JP5307373B2 - 光走査型顕微鏡 - Google Patents

Description

本発明は、光走査型顕微鏡に関するものである。

従来、光源と対物レンズの間に正屈折力と負屈折力の光学素子を配置し、物理的距離を変化させて、対物レンズの作動距離を変化させる顕微鏡が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
また、有限遠型の対物レンズに、アダプタレンズが着脱可能となっている顕微鏡も開示されている（例えば、特許文献２参照。）。これによれば、細径の有限遠対物とアダプタレンズとを組み合わせ、アダプタレンズを光軸方向に移動させることにより、対物レンズの作動距離を変化させる用になっている。

また、有限遠型の対物レンズが着脱可能となっている顕微鏡も知られている（例えば、特許文献３参照。）。これによれば、有限遠対物と結像レンズとを組み合わせ、結像レンズを光軸方向に移動させることにより、対物レンズの作動距離を変化させるようになっている。

特開２００５−７０４７７号公報 特開２００６−７９０００号公報 特開２００６−１３９１８１号公報

しかしながら、これらの特許文献１〜３に開示されている顕微鏡においては、対物レンズおよび結像レンズと、フォーカスを変化させる光学系との位置関連については何も述べられておらず、光学系の位置関係を考慮しない場合には、光学系を構成するレンズを光軸方向に動かして対物レンズの作動距離を変化させると、観察倍率が大きく変化してしまう不都合が考えられる。

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、対物レンズの作動距離を変化させても、観察倍率をさほど変化させないフォーカス調整ユニットおよび光走査型顕微鏡を提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、本発明は以下の手段を提供する。
本発明は、試料からの光を略平行光に変換する対物光学系と、該対物光学系からの略平行光を所定の位置に結像する結像光学系と、該結像光学系により所定の位置に結像された光を略平行光束にする瞳投影光学系と、該瞳投影光学系からの略平行光束の角度を偏向させて試料の観察位置を横方向に走査する横方向走査手段と、該横方向走査手段を経由した前記試料からの光を検出する光検出器と、前記結像光学系または前記瞳投影光学系の少なくとも一方を光軸方向に駆動することで、前記対物光学系の作動距離を変化させるレンズ駆動手段とを備え、前記結像光学系は、前記試料側を前側として、その前側焦点が前記対物光学系の後側焦点の近傍に位置するように配置されている光走査型顕微鏡を提供する。

本発明によれば、結像光学系または瞳投影光学系の内野少なくとも一方が光軸方向に駆動されることにより、対物レンズの作動距離が変化する。この場合において、結像光学系の前側焦点を対物光学系の後側焦点の近傍に配置することにより、結像光学系または瞳投影光学系のいずれかを光軸方向に移動させたときの倍率の変化を抑えることができる。
ここで、略平行光は、厳密な平行光のみならず、緩い角度の発散光および収束光を含む。

上記発明においては、前記レンズ駆動手段が、前記結像光学系を光軸方向に駆動し、前記瞳投影光学系が固定され、以下の式（１）を満たすことが好ましい。
｜Ｄ１ａ×Δｓ｜／（Ｆｔｌ）²≦０．０５ （1）
ここで、Δｓ：前記結像光学系の全移動距離、Ｄ１ａ：前記結像光学系の移動で中間位置に来たときの前記対物光学系の後側焦点と前記結像光学系の前側焦点との間隔、Ｆｔｌ：前記結像光学系の焦点距離である。
このようにすることで、作動距離を変化させたときの倍率の変化を小さくすることができる。

また、上記発明においては、Ｄ１ａ＝０であることが好ましい。
このようにすることで、作動距離を変化させたときの倍率の変化をなくすことができる。

また、上記発明においては、前記レンズ駆動手段が前記瞳投影光学系を光軸方向に駆動し、前記結像光学系が固定され、以下の条件式（２）を満たすこととしてもよい。
｜Ｄ1×δｓ｜／（Ｆｔｌ）²≦０．０５ （2）
ここで、δｓ：前記瞳投影光学系の全移動距離、Ｄ１：前記対物光学系の後側焦点と前記結像光学系の前側焦点との間隔、Ｆｔｌ：前記結像光学系の焦点距離である。
このようにすることで、作動距離を変化させたときの倍率の変化を小さくすることができる。

また、上記発明においては、Ｄ１＝０であることが好ましい。
このようにすることで、作動距離を変化させたときの倍率の変化をなくすことができる。

また、上記発明においては、前記瞳投影光学系または前記結像光学系の少なくとも一方が、互いにアフォーカル光学系として成立する位置を中心として移動させられることとしてもよい。
このようにすることで、作動距離を変化させたときの倍率の変化をより小さく抑えることができる。

また、上記発明においては、前記瞳投影光学系の後側焦点近傍に前記横方向走査手段が配置されていることとしてもよい。
このようにすることで、試料側をテレセントリック光学系（射出瞳が無限大）に近くすることができる。

また、上記発明においては、試料を照明または励起する光を射出する光射出部と、前記光検出器へ向けて導かれる前記試料からの光を受光する光受光部と、前記光射出部からの光を略平行光にする第１のコリメート光学系と、前記試料からの光を前記光受光部に集光する第２のコリメート光学系と、前記光射出部からの光と試料からの光とを分離する検出光分離手段と、前記横方向走査手段とを備えるスキャン光学系と、該スキャン光学系を前記瞳投影光学系の光軸方向に移動させて前記横方向走査手段近傍に瞳位置を一致させる瞳位置調整手段とを備えることとしてもよい。
さらに、上記発明においては、前記対物光学系の先端を前記試料に密着させた状態で観察を行うこととしてもよい。

本発明によれば、観察倍率をさほど変化させることなく対物レンズの作動距離を変化させることができるという効果を奏する。

以下、本発明の第１の実施形態に係るレーザ走査型顕微鏡（光走査型顕微鏡）１について、図１〜図６を参照して以下に説明する。
本実施形態に係るレーザ走査型顕微鏡１は、レーザ光を出射するレーザ光源２と、該レーザ光源２からのレーザ光を集光するカップリング光学系３と、該カップリング光学系３により集光されたレーザ光を導光する光ファイバ４と、該光ファイバ４によってレーザ光源と接続された顕微鏡本体５と、検出光学系１５と、これらを制御する制御部１６と、検出光学系１５により検出された蛍光または反射光の画像を表示する表示部（図示略）とを備えている。

顕微鏡本体５は、光ファイバ４から出射されたレーザ光を略平行光に変換するコリメート光学系６と、該コリメート光学系６により略平行光にされたレーザ光を偏向するダイクロイックミラー７と、該ダイクロイックミラー７により偏向されたレーザ光を２次元的に走査する近接ガルバノミラー８と、該近接ガルバノミラー８により走査されたレーザ光を集光する瞳投影光学系９、集光された光を試料Ａに集光させる結像光学系１０および対物光学系１１と、結像光学系１０を光軸方向に駆動するレンズ駆動手段１２とを備えている。

また、顕微鏡本体５は、対物光学系１１、結像光学系１０、瞳投影光学系９および近接ガルバノミラー８を介して戻ってきた試料Ａからの蛍光または反射光を透過させるダイクロイックミラー７と、その光を光ファイバ１４に集光するカップリング光学系１３と、該カップリング光学系１３により集光された試料Ａからの蛍光または反射光を導光する光ファイバ１４とを備えている。
顕微鏡本体５は、相互に直交する３軸（ＸＹＺ）方向に移動可能に設けられるとともに、各軸回りに回転可能に設けられており、対物光学系１１の先端の位置および角度を任意に調節することができるようになっている。

近接ガルバノミラー８は、観察位置を対物光学系１１の光軸に対して略垂直方向で走査するようになっている。そして、近接ガルバノミラー８の振り角に対応した範囲の試料Ａからの光の強度分布が表示部に表示されるようになっている。
対物光学系１１は、その先端を試料Ａに密着させることにより、試料Ａの呼吸や拍動による観察像のブレを抑えるようになっている。

この場合において、以下の式（１）の条件が満たされていることが望ましい。
｜Ｄ１ａ×Δｓ｜／（Ｆｌａ）²≦０．０５ （1）
ここで、Δｓ：結像光学系１０の全移動距離、Ｄ１ａ：結像光学系１０の移動で中間位置に来たときの対物光学系１１の後側焦点と結像光学系１０の前側焦点との間隔、Ｆｌａ：結像光学系１０の焦点距離である。

検出光学系１５は、光ファイバ１４により導光されてきた蛍光または反射光を略平行光にするコリメート光学系１７と、波長ごとに分岐する複数のダイクロイックミラー１８およびミラー１９と、バリアフィルタ２０と、集光レンズ２１と、光検出器２２とを備えている。図中、符号２３はダイクロイックミラー、符号２４はミラーである。

このように構成された本実施形態に係るレーザ走査型顕微鏡１の作用について説明する。
本実施形態に係るレーザ走査型顕微鏡１を使用して試料Ａの観察を行うには、対物光学系１１の先端を試料Ａに密着させた状態で、レーザ光源２から光ファイバ４を介して顕微鏡本体５に導かれたレーザ光をダイクロイックミラー７により偏向し、近接ガルバノミラー８によって２次元的に走査し、瞳投影光学系９、結像光学系１０および対物光学系１１を介して試料Ａに集光する。

レーザ光が照射された試料Ａにおいては、蛍光物質が励起されることにより蛍光が発生し、発生した蛍光は、対物光学系１１によって平行光を含む緩い角度の発散光または収束光に変換され、結像光学系１０で結像され、瞳投影光学系９で略平行光にされた後、近接ガルバノミラー８を介して戻り、ダイクロイックミラー７を透過してカップリング光学系１３によって光ファイバ１４の端部に集光され、光ファイバ１４によって導光された後に検出光学系１５により検出される。

この場合において、例えば、図４に示されるように、レンズ駆動手段１２によって結像光学系１０を光軸方向に移動すると、対物光学系１１の作動距離（対物光学系先端を基準として焦点が合う距離）が変化する。
したがって、対物光学系１１を動かすことなく、試料Ａ内の任意の深さの画像を観察することができる。さらに、結像光学系１０を動かしながら複数の画像を取得すれば、試料Ａの３次元画像を取得することができる。

ここで、本発明の原理を、図２および図３を参照して説明する。
図２は、各光学系の基準位置、図３は該基準位置から移動した状態をそれぞれ示している。
基準位置は、結像光学系１０と瞳投影光学系９がアフォーカル光学系となる（すなわち、結像光学系１０の後側焦点と、瞳投影光学系９の前側焦点が一致している）ように配置し、さらに、対物光学系１１の位置を該対物光学系１１の後側焦点と結像光学系１０の前側焦点との間隔がＤ１となるように配置した位置とする。

図２および図３において、各点Ｐ１〜Ｐ８はそれぞれ次の通りである。
Ｐ１：対物光学系１１の前側焦点、
Ｐ２：対物光学系１１の位置、
Ｐ３：対物光学系１１の後側焦点、
Ｐ４：結像光学系１０の前側焦点、
Ｐ５：結像光学系１０の位置、
Ｐ６：結像光学系１０の後側焦点および瞳投影光学系９の前側焦点
Ｐ７：瞳投影光学系９の位置、
Ｐ８：瞳投影光学系９の後側焦点。

瞳投影光学系９の後側が略平行光束となる場合には、
Ｚｗｄ＝ｎ（Δ−δ）（Ｆｏｂ／Ｆｔｌ）^２／（１＋Ａ） （３）
瞳投影光学系９の後側での平行光束が光軸に対して角度θｐｌとなる場合の試料Ａ側の結像位置の光軸に垂直方向の高さＹｏｂの比、すなわち、（θｐｌ/Ｙｏｂ）は、
（θｐｌ／Ｙｏｂ）＝Ｍ／Ｆｐｌ （４）
ただし、
Ｍ＝−（Ｆｔｌ／Ｆｏｂ）（１＋Ａ） （５）
Ａ＝（Ｄ１＋Δ）（Δ−δ）／Ｆｔｌ^２ （６）
Ｚｗｄ：対物光学系１１の作動距離の基準位置Ｐ１からの変化量、
Δ：結像光学系１０の基準位置Ｐ５からの変位量
δ：瞳投影光学系９の基準位置Ｐ７からの変位量
ｎ：試料側の屈折率
Ｆｏｂ：対物光学系１１の焦点距離
Ｆｔｌ：結像光学系１０の焦点距離
Ｆｐｌ：瞳投影光学系９の焦点距離
Ｍ：試料を対物光学系１１と結像光学系１０により結像した場合の横倍率
θｐｌ：物体の光線高Ｙｏｂのとき、瞳投影光学系９より後側の平行光の光軸に対する角度（近接ガルバノミラー８の角度の半値に対応）。

また、射出瞳位置（対物側入射瞳−∞のとき）Ｚｐは、
Ｚｐ＝｛δ−（Ｆｐｌ／Ｆｔｌ）^２・（Ｄ１＋Δ）／（１＋Ａ）｝ （７）
となる。

したがって、本実施形態に係るレーザ走査型顕微鏡においては、図４に示されるように、瞳投影光学系９を固定し、結像光学系１０をレンズ駆動手段１２によって光軸方向に駆動するため、δ＝０であり、上記式（３）〜（６）から、
Ｚｗｄ＝ｎ×Δ（Ｆｏｂ／Ｆｔｌ）^２／（１＋Ａｔｌ） （３′）
の関係が成り立つ。
ここで、
（θｐｌ／Ｙｏｂ）＝Ｍｔｌ／Ｆｐｌ （４′）
ただし、
Ｍｔｌ＝−（Ｆｔｌ／Ｆｏｂ）（１＋Ａｔｌ） （５′）
Ａｔｌ＝（Ｄ１＋Δ）×Δ／Ｆｔｌ^２ （６′）
である。

式（３′）より、Ｚｗｄの変化する範囲は主にΔの動く範囲できまることが分かる。
ここで、結像光学系の移動範囲をΔ＝０（瞳光学系と結像光学系がアフォーカルになる位置）の近傍で動かし、かつ、対物光学系の後側焦点を結像光学系の前側焦点近傍にする、すなわちＤ１を小さくするように各光学系を配置することが望ましい。
こうすると、式（６′）より Δ＝０近傍でのΔに対するＡｔｌの変化量が小さくなるので、結像光学系を動かしても（Δを変えても）横倍率Ｍｔｌや光線角度と物体高の比（θｐｌ／Ｙｏｂ）の変化を小さくすることができる。
具体的には Ｄ１ａは、前記式（１）を満足するように設定すすることが望ましく、この条件によりＡｔｌおよび横倍率Ｍｔｌの変化をほぼ５％以下に抑えることができる。

（実施例１）
図５はΔ（結像光学系の変位）を横軸、縦軸にＺｗｄ（作動距離ＷＤの変化）をとったもの、図６はΔを横軸、（θｐｌ／Ｙｏｂ）すなわち、横倍率Ｍに比例する量を縦軸に示したものである。
例えば、Ｆｏｂ＝９ｍｍ，Ｆｔｌ＝５０ｍｍ，Ｆｐｌ＝１２ｍｍ、Δ：−１．５ｍｍ〜＋１．５ｍｍ、すなわち、Δｓ＝３ｍｍ、Ｄ１ａ＝１５ｍｍの場合を図５、図６において実線（Ａ）で示した。

これを式（１）に当てはめると、
｜Ｄ１ａ×Δｓ｜／（Ｆｔｌ）²＝０．０１８≦０．０５ （１）
となり、前記式（１）を満足する。
このとき、Ａｔｌの変化は結像光学系の可動範囲でわずか０．００１８である。このように、式（１）を満たすと、（６′）のＡｔｌの値の変化が結像レンズを動かす範囲全域にわたって小さくなるので、作動距離ＷＤが変化しても、（５′）の横倍率Ｍｔｌの変化および、光線角度と物体高の比（４′）の（θｐｌ／Ｙｏｂ）の変化が実用上十分なほど小さくなる。

さらに横倍率の変化を非常に小さくしたい場合は、Ｄ１ａ＝０とすればよい。Ｆｏｂ，Ｆｔｌ，Ｆｐｌ、Δは前記と同条件でＤ１を０にしたときの振る舞いを図５および図６の破線（Ｂ）で示す。
この場合には、Δに関するＡｔｌの傾きがΔ＝０の近くでは０になるので、横倍率の変化が非常に小さくなる。本実施例では全領域にわたってもＡｔｌの変化は０．０００９である。

次に、本発明の第２の実施形態に係るレーザ走査型顕微鏡３０について、図７〜図１０を参照して以下に説明する。
なお、本実施形態の説明において、上述した第１の実施形態に係るレーザ走査型顕微鏡１と構成を共通とする箇所には同一符号を付して説明を省略する。

本実施形態に係るレーザ走査型顕微鏡３０においては、第１の実施形態に係るレーザ走査型顕微鏡１が、レンズ駆動手段１２により結像光学系１０を光軸方向に駆動していたのに対し、図７に示されるように、瞳投影光学系９を光軸方向に駆動している点で相違している。
瞳投影光学系９を光軸方向に駆動することにより作動距離が変化するので、試料Ａ内の任意の深さの画像を観察することができる。

したがって、本実施形態に係るレーザ走査型顕微鏡３０においては、図８に示されるように、結像光学系１０を固定し、レンズ駆動手段１２によって瞳投影光学系９を光軸方向に駆動するため、Δ＝０であり、上記式（３）〜（６）から
Ｚｗｄ＝−ｎ×δ（Ｆｏｂ／Ｆｔｌ）^２／（１＋Ａｐｌ） （３″）
の関係が成り立つ。
ここで、
（θｐｌ／Ｙｏｂ）＝Ｍｐｌ／Ｆｐｌ （４″）
ただし、
Ｍｐｌ＝−（Ｆｔｌ／Ｆｏｂ）（１＋Ａｐｌ） （５″）
Ａｐｌ＝−δ×Ｄ１／Ｆｔｌ^２ （６″）
である。

式（３″）より、Ｚｗｄの変化する範囲は主にΔの動く範囲できまることが分かる。
ここで、対物光学系１１の後側焦点を結像光学系１０の前側焦点近傍にする、すなわちＤ１を小さくすることが望ましい。Ｄ１が小さいと、瞳投影光学系を動かしても（δを変えても）横倍率Ｍｐｌや光線角度と物体高の比（θｐｌ／Ｙｏｂ）の変化が小さくすることができる。

式（６″）をみると、Ａｐｌの変化はＤ１とδに比例していることが分かる。
Ｚｗｄの変化する範囲は主にδの動く範囲できまるので、δの範囲は大きくは変わらない。したがって、Ｍｐｌの変化は主にＤ１で決まることになる。
具体的には、瞳投影レンズの全移動量δｓに対して、
｜Ｄ１ ×δｓ｜／Ｆｔｌ^２≦０．０５ （２）
とすることが望ましい。
この条件により、Ａｐｌの変化を０．０５以下に抑えることができる。

（実施例２）
図９はδ（瞳投影光学系の変位）を横軸、縦軸にＺｗｄ（作動距離ＷＤの変化）をとったもの、図１０はδを横軸、（θｐｌ／Ｙｏｂ）、すなわち、横倍率に比例する量を縦軸に示したものである。
例えば、Ｆｏｂ＝９ｍｍ，Ｆｔｌ＝５０ｍｍ，Ｆｐｌ＝１２ｍｍ、δ：−１．５ｍｍ〜＋１．５ｍｍ、すなわち、δｓ＝３ｍｍ、Ｄ１ａ＝１５ｍｍの場合を図９、図１０において実線（Ａ）で示した。

これを条件（２）に当てはめてみると、
｜Ｄ１×δｓ｜／Ｆｔｌ^２＝０．０１８≦０．０５
となるので、前記式（２）を満足する。
このとき、Ａｐｌの変化はわずか０．００１８である。このように、式（２）を満たすと、式（６″）のＡｐｌの値の変化が小さくなるので、作動距離ＷＤが変化しても、式（５″）の横倍率Ｍｐｌの変化および、式（４″）
の光線角度と物体高の比（θｐｌ／Ｙｏｂ）の変化が実用上十分なほど小さくなる。」

さらに、横倍率の変化を非常に小さくしたい場合は、Ｄ１＝０とすればよい。Ｆｏｂ，Ｆｔｌ，Ｆｐｌ、Δは前記と同条件でＤ１を０にしたときの振る舞いを図９および図１０の破線（Ｂ）で示す。
この場合には、Ａｐｌはδの値にかかわらず、常にＡｐｌ＝０になるので、横倍率はまったく変化しなくなる。

次に、本発明の第３の実施形態に係るレーザ走査型顕微鏡４０について、図１１および図１２を参照して以下に説明する。
なお、本実施形態の説明において、上述した第１の実施形態に係るレーザ走査型顕微鏡１と構成を共通とする箇所には同一符号を付して説明を省略する。

本実施形態に係るレーザ走査型顕微鏡４０においては、第２の実施形態に係るレーザ走査型顕微鏡１が、レンズ駆動手段１２により瞳投影光学系９を光軸方向に駆動していたのに加えて、図１１に示されるように、光ファイバ４の出射端（光射出部）４ａと、光ファイバ１４の入射端（光受光部）１４ａと、コリメート光学系６と、カップリング光学系１３と、ダイクロイックミラー７と近接ガルバノミラー８とを備えるスキャン光学系４１と、該スキャン光学系４１を前記瞳投影光学系９の光軸方向に一体的に移動させる瞳位置調整手段４２とを備えている。

瞳位置調整手段４２を作動させてスキャン光学系４１を瞳投影光学系９の光軸方向に一体的に移動させることにより、瞳位置を近接ガルバノミラー８に一致させることができる。
瞳位置調整手段４２による射出瞳の位置Ｚｐの調整は、式（７）に従って行えばよい。ここで、Ｚｐ＝０は、図２に示される基準位置における瞳投影光学系９の後側焦点位置に一致している。

図１１に示されるように、結像光学系１０を固定し、瞳投影光学系９を光軸方向に移動させる場合には、式（７）は以下の通りに変形される。
Ｚｐ＝｛δ−（Ｆｐｌ／Ｆｔｌ）^２・Ｄ１／（１＋Ａ）｝
式（１）または式（２）が成立する場合には、１＞＞Ａであるので、
Ｚｐ＝δ−（Ｆｐｌ／Ｆｔｌ）^２・Ｄ１となり、図１２に示されるように、瞳投影光学系９の変位δに対して射出瞳の位置Ｚｐを線形に、ほぼ同じ量δだけスライドさせればよい。

また、本実施形態においては瞳投影光学系９をレンズ駆動手段１２によって駆動する場合について説明したが、これに代えて、瞳投影光学系９を固定し、結像光学系１０を光軸方向に移動させる場合には、式（７）は以下の通りに変形される。
Ｚｐ＝−（Ｆｐｌ／Ｆｔｌ）^２・（Ｄ１＋Δ）
したがって、図１２に示されるように、結像光学系１０の変位Δに対して射出瞳の位置Ｚｐを線形に−（Ｆｐｌ／Ｆｔｌ）^２・Δだけスライドさせればよい。

また、図１３に示されるように、レンズ駆動手段１２、１２′を瞳投影光学系９および結像光学系１０の両方に設けることとすれば、取り付ける対物光学系１１の種類によって、対物光学系１１の胴付位置に対して該対物光学系１１の後側焦点が異なる場合においても容易に調節することができる。すなわち、まず、レンズ駆動手段１２′を駆動させて結像光学系１０の前側焦点を対物光学系１１の後側焦点に一致させ、次いで、レンズ駆動手段１２により瞳投影光学系９を光軸方向に移動させて対物光学系１１の作動距離を調節し、最後に、瞳位置調整手段４２を作動させてスキャン光学系４１を移動させ、瞳位置を調節することができる。

本発明の第１の実施形態に係るレーザ走査型顕微鏡を示す全体構成図である。 図１のレーザ走査型顕微鏡における光学系の変位と作動距離の変化の原理を説明する図であり、各光学系が基準位置に配置されている図である。 図２の基準位置から各光学系が変位した状態を示す図である。 図１のレーザ走査型顕微鏡において、結像光学系のみが変位したときの作動距離の変化を説明する図である。 図４のレーザ走査型顕微鏡における結像光学系の変位と作動距離の変化量との関係を示すグラフである。 図４のレーザ走査型顕微鏡における結像光学系の変位と横倍率との関係を示すグラフである。 本発明の第２の実施形態に係るレーザ走査型顕微鏡を示す全体構成図である。 図７のレーザ走査型顕微鏡において、瞳投影光学系のみが変位したときの作動距離の変化を説明する図である。 図８のレーザ走査型顕微鏡における瞳投影光学系の変位と作動距離の変化量との関係を示すグラフである。 図８のレーザ走査型顕微鏡における瞳投影光学系の変位と横倍率との関係を示すグラフである。 本発明の第３の実施形態に係るレーザ走査型顕微鏡を示す全体構成図である。 図１１のレーザ走査型顕微鏡における結像光学系または瞳投影光学系の変位に対する、射出瞳位置の変位を示すグラフである。 図１１のレーザ走査型顕微鏡の変形例であって、結像光学系、瞳投影光学系およびスキャン光学系が移動可能に設けられたレーザ走査型顕微鏡を示す全体構成図である。

符号の説明

Ａ 試料
１，３０，４０ レーザ走査型顕微鏡（光走査型顕微鏡）
４ａ 出射端（光射出部）
６ コリメート光学系（第１のコリメート光学系）
７ ダイクロイックミラー（検出光分離手段）
８ 近接ガルバノミラー（横方向走査手段）
９ 瞳投影光学系
１０ 結像光学系
１１ 対物光学系
１２，１２′ レンズ駆動手段
１３ カップリング光学系（第２のコリメート光学系）
１４ａ 入射端（光受光部）
４１ スキャン光学系
４２ 瞳位置調整手段

Claims (9)

1. 試料からの光を略平行光に変換する対物光学系と、
   該対物光学系からの略平行光を所定の位置に結像する結像光学系と、
   該結像光学系により所定の位置に結像された光を略平行光束にする瞳投影光学系と、
   該瞳投影光学系からの略平行光束の角度を偏向させて試料の観察位置を横方向に走査する横方向走査手段と、
   該横方向走査手段を経由した前記試料からの光を検出する光検出器と、
   前記結像光学系または前記瞳投影光学系の少なくとも一方を光軸方向に駆動することで、前記対物光学系の作動距離を変化させるレンズ駆動手段とを備え、
   前記結像光学系は、前記試料側を前側として、その前側焦点が前記対物光学系の後側焦点の近傍に位置するように配置されている光走査型顕微鏡。
2. 前記レンズ駆動手段が、前記結像光学系を光軸方向に駆動し、
   前記瞳投影光学系が固定され、
   以下の式（１）を満たす請求項１に記載の光走査型顕微鏡。
   ｜Ｄ１ａ×Δｓ｜／（Ｆｔｌ）^２≦０．０５ （１）
   ここで、
   Δｓ：前記結像光学系の全移動距離、
   Ｄ１ａ：前記結像光学系の移動で中間位置に来たときの前記対物光学系の後側焦点と前記結像光学系の前側焦点との間隔、
   Ｆｔｌ：前記結像光学系の焦点距離
   である。
3. Ｄ１ａ＝０
   である請求項２に記載の光走査型顕微鏡。
4. 前記レンズ駆動手段が前記瞳投影光学系を光軸方向に駆動し、
   前記結像光学系が固定され、
   以下の条件式（２）を満たす請求項１に記載の光走査型顕微鏡。
   ｜Ｄ１×δｓ｜／（Ｆｔｌ）^２≦０．０５ （２）
   ここで、
   δｓ：前記瞳投影光学系の全移動距離、
   Ｄ１：前記対物光学系の後側焦点と前記結像光学系の前側焦点との間隔、
   Ｆｔｌ：前記結像光学系の焦点距離
   である。
5. Ｄ１＝０
   である請求項４に記載の光走査型顕微鏡。
6. 前記瞳投影光学系または前記結像光学系の少なくとも一方が、互いにアフォーカル光学系として成立する位置を中心として移動させられる請求項１から請求項５のいずれかに記載の光走査型顕微鏡。
7. 前記瞳投影光学系の後側焦点近傍に前記横方向走査手段が配置されている請求項１から請求項６のいずれかに記載の光走査型顕微鏡。
8. 試料を照明または励起する光を射出する光射出部と、
   前記光検出器へ向けて導かれる前記試料からの光を受光する光受光部と、
   前記光射出部からの光を略平行光にする第１のコリメート光学系と、
   前記試料からの光を前記光受光部に集光する第２のコリメート光学系と、
   前記光射出部からの光と試料からの光とを分離する検出光分離手段と、
   前記横方向走査手段とを備えるスキャン光学系と、
   該スキャン光学系を前記瞳投影光学系の光軸方向に移動させて前記横方向走査手段近傍に瞳位置を一致させる瞳位置調整手段とを備える請求項１から請求項７のいずれかに記載の光走査型顕微鏡。
9. 前記対物光学系の先端を前記試料に密着させた状態で観察を行う請求項１から請求項８のいずれかに記載の光走査型顕微鏡。

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