JP2019086562A

JP2019086562A - 観察装置

Info

Publication number: JP2019086562A
Application number: JP2017212517A
Authority: JP
Inventors: 健太郎山崎; Kentaro Yamazaki
Original assignee: Olympus Corp
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 2017-11-02
Filing date: 2017-11-02
Publication date: 2019-06-06

Abstract

【課題】空間光変調器を備えた、コンパクトな装置構成による観察装置を提供する【解決手段】観察装置１０は、対物レンズ１と、対物レンズ１の後側焦点位置及び後側焦点位置と共役な位置を除いた光路上に配置された、入射した光の位相を変調する透過型空間光変調器２と、を備える。【選択図】図１

Description

空間光変調器を含む観察装置に関する。

従来、顕微鏡等の観察装置内にLCOS(Liquid crystal on silicon)等の空間光変調器(SLM(Spatial Light Modulator))を設け、その空間光変調器が照明光や標本から発生した光を反射する際に、位相を変調する構成が知られている。空間光変調器には、例えば像面での強度分布の調整や、任意の照明パターンの形成、観察装置内の光学系で発生し得る収差の抑制等を目的として光の位相を変調するものが知られている。

特許文献１には、対物レンズの瞳位置と光学的に共役な位置に配置され、入射光の位相を変調し、標本面に任意のレーザ光のパターンを形成する反射型のSLMが示されている。

特開2014-202867号公報

一方、観察装置の構成内に反射型の空間光変調器を新たに設ける場合、反射用の光路を追加する等装置構成の大幅な変更を要する。即ち従来では、反射型の空間光変調器を構成に含める場合、空間光変調器の導入に合わせた装置設計を行うことが強いられており、またそれ故に構成が大掛かりとなってしまっていた。

以上の実情を踏まえて、本発明では、空間光変調器を備えた、コンパクトな装置構成による観察装置を提供することを目的とする。

本発明の一態様における観察装置は、対物レンズと、前記対物レンズの後側焦点位置及び後側焦点位置と共役な位置を除いた光路上に配置された、入射した光の位相を変調する透過型空間光変調器と、を備える。

本発明によれば、空間光変調器を備えた、コンパクトな装置構成による観察装置を提供することができる。

第１の実施形態における観察装置の構成を示す変形例に係る観察装置の構成を示す第２の実施形態における観察装置の構成を示す第３の実施形態における観察装置の構成を示す第４の実施形態における観察装置の構成を示す第５の実施形態における観察装置の構成を示す

以下、本発明の第１の実施形態における観察装置１０について説明する。図１は、観察装置１０の一部の構成を示す。

観察装置１０は、対物レンズ１、レボルバ３内に含まれる透過型空間光変調器２を備えている。

透過型空間光変調器２は、電気的な制御を受けることで、入射した光の位相を局所的な領域毎に（例えばピクセル単位で）変調するものであり、またその位相を変調する領域を電気的な制御等により変更することができるものである。透過型空間光変調器２は、変調した光を透過させる透過型の空間光変調器である。透過型空間光変調器２が位相を変調する構成は特に限定されない。例えば、入射した光を偏光し、位相を変調する構成が挙げられる。一例として、透過型空間光変調器２は液晶層を有しており、液晶層を電圧制御することで入射した光の位相を変調する。また、透過型空間光変調器２は、入射する光に対して回折を発生させることで位相を変調してもよい。また、透過型空間光変調器２は、形状が可変であり、形状を変化することで屈折力を変化させることが可能なものであってもよい。

透過型空間光変調器２は、対物レンズ１の後側焦点位置と共役な位置を除いた光路上に配置される。本実施形態では、対物レンズ１の後段のレボルバ３内に配置される。

観察装置１０は、落射照明型の顕微鏡であり、光源６から出力された照明用の光が、ビームスプリッタ７（例えばダイクロイックミラーである）、レボルバ３、対物レンズ１を介して標本面へ照射される。そして対物レンズ１は、対物レンズ１の前側焦点位置ｆからの光（例えば蛍光である）を取り込み、ビームスプリッタ７を透過させ、装置内後段の不図示の光検出器、または接眼光学系へ導光する。透過型空間光変調器２は、光源６から出力された光に対し位相の変調を行う。尚、観察装置１０は、レーザ走査型顕微鏡であってもよい。

上記の透過型空間光変調器２の配置によれば、対物レンズ１の後側焦点位置とその共役な位置以外の位置において、入射した光の波面の位相を変調し、対物レンズ１の後側焦点位置（瞳位置）での光の強度分布を変更制御することができる。例えば、対物レンズ１の瞳位置を含む平面上で、中心の強度分布を低減させるように位相の変調を実行することで暗視野観察における偏斜照明を実現できる。

また、透過型空間光変調器２が位相を変調することで、対物レンズ１の前側焦点位置、即ち標本面上での強度分布を変更することも可能である。例えば、標本面の集光位置の光の径を小さくしたり、強度分布の均一化を実現することが可能である。

即ち、透過型空間光変調器２は、入射した光の位相を変調することで、対物レンズ１の後側焦点位置での光強度分布と、対物レンズ１の前側焦点位置での光強度分布と、を変更することができる。

また、透過型空間光変調器２は、対物レンズ１の後側焦点位置を除いた光路上に配置されるものであるため、対物レンズ１の外部に設けることもできる。その場合、対物レンズ１内の構成を変更することを要さないことから市販の対物レンズをそのまま用いることができる。また、観察装置１０の構成は、設計段階で透過型空間光変調器２を光路上に設けるだけで容易に実現でき、反射用の光路のスペースの確保を行うことや、新たな光学部材（ミラー等）を設ける等の大幅な構成変更を要しない。従って、装置を肥大化させることなくコンパクトな装置構成を実現し得る。

第１の実施形態の観察装置１０の変形例として、透過型空間光変調器２が、光源から出力された照明用の光ではなく、対物レンズ１が取り込んだ光に対して位相の変調を行うような構成も考えられる。図２は、変形例に係る観察装置１５の一部の構成を示す。

観察装置１５は、シート照明顕微鏡等のSPIM であり、不図示の照明装置によりシート状の光（シート光）を標本面上に形成し、標本面上からの光を観察光学系において取り込む。観察装置１５は、そのような観察光学系として、対物レンズ１、レボルバ３内に含まれる透過型空間光変調器２、結像レンズ４、光検出器５を備える。光検出器５は、カメラ等の撮像素子である。尚、変形例の透過型空間光変調器２の配置については、第１の実施形態の観察装置１０と同様である。

透過型空間光変調器２は、対物レンズ１が取り込んだ光（蛍光）に対して位相の変調を行うことで、対物レンズ１の前側焦点位置ｆとは異なる位置ｆ’の像を光検出器５に結像することができる。例えば、照明装置と観察装置の光軸が直交せずシート光の照射平面が光検出器５の像共役な面と一致しない配置であっても、光を検出する像共役な面をシート光の照射平面に合わせることが可能である。従って、観察装置１５によれば、照明装置側と観察装置側の配置が、互いの光軸が直交するような角度からずれているような場合であっても、シート光の照射平面からの光を用いた観察を行うことができるため、照明装置及び観察装置の配置の自由度が向上する。

以下、本発明の第２の実施形態における観察装置２０について説明する。図３は、観察装置２０の一部の構成を示す。

観察装置２０は、レボルバ３に装着されたスライダ２１を備え、透過型空間光変調器２がスライダ２１内に設置されている点で観察装置１０と異なるがそれ以外の構成については同様である。

スライダ２１は、レボルバ３内に抜き差しされる、例えばDICスライダである。このような構成によれば、スライダ２１を抜き差しすることで、透過型空間光変調器２を光路上から挿脱することができ、透過型空間光変調器２を用いない観察（明視野観察等）と透過型空間光変調器２を用いる観察（偏斜照明による暗視野観察等）を併用して行うことができる。

また、元々顕微鏡装置内に備わる既存のDICスライダを用いて容易に構成することができるため、本実施形態においても構成が容易であり、コンパクトな装置構成を実現できる。

以下、本発明の第３の実施形態における観察装置３０について説明する。図４は、観察装置３０の一部の構成を示す。

観察装置３０は、キューブターレット３１を備え、透過型空間光変調器２がキューブターレット３１内に設置されている点で観察装置１０と異なるがそれ以外の構成については同様である。

キューブターレット３１は、レボルバ３の後段の顕微鏡本体内に組み込まれており、ターレットの回転駆動に応じて光路上に配置される構成が変更される。キューブターレット３１は、透過型空間光変調器２と、その他の光学部材３２（光路切り替え用のダイクロイックミラー等）を備え、回転駆動に応じてそれらを光路上に選択的に配置する。このような構成によれば、第２の実施形態と同様、キューブターレット３１を駆動することで、透過型空間光変調器２を光路上から挿脱することができ、透過型空間光変調器２を用いない観察（明視野観察等）と透過型空間光変調器２を用いる観察（偏斜照明による暗視野観察等）を併用して行うことができる。

また、第３の実施形態のように、観察装置３０は、透過型空間光変調器２がレボルバ３内に配置される構成に限らず、顕微鏡本体内に配置される構成であってもよい。

以下、本発明の第４の実施形態における観察装置４０について説明する。図５は、観察装置４０の一部の構成を示す。

観察装置４０では、透過型空間光変調器２は、対物レンズ１内に配置されている。透過型空間光変調器２が、対物レンズ１の後側焦点位置よりも後段であり、対物レンズ１の前側焦点位置と共役な位置（像面である）の前段の光路上に配置される点については第１の実施形態と同様である。

以上のように、透過型空間光変調器２は、対物レンズ１の内部に配置されていても構わない。

以下、本発明の第５の実施形態における観察装置５０について説明する。図６は、観察装置５０の一部の構成を示す。

観察装置５０は、対物レンズ１、空間光変調器５１、レンズ５２、透過型空間光変調器２、レンズ５３、光検出器５４を備える。対物レンズ１で取り込まれた光は、レンズ５２、５３で一次像を形成してリレーされた後、光検出器５４に結像される。

ここで、透過型空間光変調器２は、レンズ５２の一次像が形成される位置即ち、対物レンズ１の前側焦点位置と共役な位置に配置される。またさらに、第２透過型空間光変調器である空間光変調器５１が対物レンズ１の後側焦点位置に配置される。空間光変調器５１は、透過型空間光変調器２と同様の透過型の空間光変調器であり、入射した光の位相を変調するという機能についても同様である。

以上の配置構成によれば、透過型空間光変調器２は、像と共役な位置での光の位相変調を行うことで、対物レンズ１の後側焦点位置の光強度分布を変更し、空間光変調器５１は、対物レンズ１の瞳位置において位相変調を行うことで、対物レンズ１の前側焦点位置の光強度分布を変更する。即ち、像共役な位置及び瞳共役な位置にピンポイントで透過型空間光変調器を配置することにより、互いに影響することなく独立に対物レンズ１の瞳と、標本面での光強度分布の制御を行うことができる。

尚、観察装置５０は、空間光変調器５１を有さず、透過型空間光変調器２のみを対物レンズ１の前側焦点位置と共役な位置に配置する構成としてもよい。その場合には、対物レンズ１の瞳での光強度分布を独立に制御するものとなる。

上述した実施形態は、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形態に限定されるものではない。上述した観察装置は、特許請求の範囲に記載した本発明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。

１０、１５、２０、３０、４０、５０観察装置
１対物レンズ
２、５１透過型空間光変調器
３レボルバ
４結像レンズ
５、５４光検出器
２１スライダ
３１キューブターレット
３２光学素子
５２、５３レンズ

Claims

対物レンズと、
前記対物レンズの後側焦点位置及び後側焦点位置と共役な位置を除いた光路上に配置された、入射した光の位相を変調する透過型空間光変調器と、を備える
ことを特徴とする観察装置。
請求項１に記載の観察装置において、
前記透過型空間光変調器は、前記対物レンズを保持するレボルバ内に配置される
ことを特徴とする観察装置。
請求項２に記載の観察装置において、
前記透過型空間光変調器は、前記対物レンズを保持するレボルバに装着されたスライダ内に配置される
ことを特徴とする観察装置。
請求項１に記載の観察装置において、
前記透過型空間光変調器は、キューブターレット内に配置される
ことを特徴とする観察装置。
請求項３または請求項４に記載の観察装置において、
前記透過型空間光変調器は、光路上に挿脱可能に配置される
ことを特徴とする観察装置。
請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の観察装置において、
前記透過型空間光変調器は、入射した光の位相を変調することで、前記対物レンズの後側焦点位置での光強度分布と、前記対物レンズの前側焦点位置での光強度分布と、を変調する
ことを特徴とする観察装置。
請求項６に記載の観察装置において、
前記対物レンズの前側焦点位置と共役な位置を除いた光路上に配置される
ことを特徴とする観察装置。
請求項６に記載の観察装置において、
前記透過型空間光変調器は、前記対物レンズの前側焦点位置と共役な位置に配置され、
さらに、前記対物レンズの後側焦点位置またはその共役な位置に配置された入射した光の位相を変調する第２透過型空間光変調器を含む
ことを特徴とする観察装置。
請求項１乃至請求項８のいずれか１項に記載の観察装置において、
前記透過型空間光変調器は、入射する光を偏光することで、位相を変調する
ことを特徴とする観察装置。
請求項１乃至請求項８のいずれか１項に記載の観察装置において、
前記透過型空間光変調器は、入射する光に対し回折を発生させる
ことを特徴とする観察装置。
請求項１乃至請求項８のいずれか１項に記載の観察装置において、
前記透過型空間光変調器は、形状が可変であり、形状を変化することで屈折力を変化させる
ことを特徴とする観察装置。
請求項１乃至請求項１１のいずれか１項に記載の観察装置において、
前記透過型空間光変調器は、液晶層を有する
ことを特徴とする観察装置。
請求項１乃至請求項１２のいずれか１項に記載の観察装置において、
前記観察装置は、顕微鏡装置である
ことを特徴とする観察装置。