特許 5874913 分光光学系および顕微鏡装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5874913

(24)【登録日】2016年1月29日

(45)【発行日】2016年3月2日

(54)【発明の名称】分光光学系および顕微鏡装置

(51)【国際特許分類】

   G02B 21/00 20060101AFI20160218BHJP

   G01N 21/64 20060101ALI20160218BHJP

【ＦＩ】

   G02B21/00

   G01N21/64 E

【請求項の数】7

【全頁数】20

(21)【出願番号】特願2012-16359(P2012-16359)

(22)【出願日】2012年1月30日

(65)【公開番号】特開2013-156408(P2013-156408A)

(43)【公開日】2013年8月15日

【審査請求日】2014年11月28日

(73)【特許権者】

【識別番号】000006507

【氏名又は名称】横河電機株式会社

(72)【発明者】

【氏名】横山 耕徳

【審査官】 殿岡 雅仁

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００３−０９８４３９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−０９８８９９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１１−０８４２５９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１０−１６１０３２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０２Ｂ ２１／００

Ｇ０２Ｂ ２１／０６ − ２１／３６

Ｇ０１Ｎ ２１／６２ − ２１／７４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

照明光を試料に照射することにより生じる蛍光に含まれる情報ごとに分光する分光部と、
分光された各蛍光の光路に配置され、分光された前記情報のみを透過させるフィルタと、
分光された蛍光の経路に配置される前記フィルタを分光された他の蛍光の経路に配置される前記フィルタと交換可能なフィルタ交換機構と、
前記分光部を前記蛍光の光路に挿抜可能に移動させる分光部移動機構と、
を備え、
前記分光部移動機構は、分光特性の異なる複数の前記分光部を前記蛍光の光路に切り替え可能に配置し、
前記フィルタ交換機構は、前記複数の分光部により分光された複数の情報に対応する複数の前記フィルタを有し、前記蛍光の光路に配置された前記分光部により分光された情報に対応した前記フィルタを前記蛍光の経路および前記他の蛍光の経路に配置することを特徴とする分光光学系。

【請求項2】

前記フィルタ交換機構は、前記フィルタを回転させて交換を行う回転式の交換機構であること
を特徴とする請求項１記載の分光光学系。

【請求項3】

前記フィルタ交換機構は、前記蛍光の光路から前記分光部が退避されているときに、
前記蛍光の経路に配置されるフィルタと分光したときの前記他の蛍光の光路に配置されるフィルタとを交換可能にしたこと
を特徴とする請求項２記載の分光光学系。

【請求項4】

前記分光部移動機構が有する前記分光部の数をＮ（Ｎは自然数）としたときに、
前記フィルタ交換機構は、Ｎ個の前記分光部に応じた２×Ｎ個の前記フィルタを、（１８０／Ｎ）度の角度ずつで配列し、（１８０／Ｎ）度ずつ回転させること
を特徴とする請求項３記載の分光光学系。

【請求項5】

請求項１乃至４の何れか１項に記載の分光光学系を備える顕微鏡装置であって、
前記照明光を出射する光源と、
前記照明光を前記試料に照射して前記蛍光を生じさせる顕微鏡と、
前記分光された蛍光を撮像する複数の撮像部と、
を備えたことを特徴とする顕微鏡装置。

【請求項6】

前記試料の焦点の範囲内の蛍光を通過させる多数のピンホールを螺旋状且つ多条に形成したピンホールディスクと、
このピンホールディスクを回転させる回転部と、
を備えたことを特徴とする請求項５記載の顕微鏡装置。

【請求項7】

前記ピンホールディスクの前記ピンホールと同一の配列パターンで、前記照明光を前記ピンホールに集光させる集光レンズを配列した集光ディスクを備え、
前記回転部は、前記ピンホールディスクと前記集光ディスクとを一体的に回転させること
を特徴とする請求項６記載の顕微鏡装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、試料に照明光を照射したときの蛍光を分離して観察する分光光学系およびこの分光光学系を適用した顕微鏡装置に関するものである。

【背景技術】

【0002】

蛍光色素や蛍光タンパク等を導入した試料に対して照明光を照射して試料を励起させて、試料から発生する蛍光を検出して観察を行う顕微鏡が従来から用いられている。試料には複数の情報が含まれており、例えば複数の波長情報や複数の偏光情報が含まれている。そこで、試料の蛍光を複数の情報ごとに分離して観察を行う光学的観測装置に関する技術が特許文献１に開示されている。

【0003】

一方、波長情報ごとに切り替えて観察を行うためにフィルタホイールを用いている技術が非特許文献１に開示されている。図９はフィルタホイールを用いて試料の観察を行う顕微鏡装置の一例を示している。この顕微鏡装置１０１は、光源装置１０２と共焦点スキャナ１０３と顕微鏡１０４と分光光学系１０５と第１カメラ１０６と第２カメラ１０７とを備えて構成している。

【0004】

光源装置１０２は平行光の照明光Ｌを出射する。この照明光Ｌは共焦点スキャナ１０３に入射する。共焦点スキャナ１０３は集光ディスク１１１とピンホールディスク１１２と回転軸１１３とモータ１１４とビームスプリッタ１１５とを備えて構成している。

【0005】

集光ディスク１１１には多数の集光レンズが配列され、ピンホールディスク１１２には多数のピンホールが配列されている。集光レンズおよびピンホールは多条且つ螺旋状に配列されており、同一の配列パターンで配列されている。１つの集光レンズは１つのピンホールに対応して設けられている。集光レンズは照明光を対応するピンホールに集光する。ピンホールは試料Ｓの焦点の範囲内の照明光および蛍光のみを通過させるための微小開口部である。

【0006】

集光ディスク１１１とピンホールディスク１１２とは回転軸１１３に一体的に取り付けられている。モータ１１４は回転軸１１３を回転させる。これにより、集光ディスク１１１とピンホールディスク１１２とは一体的に回転を行う。ビームスプリッタ１１５は照明光Ｌと戻り光Ｒ（蛍光）とを分離する光学部品であり、ここではダイクロイックミラーを適用する。ビームスプリッタ１１５の光学特性としては、照明光Ｌの波長域の光を透過し、蛍光の波長域の光を反射する。

【0007】

共焦点スキャナ１０３のピンホールディスク１１２の各ピンホールを通過した照明光Ｌは顕微鏡１０４に入射する。顕微鏡１０４は結像レンズ１２１と対物レンズ１２２とディッシュ１２３とを備えて構成している。顕微鏡１０４に入射する照明光Ｌは集光ディスク１１１の集光レンズの作用により拡散光となっており、結像レンズ１２１は照明光Ｌを平行光にする。

【0008】

対物レンズ１２２は平行光となっている照明光Ｌをディッシュ１２３に載置されている試料Ｓに焦点を結ばせる。照明光Ｌが試料Ｓで焦点を結ぶことにより、試料Ｓに導入した蛍光色素や蛍光タンパク等が励起して蛍光を発生する。この蛍光は戻り光Ｒとなる。

【0009】

分光光学系１０５は、リレーレンズ１３１とミラー移動機構１３２と第１フィルタホイール１３３と第１リレーレンズ１３４と第２フィルタホイール１３５と第２リレーレンズ１３６とを備えて構成している。共焦点スキャナ１０３から戻り光Ｒは拡散光としてリレーレンズ１３１に入射する。リレーレンズ１３１は戻り光Ｒを平行光にする。

【0010】

ミラー移動機構１３２は第１分光ミラー１３２Ａと第２分光ミラー１３２Ｂとの２つの分光ミラーを有している。第１分光ミラー１３２Ａおよび第２分光ミラー１３２Ｂは戻り光Ｒを分光する。透過光は第１戻り光Ｒ１となり、反射光は第２戻り光Ｒ２となる。第１分光ミラー１３２Ａと第２分光ミラー１３２Ｂとでは分光特性が異なる。第１分光ミラー１３２Ａはシアン色の波長域の光を透過し、黄色の波長域の光を反射する。第２分光ミラー１３２Ｂは緑色の波長域の光を透過し、赤色の波長域の光を反射する。

【0011】

ミラー移動機構１３２は、第１分光ミラー１３２Ａおよび第２分光ミラー１３２Ｂの戻り光Ｒの光路に対する挿抜を行う。第１分光ミラー１３２Ａと第２分光ミラー１３２Ｂとは一体的に移動を行う。ミラー移動機構１３２は、戻り光Ｒの光路に第１分光ミラー１３２Ａと第２分光ミラー１３２Ｂとの何れかを配置するか、または第１分光ミラー１３２Ａおよび第２分光ミラー１３２Ｂの両者が配置されないように各ミラーを一体的に移動させる。

【0012】

第１フィルタホイール１３３はフィルタＡ、フィルタＢ、フィルタＣ、フィルタＤの４つのフィルタを有している。フィルタＡはシアン色の波長域の光のみを透過させる。フィルタＢは黄色の波長域の光のみを透過させる。フィルタＣは緑色の波長域の光のみを透過させる。フィルタＤは赤色の波長域の光のみを透過させる。

【0013】

フィルタＡ〜フィルタＤは９０度の角度をなすように配置されており、第１フィルタホイール１３３が回転することにより、何れか１つのフィルタが選択的に第１戻り光Ｒ１の光路に配置される。第１リレーレンズ１３４は平行光となっている第１戻り光Ｒ１を第１カメラ１０６の受光領域に結像させる。

【0014】

第２フィルタホイール１３５はフィルタＢおよびフィルタＤの２つのフィルタを有している。フィルタＢおよびフィルタＤの透過特性は第１フィルタホイール１３３のフィルタＢおよびフィルタＤと同じである。フィルタＢとフィルタＤとは１８０度の角度なすように配置されており、第２フィルタホイール１３５が回転することにより、フィルタＢまたはフィルタＤの何れかが第２戻り光Ｒ２の光路に配置される。

【0015】

第２リレーレンズ１３６は、フィルタＢまたはフィルタＤを透過した第２戻り光Ｒ２を第２カメラ１０７の受光領域に結像させる。

【0016】

以上が構成である。次に、動作について説明する。顕微鏡装置１０１を用いて試料Ｓの観察を行う。第１カメラ１０６と第２カメラ１０７とは分光された異なる色の試料Ｓの同時間の像を観察する。図９では、第１カメラ１０６ではシアン色の試料Ｓの像を撮像し、第２カメラ１０７では黄色の試料Ｓの像を観察する。

【0017】

このために、ミラー移動機構１３２は戻り光Ｒの光路に第１分光ミラー１３２Ａが位置するように移動制御を行う。また、第１フィルタホイール１３３はフィルタＡが第１戻り光Ｒ１の光路に配置されるように回転し、第２フィルタホイール１３５はフィルタＢが第２戻り光Ｒ２の光路に配置されるように回転する。この状態が図９である。

【0018】

次に、試料Ｓの観察について説明する。光源装置１０２は照明光Ｌを出射する。照明光Ｌは集光ディスク１１１の集光レンズにより集光する。ビームスプリッタ１１５は照明光Ｌを透過する特性を有しているため、照明光Ｌは透過する。そして、ピンホールディスク１１２のピンホールを通過する。

【0019】

結像レンズ１２１に照明光Ｌが入射されて、平行光になる。そして、対物レンズ１２２によりディッシュ１２３に載置されている試料Ｓに照明光が焦点を結ぶ。これにより、試料Ｓが蛍光して、戻り光Ｒ（つまり、蛍光）を発生する。この戻り光Ｒは対物レンズ１２２、結像レンズ１２１、ピンホールディスク１１２のピンホールを経て、ビームスプリッタ１１５に入射される。

【0020】

ビームスプリッタ１１５は蛍光を反射する特性を有している。よって、戻り光Ｒは反射して、リレーレンズ１３１に入射して、平行光になる。ミラー移動機構１３２は第１分光ミラー１３２Ａを戻り光Ｒの光路に配置している。よって、第１分光ミラー１３２Ａにより、戻り光Ｒはシアン色の第１戻り光Ｒ１と黄色の第２戻り光Ｒ２とに分光される。第１戻り光Ｒ１は透過し、第２戻り光Ｒ２は反射する。

【0021】

第１戻り光Ｒ１の光路には、第１フィルタホイール１３３によりフィルタＡが配置されている。フィルタＡはシアン色の波長域の光のみを透過する特性を有している。これにより、第１戻り光Ｒ１からシアン色以外の波長域の光が除去される。第１戻り光Ｒ１は第１リレーレンズ１３４により第１カメラ１０６の受光領域に結像される。

【0022】

第１分光ミラー１３２Ａで反射した第２戻り光Ｒ２はフィルタＢを通過する。フィルタＢは黄色の波長域の光のみを透過する特性を有している。これにより、第２戻り光Ｒ２から黄色以外の波長域の光が除去される。第２戻り光Ｒ２は第２リレーレンズ１３６により第２カメラ１０７の受光領域に結像される。

【0023】

共焦点スキャナ１０３は、モータ１１４が回転力を付与することにより、回転軸１１３と共に、集光ディスク１１１とピンホールディスク１１２とが一体的に回転を行う。これにより、試料Ｓの所定範囲を走査することができる。この走査により、第１カメラ１０６の受光領域に第１戻り光Ｒ１が走査され、第２カメラ１０７の受光領域に第２戻り光Ｒ２が走査される。

【0024】

従って、第１カメラ１０６には試料Ｓのシアン色の波長域の情報の像が撮像され、第２カメラ１０７には試料Ｓの黄色の波長域の情報の像が撮像される。第１戻り光Ｒ１および第２戻り光Ｒ２は走査されることで、第１カメラ１０６と第２カメラ１０７とで同じ試料Ｓの画像を同時間に異なる色で観察を行うことができる。

【0025】

図１０は、ミラー移動機構１３２により、第２分光ミラー１３２Ｂが戻り光Ｒの光路に配置された場合を示している。第２分光ミラー１３２Ｂは緑色の波長域の光を透過し、赤色の波長域の光を反射する特性を有している。よって、第１戻り光Ｒ１は緑色の光となって透過し、第２戻り光Ｒ２は赤色の光となって反射する。

【0026】

このとき、第１フィルタホイール１３３はフィルタＣを第１戻り光Ｒ１の光路に配置し、第２フィルタホイール１３５はフィルタＤを第２戻り光Ｒ２の光路に配置するように回転を行っている。第１戻り光Ｒ１がフィルタＣを通過することにより、緑色以外の波長域の光が除去される。第２戻り光Ｒ２がフィルタＤを通過することにより、赤色以外の波長域の光が除去される。

【0027】

そして、第１戻り光Ｒ１が第１カメラ１０６の受光領域を走査されることで、第１カメラ１０６で試料Ｓの緑色の波長情報の画像が生成される。また、第２戻り光Ｒ２が第２カメラ１０７の受光領域を走査されることで、第２カメラ１０７で試料Ｓの赤色の波長情報の画像が生成される。従って、試料Ｓの緑色の画像と赤色の画像とが同時に観察される。

【0028】

図１１は、ミラー移動機構１３２により、第１分光ミラー１３２Ａおよび第２分光ミラー１３２Ｂが戻り光Ｒの光路から退避するように移動している状態を示している。この場合には、戻り光Ｒの光路には分光ミラーが配置されないことから、第２戻り光Ｒ２は発生せず、第１戻り光Ｒ１（＝戻り光Ｒ）のみとなる。

【0029】

このとき、第１フィルタホイール１３３はフィルタＡが第１戻り光Ｒ１の光路に配置されるように回転をしている。従って、リレーレンズ１３１により平行光となった戻り光Ｒ（第１戻り光Ｒ１）は、シアン色以外の波長域の光が除去される。そして、第１リレーレンズ１３４により第１カメラ１０６の受光領域に第１戻り光Ｒ１が結像する。

【0030】

共焦点スキャナ１０３が走査を行うことで、第１戻り光Ｒ１により第１カメラ１０６は試料Ｓのシアン色の画像を撮像する。図１１では、分光をさせていないため、異なる色の画像を同時観察することはできない。ただし、分光ミラーにより戻り光Ｒを分光すると、光量損失を生じることにより画像のＳ／Ｎ比の低下を招来する。また、分光させたときには、他の戻り光の光路の情報が混入するため、異なる戻り光の情報同士でのクロストークの問題を生じる。

【0031】

よって、分光させないことで、異なる色の画像を同時に観察することはできないが、Ｓ／Ｎ比の高い明るい像を取得することができる。また、クロストークの問題を生じないことから、正確な画像生成を行うことができる。従って、Ｓ／Ｎ比が多少低下したとしても、試料Ｓの異なる色の画像を同時観察する場合と、単一の色の画像を高いＳ／Ｎ比で観察する場合とを、任意に切り替えることができる。

【0032】

前述したように、第１フィルタホイール１３３は４つのフィルタＡ〜Ｄを有している。図１２は、フィルタＢを第１戻り光Ｒ１の光路に配置した状態を示している。これにより、試料Ｓの黄色の画像を高いＳ／Ｎ比で且つ正確に得ることができる。なお、この黄色の画像は分光させたときに第２カメラ１０７で得られる画像になる。

【0033】

また、第１フィルタホイール１３３がフィルタＣを第１戻り光Ｒ１の光路に配置することで、試料Ｓの緑色の画像を高いＳ／Ｎ比で且つ正確に得ることができる。また、第１フィルタホイール１３３がフィルタＤを第１戻り光Ｒ１の光路に配置することで、試料Ｓの赤色の画像を高いＳ／Ｎ比で且つ正確に得ることができる。なお、この赤色の画像は分光させたときの第２カメラ１０７で得られる画像になる。

【0034】

従って、分光させずに単一の色の画像を高いＳ／Ｎ比で観察するときでも、４つの色の画像を観察することができる。ただし、分光させていないため、同時に観察することはできないため、フィルタＡ〜Ｄを切り替えて観察を行なうことになる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0035】

【特許文献1】特開平２−６１６１０号公報

【非特許文献】

【0036】

【非特許文献1】「「浜松ホトニクス株式会社 ＡＱＵＡＣＯＳＭＯＳ／ＦＲＥＴカタログ」、浜松ホトニクス株式会社、２００２年、Ｐ２」

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0037】

従って、ミラー移動機構１３２により分光ミラーを光路に挿入しまたは抜去（退避）させることにより、試料Ｓの複数の波長情報の画像の観察と試料Ｓの単一の波長情報の画像の観察とを任意に切り替えることができる。これにより、所望の観察を行うことができる。

【0038】

つまり、複数の波長情報の画像を同時間に観察したいときには、ミラー移動機構１３２を用いて、第１分光ミラー１３２Ａまたは第２分光ミラー１３２Ｂを戻り光Ｒの光路に配置する。一方、高いＳ／Ｎ比で正確な画像観察を行うときには、ミラー移動機構１３２を用いて、第１分光ミラー１３２Ａおよび第２分光ミラー１３２Ｂを戻り光Ｒの光路から退避させる。

【0039】

従って、分光光学系１０５は、複数の波長情報の画像の同時観察と単一の波長情報の画像の観察との両者に対応可能に構成する必要がある。このために、第１フィルタホイール１３３はフィルタＡ〜Ｄの４つのフィルタを回転可能に設ける必要がある。このうち、フィルタＢおよびＤは第１フィルタホイール１３３と第２フィルタホイール１３５との両者に設けられている。

【0040】

フィルタＢおよびＤは同一のフィルタであり、第１フィルタホイール１３３と第２フィルタホイール１３５との両者に重複して設けられているものになる。これは、単一の波長情報の画像を観察するとき、つまり高いＳ／Ｎ比で正確な画像観察を行うときに、分光したときに得られる全ての波長情報の画像を取得するためである。

【0041】

これにより、第１分光ミラー１３２Ａと第２分光ミラー１３２Ｂとを切り替えることで、シアン色、黄色、緑色、赤色の合計４つの波長情報の画像取得ができる。このため、第１分光ミラー１３２Ａと第２分光ミラー１３２Ｂとを退避させたとしても、４つの波長情報の画像を取得することができる。

【0042】

このために、第１フィルタホイール１３３と第２フィルタホイール１３５とで、同一のフィルタＢおよびフィルタＤが重複するようになる。つまり、分光光学系１０５には合計で６つのフィルタが設けられることになる。これにより、重複した分の２つのフィルタにより、使用するフィルタの数が多くなる。使用するフィルタの数が多くなることで、分光光学系１０５、そして顕微鏡装置１０１の構成が複雑になり、大型化する。

【0043】

また、図９乃至図１２の構成では、第２フィルタホイール１３５はフィルタＢとフィルタＤとを交換可能に回転するように構成している。このように、第２戻り光Ｒ２の光路に配置可能なフィルタを交換可能とすることで、同時観察可能な波長情報の数を多くすることができる。この場合、第２フィルタホイール１３５が必要となる。

【0044】

フィルタホイールは回転によりフィルタを切り替えているため、任意の回転駆動手段により回転力を付与する。回転駆動手段としては回転モータ等を適用することができる。従って、フィルタホイールを２つ設けることで、回転駆動手段も２つ必要になる。これにより、フィルタホイールの数が多くなることで、分光光学系１０５の構成が複雑化し、また大型化する。

【0045】

そこで、本発明は、試料の複数の情報の同時観察と単一の情報の観察とを切り替え可能に構成したときに、使用するフィルタの数の低減を図り、簡単且つ小型の構成で実現することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0046】

以上の課題を解決するため、本発明の分光光学系は、照明光を試料に照射することにより生じる蛍光に含まれる情報ごとに分光する分光部と、分光された各蛍光の光路に配置され、分光された前記情報のみを透過させるフィルタと、分光された蛍光の経路に配置される前記フィルタを分光された他の蛍光の経路に配置される前記フィルタと交換可能なフィルタ交換機構と、前記分光部を前記蛍光の光路に挿抜可能に移動させる分光部移動機構と、 を備え、前記分光部移動機構は、分光特性の異なる複数の前記分光部を前記蛍光の光路に切り替え可能に配置し、前記フィルタ交換機構は、前記複数の分光部により分光された複数の情報に対応する複数の前記フィルタを有し、前記蛍光の光路に配置された前記分光部により分光された情報に対応した前記フィルタを前記蛍光の経路および前記他の蛍光の経路に配置することを特徴とする。

【0047】

この分光光学系によれば、分光部を挿抜可能にして、フィルタ交換機構が他の光路との間でフィルタの交換を可能に構成している。これにより、試料の複数の情報の同時観察と単一の情報の観察とを切り替え可能にしたときに、分光したときの１つの光路と他の光路とでフィルタを共有することができ、使用するフィルタの数を削減することができる。

【0048】

また、前記フィルタ交換機構は、前記フィルタを回転させて交換を行う回転式の交換機構であることを特徴とする。

【0049】

フィルタ交換機構を回転式とすることで、簡単な構成でフィルタの交換を行うことができる。

【0050】

また、前記フィルタ交換機構は、前記蛍光の光路から前記分光部が退避されているときに、記蛍光の経路に配置されるフィルタと分光したときの前記他の蛍光の光路に配置されるフィルタとを交換可能にしたことを特徴とする。

【0051】

他の蛍光の光路で使用されていたフィルタを蛍光の光路に配置することで、試料に含まれる他の情報についてＳ／Ｎ比が高い正確な画像を得ることができる。

【0053】

複数の分光部を切り替えることで、試料に含まれる多数の情報の像を得ることができる。この場合でも、回転式のフィルタ交換機構を１つだけ用いて実現することができるため、簡単且つ小型の構成で多数の情報の像を得ることができる。

【0054】

また、前記分光部移動機構が有する前記分光部の数をＮ（Ｎは自然数）としたときに、前記フィルタ交換機構は、Ｎ個の前記分光部に応じた２×Ｎ個の前記フィルタを、（１８０／Ｎ）度の角度ずつで配列し、（１８０／Ｎ）度ずつ回転させることを特徴とする。

【0055】

Ｎ個の分光特性の異なる分光部を切り替え可能にしたときに、フィルタ交換機構は（１８０／Ｎ）度ずつ回転させることで、分光部に応じたフィルタを蛍光の光路に配置することができる。

【0056】

また、本発明の顕微鏡装置は、前述の分光光学系を備える顕微鏡装置であって、前記照明光を出射する光源と、前記照明光を前記試料に照射して前記蛍光を生じさせる顕微鏡と、前記分光された蛍光を撮像する複数の撮像部と、を備えたことを特徴とする。

【0057】

この顕微鏡装置によれば、前記分光光学系を備えることで、複数の異なる情報の像の同時観察と単一の情報の像の観察とを切り替えて観察することができる。

【0058】

また、前記試料の焦点の範囲内の蛍光を通過させる多数のピンホールを螺旋状且つ多条に形成したピンホールディスクと、このピンホールディスクを回転させる回転部と、を備えたことを特徴とする。

【0059】

ピンホールディスクを回転させることで、試料の所定範囲の画像を得ることができる。且つ、ピンホールは試料の焦点の範囲内の照明光および蛍光のみを通過させることで、光軸方向に分解能の高い共焦点画像を得ることができる。

【0060】

また、前記ピンホールディスクの前記ピンホールと同一の配列パターンで、前記照明光を前記ピンホールに集光させる集光レンズを配列した集光ディスクを備え、前記回転部は、前記ピンホールディスクと前記集光ディスクとを一体的に回転させることを特徴とする。

【0061】

集光ディスクを使用することで、照明光の利用効率を向上させることができ、高いＳ／Ｎ比の共焦点画像を得ることができる。

【発明の効果】

【0062】

本発明は、分光部を挿抜可能にして、フィルタ交換機構が他の光路との間でフィルタの交換を可能に構成している。これにより、試料の複数の情報の同時観察と単一の情報の観察とを切り替え可能にしたときに、分光したときの１つの光路と他の光路とでフィルタを共有することができ、使用するフィルタの数を削減することができる。そして、分光光学系の構成を簡単且つ小型にすることができる。

【図面の簡単な説明】

【0063】

【図1】実施形態の顕微鏡装置の構成を示す図である。

【図2】図１から分光ミラーを切り替えたときの図である。

【図3】図１から分光ミラーを退避させたときの図である。

【図4】図３からフィルタを交換したときの図である。

【図5】分光ミラーが１つの場合の顕微鏡装置の図である。

【図6】図５から分光ミラーを退避させたときの図である。

【図7】共焦点スキャナを備えた顕微鏡装置の図である。

【図8】共焦点スキャナの他の例を示す顕微鏡装置の図である。

【図9】従来の顕微鏡装置の構成を示す図である。

【図10】図９から分光ミラーを切り替えたときの図である。

【図11】図９から分光ミラーを退避させたときの図である。

【図12】図１１からフィルタを交換したときの図である。

【発明を実施するための形態】

【0064】

以下、本発明の実施形態について説明する。図１は本実施形態の顕微鏡装置１を示している。顕微鏡装置１は、蛍光色素や蛍光タンパク等を導入した観察対象としての試料Ｓに照明光Ｌを照射する。これにより、試料Ｓを励起させて蛍光させる。そして、この蛍光を戻り光Ｒとしてカメラに結像させることで、試料Ｓの像を得る。

【0065】

試料Ｓには複数の情報が含まれている。この情報としては、波長情報や偏光情報等がある。ここでは、波長情報ごとに試料Ｓの像を分離して観察を行う例について説明するが、偏光情報ごとに分離して観察を行うものであってもよい。勿論、波長情報や偏光情報以外の情報ごとに分離して観察を行うものであってもよい。

【0066】

図１に示す顕微鏡装置１は、顕微鏡２と分光光学系３と第１カメラ４と第２カメラ５とを備えて構成している。顕微鏡２は、光源装置１０とビームスプリッタ１１と対物レンズ１２とディッシュ１３と結像レンズ１４とを備えて構成している。ディッシュ１３には観察対象である試料Ｓが載置されている。

【0067】

光源装置１０は照明光Ｌを出射する。照明光Ｌとしてはレーザ光やＬＥＤ、水銀チップ等を適用することができる。照明光Ｌは試料Ｓの蛍光色素や蛍光タンパク等を励起させる波長を持つ。

【0068】

ビームスプリッタ１１は光の波長ごとに透過と反射とを分ける光学部品である。ビームスプリッタ１１としてはダイクロイックミラー等を適用することができる。ビームスプリッタ１１は照明光Ｌの波長域の光を反射し、試料Ｓの蛍光の波長域の光を透過する特性を有している。このため、照明光Ｌはビームスプリッタ１１で反射する。

【0069】

反射した照明光Ｌは対物レンズ１２を透過して、ディッシュ１３に載置された試料Ｓに照射される。照射された照明光Ｌにより試料Ｓが励起して蛍光を発する。この蛍光を戻り光Ｒとする。戻り光Ｒは対物レンズ１２を経て、ビームスプリッタ１１に入射する。

【0070】

ビームスプリッタ１１は蛍光の波長域の光を透過するため、戻り光Ｒは透過して、結像レンズ１４に入射する。結像レンズ１４に入射する戻り光Ｒは平行光になっているが、結像レンズ１４はこれを収束光に変換する。以上が顕微鏡２の構成である。

【0071】

次に、分光光学系３について説明する。分光光学系３は戻り光Ｒを情報ごとに分光する光学系である。ただし、分光を行わない場合もある。ここでは、波長情報ごとに分光を行う。この分光光学系３は、反射ミラー２１とリレーレンズ２２とミラー移動機構２３と第１リレーレンズ２４と第２リレーレンズ２５とフィルタ交換機構２６とを備えて構成している。

【0072】

反射ミラー２１は結像レンズ１４からの戻り光Ｒを９０度の角度で反射する。リレーレンズ２２に入射する戻り光Ｒは拡散光になっているため、リレーレンズ２２はこれを平行光にする。なお、リレーレンズ２２と第１リレーレンズ２４とにより、およびリレーレンズ２２と第２リレーレンズ２５とにより無限遠補正光学系を構成する。

【0073】

ミラー移動機構２３は第１分光ミラー２３Ａと第２分光ミラー２３Ｂとの２つの分光ミラーを有する分光部移動機構である。ミラー移動機構２３において、第１分光ミラー２３Ａと第２分光ミラー２３Ｂとは直列に配列している。そして、ミラー移動機構２３は第１分光ミラー２３Ａと第２分光ミラー２３Ｂとを一体的に移動させる。移動方向は第１分光ミラー２３Ａと第２分光ミラー２３Ｂとの配列方向になる。ミラー移動機構２３は適宜の移動手段を用いることができ、例えばアクチュエータにより移動させてもよいし、ボールネジ等により移動させるものであってもよい。

【0074】

図１では、ミラー移動機構２３は２つの分光ミラーを有しているが、３つ以上の分光ミラーを有していてもよい。ただし、各分光ミラーはそれぞれ異なる特性（分光特性）を有しているものとする。従って、第１分光ミラー２３Ａと第２分光ミラー２３Ｂとは異なる分光特性を有している。なお、ここでは波長情報ごとに分光しているが、偏光情報ごとに分光する場合には、偏光成分ごとに透過と反射とを分ける偏光ビームスプリッタが用いられる。

【0075】

第１分光ミラー２３Ａおよび第２分光ミラー２３Ｂ分光ミラーは、試料Ｓに含まれる情報ごとの観察を行うときに、戻り光Ｒを情報ごとに分光させる分光部である。前述したように、本実施形態では、波長情報ごとに分離して観察を行う。ここでは、第１分光ミラー２３Ａはシアン色の波長域の光を透過し、黄色の波長域の光を反射する特性を有しているものとする。また、第２分光ミラー２３Ｂは緑色の波長域の光を透過し、赤色の波長域の光を反射する特性を有しているものとする。勿論、第１分光ミラー２３Ａおよび第２分光ミラー２３Ｂの分光特性は任意に設定することができる。

【0076】

図１では、ミラー移動機構２３は第１分光ミラー２３Ａが戻り光Ｒの光路に位置するように移動している。従って、戻り光Ｒは第１分光ミラー２３Ａにより、シアン色の波長域の光（第１戻り光Ｒ１）を透過し、黄色の波長域の光（第２戻り光Ｒ２）を反射する。

【0077】

第１戻り光Ｒ１の光路にはフィルタＡが配置されている。フィルタＡはシアン色の波長域の光のみを通過させるフィルタである。第１戻り光Ｒ１は第１分光ミラー２３Ａによりシアン色の波長域の光を透過させているが、第１戻り光Ｒ１にはシアン色の波長域以外の光が混在している。

【0078】

そこで、第１戻り光Ｒ１がフィルタＡを通過させることで、シアン色の波長域以外の光を除去する。これにより、フィルタＡを通過した後の第１戻り光Ｒ１は純粋なシアン色の波長域の光となっている。この第１戻り光Ｒ１は第１リレーレンズ２４に入射する。

【0079】

第１リレーレンズ２４に入射する第１戻り光Ｒ１は平行光になっている。第１リレーレンズ２４は第１戻り光Ｒ１の像を第１カメラ４の受光領域に結像させる。これにより、試料Ｓのうちシアン色の波長情報の像が、撮像部としての第１カメラ４で撮像される。

【0080】

一方、第１分光ミラー２３Ａで反射した第２戻り光Ｒ２の光路にはフィルタＢが配置されている。フィルタＢは黄色の波長域の光のみを通過させるフィルタである。第２戻り光Ｒ２にも黄色の波長域以外の光が混在している。そこで、第２戻り光Ｒ２がフィルタＢを通過することにより、第２戻り光Ｒ２は純粋な黄色の波長域の光となる。

【0081】

この第２戻り光Ｒ２は平行光として第２リレーレンズ２５に入射する。第２リレーレンズ２５は第２戻り光Ｒ２の像を第２カメラ５の受光領域に結像させる。これにより、試料Ｓのうち黄色の波長情報の像が、撮像部としての第２カメラ５で撮像される。

【0082】

フィルタ交換機構２６は複数のフィルタを有しており、各フィルタを回転可能にする機構である。ここでは４つのフィルタＡ、フィルタＢ、フィルタＣおよびフィルタＤを有している。勿論、フィルタの数は複数であれば４つ以外であってもよい。

【0083】

フィルタ交換機構２６は４つのフィルタＡ〜Ｄをそれぞれ９０度の角度をなすように配置している。ここでは、フィルタＡ、フィルタＣ、フィルタＢ、フィルタＤの順番で９０度の角度をなすように配列されている。従って、フィルタＡとフィルタＢとは１８０度の角度をなし、フィルタＣとフィルタＤとは１８０度の角度をなす。

【0084】

そして、４つのフィルタＡ〜Ｄのうち２つのフィルタが第１戻り光Ｒ１の光路と第２戻り光Ｒ２の光路とに配置可能に構成されている。ここでは、フィルタＡとフィルタＢとが同時に２つの光路に配置され、９０度回転することで、フィルタＣとフィルタＤとが同時に２つの光路に配置される。フィルタ交換機構２６の回転は任意の回転駆動手段により回転することができる。例えば、回転モータ等により回転を行う。

【0085】

図１では、フィルタ交換機構２６はフィルタＡが第１戻り光Ｒ１の光路に配置され、フィルタＢが第２戻り光Ｒ２の光路に配置されるようにしている。そして、フィルタ交換機構２６が９０度回転するごとに、フィルタＡ〜Ｄの位置は９０度ずつ回転を行う。これにより、別のフィルタを第１戻り光Ｒ１の光路および第２戻り光Ｒ２の光路に配置することができる。

【0086】

以上が構成である。次に、動作について説明する。まず、ミラー移動機構２３は第１分光ミラー２３Ａが戻り光Ｒの光路に位置するように移動する。また、フィルタ交換機構２６はフィルタＡが第１戻り光Ｒ１の光路に位置し、フィルタＢが第２戻り光Ｒ２の光路に位置するように配置する。

【0087】

光源装置１０は照明光Ｌを出射する。照明光Ｌはビームスプリッタ１１で反射して、対物レンズ１２によりディッシュ１３に載置された試料Ｓに照射される。これにより、試料Ｓが励起されて蛍光（戻り光Ｒ）を発生する。戻り光Ｒは対物レンズ１２を経て、ビームスプリッタ１１を透過する。そして、結像レンズ１４の作用により、収束光となり、反射ミラー２１で反射をする。

【0088】

拡散光となっている戻り光Ｒはリレーレンズ２２で平行光となり、第１分光ミラー２３Ａに入射する。この第１分光ミラー２３Ａの作用により、戻り光Ｒはシアン色の波長域の第１戻り光Ｒ１と黄色の波長域の第２戻り光Ｒ２とに分光される。第１戻り光Ｒ１は透過し、第２戻り光Ｒ２は反射する。

【0089】

第１戻り光Ｒ１はフィルタＡにより、シアン色の波長域以外の光が除去される。この第１戻り光Ｒ１は第１リレーレンズ２４により第１カメラ４の受光領域に結像される。一方、第２戻り光Ｒ２はフィルタＢにより、黄色の波長域以外の光が除去される。この第２戻り光Ｒ２は第２リレーレンズ２５により第２カメラ５の受光領域に結像される。

【0090】

これにより、第１カメラ４で試料Ｓのシアン色の像を観察でき、第２カメラ５で試料Ｓの黄色の像を観察できる。このとき、第１カメラ４に結像される第１戻り光Ｒ１のタイミングと第２カメラ５に結像される第２戻り光Ｒ２のタイミングとは同時（またはほぼ同時）である。これにより、試料Ｓに含まれる異なる波長情報の像を同時間で観察することができる。

【0091】

次に、図２を参照して、ミラー移動機構２３が移動をして、戻り光Ｒの光路に第２分光ミラー２３Ｂを配置した場合について説明する。前述したように、第２分光ミラー２３Ｂは戻り光Ｒを分光して、緑色の波長域の光を第１戻り光Ｒ１として透過し、赤色の波長域の光を第２戻り光Ｒ２Ｒとして反射する。

【0092】

このときには、フィルタ交換機構２６は９０度回転して、第１戻り光Ｒ１の光路にフィルタＣが配置され、第２戻り光Ｒ２の光路にフィルタＤが配置されるようにしている。フィルタＣは緑色の波長域の光のみを通過させるフィルタであり、フィルタＣを通過した第１戻り光Ｒ１は緑色の波長域以外の光が除去された純粋な緑色の波長域の光となっている。第２分光ミラー２３Ｂを透過した第１戻り光Ｒ１には緑色以外の波長域の光が混在するため、フィルタＣはこれを除去する。

【0093】

フィルタＤは赤色の波長域の光のみを通過させるフィルタであり、フィルタＤを通過した第２戻り光Ｒ２は赤色の波長域以外の光が除去された純粋な赤色の波長域の光となっている。第２分光ミラー２３Ｂにおいても、第２戻り光Ｒ２に赤色以外の波長域の光が混在するため、フィルタＤはこれを除去する。

【0094】

これにより、第１カメラ４には試料Ｓの緑色の波長域の像が結像し、第２カメラ５には試料Ｓの赤色の波長域の像が結像する。従って、第１カメラ４と第２カメラ５とで同時に緑色と赤色との異なる波長情報の像を同時間に観察することができる。

【0095】

次に、図３を参照して、ミラー移動機構２３が第１分光ミラー２３Ａおよび第２分光ミラー２３Ｂを戻り光Ｒの光路から退避させた場合について説明する。なお、図３において、フィルタＡが第１戻り光Ｒ１の光路に配置されるようにしている。この場合には、リレーレンズ２２により平行光にされた戻り光は分光されない。

【0096】

従って、戻り光Ｒは第１戻り光Ｒ１としてフィルタＡを通過する。フィルタＡはシアン色の波長域の光のみを通過させる。これにより、第１カメラ４にはシアン色の波長域の像が結像される。この第１カメラ４に結像した第１戻り光Ｒ１の像に基づいて、試料Ｓのシアン色の像を観察することができる。

【0097】

図３の場合は、戻り光Ｒは分光されない。従って、分光ミラーの作用を受けることがない。戻り光Ｒは分光ミラーの作用を受けると、光量損失を発生することからＳ／Ｎ比が低下し、像の明るさが低下する。また、分光ミラーで分光をする場合には、フィルタを介在させたとしても、分光された他の光路の成分（第２戻り光Ｒ２）を完全に除去することはできない。従って、分光された他の光路の像情報がクロストークする。これにより、第１カメラ４および第２カメラ５に結像される像の正確性が低下する。

【0098】

このため、戻り光Ｒを分光させないで、単一の波長情報の像のみを観察する。これにより、Ｓ／Ｎ比を向上させた明るい正確な像を観察することができる。ただし、この場合には、分光していないため、観察可能な像は１つになる。つまり、単一の波長情報の像を観察することはできるが、複数の波長情報を同時間に観察することはできない。

【0099】

この点、図１および図２に示したように、第１分光ミラー２３Ａまたは第２分光ミラー２３Ｂを戻り光Ｒの光路に配置することで、異なる波長情報の像を同時間に観察することができる。ただし、この場合には、分光をしているため、Ｓ／Ｎ比が低下し、像の明るさが低下する。また、クロストークの問題も生じる。

【0100】

従って、ミラー移動機構２３を制御して、複数の波長情報の像の同時観察と単一の波長情報の像の観察とを切り替え可能に構成する。これにより、所望の観察を切り替えて行うことができる。

【0101】

ところで、単一の波長情報の像の観察を行う場合において、第１分光ミラー２３Ａおよび第２分光ミラー２３Ｂで分光させたときに得られる異なる波長情報の像を観察可能にする。つまり、シアン色、黄色、緑色、赤色の４つの波長情報の像を単一の波長情報の像として観察可能にする。このために、フィルタ交換機構２６はフィルタＡ〜Ｄを第１戻り光Ｒ１の光路に配置可能に構成している。

【0102】

図４は図３の状態から、フィルタ交換機構２６を１８０度回転させて、フィルタＢを第１戻り光Ｒ１の光路に配置した状態を示している。このフィルタＢはもともと第２戻り光Ｒ２の光路に配置させて、第１分光ミラー２３Ａにより反射された第２戻り光Ｒ２に対してフィルタリング作用を与えるものである。

【0103】

フィルタ交換機構２６が１８０度回転することにより、フィルタＢは第１戻り光Ｒ１の光路に配置することが可能になる。フィルタＢを戻り光Ｒが通過することにより、黄色の波長域の光のみが通過するため、第１カメラ４には黄色の波長域の像が結像する。これにより、試料Ｓの黄色の波長情報の像の観察を行うことができる。

【0104】

図４の状態からさらにフィルタ交換機構２６が９０度回転することで、フィルタＣが第１戻り光Ｒ１の光路に配置される。これにより、第１カメラ４には緑色の波長域の像が結像するため、試料Ｓの緑色の波長情報の像の観察を行うことができる。

【0105】

また、その状態からさらにフィルタ交換機構２６が１８０度回転することで、フィルタＤが第１戻り光Ｒ１の光路に配置される。これにより、第１カメラ４には赤色の波長域の像が結像するため、試料Ｓの赤色の波長情報の像の観察を行うことができる。なお、このフィルタＤはもともと第２戻り光Ｒ２の光路に配置させて、第２分光ミラー２３Ｂにより反射された第戻り光Ｒ２に対してフィルタリング作用を与えるものである。

【0106】

従って、戻り光Ｒを分光させないで、単一の波長情報の像を観察する場合でも、フィルタ交換機構２６が９０度ずつ回転可能に構成することで、フィルタＡ〜Ｄを第１戻り光Ｒ１の光路に配置することが可能になる。これにより、分光させたときと同じ種類の波長情報の像の観察を行うことができる。ただし、分光をさせていないため、同時に観察を行うことはできない。

【0107】

フィルタ交換機構２６は第１戻り光Ｒ１の光路に配置されるフィルタと第２戻り光Ｒ２の光路（他の光路）に配置されるフィルタとを交換可能にしている。これにより、フィルタＡ〜Ｄの４つのフィルタを用いて、異なる波長情報の同時観察と単一の波長情報の像の観察とを実現することができる。

【0108】

これは、フィルタ交換機構２６が１つの戻り光の光路と他の戻り光の光路とでフィルタを交換することにより可能になる。従って、第１戻り光Ｒ１の光路と第２戻り光Ｒ２の光路とでそれぞれ専用のフィルタを設けることなく、異なる光路に配置されるフィルタを共用することができる。

【0109】

これにより、分光光学系３に設けるフィルタの数を削減することができる。例えば、前述した背景技術では６つのフィルタが必要であり、そのうち２つのフィルタは同一のフィルタであり重複していたが、本実施形態では４つのフィルタを使用しており、同一のフィルタを使用していない。これにより、フィルタの使用数を低減することができる。

【0110】

また、第１戻り光Ｒ１および第２戻り光Ｒ２の両者の光路にそれぞれフィルタを交換する機構を設けることなく、１つのフィルタ交換機構２６によりフィルタの交換を行っている。これにより、第１戻り光Ｒ１の光路と第２戻り光Ｒ２の光路とのそれぞれにフィルタホイールを設ける必要がなくなる。

【0111】

フィルタホイールやフィルタ交換機構２６は回転力を付与する回転駆動手段を設ける必要があり、例えば回転駆動手段としては回転モータ等を適用できる。本実施形態では、１つのフィルタ交換機構２６を設けているため、回転駆動手段は１つだけを設ければよい。従って、回転駆動手段およびフィルタ交換機構２６の数を少なくすることができることから、分光光学系３の構成を簡単且つ小型にすることができる。

【0112】

以上において、ミラー移動機構２３は第１分光ミラー２３Ａと第２分光ミラー２３Ｂとを有していたが、１つの分光ミラー（第１分光ミラー２３Ａ）のみを有するものであってもよい。図５は第１分光ミラー２３Ａが戻り光Ｒの光路に挿入されている状態を示しており、図６は第１分光ミラー２３Ａが戻り光Ｒの光路から抜去（退避）されている状態を示している。

【0113】

図５の場合では、シアン色の波長域の像を第１カメラ４で撮像し、黄色の波長域の像を第２カメラ５で撮像する。つまり、２色の波長域の像の同時観察を行うことができる。一方、ミラー移動機構２３により第１分光ミラー２３Ａを退避した場合には、シアン色の波長域の像を第１カメラ４で撮像する。つまり、シアン色の単一の波長情報の像の観察をすることができる。

【0114】

第１分光ミラー２３Ａを戻り光Ｒの光路から退避した状態で、フィルタ交換機構２６が、第１戻り光Ｒ１の光路に配置するフィルタをフィルタＡからフィルタＢに交換したときには、図６のようになる。これにより、黄色の波長域の像が第１カメラ４で撮像される。つまり、黄色の単一の波長情報の像の観察をすることができる。

【0115】

このとき、フィルタＢは第２戻り光Ｒ２の光路に配置されるフィルタであり、これを第１戻り光Ｒ１の光路に配置可能に交換することで、フィルタの使用数を低減することができる。この点、第１戻り光Ｒ１の光路にフィルタＡとフィルタＢとを交換可能にし、第２戻り光Ｒ２の光路にフィルタＢを配置した場合には、３つのフィルタが使用される。

【0116】

これに対して、フィルタ交換機構２６を用いて、フィルタＡとフィルタＢとを交換可能にすることで、使用するフィルタの数を２つに低減することができる。これは、フィルタＢを第１戻り光Ｒ１と第２戻り光Ｒ２との両者に設けることなく、共用することで、重複するフィルタを削減しているためである。

【0117】

なお、このときのフィルタ交換機構２６はフィルタＡとフィルタＢとを１８０度の角度を形成するように配置し、１８０度の回転を行うように制御する。

【0118】

前述したように、ミラー移動機構２３が備えるそれぞれ特性の異なる分光ミラーの数は３つ以上であってもよい。ミラー移動機構２３が備える分光ミラーの数をＮ（Ｎは自然数）個であるとした場合、必要なフィルタの数は２×Ｎ個になる。つまり、分光ミラーは戻り光Ｒを第１戻り光Ｒ１と第２戻り光Ｒ２との２つに分光するため、フィルタの数は２×Ｎ個になる。

【0119】

この場合において、フィルタ交換機構２６は２×Ｎ個のフィルタを（１８０／Ｎ）度の角度ずつで配列する。そして、（１８０／Ｎ）度ずつ回転させることで、同時に２つのフィルタを第１戻り光Ｒ１の光路と第２戻り光Ｒ２の光路とに配置することが可能になる。そして、フィルタ交換機構２６が備える２×Ｎ個のフィルタに重複したフィルタは存在しない。従って、Ｎの数が多くなるほど、多数の波長情報の像を得ることができると共に、フィルタ数の削減効果は大きくなる。

【0120】

また、図１等に示すように、フィルタ交換機構２６は傘型の形状をしており、回転部分にフィルタを配列する。勿論、フィルタ交換機構２６は傘型以外の形状を採用してもよい。例えば、円錐形状等を採用してもよい。要は、複数のフィルタを回転可能に構成しているものであればよい。

【0121】

また、ミラー移動機構２３は分光ミラーの配列方向に移動することにより、戻り光Ｒの光路に任意の分光ミラーを配置し、または退避させる。図２に示すように、フィルタ交換機構２６はミラー移動機構２３の移動方向に設置されているような場合には、ミラー移動機構２３とフィルタ交換機構２６とが干渉しないように、フィルタ交換機構２６を構成する。図中では、フィルタ交換機構２６に凹部を形成して、干渉を防止している。

【0122】

また、ミラー移動機構２３は図１の紙面に直交する方向に移動するように構成してもよい。つまり、図１の紙面に直交する方向に移動して、複数の分光ミラーを切り替え、または退避するようにしてもよい。この場合には、フィルタ交換機構２６との干渉のおそれはなくなる。

【0123】

また、図１乃至図６の構成では、落射照明による蛍光観察を行っている例を示したが、以下の変形例１および変形例２のように顕微鏡装置１に共焦点スキャナを用いて蛍光観察を行ってもよい。

【0124】

変形例１について説明する。図７に示すように、変形例１は共焦点スキャナ３０を設けている。試料Ｓの所定範囲の像の観察を行うために、共焦点スキャナ３０は照明光Ｌを走査させる。この共焦点スキャナ３０は、ピンホールディスク３１とモータ３２と回転軸３３とを備えて構成している。なお、図１乃至図６に示した構成とは光源装置１０およびビームスプリッタ１１の位置が異なるが、分光光学系３の構成は同じである。

【0125】

ピンホールディスク３１は多数のピンホールを螺旋状且つ多条に形成している。ピンホールは微小開口部であり、照明光Ｌおよび戻り光Ｒのうち試料Ｓの焦点の範囲内の光のみを通過させる。これにより、光軸方向に分解能の高い共焦点画像を生成することができる。

【0126】

モータ３２はピンホールディスク３１に回転力を付与するための手段であり、回転軸３３が連結されている。この回転軸３３をピンホールディスク３１に取り付けることで、モータ３２の回転力でピンホールディスク３１は回転する。モータ３２と回転軸３３とにより回転部を構成する。

【0127】

モータ３２がピンホールディスク３１を回転させる。これにより、照明光Ｌは試料Ｓの所定範囲を走査する。第１分光ミラー２３Ａまたは第２分光ミラー２３Ｂが光路上に配置されている場合には、第１カメラ４の受光領域に第１戻り光Ｒ１が走査され、且つ第２カメラ５の受光領域に第２戻り光Ｒ２が走査される。一方、第１分光ミラー２３Ａおよび第２分光ミラー２３Ｂが光路上から退避している場合には、戻り光Ｒが第１カメラ４の受光領域を走査される。

【0128】

これにより、異なる波長情報の像を同時観察するときには、第１カメラ４および第２カメラ５の受光領域に走査された第１戻り光Ｒ１および第２戻り光Ｒ２に基づいて、試料Ｓの所定領域のシアン色の画像と黄色の画像との異なる波長情報の画像を生成することができる。モータ３２がピンホールディスク３１を高速回転させることで、高速に画像生成を行うことができる。且つ、ピンホールディスク３１を用いているため、光軸方向に分解能の高い共焦点画像を得ることができる。

【0129】

次に、変形例２について説明する。図８は変形例２の顕微鏡装置１を示している。変形例２の共焦点スキャナ３０は変形例１の共焦点スキャナ３０に対して集光ディスク３４を追加している。この集光ディスク３４は回転軸３３に取り付けられている。

【0130】

集光ディスク３４は多数の集光レンズ（マイクロレンズ）を多条且つ螺旋状に配列している。そして、集光レンズの配列パターンはピンホールディスク３１のピンホールの配列パターンと同一である。よって、１つのピンホールに対応して１つの集光ディスクが設けられる。

【0131】

集光レンズは照明光Ｌを対応するピンホールに集光させるレンズである。従って、照明光Ｌはピンホールに集光されるため、照明光Ｌの利用効率が向上する。これにより、Ｓ／Ｎ比の高い共焦点画像を得ることができる。

【符号の説明】

【0132】

１ 顕微鏡装置
２ 顕微鏡
３ 分光光学系
４ 第１カメラ
５ 第２カメラ
１０ 光源装置
２３ ミラー移動機構
２３Ａ 第１分光ミラー
２３Ｂ 第２分光ミラー
２６ フィルタ交換機構
３０ 共焦点スキャナ
３１ ピンホールディスク
３２ モータ
３４ 集光ディスク
Ａ〜Ｄ フィルタ
Ｌ 照明光
Ｒ 戻り光
Ｒ１ 第１戻り光
Ｒ２ 第２戻り光
Ｓ 試料

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】