JP2016091006A - シート照明顕微鏡、及び、シート照明方法 - Google Patents

Abstract

【課題】標本の褪色を抑制するとともに、観察の対象領域が広い場合でも適度な光量で照明するシート照明顕微鏡を提供する。【解決手段】顕微鏡装置１は、互いに光軸が直交する照明光学系１６と検出光学系２０を備えている。照明光学系１６は、シリンドリカルレンズ１５とガルバノミラー１３を備えている。シリンドリカルレンズ１５は、検出光学系２０の光軸に直交するｘ軸方向に進む照明光束であって、標本Ｓにおいてｙ軸方向に幅を有するシート状の照明光束を形成するための第１の光学素子である。ガルバノミラー１３は、シート状の照明光束で標本Ｓをｙ方向に相対的に走査する。【選択図】図１

Description

本発明は、標本にシート状の照明光束を照射するシート照明顕微鏡及びシート照明方法に関する。

蛍光顕微鏡の分野では、高解像度を有する３次元の画像を得るため、検出光学系の光軸に直交する方向から標本にレーザ光を照射する技術が知られている。このような技術は、例えば、特許文献１及び特許文献２に記載されている。

特許文献１の図１には、シリンドリカルレンズにより形成された光ストリップを標本に照射することで、標本に面状の光を照射し、標本を回転させて３次元画像を取得する技術が記載されている。また、図７には、ビーム変向ユニットによって標本に対して照明光路を相対的に動かすことで、照明軸線に関して回転対称なレンズにより形成された直線的な光で標本を走査することにより画像を取得する技術が記載されている。

特許文献２の図２には、集光光学系により標本上に生成された励起光のラインフォーカスを、スキャナでビームの方向と垂直な方向にシフトさせる技術が記載されている。なお、特許文献２の図２に示されるラインフォーカスは、ビームの方向に沿って形成されている。

特開２０１１−２１５６４４号公報 国際公開第２０１１／１２０６２９号

特許文献１の図１に記載された技術では、光ストリップが形成される面状の領域よりも観察の対象領域が広い場合には、対象領域に合わせて光ストリップの幅を広げる必要がある。それにより、対象領域の単位面積当たりに照射される照明光の光量が減る。このため、適度な光量が得られず、光源の高出力化等が必要となる。

また、特許文献１の図７及び特許文献２の図２に記載された技術では、励起光が標本中では励起光の光軸上に線状に収束する。このため、特許文献１の図１に記載された技術に比べて、励起光の単位面積当たりの強度が強くなり標本に大きなダメージが加わってしまうため、標本の褪色が進みやすい。

以上のような実情を踏まえ、本発明は、標本の褪色を抑制するとともに、観察の対象領域が広い場合でも適度な光量で照明する技術を提供することを目的とする。

本発明の一態様は、検出光学系と、前記検出光学系の光軸に直交する第１の方向に進む照明光束であって、標本において前記検出光学系の光軸と前記第１の方向の両方に直交する第２の方向に幅を有するシート状の照明光束を形成するための第１の光学素子と、前記シート状の照明光束で前記標本を前記第２の方向に相対的に走査する走査手段と、を含む照明光学系と、を備えるシート照明顕微鏡を提供する。

本発明の別の態様は、検出光学系の光軸に直交する第１の方向に進む照明光束であって、標本において前記検出光学系の光軸と前記第１の方向の両方に直交する第２の方向に幅を有するシート状の照明光束を形成し、前記シート状の照明光束で前記標本を前記第２の方向に相対的に走査するシート照明方法を提供する。

本発明によれば、標本の褪色を抑制するとともに、観察の対象領域が広い場合でも適度な光量で照明する技術を提供することができる。

本発明の実施例１に係る顕微鏡装置の構成を例示した図である。 本発明の実施例１に係るシート照明装置の変形例の構成を例示した図である。 本発明の実施例２に係るシート照明装置の構成を例示した図である。 本発明の実施例２に係るシート照明装置の変形例の構成を例示した図である。 本発明の実施例２に係るシート照明装置の他の変形例の構成を例示した図である。 本発明の実施例３に係るシート照明装置の構成を例示した図である。 本発明の実施例４に係るシート照明装置の構成を例示した図である。 本発明の実施例５に係るシート照明装置の構成を例示した図である。 本発明の実施例６に係るシート照明装置の構成を例示した図である。

［実施例１］
図１は、本実施例に係る顕微鏡装置１の構成を例示した図である。顕微鏡装置１は、例えば、生体標本からの蛍光を検出する蛍光顕微鏡である。顕微鏡装置１は、標本Ｓにシート状の照明光束を照射するシート照明装置１０を備えるシート照明顕微鏡である。顕微鏡装置１は、さらに、シート状の照明光束の進行方向に直交する光軸を有する検出光学系２０と、検出光学系２０を介して入射する光を検出して標本Ｓの画像を取得する撮像装置である検出器３０を備えている。

検出光学系２０は、対物レンズ２１と結像レンズ２２を備えている。検出器３０は、２次元の撮像素子を備えた撮像装置である。検出器３０は、撮像素子として、例えば、ＣＣＤやＣＭＯＳ等を備え、標本の画像信号を出力する。検出器３０は、結像レンズ２２の焦点位置に配置されている。顕微鏡装置１は、さらに、図示しない撮像の露光時間を制御する制御装置を備えている。シート状の照明光束は、走査なしでは撮像素子によって撮像される標本Ｓの撮像領域の一部のみを照明する。このため、走査なしで取得される画像は、撮像領域の一部分の画像となる。ただし、少なくとも１回の標本全体にわたる走査を行うことにより撮像領域の全面が照明される。制御装置は、撮像領域の全面が走査され、且つ、信号の積算により（即ち、走査期間中に撮像領域に照射された照明光束により）撮像素子によって撮像領域全面が撮像可能となる時間に、露光時間を制御する。これにより、標本の画像データが生成される。

また、顕微鏡装置１は、標本Sを検出光学系２０の光軸方向に移動させる、図示しないZ軸駆動機構を備えている。

図１（ａ）には、顕微鏡装置１を側方から見たときの構成が例示されている。図１（ｂ）には、顕微鏡装置１を上方から見たときの構成が例示されている。ただし、図１（ｂ）では、検出光学系２０及び検出器３０は省略されている。図１（ａ）及び図１（ｂ）に示すｘｙｚ座標系は、明細書における方向参照の便宜のために定義した直交座標系である。標本Ｓに照射される照明光束の進行方向（照明光学系１６の射出側の光軸方向）はｘ軸方向として、標本Ｓに照射されるシート状の照明光束の幅方向はｙ軸方向として、検出光学系２０の光軸方向はｚ軸方向として、定義されている。

シート照明装置１０は、光源１１と、シート状の照明光束を形成する照明光学系１６を備えている。光源１１は、例えば、レーザ光源である。光源１１は、コリメートされたレーザ光を照明光学系１６に向けて出射するように構成されている。照明光学系１６は、シート状の照明光束で標本Ｓを走査するためのガルバノミラー１３を備えている。

照明光学系１６は、さらに、シリンドリカルレンズ１５を備え、平行光束からシート状の照明光束を形成する光学系である。ここで、シート状とは、互いに直交する２方向のうちの一方向に厚くもう一方向に薄い形状をいう。シリンドリカルレンズ１５は、照明光学系１６の光軸（ｘ軸方向）と検出光学系２０の光軸（ｚ軸方向）とからなる平面内（x-z平面内）で屈折力を有し、照明光学系１６の光軸（ｘ軸方向）とシート状の照明光束の幅方向（ｙ軸方向）からなる平面内（x-y平面内）で屈折力を有しない光学素子（第１の光学素子）である。

照明光学系１６は、より詳細には、光源１１側から順に、第１の光学系（レンズ１２）と、ガルバノミラー１３と、第２の光学系１７（レンズ１４及びシリンドリカルレンズ１５）から構成されている。

シート照明装置１０において、第１の光学系は、光源１１からの光をガルバノミラー１３上にスポット状に集光させる光学系であり、ガルバノミラー１３は、x-y平面内で標本Ｓを走査するための回動軸と、回動軸を中心に回動する反射面を有している。第２の光学系１７は、ガルバノミラー１３側から順に、ガルバノミラー１３上に前側焦点位置を有するレンズ１４（第２の光学素子）と、シリンドリカルレンズ１５と、を備えている。つまり、第２の光学系１７は、最もガルバノミラー１３側に、レンズ１４を含んでいる。

なお、ガルバノミラー１３の回動軸は、ガルバノミラー１３の反射面またはその近傍にあり、第１の光学系は、ガルバノミラー１３の略回動軸の位置に集光させるよう構成されていることが望ましい。また、レンズ１４はガルバノミラー１３の略回動軸の位置に前側焦点位置を有するように構成されることが望ましい。また、レンズ１４（第２の光学素子）を適宜焦点距離の異なるものに交換し、ガルバノミラー１３上に前側焦点位置を有するように配置できるようにしてもよい。

照明光学系１６では、照明光束は、レンズ１２によりガルバノミラー１３上に集光し、その後、レンズ１４により平行光束に変換されて、シリンドリカルレンズ１５に入射する。さらに、照明光束は、シリンドリカルレンズ１５により、図１（ａ）に示すように、シリンドリカルレンズ１５が屈折力を有するｘ-ｚ平面内で集光する。一方、照明光束は、図１（ｂ）に示すように、シリンドリカルレンズ１５が屈折力を有しないx-ｙ平面内で集光しない。即ち、シリンドリカルレンズ１５は、検出光学系２０の光軸（ｚ軸方向）に直交するｘ軸方向に進む照明光束であって、標本Ｓにおいて検出光学系２０の光軸（ｚ軸方向）とｘ軸方向の両方に直交するｙ軸方向に幅を有するシート状の照明光束を形成するための光学素子として機能する。従って、照明光束は、照明光学系１６により、原理的には照明光学系１６の光軸方向（ｘ軸方向）に直交するｙ軸方向と平行な直線状に集光する照明光束となる。しかしながら、実際は集光位置では、収束光の開口数で決まる解像限界を持ちX軸方向に焦点深度を持つので、照明光束は、直線状に集光しない。このため、照明光学系１６は、ｘ軸方向に所定の長さを有し、ほぼ一定のz軸方向の厚さを有し、ｙ軸方向に幅を有するシート状の照明光束を形成する、ように構成されている。

ガルバノミラー１３は、照明光学系１６が形成したシート状の照明光束で、標本Ｓをｙ軸方向に走査する走査手段である。ガルバノミラー１３は、回動軸がｚ軸方向と平行となるように配置されている。

以上のように構成されたシート照明顕微鏡１では、ガルバノミラー１３が回動軸を中心に反射面を回動して照明光束の偏向方向を変化させることで、照明光学系１６が形成したシート状の照明光束で標本Ｓを走査することができる。このため、シート照明顕微鏡１によれば、標本の褪色を抑制するとともに、観察の対象領域に適度な光量で照明することができる。

さらに、シート照明顕微鏡１では、照明光束はガルバノミラー１３上に集光し、且つ、レンズ１４の前側焦点位置がガルバノミラー１３上に位置する。このため、照明光束は、ガルバノミラー１３の回動角度によらず、レンズ１４により照明光学系１６の光軸と平行な平行光束に変換される。図１（ｂ）の実線で示される光束と破線で示される光束は、ガルバノミラー１３によって異なる方向に偏向された照明光束を示している。従って、シリンドリカルレンズ１５には、ガルバノミラー１３の回動角度によらず、一定の角度で照明光束が入射する。換言すると、シリンドリカルレンズ１５は、ガルバノミラー１３が標本Ｓを走査する際に一定の角度で照明光束が入射する位置に配置されている。これにより、図１（ｂ）に示すように、照明光束が標本Ｓに入射する角度を変化させることなく、ガルバノミラー１３により照明光束を照明光学系１６の光軸方向と直交するy軸方向に平行移動させることができる。

以上のようにして、シート状の照明光束を走査することで、撮像素子により目的の撮像領域の2次元像を得ることができる。標本ＳをZ軸駆動機構により検出光学系の光軸方向に動かして2次元像を次々に取得することで、標本Ｓの３次元画像を得ることができる。

図１では、シート照明装置１０は、走査手段としてガルバノミラー１３を備えているが、走査手段はガルバノミラー１３に限られない。また、シート照明装置１０は、単一の照明光路を有しているが、顕微鏡装置１は、シート照明装置１０の代わりに、複数の照明光路を有するシート照明装置を備えてもよい。例えば、顕微鏡装置１は、図２に例示されるような、２つの照明光路を有するシート照明装置４０を備え、２つの照明光路から交互に標本Ｓを照明するようにしてもよい。なお、シート照明装置４０は、標本Ｓが配置される位置の両側に、それぞれシート照明装置１０と同様の構成を設けたものである。

［実施例２］
図３は、本実施例に係るシート照明装置５０の構成を例示した図である。なお、本実施例に係る顕微鏡装置は、シート照明顕微鏡であり、顕微鏡装置１のシート照明装置１０の代わりにシート照明装置５０を含む点を除き、顕微鏡装置１と同様である。このため、本実施例に係る顕微鏡装置についての詳細な説明は割愛する。

シート照明装置５０は、照明光学系１６の代わりに照明光学系５３を備えている点が、シート照明装置１０と異なっている。その他の点は、シート照明装置１０と同様である。

照明光学系５３は、第１の光学系と第２の光学系とガルバノミラー１３から構成される点は、照明光学系１６と同様である。ただし、照明光学系５３は、第１の光学系としてレンズ１２の代わりにシリンドリカルレンズ５１（第１の光学素子）を備え、第２の光学系としてレンズ１４及びシリンドリカルレンズ１５の代わりに集光レンズ５２（第２の光学素子）を備える点が、照明光学系１６と異なっている。

第１の光学系であるシリンドリカルレンズ５１は、ｘ-ｙ平面内で屈折力を有し、ｘ-ｚ平面内で屈折力を有しない光学素子である。シリンドリカルレンズ５１は、光源１１からの平行光束を、ガルバノミラー１３上に回動軸と平行な直線状に集光させる。

第２の光学系である集光レンズ５２は、ガルバノミラー１３上に前側焦点位置を有するように配置されている。ガルバノミラー１３上に直線状に集光した照明光束は、集光レンズ５２により、図３（ａ）に示すように、ガルバノミラー１３上で集光していない、x-ｚ平面で見た光束については標本上に集光する。一方、図３（ｂ）に示すように、ガルバノミラー１３上で集光している、x-ｙ平面で見た光束についてはコリメートされる。即ち、照明光学系５３は、照明光学系１６と同様に、x-z平面内で集光する照明光束であって、ｙ軸方向に幅を有するシート状の照明光束を形成する、ように構成されている。

なお、ガルバノミラー１３の回動軸は、ガルバノミラー１３の反射面またはその近傍にあることが望ましい。また、シリンドリカルレンズ５１（第１の光学系）は、ガルバノミラー１３の略回動軸の位置に光源１１からの照明光束を直線状に集光させて、直線状の照明光束の位置とガルバノミラー１３の略回動軸の位置とが一致するよう構成されていることが望ましい。また、レンズ５２はガルバノミラー１３の略回動軸の位置に前側焦点位置を有するように構成されることが望ましい。

以上のように構成された本実施例に係るシート照明装置５０及び顕微鏡装置によっても、シート照明装置１０及び顕微鏡システム１と同様の効果を得ることができる。さらに、シート照明装置５０によれば、シート照明装置１０によりも少ない光学素子で照明光学系を構成することができる。

なお、本実施例に係るシート照明装置５０及び顕微鏡装置でも、シート照明装置１０及び顕微鏡システム１と同様に種々の変形が可能である。また、シート照明装置５０は、単一の照明光路を有しているが、本実施例に係る顕微鏡装置は、シート照明装置５０の代わりに、図４に例示されるような、複数の照明光路を有するシート照明装置６０を備え、２つの照明光路から交互に標本Ｓを照明するようにしてもよい。なお、シート照明装置６０は、標本Ｓが配置される位置の両側に、それぞれシート照明装置５０と同様の構成を設けたものである。

また、シート照明装置５０は、第１の光学素子としてシリンドリカルレンズ５１を備えているが、第１の光学素子は、光軸に直交する一方向に屈折力を有し、その一方向と光軸との両方に直交する方向に屈折力を有しない光学素子であればよく、シリンドリカルレンズ５１に限られない。本実施例に係る顕微鏡装置は、シート照明装置５０の代わりに、図５に例示されるような、第１の光学素子としてパウエルレンズ７１を備えるシート照明装置７０を備えてもよい。シート照明装置７０は、照明光学系５３の代わりに照明光学系７４を備える点が、シート照明装置５０とは異なっている。また、照明光学系７４は、第１の光学系７５として、シリンドリカルレンズ５１の代わりにパウエルレンズ７１、リレーレンズ７２及びリレーレンズ７３を備える点が、照明光学系５３とは異なっている。なお、パウエルレンズ７１は、光軸に直交する一方向に屈折力を有し、その一方向と光軸との両方に直交する方向に屈折力を有しない点は、シリンドリカルレンズ５１と同様である。ただし、シリンドリカルレンズ５１が屈折力を有する一方向について収斂する光束を形成するのに対して、パウエルレンズ７１は屈折力を有する一方向について発散する光束を形成するという点で、パウエルレンズ７１はシリンドリカルレンズ５１とは異なっている。

［実施例３］
図６は、本実施例に係るシート照明装置８０の構成を例示した図である。なお、本実施例に係る顕微鏡装置は、シート照明顕微鏡であり、顕微鏡装置１のシート照明装置１０の代わりにシート照明装置８０を含む点を除き、顕微鏡装置１と同様である。このため、本実施例に係る顕微鏡装置についての詳細な説明は割愛する。

シート照明装置８０は、標本Ｓ側から第２の光学系１７に無限遠光束が入射した場合にその無限遠光束が集光する面、即ち、第１の光学素子であるシリンドリカルレンズ１５の前側焦点面に、瞳変調素子１８を備えている点が、シート照明装置１０と異なっている。その他の点は、シート照明装置１０と同様である。なお、シリンドリカルレンズ１５の前側焦点面とは、標本Ｓ側からシリンドリカルレンズ１５に無限遠光束を入射させたときに、光束が直線状に集光する面のことである。

瞳変調素子１８は、光の位相を変調する位相変調素子であってもよく、また、光の振幅を変調する振幅変調素子であってもよい。位相変調素子である瞳変調素子１８は、例えば、ＬＣＯＳ（商標）ような、独立に制御可能な複数のピクセル成分が２次元に配列されたデバイスであってもよく、また、位相変調のための特定のパターンが形成された基板であってもよい。シート照明装置８０が位相変調素子である瞳変調素子１８を備えることで、標本Ｓ上で生じる照明光束の収差を補正することができる。また、振幅変調である瞳変調素子１８は、例えば、ＬＣＯＳ（商標）、ＤＭＤ（商標）のような、独立に制御可能な複数のピクセル成分が２次元に配列されたデバイスであってもよく、また、振幅変調のための特定のパターンが形成された基板であってもよい。シート照明装置８０が振幅変調素子である瞳変調素子１８を備えることで、照明光束の強度分布を変更させて、照明に関する開口数（ＮＡ）、ひいては、照明光によって定義される焦点深度（つまり、照明に関する焦点深度）を調整することができる。このときの瞳変調素子１８の変調パターンは、ガルバノミラー１３による光束の走査が変調に影響しないように、y軸の方向には同一のパターンを有し、ｚ軸の方向には異なるパターンを有するようになっている。

以上のように構成された本実施例に係るシート照明装置８０及び顕微鏡装置によっても、シート照明装置１０及び顕微鏡システム１と同様の効果を得ることができる。さらに、シート照明装置８０によれば、瞳変調素子１８により、標本Ｓに照射される照明光束の状態を調整することができる。

なお、本実施例に係るシート照明装置８０及び顕微鏡装置でも、シート照明装置１０及び顕微鏡システム１と同様に種々の変形が可能である。また、シート照明装置８０は、シート照明装置７０のように、第１の光学素子としてパウエルレンズ７１を備えてもよい。

［実施例４］
図７は、本実施例に係るシート照明装置９０の構成を例示した図である。なお、本実施例に係る顕微鏡装置は、シート照明顕微鏡であり、シート照明装置８０の代わりにシート照明装置９０を含む点を除き、実施例３に係る顕微鏡装置と同様である。このため、本実施例に係る顕微鏡装置についての詳細な説明は割愛する。

シート照明装置９０は、シリンドリカルレンズ１５（照明光学系１６）と標本Ｓとの間に、集光位置可変機構９５、ミラー９１、及びミラー９４を備えている点が、シート照明装置８０と異なっている。

集光位置可変機構９５は、照明光学系１６で形成されるシート状の照明光束の集光位置を可変することにより、標本Ｓをシート状の照明光束で照明する位置を、照明光学系１６の（射出側）光軸方向に変更する手段であり、ｚ軸方向に移動可能に構成されたミラー９２及びミラー９３を備えている。集光位置可変機構９５は、ミラー９２及びミラー９３をｚ軸方向に移動させることで、ミラー９１とミラー９２の間の光路長とミラー９３とミラー９４の間の光路長とを変化させる。

以上のように構成された本実施例に係るシート照明装置９０及び顕微鏡装置によっても、シート照明装置８０及びシート照明装置８０を備える顕微鏡装置と同様の効果を得ることができる。さらに、シート照明装置９０によれば、集光位置可変機構９５により、焦点位置を照明光束の波長に応じて変化させることで、色収差の影響を抑えて、照明光束を標本Ｓの任意の位置に集光させることができる。また、焦点位置可変機構９５により平面ミラーのみの移動で集光位置を変化させる場合、照明光学系１６を構成するパワーを有する他の光学素子の移動を伴わない。このため、集光位置可変機構９５によって変更される集光位置、すなわち、照明する位置によらず、瞳変調素子１８が瞳位置に維持される。そのため、瞳変調素子１８による効果は、一定に保たれる。従って、瞳変調素子１８を備えるシート照明装置９０では、集光位置を可変する手段として集光位置可変機構９５は好適である。

なお、本実施例に係るシート照明装置９０及び顕微鏡装置でも、シート照明装置８０及びシート照明装置８０を備える顕微鏡装置と同様に種々の変形が可能である。

［実施例５］
図８は、本実施例に係るシート照明装置１００の構成を例示した図である。なお、本実施例に係る顕微鏡装置は、シート照明顕微鏡であり、シート照明装置８０の代わりにシート照明装置１００を含む点を除き、実施例３に係る顕微鏡装置と同様である。このため、本実施例に係る顕微鏡装置についての詳細な説明は割愛する。

シート照明装置１００は、瞳変調素子１９が、標本Ｓ側から第２の光学系１７に無限遠光束が入射した場合にその無限遠光束が集光する面ではなく、標本Ｓ側からレンズ１２（第１の光学系１７）に無限遠光束が入射した場合にその無限遠光束が集光する面、即ち、レンズ１２の前側焦点面に、瞳変調素子１９を備えている点が、シート照明装置８０と異なっている。その他の点は、シート照明装置８０と同様である。

以上のように構成された本実施例に係るシート照明装置１００及び顕微鏡装置によっても、実施例３に係るシート照明装置８０及び顕微鏡システムと同様の効果を得ることができる。

なお、本実施例に係るシート照明装置１００及び顕微鏡装置でも、実施例３に係るシート照明装置８０及び顕微鏡システムと同様に種々の変形が可能である。

［実施例６］
図９は、本実施例に係るシート照明装置１１０の構成を例示した図である。なお、本実施例に係る顕微鏡装置は、シート照明顕微鏡であり、シート照明装置１０の代わりにシート照明装置１１０を含む点を除き、実施例１に係る顕微鏡装置と同様である。このため、本実施例に係る顕微鏡装置についての詳細な説明は割愛する。

シート照明装置１１０は、照明光学系１６の代わりに照明光学系１２０を備えている点が、シート照明装置１０と異なっている。その他の点は、シート照明装置１０と同様である。

照明光学系１２０は、第１の光学系と第２の光学系とガルバノミラー１３から構成される点は、照明光学系１６と同様である。第１の光学系は、ガルバノミラー１３に平行光束を照射するビームエクスパンダ１３０である。

第２の光学系１４０は、最もガルバノミラー１３側にシリンドリカルレンズ１４１（第２の光学素子）を備え、さらに、シリンドリカルレンズ１５（第１の光学素子）を備える。シリンドリカルレンズ１４１は、ガルバノミラー１３上に前側焦点面を有するように配置されている。この構成により、シリンドリカルレンズ１４１よりも標本Ｓに近い位置に配置されたシリンドリカルレンズ１５に一定の角度で光が入射する。即ち、シリンドリカルレンズ１５は、ガルバノミラー１３が標本Ｓを走査する際に一定の角度で光が入射する位置に配置されている。

シリンドリカルレンズ１４１は、ｘ-ｙ平面内で屈折力を有し、ｘ-ｚ平面内で屈折力を有しない光学素子である。一方、シリンドリカルレンズ１５は、ｘ-ｚ平面内で屈折力を有し、ｘ-ｙ平面内で屈折力を有しない光学素子である。即ち、シリンドリカルレンズ１４１は、シリンドリカルレンズ１５が屈折力を有する面で屈折力を有さず、シリンドリカルレンズ１５が屈折力を有する面と直交する面で屈折力を有している。

第２の光学系１４０では、ガルバノミラー１３で反射した平行光束は、まず、シリンドリカルレンズ１４１により、図９（ａ）及び図９（ｂ）に示すように、x-ｚ平面内では集光せずに、x-ｙ平面内でのみ集光する。シリンドリカルレンズ１４１により変換された光束は、その後、シリンドリカルレンズ１５により、x-ｚ平面内でも集光する。シリンドリカルレンズ１４１の後側焦点面とシリンドリカルレンズ１５の後側焦点面は異なっているため、x-ｚ平面とx-ｙ平面で異なる位置に集光する光束が形成される。

ここで、シリンドリカルレンズ１５は、シート状の光束の厚さを標本Ｓ上で十分に薄くするために、シリンドリカルレンズ１５の後側焦点面が標本Ｓ近傍に位置するように、配置されている。一方、シリンドリカルレンズ１４１は、シリンドリカルレンズ１４１の後側焦点面がシリンドリカルレンズ１５の後側焦点面とシリンドリカルレンズ１４１との間に位置するように配置されている。これにより、シート照明装置１１０では、標本Ｓに、x-ｚ平面で発散したｙ軸方向に幅を有するシート状の照明光束が照射される。

以上のように構成されたシート照明装置１１０では、ガルバノミラー１３が照明光束の偏向方向を変化させることで、照明光学系１２０が形成したシート状の照明光束で標本Ｓを走査することができる。このため、シート照明装置１１０によれば、標本の褪色を抑制するとともに、観察の対象領域に適度な光量で照明することができる。

また、シート照明装置１１０では、シリンドリカルレンズ１４１の前側焦点面がガルバノミラー１３上に位置する。これにより、照明光束は、ガルバノミラー１３の回動角度によらず、シリンドリカルレンズ１４１により照明光学系１６の光軸と平行な光束に変換される。このため、照明光束が標本Ｓに入射する角度を変化させることなく、ガルバノミラー１３により照明光束を照明光学系１６の光軸方向と直交するy軸方向に平行移動させることができる。

さらに、シート照明装置１１０では、シリンドリカルレンズ１５により形成されるｙ軸方向に幅を有するシート状の照明光束が、シリンドリカルレンズ１４１により幅方向に収斂し、標本Ｓの手前に集光する。シート状の照明光束が一定の幅を有する平行光束である場合、標本Ｓ内に照明光が散乱、吸収される部分や周辺と屈折率が異なる部分が存在するとその部分の後方に光が届かず縞状の影が生じることがある。シート照明装置１１０では、標本Ｓに幅方向に発散したシート状の照明光束を照射することで、照明光が散乱、吸収される部分や周辺と屈折率が異なる部分の後方にも光を入射させることができる。従って、標本Ｓ上での影の発生を抑制することができる。

なお、本実施例に係るシート照明装置１１０及び顕微鏡装置でも、実施例１に係るシート照明装置１０及び顕微鏡システム１と同様に種々の変形が可能である。

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。例えば、実施例１に係るシート照明装置１０に、第１の光学素子としてパウエルレンズが採用されてもよい。また、走査手段としてガルバノミラー１３を例示したが、走査手段はシート状の照明光束で標本Ｓをシートの幅の方向に相対的に走査するものであればガルバノミラーに限られない。従って、走査手段は、例えば電動ステージであってもよく、標本Ｓを移動させることで照明光束と標本Ｓの相対的な位置を変化させてもよい。また、例えば、実施例６では、標本Ｓに幅方向に発散した光束が照射される例を示したが、幅方向に収斂した光束が標本Ｓに照射されてもよい。

１ 顕微鏡装置
１０、４０、５０、６０、８０、９０、１００、１１０ シート照明装置
１１ 光源
１２、１４ レンズ
１３ ガルバノミラー
１５、５１、１４１ シリンドリカルレンズ
１６、５３、７４、１２０ 照明光学系
７５ 第１の光学系
１７ 第２の光学系
１８、１９ 瞳変調素子
２０ 検出光学系
２１ 対物レンズ
２２ 結像レンズ
３０ 検出器
５２ 集光レンズ
７１ パウエルレンズ
７２、７３ リレーレンズ
９１、９２、９３、９４ ミラー
９５ 集光位置可変機構
１３０ ビームエクスパンダ

Claims (13)

1. 検出光学系と、
   前記検出光学系の光軸に直交する第１の方向に進む照明光束であって、標本において前記検出光学系の光軸と前記第１の方向の両方に直交する第２の方向に幅を有するシート状の照明光束を形成するための第１の光学素子と、前記シート状の照明光束で前記標本を前記第２の方向に相対的に走査する走査手段と、を含む照明光学系と、を備える
   ことを特徴とするシート照明顕微鏡。
2. 請求項１に記載のシート照明顕微鏡において、
   前記照明光学系は、
   回動軸を中心に回動する反射面を有する前記走査手段と、
   前記走査手段に平行光束を照射する第１の光学系と、
   前記走査手段上に前側焦点面を有する第２の光学素子を最も前記走査手段側に含む第２の光学系と、を含む
   ことを特徴とするシート照明顕微鏡。
3. 請求項２に記載のシート照明顕微鏡において、
   前記第１の光学素子は、前記走査手段が前記標本を走査する際に一定の角度で光が入射する位置に配置される
   ことを特徴とするシート照明顕微鏡。
4. 請求項３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２の光学素子によりも前記標本に近い位置に前記第１の光学素子を含み、
   前記第２の光学素子は、前記第１の光学素子が屈折力を有する面で屈折力を有さず、前記第１の光学素子が屈折力を有する面と直交する面で屈折力を有する
   ことを特徴とするシート照明顕微鏡。
5. 請求項４に記載のシート照明顕微鏡において、
   前記第２の光学素子の後側焦点面は、前記第１の光学素子の後側焦点面と前記第２の光学素子との間に位置する
   ことを特徴とするシート照明顕微鏡。
6. 請求項１に記載のシート照明顕微鏡において、
   前記照明光学系は、
   回動軸を中心に回動する反射面を有する前記走査手段と、
   光源からの光を前記走査手段上に集光させる第１の光学系と、
   前記走査手段上に前側焦点位置を有する第２の光学素子を最も前記走査手段側に含む第２の光学系と、を含む
   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１の光学素子は、前記走査手段が前記標本を走査する際に一定の角度で光が入射する位置に配置される
   ことを特徴とするシート照明顕微鏡。
8. 請求項７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、前記光源からの光を前記走査手段上にスポット状に集光させ、
   前記第２の光学系は、前記第２の光学素子によって形成される平行光束が入射する位置に前記第１の光学素子を含む
   ことを特徴とするシート照明顕微鏡。
9. 請求項７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、
   前記第１の光学素子を含み、
   前記光源からの光を、前記走査手段上に前記走査手段の前記回動軸と平行な直線状に集光させる
   ことを特徴とするシート照明顕微鏡。
10. 請求項７乃至請求項９のいずれか１項に記載のシート照明顕微鏡において、さらに、
    前記標本の側から前記第１の光学系に無限遠光束が入射した場合に前記無限遠光束が集光する面、又は、前記標本の側から前記第２の光学系に無限遠光束が入射した場合に前記無限遠光束が集光する面に、光の位相又は振幅を変調する変調素子を備える
    ことを特徴とするシート照明顕微鏡。
11. 請求項１０に記載のシート照明顕微鏡において、さらに、
    前記照明光学系と前記標本との間に配置された、前記照明光学系で形成されるシート状の照明光束の集光位置を可変する手段を備える
    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１の光学素子は、シリンドリカルレンズ、又は、パウエルレンズである
    ことを特徴とするシート照明顕微鏡。
13. 検出光学系の光軸に直交する第１の方向に進む照明光束であって、標本において前記検出光学系の光軸と前記第１の方向の両方に直交する第２の方向に幅を有するシート状の照明光束を形成し、
    前記シート状の照明光束で前記標本を前記第２の方向に相対的に走査する
    ことを特徴とするシート照明方法。

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