JP6847693B2

JP6847693B2 - 照明装置、及び、顕微鏡装置

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Publication number: JP6847693B2
Application number: JP2017021702A
Authority: JP
Inventors: 将人土肥
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Filing date: 2017-02-08
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Description

本発明は、照明装置、及び、顕微鏡装置に関する。

近年、生きた小動物の生体組織を２光子顕微鏡で観察し、その生体組織の機能を解明しようとする研究が盛んに行われている。生体組織は立体構造を有しているため、生体組織の観察では３次元イメージング技術が用いられる。

３次元イメージング技術としては、対物レンズまたは標本を対物レンズの光軸方向に移動させて光軸方向に異なる複数の平面を順に撮像することで、３次元像を構築する方法が一般的である。この方法は、非常に簡単で且つ光学性能も劣化しにくいといったメリットがある反面、移動によって振動が生じる、移動に時間がかかる、といった課題が指摘されている。特に、明るく且つ高い分解能で標本を観察可能な対物レンズは比較的サイズが大きく重量があるため、上述した課題が顕著に生じ得る。

このような課題に関連する技術が特許文献１に記載されている。特許文献１には、一組の高開口数レンズとその一方の高開口数レンズの焦点面近傍に配置されたミラーとを備えた焦点調整装置において、ミラーを高速に移動させることで標本への振動を抑制しながら高速にフォーカス移動を行うインナーフォーカス法が記載されている。

特許第５６７７４７３号明細書

ところで、一般に、インナーフォーカス法では、対物レンズに入射する光束の状態はフォーカス位置に依存することになる。このため、平行光の入射を想定して設計された対物レンズにおいて球面収差が発生し、光学性能が劣化することがある。

特許文献１に記載の焦点調整装置では、一組の高開口数レンズを用いることで、対物レンズに相当する一方の高開口数レンズで生じた球面収差を他方の高開口数レンズで減少させることができる。しかしながら、実際には、観察において許容できるレベルまで球面収差を補正することができるようなフォーカス範囲は狭く、このため、比較的大きな生体組織の観察への適用は困難である。

以上のような実情を踏まえ、本発明の一側面に係る目的は、光学性能の劣化を抑制しながら高速にフォーカス移動を行うインナーフォーカシング技術を提供することである。

本発明の一態様に係る照明装置は、光源からの光をサンプルに照射する対物レンズと、前記対物レンズが前記サンプルに照射する光の集光位置を前記対物レンズの光軸方向に移動させる第１の走査装置と、前記第１の走査装置と前記対物レンズの間の光路上に配置され、前記第１の走査装置が前記集光位置を移動させることによって前記対物レンズで生じる収差を補正するように構成されたリレー光学系と、を備える。リレー光学系は、第１の走査装置により集光位置を移動させた時に対物レンズにおいて生じる集光位置に応じた収差がサンプル上において補正されるように、対物レンズにおいて生じる収差とは反対方向に収差を発生させる。

本発明の一態様に係る顕微鏡装置は、照明装置を備える。照明装置は、光源からの光をサンプルに照射する対物レンズと、前記対物レンズが前記サンプルに照射する光の集光位置を前記対物レンズの光軸方向に移動させる第１の走査装置と、前記第１の走査装置と前記対物レンズの間の光路上に配置され、前記第１の走査装置が前記集光位置を移動させることによって前記対物レンズで生じる収差を補正するように構成されたリレー光学系と、を備える。リレー光学系は、第１の走査装置により集光位置を移動させた時に対物レンズにおいて生じる集光位置に応じた収差がサンプル上において補正されるように、対物レンズにおいて生じる収差とは反対方向に収差を発生させる。

上記の態様によれば、光学性能の劣化を抑制しながらインナーフォーカス方式で高速にフォーカス移動を行うことができる。

第１の実施形態に係る照明装置１０の構成を例示した図である。光学系１０ａの断面図であり、光を設計位置から-0.3mmの位置に集光したときの光線が描かれている。光学系１０ａの断面図であり、光を設計位置に集光したときの光線が描かれている。光学系１０ａの断面図であり、光を設計位置から0.3mmの位置に集光したときの光線が描かれている。レンズ１３の断面図である。対物レンズ１６の断面図である。光を設計位置から-0.3mmの位置に集光したときの、光学系１０ａの収差図である。光を設計位置に集光したときの、光学系１０ａの収差図である。光を設計位置から0.3mmの位置に集光したときの、光学系１０ａの収差図である。第２の実施形態に係る光学系２０ａの断面図であり、光を設計位置から-0.3mmの位置に集光したときの光線が描かれている。第２の実施形態に係る光学系２０ａの断面図であり、光を設計位置に集光したときの光線が描かれている。第２の実施形態に係る光学系２０ａの断面図であり、光を設計位置から0.3mmの位置に集光したときの光線が描かれている。光を設計位置から-0.3mmの位置に集光したときの、光学系２０ａの収差図である。光を設計位置に集光したときの、光学系２０ａの収差図である。光を設計位置から0.3mmの位置に集光したときの、光学系２０ａの収差図である。第３の実施形態に係る照明装置３０の構成を例示した図である。第４の実施形態に係る照明装置４０の構成を例示した図である。第５の実施形態に係る照明装置５０の構成を例示した図である。第６の実施形態に係る照明装置６０の構成を例示した図である。第７の実施形態に係る２光子励起顕微鏡１００の構成を例示した図である。第８の実施形態に係る２光子励起顕微鏡２００の構成を例示した図である。第９の実施形態に係るレーザ走査型共焦点顕微鏡３００の構成を例示した図である。第１０の実施形態に係るディスク走査型共焦点顕微鏡４００の構成を例示した図である。

［第１の実施形態］
図１は、本実施形態に係る照明装置１０の構成を例示した図である。照明装置１０は、レーザ光をサンプルＳ上の一点に集光させる装置であり、顕微鏡装置等において利用される。サンプルＳは、照明装置１０が生物系の顕微鏡装置に利用される場合であれば、例えば、生体標本などであり、照明装置１０が工業系の顕微鏡装置に利用される場合であれば、例えば、回路基板などである。以下では、サンプルＳが生体標本である場合を例に説明する。

照明装置１０は、レーザ光を出射するレーザ１１と、レーザ１１からのレーザ光をサンプルＳに照射する対物レンズ１６と、照明装置１０の動作を制御する制御装置１８を備えている。レーザ１１は、サンプルＳを励起する励起波長の光を出射する光源である。レーザ１１は、照明装置１０が２光子励起顕微鏡に利用される場合であれば、例えば、赤外域のレーザ光を出射する超短パルスレーザなどである。また、レーザ１１は、照明装置１０が共焦点顕微鏡に利用される場合であれば、例えば、紫外域、可視域のレーザ光を出射する。対物レンズ１６は、例えば、無限遠補正型の顕微鏡対物レンズである。

照明装置１０は、さらに、レーザ１１と対物レンズ１６の間の光路上に、走査装置１２と、レンズ１３と、対物レンズ１６の瞳をリレーするリレー光学系１４と、ミラー１５を備えている。レーザ１１からのレーザ光は、走査装置１２により走査装置１２とレンズ１３の間に一旦集光し、その後、レンズ１３、リレー光学系１４を介してミラー１５に入射する。ミラー１５で反射したレーザ光は、対物レンズ１６の屈折力によりサンプルＳ上の一点に集光する。本明細書では、レーザ光が集光した位置である集光位置を、フォーカス位置ともいう。

走査装置１２は、対物レンズ１６がサンプルＳに照射するレーザ光の集光位置を対物レンズ１６の光軸方向に移動させる装置である。走査装置１２は、その光軸方向に移動自在に配置された集光レンズを含んでいる。走査装置１２は、制御装置１８からの制御信号に従って集光レンズを光軸方向に移動させることで、インナーフォーカス方式でレーザ光の集光位置を対物レンズ１６の光軸方向に移動させることができる。図１には、互いに異なる位置に集光する２つの光束（実線と破線）が描かれている。

レンズ１３及びリレー光学系１４は、走査装置１２と対物レンズ１６の間の光路上に配置されている。リレー光学系１４は、走査装置１２が集光位置を移動させることによって対物レンズ１６で生じる収差を、補正するように構成されている。具体的には、リレー光学系１４は、対物レンズ１６において生じる集光位置に応じた収差がサンプルＳ上において補正されるように、対物レンズ１６において生じる収差とは反対方向に収差を発生させる。また、リレー光学系１４は、リレー光学系１４を構成する各レンズを通過する際の光束径が集光位置に応じて異なることを利用して、発生する収差を集光位置に応じて異ならせる。つまり、照明装置１０では、リレー光学系１４と対物レンズ１６は、走査装置１２で集光位置を光軸方向に移動させたときに生じる収差をコンペンセーション方式で補正するように構成されている。

ここで、“走査装置１２が集光位置を光軸方向に移動させることによって対物レンズ１６で生じる収差”とは、平行光ではない光が入射したときに対物レンズ１６で補正しきれない収差のことである。対物レンズ１６は、通常、平行光の入射を想定して収差設計が行われていて、平行光が入射したときに良好に収差が補正されるように設計されている。一方で、平行光ではない光が入射したときには対物レンズ１６単独では収差が十分に補正されず、対物レンズ１６において入射光の状態（収斂、発散の程度など）に応じた収差が発生する。

以上のように構成された照明装置１０では、インナーフォーカス方式でフォーカス移動（つまり、集光位置の移動）を行った場合であっても、フォーカス移動に起因して対物レンズ１６で生じる収差をリレー光学系１４で補正することができる。このため、インナーフォーカス方式でのフォーカス移動による光学性能の劣化を抑制することができる。また、リレー光学系１４と対物レンズ１６がコンペンセーション方式で収差を補正するように構成されているため、集光位置に応じて変化する収差を、構造物（例えば補正環など）の物理的な移動を伴うことなく補正することができる。このため、インナーフォーカス方式でフォーカスを高速に移動する場合であっても、フォーカス移動に対して遅延することなく収差を補正することができる。従って、照明装置１０によれば、光学性能の劣化を抑制しながらインナーフォーカス方式で高速にフォーカス移動を行うことができる。

なお、制御装置１８によって走査装置１２の動作が制御される例を示したが、制御装置１８は、レーザ１１、対物レンズ１６、ステージ１７の動作を制御してもよい。例えば、制御装置１８は、レーザ光の発光制御を行ってもよい。また、レーザ１１がレーザ波長の異なる複数のレーザとＡＯＴＦ（Acousto-Optic Tunable Filter）などの波長選択のための装置を備えるレーザユニットである場合であれば、制御装置１８は、レーザ光の発光制御に加えて、レーザ波長の切替制御を行ってもよい。また、レーザ波長を切り替えると、軸上色収差の影響により集光位置が光軸方向に移動する。このため、レーザ波長の切替制御を行う場合には、制御装置１８は、軸上色収差による集光位置の移動分が相殺されるように対物レンズ１６又はステージ１７を光軸方向に移動させてもよい。即ち、照明装置１０では、光軸方向に移動する対物レンズ１６、ステージ１７は、光の波長の切替に伴う集光位置の移動をオフセットするオフセット手段として機能してもよく、制御装置１８は、光の波長に応じてオフセット手段を制御してもよい。なお、制御装置１８は、軸上色収差による集光位置の移動分を考慮して走査装置１２の動作を制御しても良い。その場合、走査装置１２がオフセット手段として機能する。

図２から図４は、照明装置１０に含まれるレンズ１３、リレー光学系１４、及び対物レンズ１６からなる光学系１０ａの断面図である。図２、図３、図４には、設計位置から光軸方向に-0.3mmの位置、設計位置、設計位置から光軸方向に0.3mmの位置に、光を集光したときの光線が描かれている。設計位置とは、対物レンズ１６に平行光が入射したときの集光位置のことである。また、各図には、軸上、最軸外、その中間像高（像高比0.5）に集光する３つの光束についての光線が描かれている。

リレー光学系１４は、図２から図４に示すように、レーザ１１側から順に、両凸レンズＬ１と、対物レンズ１６側に凹面を向けたメニスカスレンズＬ２と、両凸レンズＬ３と、接合レンズＣＬ１と、接合レンズＣＬ２と、両凸レンズＬ８と、レーザ１１側に凹面を向けたメニスカスレンズＬ９と、両凸レンズＬ１０を含んでいる。接合レンズＣＬ１は、対物レンズ１６側に凹面を向けたメニスカスレンズＬ４と、両凸レンズＬ５からなり、メニスカスレンズＬ４と両凸レンズＬ５の間の隙間を接着剤で満たすことで全体として両凸形状を有する２枚接合レンズである。接合レンズＣＬ２は、レーザ１１側に凹面を向けたメニスカスレンズＬ６と、レーザ１１側に凹面を向けたメニスカスレンズＬ７からなり、メニスカスレンズＬ６とメニスカスレンズＬ７の間の隙間を接着剤で満たすことで全体としてレーザ１１側に凹面を向けたメニスカス形状を有する２枚接合レンズである。

図２、図３、図４に示すように、フォーカス移動により、リレー光学系１４を通過する際の各レンズにおける光束径は変化する。例えば、集光位置が設計位置よりもマイナス方向に位置するときには、図２に示すように、リレー光学系１４の中でも対物レンズ１６に近い領域で光束径が太くなる。このため、接合レンズＣＬ２、レンズＬ８からレンズＬ１０などの設計が収差補正性能に特に大きく影響する。一方、集光位置が設計位置よりもプラス方向に位置するときには、図４に示すように、リレー光学系１４の中でもレンズ１３に近い領域で光束径が太くなる。このため、レンズＬ１からレンズＬ３、接合レンズＣＬ１などの設計が収差補正性能に特に大きく影響することが分かる。

図５は、レンズ１３の断面図である。レンズ１３は、図５に示すように、レーザ１１側から順に、２枚接合レンズＣＬ１１と、レーザ１１側に凹面を向けたメニスカスレンズＬ２３と、３枚接合レンズＣＬ１２と、３枚接合レンズＣＬ１３と、２枚接合レンズＣＬ１４と、レーザ１１側に凹面を向けたメニスカスレンズＬ３２と、レーザ１１側に凹面を向けたメニスカスレンズＬ３３を含んでいる。２枚接合レンズＣＬ１１は、レーザ１１側に平面を向けた平凸レンズＬ２１と、レーザ１１側に凹面を向けたメニスカスレンズＬ２２からなる。３枚接合レンズＣＬ１２は、対物レンズ１６側に凹面を向けたメニスカスレンズＬ２４と、対物レンズ１６側に凹面を向けたメニスカスレンズＬ２５と、両凸レンズＬ２６からなる。３枚接合レンズＣＬ１３は、対物レンズ１６側に凹面を向けたメニスカスレンズＬ２７と、両凸レンズＬ２８と、レーザ１１側に凹面を向けたメニスカスレンズＬ２９からなる。２枚接合レンズＣＬ１４は、対物レンズ１６側に凹面を向けたメニスカスレンズＬ３０と、対物レンズ１６側に凹面を向けたメニスカスレンズＬ３１からなる。

図６は、対物レンズ１６の断面図である。対物レンズ１６は、焦点距離１８０ｍｍの結像レンズとの組み合わせで２５倍の倍率を有する。対物レンズ１６は、図６に示すように、レーザ１１側から順に、サンプルＳ側に凹面を向けたメニスカスレンズＬ４１と、サンプルＳ側に凹面を向けたメニスカスレンズＬ４２と、２枚接合レンズＣＬ２１と、３枚接合レンズＣＬ２２と、３枚接合レンズＣＬ２３と、サンプルＳ側に凹面を向けたメニスカスレンズＬ５１と、２枚接合レンズＣＬ２４と、を含んでいる。２枚接合レンズＣＬ２１は、レーザ１１側に凹面を向けたメニスカスレンズＬ４３と、レーザ１１側に凹面を向けたメニスカスレンズＬ４４からなる。３枚接合レンズＣＬ２２は、サンプルＳ側に凹面を向けたメニスカスレンズＬ４５と、両凸レンズＬ４６と、レーザ１１側に凹面を向けたメニスカスレンズＬ４７からなる。３枚接合レンズＣＬ２３は、両凸レンズＬ４８と、レーザ１１側に凹面を向けたメニスカスレンズＬ４９と、レーザ１１側に凹面を向けたメニスカスレンズＬ５０からなる。２枚接合レンズＣＬ２４は、サンプルＳ側に凹面を向けたメニスカスレンズＬ５２と、サンプルＳ側に平面を向けた平凸レンズＬ５３からなる。なお、レンズ１３と対物レンズ１６は、反対向きに置かれた同じ光学系であり、レンズ構成は同じである。

光学系１０ａのレンズデータは、以下のとおりである。なお、レンズデータ中のINFは無限大（∞）を示している。また、以下のレンズデータは、レンズ１３のレーザ１１側にカバーガラスＣＧ１が配置され、対物レンズ１６のサンプルＳ側にカバーガラスＣＧ２が配置されていて、さらに、カバーガラスＣＧ１、カバーガラスＣＧ２の前後に空気以外の媒質が満たされている例を示している。

光学系１０ａ
s r d n1040 νd
1 INF D1 1.34855 57.71
2 INF 0.1700 1.51226 54.41
3 INF 1.7293 1.32576 55.60
4 INF 1.1500 1.44999 67.83
5 -5.9903 5.7088 1.75484 49.60
6 -6.8605 0.4770
7 -36.5263 3.6000 1.56010 71.30
8 -13.6341 1.1825
9 24.2042 4.0000 1.48987 81.14
10 126.6562 1.9000 1.65413 38.15
11 15.1716 9.0000 1.43328 94.93
12 -17.8940 0.5919
13 43.9925 1.9000 1.65413 38.15
14 13.7154 9.6635 1.43327 94.97
15 -12.6287 1.9000 1.72470 52.64
16 -21.8800 0.2700
17 10.9415 10.0246 1.48987 81.14
18 35.2043 2.1621 1.72470 52.64
19 6.0773 5.7728
20 -8.0008 2.2000 1.59791 44.27
21 -15.3052 8.2967
22 -18.6412 2.8000 1.65413 38.15
23 -12.2826 6.3468
24 INF 25.7068
25 110.6634 4.7700 1.47883 70.23
26 -247.3168 3.8700
27 73.6740 3.6000 1.47883 70.23
28 34.7035 96.8048
29 140.8427 8.7000 1.43328 94.93
30 -262.0466 0.7500
31 240.2306 5.5500 1.72470 52.64
32 140.8523 0.0360 1.55050 43.79
33 140.8523 15.1200 1.43328 94.93
34 -425.0160 114.9186
35 INF 114.9186
36 -181.4461 15.1200 1.43328 94.93
37 -165.2374 0.0360 1.55050 43.79
38 -165.2374 5.5500 1.72470 52.64
39 -262.0968 0.7500
40 1074.0239 8.7000 1.43328 94.93
41 -79.7588 96.8048
42 -29.2600 3.6000 1.47883 70.23
43 -42.7144 3.8700
44 213.2307 4.7700 1.47883 70.23
45 -100.7479 30.8636
46 INF 6.3468
47 12.2826 2.8000 1.65413 38.15
48 18.6412 8.2967
49 15.3052 2.2000 1.59791 44.27
50 8.0008 5.7728
51 -6.0773 2.1621 1.72470 52.64
52 -35.2043 10.0246 1.48987 81.14
53 -10.9415 0.2700
54 21.8800 1.9000 1.72470 52.64
55 12.6287 9.6635 1.43327 94.97
56 -13.7154 1.9000 1.65413 38.15
57 -43.9925 0.5919
58 17.8940 9.0000 1.43328 94.93
59 -15.1716 1.9000 1.65413 38.15
60 -126.6562 4.0000 1.48987 81.14
61 -24.2042 1.1825
62 13.6341 3.6000 1.56010 71.30
63 36.5263 0.4770
64 6.8605 5.7088 1.75484 49.60
65 5.9903 1.1500 1.44999 67.83
66 INF 1.7293 1.32576 55.60
67 INF 0.1700 1.51226 54.41
68 INF D68 1.34855 57.71
69 INF 0 1.34855 57.71

ここで、sは面番号を、rは曲率半径(mm)を、dは面間隔(mm)を、n1040は設計波長（1040nm）の光に対する屈折率を、νdはアッベ数を示す。これらの記号は、以降の実施例でも同様である。なお、面番号s1は、走査装置１２とレンズ１３の間の集光位置を示している。面番号s2,s3は、カバーガラスＣＧ１のレーザ１１側、レンズ１３側の表面を示している。面番号s4,s66は、レンズ１３の最もレーザ１１側のレンズ面、対物レンズ１６の最もサンプルＳ側のレンズ面を示している。面番号s67はカバーガラスＣＧ２のレーザ１１側の表面を示している。面番号s68は、カバーガラスＣＧ２のレンズ１３側の表面を示している。面番号s69は、集光位置を示している。設計位置は、面番号s68から0.3mmの位置である。

D1,D68は、面間隔d1,d68の値であり、フォーカス移動によって変化する。集光位置が設計位置から-0.3mmの位置にある図２に示す状態（Zoom1）、集光位置が設計位置にある図３に示す状態（Zoom2）、集光位置が設計位置から0.3mmの位置にある図４に示す状態（Zoom3）におけるD1,D68は、以下のとおりである。
Zoom1 Zoom2 Zoom3
D1 0.58248 0.30000 -0.03317
D68 0.0 0.30000 0.60000

図７から図９は、光学系１０ａの収差図である。図７、図８、図９は、レーザ光を設計位置から-0.3mmの位置、設計位置、設計位置から0.3mmの位置に集光したときの収差図であり、それぞれ、図２、図３、図４に示す状態における収差を示している。図７（ａ）、図８（ａ）、図９（ａ）は球面収差図である。図７（ｂ）、図８（ｂ）、図９（ｂ）は、像面湾曲についての収差図である。図７（ｃ）、図８（ｃ）、図９（ｃ）は像高0.18mmにおけるメリディオナル方向についてのコマ収差図である。図７（ｄ）、図８（ｄ）、図９（ｄ）は、像高0.18mmにおけるサジタル方向についてのコマ収差図である。図７（ｅ）、図８（ｅ）、図９（ｅ）は正弦条件違反を示す図である。図７（ｆ）、図８（ｆ）、図９（ｆ）は、ディストーションについての収差図である。なお、図中の“Ｍ”はメリディオナル成分、“Ｓ”はサジタル成分を示している。“ＮＡＩ”は開口数、“ＦＩＹ”は像高を示している。本実施形態では、図７から図９に示すように、フォーカス移動によらず良好に収差が補正されている。

［第２の実施形態］
本実施形態に係る照明装置は、光学系１０ａの代わりに光学系２０ａを備える点が照明装置１０とは異なる。その他の点は、照明装置１０と同様である。図１０から図１２は、光学系２０ａの断面図である。光学系２０ａは、リレー光学系１４の代わりにリレー光学系２１を備える点が光学系１０ａとは異なる。その他の点は、光学系１０ａと同様である。図１０、図１１、図１２には、設計位置から光軸方向に-0.3mmの位置、設計位置、設計位置から光軸方向に0.3mmの位置に、光を集光したときの光線が描かれている。また、各図には、軸上、最軸外、その中間像高（像高比0.5）に集光する３つの光束についての光線が描かれている。

リレー光学系２１は、走査装置１２が集光位置を移動させることによって対物レンズ１６で生じる収差を補正するように構成されている。また、リレー光学系２１は、球面収差を良好に補正するために、非球面形状のレンズ面を含んでいる。リレー光学系２１と対物レンズ１６は、走査装置１２で集光位置を光軸方向に移動させたときに生じる収差をコンペンセーション方式で補正するように構成されている。

以上のように構成された本実施形態に係る照明装置でも、照明装置１０と同様に、光学性能の劣化を抑制しながらインナーフォーカス方式で高速にフォーカス移動を行うことができる。

リレー光学系２１は、図１０から図１２に示すように、レーザ１１側から順に、両凸レンズＬ１と、両凹レンズＬ２と、両凸レンズＬ３と、接合レンズＣＬ１と、接合レンズＣＬ２と、レーザ１１側に凹面を向けたメニスカスレンズＬ８と、レーザ１１側に凹面を向けたメニスカスレンズＬ９と、両凸レンズＬ１０を含んでいる。接合レンズＣＬ１は、対物レンズ１６側に凹面を向けたメニスカスレンズＬ４と、両凸レンズＬ５からなり、メニスカスレンズＬ４と両凸レンズＬ５の間の隙間を接着剤で満たすことで全体として両凸形状を有する２枚接合レンズである。接合レンズＣＬ２は、レーザ１１側に凹面を向けたメニスカスレンズＬ６と、レーザ１１側に凹面を向けたメニスカスレンズＬ７からなり、メニスカスレンズＬ６とメニスカスレンズＬ７の間の隙間を接着剤で満たすことで全体としてレーザ１１側に凹面を向けたメニスカス形状を有する２枚接合レンズである。なお、両凸レンズＬ５は非球面レンズであり、対物レンズ１６側のレンズ面が非球面である。また、メニスカスレンズＬ６は非球面レンズであり、レーザ１１側のレンズ面が非球面である。

光学系２０ａのレンズデータは、以下のとおりである。なお、面番号の横にある$マークは、その面が非球面であることを示している。また、以下のレンズデータは、レンズ１３のレーザ１１側にカバーガラスＣＧ１が配置され、対物レンズ１６のサンプルＳ側にカバーガラスＣＧ２が配置されていて、さらに、カバーガラスＣＧ１、カバーガラスＣＧ２の前後に空気以外の媒質が満たされている例を示している。

光学系２０ａ
s r d n1040 νd
1 INF D1 1.34855 57.71
2 INF 0.1700 1.51226 54.41
3 INF 1.7293 1.32576 55.60
4 INF 1.1500 1.44999 67.83
5 -5.9903 5.7088 1.75484 49.60
6 -6.8605 0.4770
7 -36.5263 3.6000 1.56010 71.30
8 -13.6341 1.1825
9 24.2042 4.0000 1.48987 81.14
10 126.6562 1.9000 1.65413 38.15
11 15.1716 9.0000 1.43328 94.93
12 -17.8940 0.5919
13 43.9925 1.9000 1.65413 38.15
14 13.7154 9.6635 1.43327 94.97
15 -12.6287 1.9000 1.72470 52.64
16 -21.8800 0.2700
17 0.9415 10.0246 1.48987 81.14
18 35.2043 2.1621 1.72470 52.64
19 6.0773 5.7728
20 -8.0008 2.2000 1.59791 44.27
21 -15.3052 8.2967
22 -18.6412 2.8000 1.65413 38.15
23 -12.2826 6.3468
24 INF 25.7068
25 66.1470 4.7700 1.47883 70.23
26 -169.4502 3.8700
27 -173.9463 3.6000 1.47883 70.23
28 52.2924 96.8048
29 113.8974 8.7000 1.43328 94.93
30 -323.0818 0.7500
31 137.4291 5.5500 1.72470 52.64
32 68.4825 0.0360 1.55050 43.79
33 68.4825 15.1200 1.43328 94.93
34$ -601.1548 114.9186
35 INF 114.9186
36$ -107.5946 15.1200 1.43328 94.93
37 -98.5392 0.0360 1.55050 43.79
38 -98.5392 5.5500 1.72470 52.64
39 -222.5445 0.7500
40 -4.910E+04 8.7000 1.43328 94.93
41 -60.4406 96.8048
42 -47.2068 3.6000 1.47883 70.23
43 -80.0574 3.8700
44 125.7687 4.7700 1.47883 70.23
45 -158.8255 30.8636
46 INF 6.3468
47 12.2826 2.8000 1.65413 38.15
48 18.6412 8.2967
49 15.3052 2.2000 1.59791 44.27
50 8.0008 5.7728
51 -6.0773 2.1621 1.72470 52.64
52 -35.2043 10.0246 1.48987 81.14
53 -10.9415 0.2700
54 21.8800 1.9000 1.72470 52.64
55 12.6287 9.6635 1.43327 94.97
56 -13.7154 1.9000 1.65413 38.15
57 -43.9925 0.5919
58 17.8940 9.0000 1.43328 94.93
59 -15.1716 1.9000 1.65413 38.15
60 -126.6562 4.0000 1.48987 81.14
61 -24.2042 1.1825
62 13.6341 3.6000 1.56010 71.30
63 36.5263 0.4770
64 6.8605 5.7088 1.75484 49.60
65 5.9903 1.1500 1.44999 67.83
66 INF 1.7293 1.32576 55.60
67 INF 0.1700 1.51226 54.41
68 INF D68 1.34855 57.71
69 INF 0.0000 1.34855 57.71

リレー光学系２１の非球面データは、以下のとおりである。ここで、非球面形状は、下式で示される。但し、Zは、非球面の光軸の方向の座標であり、Yは非球面の光軸と直交する方向の座標であり、Kはコーニック定数（円錐定数）であり、rは非球面の近軸における曲率半径であり、AC2,AC4,AC6,AC8,AC10はそれぞれ２次、４次、６次、８次、１０次の非球面係数である。Eは１０のべき乗を表わしている。

第３４面 S34
K=-1.0000, AC2=0.0000E+00, AC4=1.1581E-07
AC6=3.5293E-10, AC8=-3.2466E-12, AC10=4.4282E-15

第３６面 S36
K=-1.0000, AC2=0.0000E+00, AC4=-9.3000E-07
AC6=2.6036E-09, AC8=7.9816E-12, AC10=-3.0799E-14

集光位置が設計位置から-0.3mmの位置にある図１０に示す状態（Zoom1）、集光位置が設計位置にある図１１に示す状態（Zoom2）、集光位置が設計位置から0.3mmの位置にある図１２に示す状態（Zoom3）におけるD1,D68は、以下のとおりである。
Zoom1 Zoom2 Zoom3
D1 0.59371 0.30000 -0.00643
D68 0.0 0.30000 0.60000

図１３から図１５は、光学系２０ａの収差図である。図１３、図１４、図１５は、レーザ光を設計位置から-0.3mmの位置、設計位置、設計位置から0.3mmの位置に集光したときの収差図であり、それぞれ、図１０、図１１、図１２に示す状態における収差を示している。図１３（ａ）、図１４（ａ）、図１５（ａ）は球面収差図である。図１３（ｂ）、図１４（ｂ）、図１５（ｂ）は、像面湾曲についての収差図である。図１３（ｃ）、図１４（ｃ）、図１５（ｃ）は像高0.18mmにおけるメリディオナル方向についてのコマ収差図である。図１３（ｄ）、図１４（ｄ）、図１５（ｄ）は、像高0.18mmにおけるサジタル方向についてのコマ収差図である。図１３（ｅ）、図１４（ｅ）、図１５（ｅ）は正弦条件違反を示す図である。図１３（ｆ）、図１４（ｆ）、図１５（ｆ）は、ディストーションについての収差図である。本実施形態でも、図１３から図１５に示すように、フォーカス移動によらず良好に収差が補正されている。

［第３の実施形態］
図１６は、本実施形態に係る照明装置３０の構成を例示した図である。照明装置３０は、走査装置１２及びレンズ１３の代わりに可変焦点レンズ３１を備える点が、照明装置１０とは異なる。

可変焦点レンズ３１は、対物レンズ１６がサンプルＳに照射するレーザ光の集光位置を対物レンズ１６の光軸方向に移動させる走査装置であり、例えば、電気式チューナブルレンズ（ＥＴＬ）である。可変焦点レンズ３１は、制御装置１８からの制御信号に従ってレンズ形状（曲率）を変更することで、インナーフォーカス方式でレーザ光の集光位置を対物レンズ１６の光軸方向に移動させることができる。

照明装置３０でも、照明装置１０と同様に、光学性能の劣化を抑制しながらインナーフォーカス方式で高速にフォーカス移動を行うことができる。また、可変焦点レンズ３１はレンズ形状を高速に変更することができる。このため、照明装置３０では、照明装置１０よりも更に高速なフォーカス移動が可能である。

［第４の実施形態］
図１７は、本実施形態に係る照明装置４０の構成を例示した図である。照明装置４０は、レーザ１１とリレー光学系１４の間の光路上に、走査装置１２及びレンズ１３の代わりに、偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）４１、λ／４板４２、対物レンズ４３、ミラー４４を備える点が、照明装置１０とは異なる。また、照明装置４０は、リレー光学系１４とミラー１５の間にリレー光学系４５を備える点も、照明装置１０とは異なる。

照明装置４０では、レーザ１１から出射したレーザ光は、ＰＢＳ４１及びλ／４板４２を通過し、対物レンズ４３によりミラー４４に照射される。ミラー４４は、反射面が対物レンズ４３の光軸と直交するように、対物レンズ４３の焦点面近傍に配置されている。ミラー４４で反射したレーザ光は、対物レンズ４３及びλ／４板４２を通過してＰＢＳ４１に入射する。λ／４板４２側からＰＢＳ４１に入射したレーザ光は、レーザ１１側からＰＢＳ４１に入射したときとは偏光方向が９０度異なるため、ＰＢＳ４１で反射しリレー光学系１４へ導かれる。その後、レーザ光は、リレー光学系１４を通過して、リレー光学系４５に入射する。リレー光学系４５では、レーザ光の光束径が対物レンズ１６の瞳径に応じたサイズに調整される。光束径が調整されたレーザ光は、ミラー１５で反射し、対物レンズ１６によってサンプルＳに照射される。

照明装置４０では、対物レンズ４３の光軸方向に移動するミラー４４は、対物レンズ１６がサンプルＳに照射するレーザ光の集光位置を対物レンズ１６の光軸方向に移動させる走査装置である。制御装置１８からの制御信号に従ってミラー４４が対物レンズ４３の光軸方向に移動することで、インナーフォーカス方式でレーザ光の集光位置を対物レンズ１６の光軸方向に移動させることができる。

照明装置４０でも、照明装置１０と同様に、光学性能の劣化を抑制しながらインナーフォーカス方式で高速にフォーカス移動を行うことができる。また、対物レンズ４３の焦点面近傍に配置されたミラー４４は、レンズ１３と比較して小さく軽量であり、高速な移動が可能である。このため、照明装置４０では、照明装置１０よりも更に高速なフォーカス移動が可能である。なお、リレー光学系４５は、省略することもできる。

［第５の実施形態］
図１８は、本実施形態に係る照明装置５０の構成を例示した図である。照明装置５０は、レーザ１１と走査装置１２の間の光路上に、ビームエクスパンダ５１及び走査装置５２を備える点が、照明装置１０とは異なる。

ビームエクスパンダ５１は、走査装置５２に入射するレーザ光の光束径を調整する。ビームエクスパンダ５１は、ビームエクスパンダ５１の一部のレンズが光軸方向に移動自在に配置されていてもよい。その場合、ビームエクスパンダ５１は、対物レンズ１６、ステージ１７と同様に、オフセット手段として機能する。

走査装置５２は、スキャナ５２ａ及びスキャナ５２ｂを備えている。走査装置５２は、対物レンズ１６がサンプルＳに照射するレーザ光の集光位置を対物レンズ１６の光軸と直交する方向に移動させる走査装置であり、制御装置１８からの制御信号に従ってスキャナ５２ａ、スキャナ５２ｂの動作を制御する。スキャナ５２ａ、スキャナ５２ｂは、互いに異なる方向に集光位置を移動させるスキャナであり、例えば、ガルバノミラー、レゾナントスキャナなどである。なお、走査装置５２は、リレー光学系１４よりもレーザ１１側に配置されていればよい。

照明装置５０でも、照明装置１０と同様に、光学性能の劣化を抑制しながらインナーフォーカス方式で高速にフォーカス移動を行うことができる。また、照明装置５０では、制御装置１８が走査装置５２の動作を制御することで、集光位置を光軸方向だけではなく光軸と直交する方向にも移動させることができる。従って、顕微鏡装置等に利用することで、サンプルＳを３次元に走査することができる。

［第６の実施形態］
図１９は、本実施形態に係る照明装置６０の構成を例示した図である。照明装置６０は、複数の対物レンズ（対物レンズ１６、対物レンズ６６）と複数のリレー光学系（リレー光学系１４、リレー光学系６３）を備える点が、照明装置１０とは異なる。また、複数の対物レンズを切り替えるためのレボルバー６５を備える点も、照明装置１０とは異なる。

レボルバー６５は、複数の対物レンズから１つの対物レンズを光路上に選択的に配置する対物レンズ切替装置である。レボルバー６５は、制御装置１８からの制御信号によって切替が行われるように構成されてもよい。

複数のリレー光学系は、互いに異なる対物レンズで生じる収差を補正するように構成されている。リレー光学系６３は、走査装置１２が集光位置を移動させることによって対物レンズ６６で生じる収差を、補正するように構成されている。リレー光学系６３と対物レンズ６６は、走査装置１２で集光位置を光軸方向に移動させたときに生じる収差をコンペンセーション方式で補正するように構成されている。

照明装置６０では、対物レンズ１６を光路上に配置したときには、ミラー６１が光路から取り除かれる。これにより、レーザ光がリレー光学系１４に導かれ、さらに、ミラー１５を介して対物レンズ１６に導かれる。一方、対物レンズ６６を光路上に配置したときには、ミラー６１が光路に挿入され、ミラー１５が光路から取り除かれる。これにより、ミラー６１及びミラー６２を介して、レーザ光がリレー光学系６３に導かれ、さらに、ミラー６４を介して対物レンズ６６に導かれる。このように、照明装置６０では、ミラー６１及びミラー１５は、対物レンズに応じたリレー光学系に光を導く光路切替手段として機能する。

照明装置６０でも、照明装置１０と同様に、光学性能の劣化を抑制しながらインナーフォーカス方式で高速にフォーカス移動を行うことができる。また、照明装置６０では、対物レンズ毎にリレー光学系を設けることで、対物レンズを選択的に使用する場合であっても、光学性能の劣化を抑制しながら高速にフォーカス移動を行うことができる。

［第７の実施形態］
図２０は、本実施形態に係る２光子励起顕微鏡１００の構成を例示した図である。２光子励起顕微鏡１００は、インナーフォーカス方式でフォーカス移動を行う照明装置を備える顕微鏡装置である。２光子励起顕微鏡１００は、図２０に示すように、顕微鏡本体１００ａと、演算装置１０６と、表示装置１０７を備える。

顕微鏡本体１００ａは、照明装置５０に類似する照明装置を備えている。顕微鏡本体１００ａが有する照明装置は、ミラー１５の代わりにダイクロイックミラー１０１を備える点が、照明装置５０とは異なる。ダイクロイックミラー１０１は、レーザ光を反射させ、蛍光を透過させる特性を有している。なお、レーザ１１には、例えば、超短パルスレーザが用いられる。

顕微鏡本体１００ａは、さらに、レンズ１０２と、バリアフィルタ１０３と、光検出器１０４を備えている。レンズ１０２は、対物レンズ１６の瞳を光検出器１０４近傍に投影する投影レンズである。バリアフィルタ１０３は、レーザ光を遮断し蛍光を透過させる光学フィルタである。光検出器１０４は、例えば、光電子増倍管(Photomultiplier Tube)である。

２光子励起顕微鏡１００では、サンプルＳに照射されたレーザ光の集光位置で蛍光物質が励起され、蛍光が発生する。集光位置から生じた蛍光は、対物レンズ１６より収集されて、ダイクロイックミラー１０１に導かれる。ダイクロイックミラー１０１に入射した蛍光は、ダイクロイックミラー１０１を透過し、レンズ１０２及びバリアフィルタ１０３を介して光検出器１０４へ入射する。これにより、集光位置から生じた蛍光が光検出器１０４で検出され、電気信号に変換される。

制御装置１８は、光検出器１０４及び走査装置５２からの信号に基づいて２次元画像データを生成し、演算装置１０６を出力する。演算装置１０６は、例えば、標準的なコンピュータである。演算装置１０６は、制御装置１８から取得した複数の２次元画像データに基づいて３次元画像データを生成する。表示装置１０７は、例えば、液晶ディスプレイ、有機ＥＬ（Organic Electro-Luminescence）ディスプレイなどである。表示装置１０７は、演算装置１０６からの画像信号に基づいて、サンプルＳの２次元画像又は３次元画像を表示する。

２光子励起顕微鏡１００によっても、照明装置１０と同様に、光学性能の劣化を抑制しながらインナーフォーカス方式で高速にフォーカス移動を行うことができる。このため、高い光子密度が要求される２光子励起現象を任意の集光位置で生じさせて、サンプルＳを３次元に走査することができる。また、短い時間（例えば、ミリ秒のオーダー）で消えてしまう生体反応を高い分解能で捉えることができる。従って、生体組織の観察に好適である。

［第８の実施形態］
図２１は、本実施形態に係る２光子励起顕微鏡２００の構成を例示した図である。２光子励起顕微鏡２００は、２光子励起顕微鏡１００と同様に、インナーフォーカス方式でフォーカス移動を行う照明装置を備える顕微鏡装置である。２光子励起顕微鏡２００は、顕微鏡本体１００ａの代わりに顕微鏡本体２００ａを備える点が、２光子励起顕微鏡１００とは異なる。

顕微鏡本体２００ａは、２光子励起顕微鏡の一般的な構成にインナーフォーカシングのための構成２００ｂ（図２１の網掛け部分）を追加したものである。構成２００ｂには、ダイクロイックミラー２０２及びダイクロイックミラー２０４が含まれる。第１の光学素子であるダイクロイックミラー２０２及び第２の光学素子であるダイクロイックミラー２０４は、レーザ光を反射させ蛍光を透過させる光学特性を有する。ダイクロイックミラー２０２及びダイクロイックミラー２０４は、対物レンズ１６と光検出器１０４の間に、レーザ光が通る第１の光路と、蛍光が通る第２の光路を形成する。なお、第１の光路は、ダイクロイックミラー２０２で反射したレーザ光が通る光路であり、リレー光学系１４は第１の光路上に配置されている。第２の光路は、第１の光路よりも光路長が短い光路であり、ダイクロイックミラー２０４を透過した蛍光が通る光路である。構成２００ｂは、ダイクロイックミラー２０２及びダイクロイックミラー２０４を対物レンズと光検出器１０４の間の光路に対する挿脱する、例えば、ターレットなどの挿脱装置２０２ａ、挿脱装置２０４ａを含むことが望ましい。

２光子励起顕微鏡２００ｂでは、対物レンズ１６を光路上に配置したときには、ダイクロイックミラー２０２及びダイクロイックミラー２０４が光路に挿入される。これにより、ダイクロイックミラー１０１を透過したレーザ光が、ダイクロイックミラー２０２を介して、走査装置１２、レンズ１３、ミラー２０５、ミラー２０６、リレー光学系１４に導かれ、さらに、ダイクロイックミラー２０４を介して対物レンズ１６に導かれる。また、サンプルＳから生じた蛍光は、ダイクロイックミラー２０４を透過し、リレー光学系２０３に入射する。その後、ダイクロイックミラー２０２を透過した蛍光は、ダイクロイックミラー１０１で反射し、レンズ１０２及びバリアフィルタ１０３を介して光検出器１０４で検出される。

一方で、レボルバー２０７を回転させて対物レンズ２０８を光路上に配置したときには、ダイクロイックミラー２０２及びダイクロイックミラー２０４が光路から取り除かれる。これにより、ダイクロイックミラー１０１を透過したレーザ光はリレー光学系２０３を介して対物レンズ２０８に導かれる。また、サンプルＳから生じた蛍光は、対物レンズ２０８を介して、リレー光学系２０３に入射する。その後、ダイクロイックミラー１０１で反射し、レンズ１０２及びバリアフィルタ１０３を介して光検出器１０４で検出される。

２光子励起顕微鏡１００によっても、対物レンズ１６を使用するときには、２光子励起顕微鏡１００と同様に、光学性能の劣化を抑制しながらインナーフォーカス方式で高速にフォーカス移動を行うことができる。さらに、蛍光が通るサンプルＳから光検出器１０４までの光路長を２光子励起顕微鏡１００の場合よりも短くすることができる。このため、２光子励起顕微鏡１００よりも高い検出効率で蛍光を検出することができる。さらに、対物レンズ１６以外の対物レンズを使用するときには、一般的な構成で２光子励起顕微鏡２００を使用することできる。

なお、本実施形態では、リレー光学系１４に対応する対物レンズ１６が使用されない場合にダイクロイックミラー２０２及びダイクロイックミラー２０４を光路から取り除く例を示したが、対物レンズ１６が使用される場合に取り除いてもよい。例えば、高速なフォーカス移動を重視する場合にダイクロイックミラー２０２及びダイクロイックミラー２０４を光路に挿入し、照明強度を重視する場合にダイクロイックミラー２０２及びダイクロイックミラー２０４を光路から取り除いても良い。

［第９の実施形態］
図２２は、本実施形態に係るレーザ走査型共焦点顕微鏡３００の構成を例示した図である。レーザ走査型共焦点顕微鏡３００は、インナーフォーカス方式でフォーカス移動を行う照明装置を備える顕微鏡装置である。レーザ走査型共焦点顕微鏡３００は、図２２に示すように、顕微鏡本体３００ａと、演算装置１０６と、表示装置１０７を備える。

顕微鏡本体３００ａは、照明装置５０に類似する照明装置を備えている。顕微鏡本体３００ａが有する照明装置は、ビームエクスパンダ５１と走査装置５２の間にダイクロイックミラー１０１を備えている点が、照明装置５０とは異なる。ダイクロイックミラー１０１は、レーザ光を透過させ、蛍光を反射させる特性を有している。なお、レーザ１１には、例えば、可視レーザが用いられる。

顕微鏡本体３００ａは、さらに、レンズ３０１と、共焦点絞り３０２と、バリアフィルタ３０３と、光検出器３０４を備えている。共焦点絞り３０２は、ピンホールがレンズ３０１の焦点位置に位置するように配置されている。バリアフィルタ３０３は、レーザ光を遮断し蛍光を透過させる光学フィルタである。光検出器３０４は、例えば、光電子増倍管(Photomultiplier Tube)である。

レーザ走査型共焦点顕微鏡３００では、サンプルＳに照射されたレーザ光の集光位置で蛍光物質が励起され、蛍光が発生する。サンプルＳから生じた蛍光は、レーザ光と同じ光路を反対方向に進行し、ダイクロイックミラー１０１で反射される。サンプルＳの集光位置以外で生じた蛍光は、共焦点絞り３０２に遮断される。一方、集光位置から生じた蛍光は、レンズ３０１により共焦点絞り３０２のピンホール上に集光し、バリアフィルタ３０３を通過して光検出器３０４で検出される。

制御装置１８は、光検出器３０４及び走査装置５２からの信号に基づいて２次元画像データを生成し、演算装置１０６を出力する。演算装置１０６は、制御装置１８から取得した複数の２次元画像データに基づいて３次元画像データを生成する。表示装置１０７は、演算装置１０６からの画像信号に基づいて、サンプルＳの２次元画像又は３次元画像を表示する。

レーザ走査型共焦点顕微鏡３００によっても、光学性能の劣化を抑制しながらインナーフォーカス方式で高速にフォーカス移動を行うことができる。このため、サンプルＳを３次元に走査して、３次元像を構築することができる。

［第１０の実施形態］
図２３は、本実施形態に係るディスク走査型共焦点顕微鏡４００の構成を例示した図である。共焦点顕微鏡の一種であるディスク走査型共焦点顕微鏡４００は、インナーフォーカス方式でフォーカス移動を行う照明装置を備える顕微鏡装置である。ディスク走査型共焦点顕微鏡４００は、図２３に示すように、顕微鏡本体４００ａと、演算装置１０６と、表示装置１０７を備える。

顕微鏡本体４００ａの照明装置は、走査装置１２、レンズ１３、リレー光学系１４、ミラー１５、対物レンズ１６を備える点は、照明装置１０と同様である。顕微鏡本体４００ａの照明装置は、さらに、光源４０１、レンズ４０２、ダイクロイックミラー４０３、コンフォーカルディスク４０４、結像レンズ４０５、ミラー４０６を備える。光源４０１は、例えば、キセノンランプなどである。レンズ４０２は、光源４０１からの光をコンフォーカルディスク４０４上に集光する。コンフォーカルディスク４０４は、スリット又はピンホールが形成された回転ディスクである。顕微鏡本体４００ａは、さらに、リレー光学系４０７と、撮像装置４０８を備えている。撮像装置４０８は、例えば、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）カメラである。ディスク走査型共焦点顕微鏡４００では、コンフォーカルディスク４０４がレーザ走査型共焦点顕微鏡３００の共焦点絞り３０２と走査装置５２の役割を担っている。

制御装置１８は、撮像装置４０８から取得した複数の２次元画像データに基づいて３次元画像データを生成する。表示装置１０７は、演算装置１０６からの画像信号に基づいて、サンプルＳの２次元画像又は３次元画像を表示する。

ディスク走査型共焦点顕微鏡４００によっても、光学性能の劣化を抑制しながらインナーフォーカス方式で高速にフォーカス移動を行うことができる。このため、サンプルＳを３次元に走査して、３次元像を構築することができる。

上述した実施形態は、発明の理解を容易にするための具体例を示したものであり、本発明の実施形態はこれらに限定されるものではない。照明装置、及び、顕微鏡装置は、特許請求の範囲の記載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。

例えば、第１の実施形態から第６の実施形態に記載の照明装置のうちの任意の照明装置を、２光子励起顕微鏡に採用しても良く、２光子励起顕微鏡以外の多光子励起顕微鏡に採用しても良い。また、第１の光学素子と第２の光学素子は、蛍光の光路が短くなる限り、レーザ光を透過させ蛍光を反射させる光学特性を有してもよい。

１０、３０、４０、５０、６０・・・照明装置、１０ａ、２０ａ・・・光学系、１１・・・レーザ、１２、５２・・・走査装置、１３、１０２、３０１、４０２・・・レンズ、１４、２１、４５、６３、２０３、４０７・・・リレー光学系、１５、４４、６１、６２、６４、２０１、２０５、２０６、４０６・・・ミラー、１６、４３、６６、２０８・・・対物レンズ、１７・・・ステージ、１８・・・制御装置、３１・・・可変焦点レンズ、４１・・・ＰＢＳ、４２・・・λ／４板、５１・・・ビームエクスパンダ、５２ａ、５２ｂ・・・スキャナ、６５、２０７・・・レボルバー、１００、２００・・・２光子励起顕微鏡、１００ａ、２００ａ、３００ａ、４００ａ・・・顕微鏡本体、１０１、２０２、２０４、４０３・・・ダイクロイックミラー、１０３、３０３・・・バリアフィルタ、１０４、３０４・・・光検出器、１０６・・・演算装置、１０７・・・表示装置、２００ｂ・・・構成、２０２ａ、２０４ａ・・・挿脱装置、３００・・・レーザ走査型共焦点顕微鏡、３０２・・・共焦点絞り、４００・・・ディスク走査型共焦点顕微鏡、４０１・・・光源、４０４・・・コンフォーカルディスク、４０５・・・結像レンズ、４０８・・・撮像装置、Ｓ・・・サンプル

Claims

光源からの光をサンプルに照射する対物レンズと、
前記対物レンズが前記サンプルに照射する光の集光位置を前記対物レンズの光軸方向に移動させる第１の走査装置と、
前記第１の走査装置と前記対物レンズの間の光路上に配置され、前記第１の走査装置が前記集光位置を移動させることによって前記対物レンズで生じる収差を補正するように構成されたリレー光学系と、を備え、
前記リレー光学系は、前記第１の走査装置により前記集光位置を移動させた時に前記対物レンズにおいて生じる集光位置に応じた収差が前記サンプル上において補正されるように、前記対物レンズにおいて生じる収差とは反対方向に収差を発生させる
ことを特徴とする照明装置。
請求項１に記載の照明装置において、さらに、
前記光の波長の切替に伴う前記集光位置の移動をオフセットするオフセット手段を備えることを特徴とする照明装置。
請求項２に記載の照明装置において、さらに、
前記光の波長に応じて前記オフセット手段を制御する制御装置を備える
ことを特徴とする照明装置。
請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の照明装置において、
前記リレー光学系は、非球面形状のレンズ面を含む
ことを特徴とする照明装置。
請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の照明装置において、さらに、
前記対物レンズを含む複数の対物レンズから１つの対物レンズを前記光の光路上に選択的に配置する対物レンズ切替手段と、
前記リレー光学系を含む複数のリレー光学系であって、各々が異なる対物レンズで生じる収差を補正するように構成された複数のリレー光学系と、
前記対物レンズ切替手段が前記光の光路上に配置した対物レンズに応じたリレー光学系に前記光を導く光路切替手段と、を備える
ことを特徴とする照明装置。
請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の照明装置を備える
ことを特徴とする顕微鏡装置。
請求項６に記載の顕微鏡装置において、
前記照明装置は、前記リレー光学系の前記光源側に配置された、前記集光位置を前記対物レンズの光軸方向と直交する方向に移動させる第２の走査装置を備える
ことを特徴とする顕微鏡装置。
請求項７に記載の顕微鏡装置において、さらに、
前記集光位置から生じた蛍光を検出する光検出器を備え、
前記照明装置は、超短パルスレーザを含む前記光源を備え、
前記顕微鏡装置は、２光子励起顕微鏡である
ことを特徴とする顕微鏡装置。
請求項８に記載の顕微鏡装置において、さらに、
前記光又は前記蛍光の一方を反射させ他方を透過させる光学特性を有する、第１の光学素子及び第２の光学素子を備え、
前記第１の光学素子及び前記第２の光学素子は、前記対物レンズと前記光検出器の間に、前記光が通る第１の光路と、前記第１の光路よりも光路長が短い前記蛍光が通る第２の光路と、を形成し、
前記リレー光学系は、前記第１の光路上に配置される
ことを特徴とする顕微鏡装置。
請求項９に記載の顕微鏡装置において、さらに、
前記第１の光学素子及び前記第２の光学素子を、前記対物レンズと前記光検出器の間の光路に対して挿脱する挿脱手段を備える
ことを特徴とする顕微鏡装置。
請求項７に記載の顕微鏡装置において、
前記顕微鏡装置は、共焦点顕微鏡である
ことを特徴とする顕微鏡装置。
請求項１１に記載の顕微鏡装置において、
前記顕微鏡装置は、ディスク走査型顕微鏡である
ことを特徴とする顕微鏡装置。