏向素子１７の偏向面に入射するように、第１の光学系１４からの平行光束の断面形状に応じた形状を有していることが望ましい。例えば、図２に示すような円環状の平行光束が入射する場合であれば、図４に示すように、偏向素子１７は観察光軸ＡＸ方向から見て円環状の形状を有してもよい。この場合、第２の光学系１５は、第１の光学系１４から入射した平行光束を、例えば、図４に示すような観察光軸ＡＸと直交する８方向に進行する８本の光シートに変換し、試料Ｓに照射する。
また、光シートが有する開口数は、集光素子１８のパワーに加えて、ビームエクスパンダ１３から射出された平行光束の光束径に依存する。このため、ビームエクスパンダ１３は、光シートが所望の開口数を有するように、光束径に拡大させることが望ましい。また、ビームエクスパンダ１３は、光束径を連続的に変化させることができるズーム光学系として構成されてもよい。
観察光学系２０は、対物レンズ２１と、バリアフィルタ２２と、結像レンズ２３と、光検出器２４を備え、光シートが照射された試料Ｓからの蛍光Ｌ２で試料Ｓの像を形成するように構成されている。対物レンズ２１及び結像レンズ２３が光検出器２４上に試料Ｓからの蛍光Ｌ２を集光することで試料Ｓの像を形成し、光検出器２４を備えるＣＣＤカメラ等の撮像装置が試料Ｓを撮像して試料Ｓの画像を取得する。バリアフィルタ２２は、蛍光Ｌ２とともに入射するレーザ光を遮断する役割を担っている。
以上のように構成されたシート照明顕微鏡１では、第１の光学系１４が断面形状の重心位置Ｃから所定範囲内に強度分布を有しない平行光束を形成することで、観察光軸ＡＸ方向から試料Ｓの周囲にレーザ光Ｌ１を入射させて、試料Ｓをレーザ光Ｌ１で取り囲むことができる。このため、第２の光学系１５がレーザ光Ｌ１を観察光軸ＡＸに向けて偏向して光シートを形成することで、スキャナを用いることなく、進行方向の異なる複数の光シートを試料Ｓに照射することができる。
従って、シート照明顕微鏡１によれば、簡単な装置構成で試料Ｓの広い範囲を一度に照明することが可能であり、スキャナを用いる場合よりも短時間で試料Ｓの画像を取得することができる。さらに、複数の方向から試料Ｓが照射されるため、試料Ｓ内での影の発生を大幅に減らすことができる。このため、影のない試料Ｓの断層画像を取得することが可能となる。
また、スキャナを用いて光シートを形成する従来のシート照明顕微鏡では、スキャナの位置を光学系の瞳位置又はその共役位置に一致させる必要がある。この制約により、従来のシート照明顕微鏡では、光学系ではなく試料ＳをＺ軸方向に移動させることで、試料Ｓの異なるＺ位置（観察光軸ＡＸ方向の位置）に光シートを形成することが望ましい。これに対して、シート照明顕微鏡１では、スキャナを用いることなく光シートが形成されるため、スキャナによって生じる位置の制約がない。そのため、もし試料Ｓを移動させると、試料Ｓに振動が発生しやすく、その結果、試料Ｓの所定の位置に光シートを形成することが難しくなる場合は、照明モジュール１６と対物レンズ２１を連動して観察光軸ＡＸ方向に移動させる方法で、試料Ｓの異なるＺ位置に光シートを形成することができる。従って、シート照明顕微鏡１によれば、試料Ｓを振動させることの少ない、試料Ｓに対する光シートの相対的な位置を観察光軸ＡＸ方向に移動させる方法を適宜選択することができる。なお、照明モジュール１６は、例えば、対物レンズ２１を観察光軸ＡＸ方向に移動させる機構に連結されていてもよく、対物レンズ２１の移動に機械的に連動するように構成されていてもよい。
また、シート照明顕微鏡１では、第１の光学系１４と第２の光学系１５が単一の照明モジュール１６として構成されている。このため、異なる仕様の複数のモジュールを予め用意して、必要に応じてそれらの中からモジュールを交換することで、容易に異なる仕様の光シートを形成することができる。なお、異なる仕様のモジュールは、例えば、大きさの異なる円環状の平行光束を形成するモジュールであってもよく、試料Ｓの大きさに応じてモジュールを使い分けてもよい。なお、第１の光学系１４と第２の光学系１５が互いに着脱自在に構成されていてもよい。
図２では、重心位置Ｃから所定範囲内に強度分布を有しない断面形状の一例として円環状を例示したが、平行光束の断面形状は、円環状に限られない。例えば、矩形環状などの多角形環状であっても、楕円形環状であってもよい。また、断面形状が試料Ｓをある程度取り囲むような形状であれば進行方向の異なる複数の光シートを形成して試料Ｓに照射することができる。このため、断面形状は必ずしも環状である必要はない。例えば、平行光束は円状や多角形状に並んだ複数の部分光束の集合であってもよい。
図１では、倒立顕微鏡を例示したが、シート照明顕微鏡は、倒立顕微鏡に限られず正立顕微鏡であってもよい。図５は、正立顕微鏡であるシート照明顕微鏡２の構成を例示した図である。シート照明顕微鏡２は、試料Ｓの下方に照明光学系１０を備え、且つ、試料Ｓの上方に観察光学系２０を備える点が、シート照明顕微鏡１とは異なっている。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。
図１及び図５では、照明光学系１０と観察光学系２０が試料Ｓを挟んで反対側に配置される例を示したが、照明光学系と観察光学系が試料Ｓを基準にして同方向に配置されてもよい。図６及び図７は、照明光学系３０と観察光学系２０を、試料Ｓを基準にして同方向に配置したシート照明顕微鏡の構成を示した図である。図６は、正立顕微鏡であるシート照明顕微鏡３の構成を、図７は、倒立顕微鏡であるシート照明顕微鏡４の構成を示している。照明光学系３０は、レーザ光源１１と光ファイバー１２の代わりにレーザ光源３１を備え、さらに、蛍光Ｌ２が通過する開口が形成されたミラー３２を備える点が、照明光学系１０とは異なっている。シート照明顕微鏡３及びシート照明顕微鏡４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。また、シート照明顕微鏡３及びシート照明顕微鏡４は、対物レンズ２１に第２の光学系１５を取り付けることで、観察光軸ＡＸ方向への第２の光学系１５と対物レンズ２１の移動を確実に連動させることができる。
図６及び図７では、レーザ光Ｌ１が対物レンズ２１内（例えば、落射暗視野対物レンズにおける暗視野照明光路）を通って第２の光学系１５に入射する例を示したが、レーザ光Ｌ１は、対物レンズ２１の外側を通って第２の光学系１５に入射してもよい。
また、図６及び図７では、レーザ光Ｌ１をミラー３２で反射して観察光軸ＡＸ方向に導く構成を例示したが、蛍光Ｌ２をミラー４１で反射して光検出器２４に導いてもよい。図８は、照明光学系５０と観察光学系４０を備えるシート照明顕微鏡５の構成を示した図である。照明光学系５０は、第１の光学系１４と第２の光学系１５が分離されている点、第２の光学系１５が対物レンズ２１に着脱自在に構成されている点が、照明光学系１０とは異なっている。観察光学系４０は、ミラー４１を備える点、ミラー４１の反射光路上にバリアフィルタ２２、結像レンズ２３、及び光検出器２４を備える点が、観察光学系２０とは異なっている。シート照明顕微鏡５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。また、シート照明顕微鏡３及びシート照明顕微鏡４と同様に、対物レンズ２１に第２の光学系１５を取り付けることで、観察光軸ＡＸ方向への第２の光学系１５と対物レンズ２１の移動を確実に連動させることができる。
なお、ミラー４１をダイクロイックミラーとし、バリアフィルタ２２を省略する構成としてもよい。ダイクロイックミラーの波長特性を、励起光を透過し蛍光を反射する特性とすることによりバリアフィルタ２２を省略することができる。
以下、本発明の各実施例で、観察光学系の観察光軸ＡＸと直交する方向から試料Ｓを照明する照明光学系の具体的な構成について説明する。
本実施例に係るシート照明顕微鏡は、照明光学系１０の代わりに照明光学系１００を備える点を除き、シート照明顕微鏡１と同様である。図９は、本実施例に係る照明光学系１００の構成を示した図である。図９（ａ）は照明光学系１００の観察光軸ＡＸと平行な断面図であり、図９（ｂ）は第２の光学系１２０を観察光軸ＡＸ方向から見た平面図である。なお、図９（ａ）では、レーザ光源１１、光ファイバー１２、ビームエクスパンダ１３の図示は省略されている。
照明光学系１００は、所定の断面形状を有する平行光束を形成する第１の光学系１１０と、第１の光学系１１０からの平行光束から進行方向の異なる複数の光シートを形成する第２の光学系１２０と、を備えている。
第１の光学系１１０は、図９（ａ）に示すように、頂点を向かい合わせて配置された一対のアキシコンレンズ（アキシコンレンズ１１１、アキシコンレンズ１１２）を含んでいる。アキシコンレンズ１１１及びアキシコンレンズ１１２は、それぞれの頂点が観察光軸ＡＸ上に位置するように、観察光軸ＡＸ方向に並べて配置されている。
第２の光学系１２０は、図９（ａ）及び図９（ｂ）に示すように、光を反射させる反射面１２１と、光を屈折させる屈折面１２２と、を備えるプリズムである。反射面１２１は、観察光軸ＡＸ近傍に焦点を有する回転放物面の中心部分（対称軸を含む部分）を取り除いた三次元形状を有している。換言すると、反射面１２１は、回転放物面に重なる形状を有している。反射面１２１は、観察光軸ＡＸと直交する断面では円形であり、観察光軸ＡＸと平行な断面では放物線形状である。ただし、観察光軸ＡＸ方向から見たプリズムの輪郭は図９（ｂ）に示すような円形に限られず、例えば、多角形であってもよい。屈折面１２２は、８つの凹面が繋がったレンズ面アレイである。屈折面１２２は、観察光軸ＡＸと直交する断面では円弧が８つ繋がった形状であり、観察光軸ＡＸと平行な断面では直線形状である。
以上のように構成された照明光学系１００では、ビームエクスパンダ１３（図２参照）を介して入射した所定の光束径を有するレーザ光Ｌ１は、第１の光学系１１０（アキシコンレンズ１１１及びアキシコンレンズ１１２）での屈折により円環状の平行光束に変換され、第１の光学系１１０から射出する。第１の光学系１１０から射出した平行光束は、その後、その断面形状の重心位置（円環の中心）が観察光軸ＡＸに略一致した状態で、観察光軸ＡＸ方向から第２の光学系１２０に入射する。第２の光学系１２０に入射した円環状の平行光束は、偏向手段である反射面１２１で観察光軸ＡＸと直交する方向であって観察光軸ＡＸに向かう向きに偏向される。この際、平行光束は、集光手段でもある反射面１２１が有する正のパワーによって回転放物面（反射面１２１）の焦点に向かって収斂する収斂光束に変換される。その後、屈折面１２２に入射した収斂光束は、発散手段である屈折面１２２が観察光軸ＡＸと直交する面で有する負のパワーにより、観察光軸ＡＸ方向から見たときに平行光束となるように変換される。これにより、観察光軸ＡＸと直交する面と平行な光シートが形成される。なお、第２の光学系１２０では、屈折面１２２が８つの凹面から構成されているため、図９（ｂ）に示すような進行方向が異なる８本の光シートが形成され、試料Ｓに照射される。
照明光学系１００によれば、スキャナを用いることなく、進行方向の異なる複数の光シートを試料Ｓに照射することができる。従って、照明光学系１００を備えるシート照明顕微鏡によれば、スキャナを有しない簡単な装置構成で試料Ｓの広い範囲を一度に照明し、スキャナを用いる場合よりも短時間で試料Ｓの画像を取得することができる。さらに、シート光が観察光軸ＡＸ方向から見たとき平行光束であることに起因して試料に泡など反射率の高い部分があるとその部分以降に光が届かず縞状の影ができることがあるが、複数の方向から試料Ｓを照明することで影の発生を抑制することができる。また、試料Ｓを移動させることなく試料Ｓに対する光シートの相対的な位置をＺ軸方向に高速に移動させて、３次元画像を短時間で取得することもできる。
なお、図９では、プリズムが、偏向手段と、集光手段と、発散手段とを兼ねる例を示したが、これらの役割は別々の光学素子によって実現されてもよい。例えば、第２の光学系１２０は、プリズムの代わりに、反射面１２１と同形状のミラー（放物面ミラー）と、屈折面１２２と同じ負のパワーを有する凹レンズアレイを備えてもよい。また、凹レンズ要素の数が異なる複数の凹レンズアレイを予め準備して、それらを交換して使用してもよい。これにより、光シートの本数を変更することができる。なお、光シートは、３本以上形成することが望ましい。
以下、図１０から図１２Ｂを参照しながら、本実施例に係る照明光学系１００の変形例について説明する。
図１０は、照明光学系１００の変形例である照明光学系１０１の観察光軸ＡＸと平行な断面図である。照明光学系１０１は、第２の光学系１２０の代わりに第２の光学系１３０を備える点、照明光学系１０１が観察光軸ＡＸを回転軸として回転するように構成されている点、及び、シャッタ１３５を備える点が、照明光学系１００とは異なっている。
第２の光学系１３０は、第２の光学系１２０と同様に単一のプリズムで構成されているが、複数点に向かって光を収斂させる形状の反射面（例えば、それぞれ形状の異なる放物面の一部分である反射面１３１ａ、反射面１３１ｂ）を有している点で第２の光学系１２０とは異なっている。シャッタ１３５は、光を遮断する遮光部材であり、観察光軸ＡＸの周りを周回移動するように構成されている。シャッタ１３５の配置は、アキシコンレンズ１１１とアキシコンレンズ１１２の間に限られない。シャッタ１３５は、例えば、第１の光学系１１０と第２の光学系１３０の間に配置されてもよい。また、シャッタ１３５は、観察光軸ＡＸの周りを周回移動する代わりに、分割シャッタとして構成されてもよい。
照明光学系１０１は、第２の光学系１３０により、複数の光シートが観察光軸ＡＸと直交する面に集光する位置（例えば、位置Ｐ１、位置Ｐ２）を互いに異ならせることができる。このため、試料Ｓのより広い範囲を均一に照明することができる。また、第２の光学系１３０が観察光軸ＡＸを回転軸として回転することで、８本の光シートの進行方向を変更することができる。さらに、シャッタ１３５で光束の一部を遮断することで、不要な光シートが試料Ｓに照射されることを回避することができる。
図１１は、照明光学系１００の別の変形例である照明光学系１０２の観察光軸ＡＸと平行な断面図である。照明光学系１０２は、一対のアキシコンレンズからなる第１の光学系１１０の代わりに、アキシコン凸ミラー１４１とアキシコン凹ミラー１４２からなる第１の光学系１４０を備える点が、照明光学系１００とは異なっている。
第１の光学系１４０では、光の反射によって円環状の平行光束を形成される。このため、照明光学系１０２は、屈折によって円環状の平行光束を形成する照明光学系１００とは異なり、色収差の発生を防止することができる。
図１２Ａは、照明光学系１２０の変形例である第２の光学系１５０を観察光軸ＡＸ方向から見た平面図である。第２の光学系１５０は、４枚のミラー（ミラー１５１ａ、ミラー１５１ｂ、ミラー１５１ｃ、ミラー１５１ｄ）と、４つの凹レンズ（凹レンズ１５２ａ、凹レンズ１５２ｂ、凹レンズ１５２ｃ、凹レンズ１５２ｄ）と、を備えている。４枚のミラーは、各ミラーの反射面が１つの回転放物面に重なるように配置されている。４つの凹レンズは、観察光軸ＡＸと直交する面で負のパワーを有する凹型のシリンドリカルレンズである。
第２の光学系１５０では、ミラーで収斂された光束が凹レンズによって観察光軸ＡＸと直交する面と平行な光シートに変換される。これにより、４つの凹レンズの位置から４つの凹レンズの光軸（照明光軸）方向に進行する４本の光シートが形成される。なお、第２の光学系１５０は、４枚のミラーと４つの凹レンズからなっているため、既存の光学素子の組み合わせで構成することができる。
図１２Ｂは、更に別の変形例に係る第２の光学系１６０を観察光軸ＡＸ方向から見た平面図である。第２の光学系１６０は、３枚のミラー（ミラー１６１ａ、ミラー１６１ｂ、ミラー１６１ｃ）と、３つの凹レンズ（凹レンズ１６２ａ、凹レンズ１６２ｂ、凹レンズ１６２ｃ）と、を備えている。３枚のミラーは、各ミラーの反射面が１つの回転放物面に重なるように配置されている。３つの凹レンズは、観察光軸ＡＸと直交する面で負のパワーを有する凹型のシリンドリカルレンズである。
第２の光学系１６０では、ミラーで収斂された光束が凹レンズによって観察光軸ＡＸと直交する面と平行な光シートに変換される。これにより、３つの凹レンズの位置から３つの凹レンズの光軸（照明光軸）方向に進行する３本の光シートが形成される。なお、第２の光学系１６０は、３枚のミラーと３つの凹レンズからなっているため、既存の光学素子の組み合わせで構成することができる。
本実施例に係るシート照明顕微鏡は、照明光学系１００の代わりに照明光学系２００を備える点を除き、実施例１に係るシート照明顕微鏡と同様である。図１３は、本実施例に係る照明光学系２００の構成を示した図である。図１３（ａ）は照明光学系２００の観察光軸ＡＸと平行な断面図であり、図１３（ｂ）はプリズム２３０を観察光軸ＡＸ方向から見た平面図である。なお、図１３（ａ）では、レーザ光源１１、光ファイバー１２、ビームエクスパンダ１３の図示は省略されている。
照明光学系２００は、第２の光学系１２０の代わりに第２の光学系２１０を備える点が、照明光学系１００とは異なっている。第２の光学系２１０は、シリンドリカルレンズ２２０と、プリズム２３０を備えている。
プリズム２３０は、図１３（ａ）及び図１３（ｂ）に示すように、光を反射させる反射面２３１と、光を屈折させる屈折面１２２と、を備える。反射面２３１は、第１の光学系１１０からの光を観察光軸ＡＸと直交する方向であって観察光軸ＡＸに向かう向きに偏向させる偏向手段であり、円錐面の中心部分（頂点を含む部分）を取り除いた三次元形状を有している。つまり、反射面２３１は、円錐面に重なる形状を有している。反射面２３１は、観察光軸ＡＸと直交する断面では円形であり、観察光軸ＡＸと平行な断面では観察光軸ＡＸからおよそ４５度傾斜した直線形状である。反射面２３１は、観察光軸ＡＸと直交する面で正のパワーを有する点は反射面１２１と同様であるが、観察光軸ＡＸと平行な面でパワーを有しない点が反射面１２１と異なっている。屈折面１２２については、実施例１で記載のとおりである。
シリンドリカルレンズ２２０は、第１の光学系１１０から射出する平行光束の断面形状に合わせて形成された径方向にパワーを持ち、円周方向にパワーを持たない円環状のシリンドリカルレンズである。シリンドリカルレンズ２２０は、第１の光学系１１０からの光を光シートに変換するための集光手段の１つであり、観察光軸ＡＸと平行で且つ観察光軸ＡＸを含む面で正のパワーを有している。シリンドリカルレンズ２２０の正のパワーは、実施例１に係る第２の光学系１２０の反射面１２１が観察光軸ＡＸと直交する面で有する正のパワーに相当する。
以上のように構成された照明光学系２００によっても、照明光学系１００と同様に、図１３（ｂ）に示すような進行方向が異なる８本の光シートが形成され、試料Ｓに照射される。従って、照明光学系２００を備えるシート照明顕微鏡でも、実施例１に係るシート照明顕微鏡と同様の効果を得ることができる。
なお、照明光学系２００は、プリズム２３０の代わりに、反射面２３１と同形状のミラー（円錐ミラー）と、屈折面１２２と同じ負のパワーを有する凹レンズアレイを備えてもよい。また、凹レンズ要素の数が異なる複数の凹レンズアレイを予め準備して、それらを交換して使用してもよい。これにより、光シートの本数を変更することができる。
本実施例に係るシート照明顕微鏡は、照明光学系１００の代わりに照明光学系３００を備える点を除き、実施例１に係るシート照明顕微鏡と同様である。図１４は、本実施例に係る照明光学系３００の構成を示した図である。図１４（ａ）は照明光学系３００の観察光軸ＡＸと平行な断面図であり、図１４（ｂ）は第２の光学系３３０を観察光軸ＡＸ方向から見た平面図である。なお、図１４（ａ）では、レーザ光源１１、光ファイバー１２、ビームエクスパンダ１３の図示は省略されている。
照明光学系３００は、第２の光学系１２０の代わりに第２の光学系３３０を備える点が、照明光学系１００とは異なっている。第２の光学系３３０は、図１４（ａ）及び図１４（ｂ）に示すように、光を反射させる反射面２３１と、光を屈折させる屈折面３３２と、を備えるプリズムである。
屈折面３３２は、８つの面が繋がったレンズ面アレイである。屈折面３３２は、観察光軸ＡＸと直交する断面で円弧が８つ繋がった形状である点は屈折面１２２と同様である。ただし、屈折面３３２は、観察光軸ＡＸと平行な断面で凸形状であり、正のパワーを有する点が、屈折面１２２と異なっている。反射面２３１は、実施例２で記載のとおりである。即ち、第２の光学系１２０の反射面１２１が観察光軸ＡＸと平行な面で有する正のパワーを、第２の光学系３３０では、屈折面３３２が有している。屈折面３３２は、観察光軸ＡＸと直交する平面上に光シートを形成する。屈折面３３２は、集光手段であり、観察光軸ＡＸと直交する面で負のパワーを有する発散手段でもある。
以上のように構成された照明光学系３００によっても、照明光学系１００と同様に、図１４（ｂ）に示すような進行方向が異なる８本の光シートが形成され、試料Ｓに照射される。従って、照明光学系３００を備えるシート照明顕微鏡でも、実施例１に係るシート照明顕微鏡と同様の効果を得ることができる。
なお、照明光学系３００は、第２の光学系３３０の代わりに、反射面２３１と同形状のミラー（円錐ミラー）と、屈折面３３２と同じパワーを有するレンズアレイを備えてもよい。また、レンズ要素の数が異なる複数のレンズアレイを予め準備して、それらを交換して使用してもよい。これにより、光シートの本数を変更することができる。
本実施例に係るシート照明顕微鏡は、照明光学系１００の代わりに照明光学系４００を備える点を除き、実施例１に係るシート照明顕微鏡と同様である。図１５は、本実施例に係る照明光学系４００の構成を示した図である。図１５（ａ）は照明光学系４００の観察光軸ＡＸと平行な断面図であり、図１５（ｂ）は第２の光学系４２０を観察光軸ＡＸ方向から見た平面図である。なお、図１５（ａ）では、レーザ光源１１及び光ファイバー１２の図示は省略されている。
照明光学系４００は、ビームエクスパンダ４０１と、第１の光学系４１０と、第２の光学系４２０と、を備えている。第１の光学系４１０は、矩形環状の開口（又は、光を透過させる透過領域）が形成された遮光板である。第２の光学系４２０は、図１５（ａ）及び図１５（ｂ）に示すように、第１の光学系４１０からの平行光束が入射する位置に配置された４つのプリズム（プリズム４２０ａ、プリズム４２０ｂ、プリズム４２０ｃ、プリズム４２０ｄ）である。４つのプリズムは、観察光軸ＡＸからの方向が９０度ずつ異なる位置に配置されている。各プリズムは、観察光軸ＡＸ方向から入射した光を観察光軸ＡＸと直交する方向であって観察光軸ＡＸに向かう向きに偏向する反射面（反射面４２１ａ、反射面４２１ｂ、反射面４２１ｃ、反射面４２１ｄ）を有している。各反射面は、観察光軸ＡＸと直交する断面では直線形状であり、観察光軸ＡＸと平行な断面（より詳細には、観察光軸ＡＸと平行で且つ光軸を含む断面）では放物線形状である。
以上のように構成された照明光学系４００では、ビームエクスパンダ４０１から射出した平行光束の一部が第１の光学系４１０を通過することで、矩形環状の平行光束が形成される。第１の光学系４１０から射出した平行光束は、その後、その断面形状の重心位置（矩形環の中心）が観察光軸ＡＸに略一致した状態で、観察光軸ＡＸ方向から第２の光学系４２０に入射する。第２の光学系４２０に入射した矩形環状の平行光束は、偏向手段である４つの反射面（反射面４２１ａから反射面４２１ｄ）で観察光軸ＡＸと直交する方向であって観察光軸ＡＸに向かう向きに偏向される。この際、平行光束は、集光手段でもある各反射面が有する正のパワーにより、観察光軸ＡＸと直交する平面上に光シートを形成するための光束に変換される。これにより、観察光軸ＡＸと直交する面と平行な４本の光シートが形成されて、試料Ｓに照射される。従って、照明光学系４００を備えるシート照明顕微鏡でも、実施例１に係るシート照明顕微鏡と同様の効果を得ることができる。
以下、図１６及び図１７を参照しながら、本実施例に係る第２の光学系４２０の変形例について説明する。図１６は、第２の光学系４２０の変形例である第２の光学系５２０の構成を示した図である。図１７は、第２の光学系４２０の別の変形例である第２の光学系６２０の構成を示した図である。
第２の光学系５２０は、４つのプリズムよりも光源側の光路上に４つのシリンドリカルレンズ（シリンドリカルレンズ５２１ａ、シリンドリカルレンズ５２１ｂを含む）を備えている点、及び、偏向手段である４つのプリズム（プリズム５２２ａ、プリズム５２２ｂを含む）が平面形状を有する反射面（反射面５２３ａ、反射面５２３ｂを含む）を有している点が、第２の光学系４２０とは異なっている。各反射面は、観察光軸ＡＸと直交する断面でも観察光軸ＡＸと平行な断面でも直線形状である。４つのシリンドリカルレンズは、４つのプリズムと同様に、矩形環状の光束が入射する位置に配置されている。第２の光学系４２０では、プリズムの反射面が平行光束を観察光軸ＡＸと直交する平面に集光するための正のパワーを有しているのに対して、第２の光学系５２０では、その正のパワーをシリンドリカルレンズが有している。４つのシリンドリカルレンズは、第１の光学系４１０からの光を観察光軸ＡＸと直交する平面上に集光させて、光シートを形成する集光手段である。
第２の光学系６２０は、４つのシリンドリカルレンズ（シリンドリカルレンズ５２１ａ、シリンドリカルレンズ５２１ｂを含む）が４つのプリズム（プリズム５２２ａ、プリズム５２２ｂを含む）よりも物体側の光路上に配置されている点が、第２の光学系５２０とは異なっている。その他の点は、第２の光学系５２０と同様である。
本実施例に係るシート照明顕微鏡は、照明光学系１００の代わりに照明光学系７００を備える点を除き、実施例１に係るシート照明顕微鏡と同様である。図１８は、本実施例に係る照明光学系７００の構成を示した図である。図１８（ａ）は照明光学系７００の観察光軸ＡＸと平行な断面図であり、図１８（ｂ）は第１の光学系７１０の斜視図であり、図１８（ｃ）及び図１８（ｄ）は照明光学系７００の回転前後における第２の光学系７２０を観察光軸ＡＸ方向から見た平面図である。なお、図１８（ａ）では、レーザ光源１１、光ファイバー１２及びビームエクスパンダ１３の図示は省略されている。
照明光学系７００は、所定の断面形状を有する平行光束を形成する第１の光学系７１０と、第１の光学系７１０からの平行光束から進行方向の異なる複数の光シートを形成する第２の光学系７２０と、を備えている。照明光学系７００は、観察光軸ＡＸを回転軸として回転するように構成されている。
第１の光学系７１０は、図１８（ａ）及び図１８（ｂ）に示すように、一対の角柱プリズム（角柱プリズム７１１、角柱プリズム７１２）を含んでいる。角柱プリズム７１１及び角柱プリズム７１２は、観察光軸ＡＸ方向に並べて配置されている。
第２の光学系７２０は、図１８（ａ）、図１８（ｃ）及び図１８（ｄ）に示すように、第１の光学系７１０からの平行光束が入射する位置に配置された２つのプリズム（プリズム７２０ａ、プリズム７２０ｂ）からなる。２つのプリズムは、観察光軸ＡＸを中心に対称な位置に配置されている。各プリズムは、観察光軸ＡＸ方向から入射した光を観察光軸ＡＸと直交する方向であって観察光軸ＡＸに向かう向きに偏向する反射面（反射面７２１ａ、反射面７２１ｂ）を有している。各反射面は、観察光軸ＡＸと直交する断面では直線形状であり、観察光軸ＡＸと平行な断面では放物線形状である。
以上のように構成された照明光学系７００では、ビームエクスパンダ１３（図２参照）を介して入射した所定の光束径を有するレーザ光Ｌ１は、第１の光学系７１０での屈折により観察光軸ＡＸと平行な２つの部分光束に分割されて、第１の光学系７１０から射出する。２つの部分光束は、図１８（ａ）に示すように、観察光軸ＡＸを中心に対称な位置から射出される。従って、第１の光学系７１０は、断面形状の重心位置から所定範囲内に強度分布を有しない、２つの部分光束からなる平行光束を形成する。第１の光学系７１０から射出した平行光束は、その後、その断面形状の重心位置が観察光軸ＡＸに略一致した状態で、観察光軸ＡＸ方向から第２の光学系７２０に入射する。第２の光学系７２０に入射した２つの部分光束の一方は、反射面７２１ａで観察光軸ＡＸと直交する方向であって観察光軸ＡＸに向かう向きに偏向され、他方は、反射面７２１ｂで観察光軸ＡＸと直交する方向であって観察光軸ＡＸに向かう向きに偏向される。その際、各反射面が有する正のパワーにより、観察光軸ＡＸ方向から見たときに平行光束であり、観察光軸ＡＸと直交する平面上に光シートを形成する光束に変換される。これにより、図１８（ｃ）に示すように、観察光軸ＡＸと直交する面と平行な２本の光シートが形成されて、試料Ｓに照射される。さらに、観察光軸ＡＸを回転軸として照明光学系７００を回転させることで、観察光軸ＡＸと直交する任意の方向から試料Ｓに２本の光シートを照射することができる。例えば、照明光学系７００を９０度ずつ回転させることで、図１８（ｃ）及び図１８（ｄ）に示す状態を順次切り替えることができる。従って、照明光学系７００を備えるシート照明顕微鏡によっても、実施例１に係るシート照明顕微鏡と同様の効果を得ることができる。
本実施例に係る照明光学系７００の変形例について説明する。図１９は、照明光学系７００の変形例である照明光学系８００の構成を示した図である。図１９（ａ）は照明光学系８００の観察光軸ＡＸと平行な断面図であり、図１９（ｂ）は第１の光学系８１０の斜視図である。
照明光学系８００は、第１の光学系７１０の代わりに、第１の光学系８１０を備える点が、照明光学系７００とは異なっている。第１の光学系８１０は、角柱プリズム７１２の代わりにプリズム８１２を備えている。プリズム８１２は、角柱プリズム８１１で形成された２つの部分光束間に光路長差を生じさせるように、観察光軸ＡＸに対して非対称な形状を有している。このため、照明光学系８００によれば、２本の光シートが干渉することで生じる干渉縞を抑制することができる。
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。シート照明顕微鏡は、特許請求の範囲により規定される本発明の思想を逸脱しない範囲において、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。
第１の光学系がアキシコンレンズ、プリズム、又は絞りで構成される例を示したが、第１の光学系は、断面形状の重心位置から所定範囲内に強度分布を有しない平行光束を形成すれば良く、例えば、回折光学素子（ＤＯＥ）で構成されてもよい。また、第１の光学系は、マイクロミラーデバイスや液晶デバイスなどからなる空間光変調器（SLM: Spatial Light Modulator）で構成されてもよい。また、第１の光学系が形成された平行光束の一部を遮断するシャッタを設けて、シャッタの動作により、偏向手段の形状に応じた任意の形状の平行光束を形成しても良い。
レーザ光の可干渉性に起因して生じる干渉縞を抑制するために光路長差を設ける例を示したが、干渉縞は、他の方法により抑制されてもよい。例えば、光ファイバー１２を振動させる装置が設けられてもよい。また、レーザ光が入射する光撹拌器や、レーザ光の周波数を変調する周波数変調器を備えてもよい。これらの構成によっても、レーザ光の可干渉性を低減させて、干渉縞を抑制することができる。
また、平行光束が２つの部分光束からなる例と示したが、平行光束は３つ以上の部分光束からなっていてもよい。この場合、３つ以上の部分光束は、円状又は多角形状に並んでいることが望ましい。３つ以上の部分光束が多角形状に並んでいる場合には、第２の光学系は、観察光軸ＡＸと直交する平面上に光シートを形成する集光手段である屈折面と、偏向手段である平面形状である反射面を備えてもよい。または、観察光軸ＡＸと平行な断面で放物線形状を有する、偏向手段と集光手段を兼ねた反射面を備えてもよい。一方、３つ以上の部分光束が円状に並んでいる場合には、第２の光学系は、偏向手段と集光手段を兼ねた回転放物面に重なる形状の反射面と、観察光軸ＡＸと直交する面で負のパワーを有する発散手段である屈折面を備えることが望ましい。または、光を観察光軸ＡＸと直交する平面に集光させる集光手段である屈折面と、偏向手段である円錐面に重なる形状の反射面と、観察光軸ＡＸと直交する面で負のパワーを有する発散手段である屈折面を備えてもよい。この場合、集光手段である屈折面と発散手段である屈折面は同一面であってもよい。
また、試料Ｓが容器に収容された状態で光シートが照射される場合には、容器の側面で光シートが屈折してしまうことがある。このため、試料Ｓを収容する容器は、複数の光シートが側面に直交して入射するような形状を有していることが望ましい。例えば、図４に示すような８方向から光シートが入射する場合であれば、容器は観察光軸ＡＸ方向から見て八角形であることが望ましい。これにより、容器での光シートの屈折を防止することができる。
さらに、容器は第２の光学系を構成してもよい。即ち、容器の側面が、観察光軸ＡＸと直交する面で負のパワーを有する、例えば、図９に示すプリズムの屈折面１２２として機能しても良い。または、光を観察光軸ＡＸと直交する平面に集光させる正のパワーを有し、且つ、観察光軸ＡＸと直交する面で負のパワーを有する、図１４に示すプリズムの屈折面３３２として機能しても良い。
１、２、３、４、５・・・シート照明顕微鏡、１０、３０、５０、１００、１０１、１０２、２００、３００、４００、７００、８００・・・照明光学系、１１、３１・・・レーザ光源、１２・・・光ファイバー、１３、４０１・・・ビームエクスパンダ、１４、１１０、１４０、４１０、７１０、８１０・・・第１の光学系、１５、１２０、１３０、１５０、１６０、２１０、３３０、４２０、５２０、６２０、７２０・・・第２の光学系、１６・・・照明モジュール、１７・・・偏向素子、１８・・・集光素子、１９・・・ステージ、２０、４０・・・観察光学系、２１・・・対物レンズ、２２・・・バリアフィルタ、２３・・・結像レンズ、２４・・・光検出器、３２、４１、１５１ａ、１５１ｂ、１５１ｃ、１５１ｄ、１６１ａ、１６１ｂ、１６１ｃ・・・ミラー、１１１、１１２・・・アキシコンレンズ、１２１、１３１ａ、１３１ｂ、２３１、４２１ａ、４２１ｂ、４２１ｃ、４２１ｄ、５２３ａ、５２３ｂ、７２１ａ、７２１ｂ・・・反射面、１２２、３３２・・・屈折面、１４１・・・アキシコン凸ミラー、１４２・・・アキシコン凹ミラー、１５２ａ、１５２ｂ、１５２ｃ、１５２ｄ、１６２ａ、１６２ｂ、１６２ｃ・・・凹レンズ、２２０、５２１ａ、５２１ｂ・・・シリンドリカルレンズ、２３０、４２０ａ、４２０ｂ、４２０ｃ、４２０ｄ、５２２ａ、５２２ｂ、７２０ａ、７２０ｂ、８１２・・・プリズム、７１１、７１２・・・三角柱プリズム、Ｓ・・・試料、Ｈ・・・ホルダー、Ｌ１・・・レーザ光、Ｌ２・・・蛍光、Ｃ・・・重心位置、ＡＸ・・・観察光軸、Ｐ１、Ｐ２・・・位置

Claims (16)

  1. 試料からの光で前記試料の像を形成する観察光学系と、
    前記観察光学系の観察光軸と直交する方向から前記試料を照明する照明光学系と、を備え、
    前記照明光学系は、
    所定の断面形状を有する平行光束であって、前記断面形状の重心位置から所定範囲内に強度分布を有しない平行光束を射出する第１の光学系と、
    前記観察光軸と平行な方向から入射する光を前記観察光軸に向かう向きに偏向させる偏向手段を含み、前記平行光束から前記観察光軸と直交する面と平行な、進行方向の異なる複数の光シートを形成する第２の光学系と、を備え、
    前記第１の光学系は、円環状の平行光束を射出するように構成され、
    前記偏向手段は、回転放物面に重なる形状の反射面であり、
    前記第２の光学系は、さらに、前記観察光軸と直交する面で負のパワーを有する発散手段を含む
    ことを特徴とするシート照明顕微鏡。
  2. 試料からの光で前記試料の像を形成する観察光学系と、
    前記観察光学系の観察光軸と直交する方向から前記試料を照明する照明光学系と、を備え、
    前記照明光学系は、
    所定の断面形状を有する平行光束であって、前記断面形状の重心位置から所定範囲内に強度分布を有しない平行光束を射出する第１の光学系と、
    前記観察光軸と平行な方向から入射する光を前記観察光軸に向かう向きに偏向させる偏向手段を含み、前記平行光束から前記観察光軸と直交する面と平行な、進行方向の異なる複数の光シートを形成する第２の光学系と、を備え、
    前記第１の光学系は、円環状の平行光束を射出するように構成され、
    前記偏向手段は、円錐面に重なる形状の反射面であり、
    前記第２の光学系は、さらに、前記観察光軸と直交する面で負のパワーを有する発散手段を含む
    ことを特徴とするシート照明顕微鏡。
  3. 試料からの光で前記試料の像を形成する観察光学系と、
    前記観察光学系の観察光軸と直交する方向から前記試料を照明する照明光学系と、を備え、
    前記照明光学系は、
    所定の断面形状を有する平行光束であって、前記断面形状の重心位置から所定範囲内に強度分布を有しない平行光束を射出する第１の光学系と、
    前記観察光軸と平行な方向から入射する光を前記観察光軸に向かう向きに偏向させる偏向手段を含み、前記平行光束から前記観察光軸と直交する面と平行な、進行方向の異なる複数の光シートを形成する第２の光学系と、を備え、
    前記第１の光学系は、円状に並んだ複数の部分光束からなる前記平行光束を射出するように構成され、
    前記偏向手段は、回転放物面に重なる形状の反射面であり、
    前記第２の光学系は、さらに、前記観察光軸と直交する面で負のパワーを有する発散手段を含む
    ことを特徴とするシート照明顕微鏡。
  4. 試料からの光で前記試料の像を形成する観察光学系と、
    前記観察光学系の観察光軸と直交する方向から前記試料を照明する照明光学系と、を備え、
    前記照明光学系は、
    所定の断面形状を有する平行光束であって、前記断面形状の重心位置から所定範囲内に強度分布を有しない平行光束を射出する第１の光学系と、
    前記観察光軸と平行な方向から入射する光を前記観察光軸に向かう向きに偏向させる偏向手段を含み、前記平行光束から前記観察光軸と直交する面と平行な、進行方向の異なる複数の光シートを形成する第２の光学系と、を備え、
    前記第１の光学系は、円状に並んだ複数の部分光束からなる前記平行光束を射出するように構成され、
    前記偏向手段は、円錐面に重なる形状の反射面であり、
    前記第２の光学系は、さらに、前記観察光軸と直交する面で負のパワーを有する発散手段を含む
    ことを特徴とするシート照明顕微鏡。
  5. 請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載のシート照明顕微鏡において、
    前記第２の光学系は、前記複数の光シートの各々が前記観察光軸と直交する面内において略平行光束である前記複数の光シートを形成する
    ことを特徴とするシート照明顕微鏡。
  6. 請求項５に記載のシート照明顕微鏡において、
    前記第２の光学系は、前記複数の光シートの各々が前記観察光軸と当該光シートの照明光軸とを含む面内において収斂光束である前記複数の光シートを形成する
    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、
    前記第２の光学系は、前記複数の光シートが異なる位置で集光するように構成される
    ことを特徴とするシート照明顕微鏡。
  8. 請求項１乃至請求項７のいずれか１項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、前記重心位置が前記観察光軸と略一致した前記平行光束を射出するように構成される
    ことを特徴とするシート照明顕微鏡。
  9. 請求項１乃至請求項８のいずれか１項に記載のシート照明顕微鏡において、
    前記第１の光学系と前記第２の光学系は、単一の照明モジュールを構成し、
    前記照明モジュールは、前記観察光学系に含まれる対物レンズの位置に連動して前記観察光軸方向に移動するように、構成されている
    ことを特徴とするシート照明顕微鏡。
  10. 請求項１乃至請求項８のいずれか１項に記載のシート照明顕微鏡において、
    前記第２の光学系は、
    前記観察光学系に含まれる対物レンズに着脱自在に構成され、
    前記対物レンズの位置に連動して前記観察光軸方向に移動するように、構成されている
    ことを特徴とするシート照明顕微鏡。
  11. 請求項１乃至請求項８のいずれか１項に記載のシート照明顕微鏡において、
    前記第２の光学系は、前記第１の光学系に着脱自在に構成される
    ことを特徴とするシート照明顕微鏡。
  12. 請求項１乃至請求項１１のいずれか１項に記載のシート照明顕微鏡において、
    前記第２の光学系は、進行方向の異なる少なくとも３本の光シートを形成するように構成される
    ことを特徴とするシート照明顕微鏡。
  13. 観察光学系の観察光軸と直交する方向から試料を照明するシート照明顕微鏡の照明方法であって、
    所定の断面形状を有する平行光束であって、前記断面形状の重心位置から所定範囲内に強度分布を有しない円環状の平行光束を射出し、
    前記観察光軸と平行な方向に進行する光を回転放物面に重なる形状の反射面で偏向させ、
    前記平行光束から前記観察光軸と直交する面と平行な、進行方向の異なる複数の光シートを、前記観察光軸と直交する面で負のパワーを有する発散手段で形成する
    ことを特徴とする照明方法。
  14. 観察光学系の観察光軸と直交する方向から試料を照明するシート照明顕微鏡の照明方法であって、
    所定の断面形状を有する平行光束であって、前記断面形状の重心位置から所定範囲内に強度分布を有しない円環状の平行光束を射出し、
    前記観察光軸と平行な方向に進行する光を円錐面に重なる形状の反射面で偏向させ、
    前記平行光束から前記観察光軸と直交する面と平行な、進行方向の異なる複数の光シートを、前記観察光軸と直交する面で負のパワーを有する発散手段で形成する
    ことを特徴とする照明方法。
  15. 観察光学系の観察光軸と直交する方向から試料を照明するシート照明顕微鏡の照明方法であって、
    所定の断面形状を有する平行光束であって、前記断面形状の重心位置から所定範囲内に強度分布を有しない円状に並んだ複数の部分光束からなる平行光束を射出し、
    前記観察光軸と平行な方向に進行する光を回転放物面に重なる形状の反射面で偏向させ、
    前記平行光束から前記観察光軸と直交する面と平行な、進行方向の異なる複数の光シートを、前記観察光軸と直交する面で負のパワーを有する発散手段で形成する
    ことを特徴とする照明方法。
  16. 観察光学系の観察光軸と直交する方向から試料を照明するシート照明顕微鏡の照明方法であって、
    所定の断面形状を有する平行光束であって、前記断面形状の重心位置から所定範囲内に強度分布を有しない円状に並んだ複数の部分光束からなる平行光束を射出し、
    前記観察光軸と平行な方向に進行する光を円錐面に重なる形状の反射面で偏向させ、
    前記平行光束から前記観察光軸と直交する面と平行な、進行方向の異なる複数の光シートを、前記観察光軸と直交する面で負のパワーを有する発散手段で形成する
    ことを特徴とする照明方法。
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