JP2000098242A - 倒立型共焦点顕微鏡 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】本発明は、操作性に優れ、顕微鏡全体の小型化
をも可能にした倒立型共焦点顕微鏡を提供する。 【解決手段】光源から試料１に照射された光を、試料１
の下方に位置する対物レンズ２および結像レンズ４に順
次導き、結像レンズ４を透過した光を撮像光路へ導き、
撮像手段で撮像するようにしたもので、倒立型顕微鏡本
体内部の結像レンズ４による撮像光路上の像面位置に共
焦点スキャナ組込みユニット２０を配置し、撮像手段で
試料１の共焦点画像を得るためにレーザファイバ４１を
介してレーザ４２を配置している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、培養細胞などの生
物試料を共焦点法によって光学的に切断して観察・撮像
する倒立型共焦点顕微鏡に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、培養細胞などの生物試料の生理学
的な動的挙動を観察・測定する顕微鏡として、シャーレ
やフラスコなどの培養容器の底面下方に対物レンズを配
置する倒立型顕微鏡が用いられる。

【０００３】このうち、特に、研究用途に用いる倒立型
顕微鏡としては、蛍光観察用の落射蛍光投光管を付属し
て、ＣａイオンやｐＨなどの蛍光指示薬を注入した生細
胞の蛍光画像を観察できるように構成し、また、標本の
観察だけでなく写真用スチールカメラや空間分解能の高
いＣＣＤカメラや時間分解能の高い高速撮像装置などの
複数の撮像手段に対応して撮像光路を設けたシステムを
構成できるものが考えられている。

【０００４】そして、従来、このような細胞生物学研究
用の倒立型顕微鏡として、特開平７−０３５９８６号に
開示されるように対物レンズを透過した光を互いに異な
る３方向以上の方向に分岐する分岐手段を有し、この分
岐手段で分岐された複数の光の内一つが入射される観察
光路、他の分岐光が入射される複数の撮像光路を有する
光学系を構成したものがある。

【０００５】一方、生きた細胞の共焦点画像を高速で提
供するアッドオン型の細胞生物学研究用の倒立型顕微鏡
として、共焦点ユニットを付加したものがあり、マイク
ロレンズ付き共焦点ディスクスキャナーを有するものが
特開平５−６０９８０号公報に開示されている。ここで
は開示されている共焦点ユニットは、複数のマイクロレ
ンズ付きマルチピンホール開口を有する集光ディスクと
該マイクロレンズ付きマルチピンホールに対応するよう
に形成した複数のピンホールからなるピンホールディス
クとを連結して構成される。この共焦点ユニットは、モ
ータで回転され、レーザファイバーから出射されコリメ
ートされたレーザ光を、集光ディスクを介してピンホー
ルディスクに導き、ピンホールディスクを透過した光
は、さらに対物レンズを透過し試料に照射される。試料
にピンホールを透過した光を照射すると、試料は蛍光を
発する。試料から発生した蛍光は、再び対物レンズ、ピ
ンホールディスクを透過し、ピンホールディスクと集光
ディスクとの間に配置されているダイクロイックミラー
によってレーザ照明光路と蛍光とを岐し、分岐した蛍光
から試料の投影像を結像光学系レンズで形成し、結像光
学系レンズで形成させた試料の投影像をカメラで撮像ま
たは単眼の接眼レンズで観察するようにしている。

【０００６】ここで、ピンホールディスクに穿たれた個
々のピンホールは、照明・観察の双方で用いられており
共焦点光学系を形成する。これにより、共焦点顕微鏡の
光学切断効果によって、コントラストの高い鮮明な画像
を得ることができる。また、回転式スキャナーを採用し
ているためリアルタイム観察・撮像が可能であり、特
に、ＣａイオンやｐＨなどの蛍光指示薬を注入した生細
胞の蛍光画像を高速撮像して細胞の生理学的な動的挙動
を観察・測定する用途に好適である。

【０００７】ところで、このような共焦点ユニットの顕
微鏡本体への取り付けは、通常、ビデオカメラで用いら
れるＣマウントが利用されるが、フランジバック位置
（ビデオカメラの場合の撮像面）にピンホールディスク
が配置されているため、顕微鏡用Ｃマウントアダプター
を介して簡単に顕微鏡本体と組み合わせることができ、
共焦点観察機能を容易にアッドオンしグレードアップす
ることができるというメリットがある。そこで、共焦点
ユニットの倒立型顕微鏡への具体的な取り付けは、例え
ば、図８（ａ）に示すように、観察鏡筒１００上部の直
筒１０１、鏡体１０２の左（または右）側面ポート１０
３または鏡体１０２下の底面ポート１０４など、３箇所
の光路取り出し口が考えられており、これらの、一つの
光路取り出し口へ共焦点ユニットを取付けて、残りの二
つの光路取り出し口にスチールカメラや小型ＣＣＤカメ
ラを取付けるなどしている。なお、図８（ｂ）は、各光
路取り出し口にＣマウントアダプターを介して共焦点ユ
ニット１０５を取付けた状態を示している。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、倒立顕
微鏡の上述した各光路取り出し口にＣマウントアダプタ
ーなどを介して共焦点ユニット１０５を取り付ける場
合、以下のような不具合がある。

【０００９】（１）観察鏡筒１００上部の直筒１０１へ
共焦点ユニット１０５を取付ける場合。 観察鏡筒１００の上に共焦点ユニット１０５が取付くた
め、肉眼観察などの操作性は正立型顕微鏡へ取付けた場
合と同様であるが、共焦点ユニット１０５による共焦点
像の肉眼観察時には、通常の非共焦点像を顕微鏡正面の
双眼部に取付けた接眼レンズで観察する場合に比べて、
アイポイントが高くなり単眼接眼しか使うことができな
い。このため、共焦点像の肉眼観察時には、観察姿勢に
無理がかかるだけでなく、観察しながらの顕微鏡操作や
試料のハンドリングを行いにくい。また、光学的には、
倒立顕微鏡内の観察光学系は光路が長く伸びており、か
つ、対物レンズと結像レンズで形成された像面を観察光
路内で再結像して観察鏡筒へ投影させるリレーレンズが
内蔵されていて構成が複雑となる。さらに、Ｃマウント
面と共焦点ユニット１０５からの照明光射出方向との直
交度のズレの他、Ｃマウント面と観察鏡筒、観察鏡筒と
顕微鏡観察光路の間で取付け角度にわずかなズレを生じ
る。このため、共焦点ユニット１０５から顕微鏡対物レ
ンズへの照明光が倒立型顕微鏡内の観察光路を透過し対
物レンズに到るまでに芯ズレを起こし易く、結果とし
て、共焦点ユニット１０５からの照明光が対物レンズの
瞳から外れてしまい、共焦点画像の照明光量不足や光量
ムラを生じる原因となる。

【００１０】なお、Ｃマウントアダプタに撮像素子を取
付けて通常の透過光像や蛍光像を対物レンズの瞳から出
てきた光束から撮像する場合には、このような照明の芯
ずれや光量ムラといった問題は生じないが、共焦点ユニ
ット１０５の場合にはユニット側から照明光が出射する
ために芯ずれや光量ムラといった問題が生じる。すなわ
ち、Ｃマウントによる取り付け機構自体の不具合ではな
く、共焦点ユニットとの組み合せ使用時に限った不具合
である。

【００１１】（２）鏡体１０２の左（または右）側面ポ
ート１０３へ共焦点ユニット１０５を取付ける場合。 側面ポート１０３では、対物レンズからの光路を側面へ
折り曲げるミラーが介在するものの、光路が短く、か
つ、対物レンズと結像レンズで形成された像面をＣマウ
ントアダプターで利用することができるため、上述した
（１）のような問題は生じにくい。しかしながら、共焦
点ユニット１０５は鏡体側面の低い位置に取付くため操
作性、特に共焦点ユニットに固定された接眼レンズによ
る共焦点画像の肉眼観察には極めて使いづらい。また、
光路を折り曲げるミラーのために、共焦点ユニット１０
５によって観察・撮像される共焦点画像は、倒立顕微鏡
正面で得られる像に対して裏返ってしまい、操作性に問
題を生じるのみならず、共焦点画像と非共焦点画像との
画像比較ができないという欠点もある。

【００１２】なお、図８では単眼接眼が前方を向くよう
に共焦点ユニット１０５を取付けているが、Ｃマウント
アダプターの回転調整により単眼接眼が斜め上方ないし
上方を向くように取付けることも可能である。この際、
共焦点画像の肉眼観察の使い難さは多少は改善される可
能性があるものの、共焦点ユニット１０５による共焦点
像の肉眼観察をしながら顕微鏡操作や試料のハンドリン
グは困難であり、本質的な改善は期待できない。

【００１３】（３）鏡体１０２下の底面ポート１０４へ
共焦点ユニット１０５を取付ける場合。 底面ポート１０４では、対物レンズからの光路を鏡体底
面へストレートに引き出して利用するため、光路が短く
単純になり、対物レンズと結像レンズで形成された像面
をそのままＣマウントアダプターで利用することができ
る。このため、上述した（１）（２）のような光学的問
題は生じない。

【００１４】しかしながら、共焦点スキャナは鏡体底面
すなわち顕微鏡を載置したテーブルの裏側に取付くため
共焦点ユニットの操作性が著しく阻害され、共焦点ユニ
ットによる共焦点像の肉眼観察をしながらの顕微鏡操作
や試料のハンドリングは不可能であるという欠点があ
る。

【００１５】さらに、これら（１）乃至（３）の場合、
それぞれ顕微鏡の外部に共焦点ユニットが取付けられ
る、いわゆる外付け構造であるため、顕微鏡全体が大型
化してしまい、取り扱いが不便になるという問題があっ
た。本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、操作
性に優れ、顕微鏡全体の小型化をも可能にした倒立型共
焦点顕微鏡を提供することを目的とする。

【００１６】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
第１の光源から試料に照射された光を、該試料の下方に
位置する対物レンズおよび結像レンズに順次導き、前記
結像レンズを透過した光を撮像光路へ導き、撮像手段で
撮像するようにした倒立型顕微鏡において、前記倒立型
顕微鏡本体内部の前記結像レンズによる前記撮像光路上
の像面位置に配置されたピンホールスキャナと、前記撮
像手段で前記試料の共焦点画像を得るために光学系を介
して配置される第２の光源とにより構成している。

【００１７】この結果、請求項１記載の発明によれば、
共焦点ユニットを設けることなく共焦点画像を撮像でき
る上に、撮像光路上にピンホールスキャナを配置したの
で、顕微鏡全体の小型化を実現することができる。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に従い説明する。 （第１の実施の形態）図１は、本発明の第１の実施の形
態に適用される倒立型共焦点顕微鏡の基本構成を示して
いる。この場合、試料１上方に設けられた図示しない透
過照明光源（第１の光源）からの光で試料１を照明し、
その試料１を透過し、結像レンズ４を介して第１の光学
素子であるミラー５で図中右側すなわち顕微鏡前方へと
向かう撮像光路に導かれ像面１７で試料像を結ぶ。

【００１９】そして、この像面１７の試料像は、撮像光
路のリレーレンズ１８で顕微鏡前方に設けられた撮像装
置取り付け用のマウント（図示せず）に取付けられたＣ
ＣＤカメラ１９の撮像面に投影され撮像される。

【００２０】一方、ミラー５は、透過プリズム（図示せ
ず）と切換え可能に構成されているため、透過プリズム
を挿入した場合は、上方から試料１に照明された光は、
試料１を透過した後、対物レンズ２と結像レンズ４を透
過し、ミラー５に代わる透過プリズム（図示せず）に導
かれ、この透過プリズムを光が透過すると、第２の光学
素子であるミラー６で図中右斜め上方すなわち倒立型顕
微鏡の前方斜め上方へと向かう観察光路に導かれ、像面
７で試料像を結ぶ。そして、この像面７の試料像は、観
察光路のリレーレンズ８で観察鏡筒（図示せず）に導か
れ、図示しない接眼レンズの像面に投影される。これに
よって、検鏡者は、顕微鏡の正面から俯角４５度で試料
像を肉眼観察することができる。

【００２１】図２は、上述の基本構成に基づいた倒立型
共焦点顕微鏡の具体的構成を示すものである。この場
合、図１に示す顕微鏡内部の撮像光路の像面１７に共焦
点スキャナ組込みユニット２０を挿脱可能に配置すると
ともに、リレーレンズ８を有する観察光路に光路切換え
ユニット３０を挿脱可能に配置している。

【００２２】共焦点スキャナ組込みユニット２０は、レ
ーザファイバー（光学系）４１を介して振動や熱などの
伝達を防ぐために顕微鏡が載置されたテーブルから離れ
た床上に配置されているレーザ（第２の光源）４２に繋
がっている。この状態で、レーザ４２から出射したレー
ザ光は、図示しない集光手段によってシングルモードの
レーザファイバー４１の端面に導入され、共焦点スキャ
ナ組込みユニット２０の図示しないＦＣコネクタに接続
されたもう一方の端面から出射する。そして、レーザフ
ァイバー４１の端面から出射したレーザ光は、コリメー
タレンズ２４によって平行光にされた後、マイクロレン
ズアレイが形成された集光ディスク２３へ入射する。こ
こで、集光ディスク２３上のマイクロレンズとピンホー
ルディスク２２上のピンホールのパターンは半導体プロ
セスを利用して製作されているためパターンの同一性が
確保されており、集光ディスク２３とピンホールディス
ク２２を連結する際にはアライメント調整がされてい
る。これにより、集光ディスク２３上に設けらけた複数
のマイクロレンズによって集光されたレーザ光は、ピン
ホールディスク２２上で対応する複数のピンホールを透
過することができる。

【００２３】ここで、共焦点スキャナ組込みユニット２
０は、ピンホールディスク２２を撮像光路の像面１７に
一致するように配置している。こうすると、ピンホール
ディスク２２のピンホールを透過した光は、ミラー５、
結像レンズ４、対物レンズ２を経て、試料１の上に集光
する。この場合、試料１として用いられる細胞には蛍光
指示薬が注入されていて、レーザ光によって励起されて
蛍光を発するものとすると、試料１より出た蛍光は、対
物レンズ２、結像レンズ４、ミラー５を遡り、ピンホー
ルディスク２２のピンホールへと戻ってきて共焦点光路
を形成する。

【００２４】この状態から、連結されたピンホールディ
スク２２と集光ディスク２３を図示しないモータで回転
することにより、走査共焦点画像を得ることができる
が、試料１側からピンホールディスク２２を透過した蛍
光は、ダイクロイックミラー２１によって反射され、レ
ーザ光路から分離されて図中上方へと向かい、光路切換
えユニット３０内の反射プリズム３１で２回反射されミ
ラー３２で反射された後、観察光路へと導かれ、観察光
路のリレーレンズ８で観察鏡筒（図示せず）に導かれ、
図示しない接眼レンズの像面へ再結像して投影される。
これによって、検鏡者は、顕微鏡正面から俯角４５度で
試料の共焦点像を肉眼観察することができる。

【００２５】従って、このようにすれば、共焦点スキャ
ナ組込みユニット２０のピンホールディスク２２を撮像
光路の像面１７に一致させて配置し、また、光路切換え
ユニット３０を観察光路に対して挿脱可能にしているの
で、観察光路中に光路切換えユニット３０を挿入した場
合には共焦点画像を観察することができ、またミラー５
を透過プリズム（図示せず）に切換えると同時に、光路
切換えユニット３０を光路から抜き出すことで、通常の
蛍光像または透過像を観察することもできる。すなわ
ち、ユーザは肉眼観察像を、共焦点画像と非共焦点画像
とに容易に切換えて選択することができる。このとき、
観察鏡筒は同一でありアイポントが変わることがないの
で、最も安楽な姿勢での検鏡姿勢を保つことができ、共
焦点像の肉眼観察をしながらの顕微鏡操作や試料のハン
ドリングを快適に行うこともできる。

【００２６】また、共焦点スキャナ組込みユニット２０
のピンホールディスク２２は、顕微鏡内部の撮像光路の
像面１７に配置すること、つまり、ピンホールディスク
２２を顕微鏡内部に収納する構成としたので、顕微鏡全
体の小型化を実現することができる。

【００２７】さらに、共焦点スキャナ組込みユニット２
０での像の反射回数１回と光路切換えユニット３０での
反射回数３回の合計４回（偶数回）の反射で共焦点像が
観察鏡筒へと導かれるため、共焦点画像と非共焦点画像
の像の向きが裏返ることもなく、観察像の比較検討が行
い易くできる。

【００２８】さらにまた、共焦点スキャナ組込みユニッ
ト２０は、顕微鏡本体に取外し可能に構成しているた
め、共焦点スキャナ組込みユニット２０を取り外して、
通常の蛍光像または透過像の撮像を行う撮像光路にする
ことも容易である。

【００２９】なお、共焦点スキャナ組込みユニット２０
と光路切換えユニット３０を光路中に挿入するに伴い、
必要に応じて撮像光路に結像位置補正レンズ１５を挿脱
可能に配置すれば、撮像光路の像面１７とピンホールデ
ィスク２２との位置関係、および／または、撮像光路の
像面１７と観察光路のリレーレンズ８との位置関係を加
減して光路切換え時の結像関係を維持することができ
る。同様に、観察光路でのリレーレンズ８の交換や補正
レンズの追加手段によっても、光路切換え時の結像関係
を維持することができる。また、ここでは撮像装置の一
例としてＣＣＤカメラを例に挙げたが、顕微鏡前方に設
けられた顕微鏡用Ｃマウントアダプタ（以下、「顕微鏡
用アダプタ」と称する。）には、用途に応じて、スチー
ルカメラなど、他の撮像装置を取付けることもできる。
さらに、光学系の結像作用の説明では、透過照明時の作
用を説明したが、落射蛍光投光管３を挿入して落射蛍光
観察を行うことも可能であり、観察・撮像光路の作用は
同様である。さらにまた、観察鏡筒としては、肉眼観察
用の双眼鏡筒に代えて、撮像用の直筒を備えた三眼鏡筒
を取り付けることも可能であり、この場合、三眼鏡筒の
直筒部に用途に応じてＣＣＤカメラやスチールカメラな
どの撮像装置を取り付けて共焦点画像の撮像を行うこと
も可能である。 （第２の実施の形態）図３は、本発明の第２の実施の形
態に適用される倒立型共焦点顕微鏡の基本構成を示して
いる。この場合も、試料１上方に設けられた図示しない
透過照明光源からの光で試料１を照明し、その試料１を
透過し、対物レンズ２と結像レンズ４を透過した光は、
第１の光学素子であるミラー５で図中右方向すなわち顕
微鏡前方へと向かう撮像光路に導かれ、像面１７で試料
像を結ぶ。

【００３０】そして、この像面１７の試料像は、撮像光
路のリレーレンズ１８で顕微鏡前方に設けられた顕微鏡
用アダプタ（図示せず）に取付けられたＣＣＤカメラ１
９の撮像面に投影され撮像される。

【００３１】一方、ミラー５は、透過プリズム（図示せ
ず）と切換え可能に構成されているため、透過プリズム
を挿入した場合は、上方から試料１に照明された光は、
試料１を透過した後、対物レンズ２と結像レンズ４を透
過し、ミラー５に代わる透過プリズム（図示せず）を透
過した後、第２の光学素子であるミラー６で図中右方向
すなわち顕微鏡の前方へと向かう観察光路に導かれ、像
面７で試料像を結ぶ。そして、この像面７の試料像は、
観察光路のリレーレンズ８を経てペンタプリズム９で上
方へ折り曲げられて双眼鏡筒５０に導かれ、図示しない
接眼レンズの像面に投影される。これによって、検鏡者
は、顕微鏡の正面の双眼鏡筒５０から俯角３０度で試料
像を肉眼観察することができる。

【００３２】このようにして上述したミラー５と透過プ
リズム（図示せず）を選択的に切換えることにより、Ｃ
ＣＤカメラによる像面１７の試料像の撮像および像面７
の試料像の肉眼による観察を任意に選択することができ
る。

【００３３】ところで、上述した第１の実施の形態のも
のは、対物レンズ２を下方へ透過した観察光路が斜め右
上へ折り返されているため「Ｖ字型光路」と呼称され
る。それに対して、第２の実施の形態では、対物レンズ
２を下方へ透過した観察光路が顕微鏡の前方へ折り曲げ
られた後に上方へと折り返されているため「Ｕ字型光
路」と呼称される。ここで、「Ｕ字型光路」を形成し
て、顕微鏡前方へ進んできた光路を上方へ折り曲げるた
めにペンタプリズム９による２回反射を用いているの
は、生物試料をシャーレやフラスコなどの培養容器の底
面から観察するものでは、ユーザの試料載置の位置出し
操作を行い易くするため、試料像は上から見た像の方向
に合わせる必要があるが、光路の折り曲げ回数が合計で
奇数回である必要があるからである。

【００３４】図４は、上述の基本構成に基づいた倒立型
共焦点顕微鏡の具体的構成を示すものである。この場
合、図１に示す顕微鏡内部の撮像光路の像面１７の位置
に共焦点スキャナ組込みユニット２０を挿脱可能に配置
するとともに、リレーレンズ８を有する観察光路に光路
切換え用のミラー３０１を挿脱可能に配置している。

【００３５】共焦点スキャナ組込みユニット２０にはレ
ーザファイバー４１を介して振動や熱などの伝播を防ぐ
ために顕微鏡が載置されたテーブルから離れた床上に配
置されているレーザ４２に繋がっている。この状態で、
レーザ４２から出射したレーザ光は、図示しない集光手
段によってシングルモードのレーザファイバー４１の端
面に導入され、共焦点スキャナ組込みユニット２０の図
示しないＦＣコネクタに接続されたもう一方の端面から
出射する。そして、レーザファイバー４１の端面から出
射したレーザ光は、コリメータレンズ２４によって平行
光にされた後、マイクロレンズアレイが形成された集光
ディスク２３へ入射する。ここで、集光ディスク２３上
のマイクロレンズとピンホールディスク２２上のピンホ
ールのパターンは半導体プロセスを利用して製作されて
いるためパターンの同一性が確保されており、集光ディ
スク２３とピンホールディスク２２を連結する際にはア
ライメント調整がされている。これにより、集光ディス
ク２３上に設けられた複数のマイクロレンズによって集
光されたレーザ光は、ピンホールディスク２２上で対応
する複数のピンホールを透過することができる。

【００３６】ここで、共焦点スキャナ組込みユニット２
０は、ピンホールディスク２２を撮像光路の像面１７に
一致するように配置している。こうすると、ピンホール
ディスク２２のピンホールを透過した光は、ミラー５、
結像レンズ４、対物レンズ２を経て、試料１の上に集光
する。この場合、試料１として用いられる細胞には蛍光
指示薬が注入されていて、レーザ光によって励起されて
蛍光を発するものとすると、試料１より出た蛍光は、対
物レンズ２、結像レンズ４、ミラー５を遡り、ピンホー
ルディスク２２のピンホールへと戻ってきて共焦点光路
を形成する。

【００３７】この状態から、連結されたピンホールディ
スク２２と集光ディスク２３を図示しないモータで回転
させることにより、走査共焦点画像を得るが、試料１側
からピンホールディスク２２を透過した蛍光は、ダイク
ロイックミラー２１によって反射されてレーザ光路から
分離されて図中下方へと向かい、ミラー３０１で反射さ
れて観察光路に導かれ、観察光路のリレーレンズ８を経
てペンタプリズム９で上方へ折り曲げられて三眼鏡筒５
１に導かれ、双眼部に配置された図示しない接眼レンズ
の像面、または、直筒部に接続された撮像装置の像面に
投影される。これによって、検鏡者は、顕微鏡正面の双
眼鏡筒部から俯角３０度で試料１の共焦点像を肉眼観察
することができる。また、必要に応じて三眼鏡筒５１の
直筒部に取付けた撮像装置で共焦点像を撮像することも
できる。

【００３８】従って、このようにしても、共焦点スキャ
ナ組込みユニット２０のピンホールディスク２２を顕微
鏡内部の撮像光路の像面１７に一致させて配置し、ま
た、光路切換え用のミラー３０１を光路に対して挿脱可
能にしているので、上述した第１の実施の形態と同様の
効果を期待できる。

【００３９】なお、図４の破線で示すようにペンタプリ
ズム１２を撮像光路と観察光路の交差部分に挿入するよ
う構成すれば、共焦点画像をＣＣＤカメラ１９へと導い
て撮像することも可能である。すなわち、共焦点画像の
撮像を、用途に応じて、三眼鏡筒の直筒部に取付けた撮
像装置で行うこともできるし、顕微鏡前面に設けた撮像
装置で行うこともできる。また、共焦点スキャナ組込み
ユニット２０は顕微鏡本体に着脱可能に構成しており、
撮像光路のリレーレンズ１８と交換できるので、共焦点
スキャナ組込みユニット２０を取り外してリレーレンズ
１８と交換することによって、通常の蛍光像または透過
像の撮像を顕微鏡前面のＣＣＤカメラ１９で行う撮像光
路に回復することも容易である。さらに、共焦点スキャ
ナ組込みユニット２０とミラー３０１を光路中に挿入す
るに伴い、必要応じて撮像光路に結像位置補正レンズ１
５を挿脱可能に配置すれば、撮像光路の像面１７とピン
ホールディスク２２との位置関係、および／または、撮
像光路の像面１７と観察光路のリレーレンズ８の位置関
係を加減して、光路切換え時の結像関係を維持すること
ができる。同様に、観察光路でのリレーレンズ８の交換
や補正レンズの追加手段によっても、光路切換え時の結
像関係を維持することができる。また、ここでは、撮像
装置の一例としてＣＣＤカメラを挙げたが、顕微鏡前方
に設けられた顕微鏡用アダプタには用途に応じて、スチ
ールカメラなど、他の撮像装置を取付けることもでき
る。さらに、光学系の結像作用の説明は透過照明時の作
用を説明したが、落射蛍光投光管３を挿入して落射蛍光
観察を行うことも可能である。 （第３の実施の形態）図５は、本発明の第３の実施の形
態に適用される倒立型共焦点顕微鏡の概略構成を示すも
ので、ここでは図４と同一部分には、同符号を付してい
る。この第３の実施の形態でも、上述した第２の実施の
形態と同様に「Ｕ字型光路」を持つ倒立型共焦点顕微鏡
を用いるが、第２の実施の形態は共焦点スキャナーを撮
像光路へ挿入したのに対して、この第３の実施の形態で
は観察光路へ挿入した点が異なっている。

【００４０】この場合、結像レンズ４とミラー６との間
の光路に、ミラー（図示せず）と透過プリズム５’を切
換え可能に配置し、また、観察光路の像面７の位置に共
焦点スキャナ組込みユニット２０を挿脱可能に配置し、
さらに、撮像光路に光路切換え用のミラー３０１を挿脱
可能に、リレーレンズ１８を他のリレーレンズ１８’と
切換え可能に配置するとともに、ペンタプリズム１２を
挿入している。

【００４１】共焦点スキャナ組み込みユニット２０には
レーザファイバー４１を介して振動や熱などの伝播を防
ぐために顕微鏡が載置されたテーブルから離れた床上に
配置されているレーザ４２に繋がっている。この状態
で、レーザ４２から出射したレーザ光は、図示しない集
光手段によってシングルモードのレーザファイバー４１
の端面に導入され、共焦点スキャナ組込みユニット２０
の図示しないＦＣコネクタに接続されたもう一方の端面
から出射する。そして、レーザファイバー４１の端面か
ら出射したレーザ光は、コリメータレンズ２４によって
平行光にされた後、マイクロレンズアレイが形成された
集光ディスク２３へ入射する。ここで、集光ディスク２
３上のマイクロレンズとピンホールディスク２２上のピ
ンホールのパターンは半導体プロセスを利用して製作さ
れているためパターンの同一性が確保されており、集光
ディスク２３とピンホールディスク２２を連結する際に
はアライメントが調整されている。これにより、集光デ
ィスク２３上に設けられた複数のマイクロレンズによっ
て集光されたレーザ光は、ピンホールディスク２２上で
対応する複数のピンホールを透過することができる。

【００４２】ここで、共焦点スキャナ組込みユニット２
０は、ピンホールディスク２２を観察光路の像面７に一
致するように配置され、ミラー５に代わって透過プリズ
ム５’が挿入され、さらにリレーレンズ１８に代わって
リレーレンズ１８′が挿入されているものとすると、ピ
ンホールディスク２２のピンホールを透過した光は、ミ
ラー６、透過プリズム５’、結像レンズ４、対物レンズ
２を経て、試料１上に集光する。この場合、試料１とし
て用いられる細胞には蛍光指示薬が注入されていて、レ
ーザ光によって励起されて蛍光を発するものとすると、
試料１より出た蛍光は、対物レンズ２、結像レンズ４、
透過プリズム５’、ミラー６を遡り、ピンホールディス
ク２２のピンホールへと戻ってきて共焦点光路を形成す
る。

【００４３】この状態から、連結されたピンホールディ
スク２２と集光ディスク２３を図示しないモータで回転
させることにより、走査共焦点画像を得ることができる
が、試料１側からピンホールディスク２２を透過した蛍
光は、ダイクロイックミラー２１によって反射されてレ
ーザ光路から分離されて図中上方へと向かう。ダイクロ
イックミラー２１で反射した蛍光は、ミラー３０１で反
射されて観察光路を経て撮像光路のリレーレンズ１８’
に導かれる。リレーレンズ１８’に導かれた蛍光は、ペ
ンタプリズム１２で上方へ折り曲げられて三眼鏡筒５１
に導かれ、双眼部に配置された図示しない接眼レンズの
像面、または、直筒部に接続された撮像装置の像面に投
影される。これにより、検鏡者は、顕微鏡正面の双眼鏡
筒部から俯角３０度で試料１の共焦点像を肉眼観察する
ことができる。また、必要に応じて三眼鏡筒の直筒部に
取付けた撮像装置で共焦点像を撮像することもできる。

【００４４】一方、透過プリズム５’とミラー５を切換
えると同時にミラー３０１を光路から抜き出し、撮像光
路のリレーレンズ１８’をリレーレンズ１８に切換え
て、さらにペンタプリズム１２を抜去するとともに、ペ
ンタプリズム９を観察光路に挿入することにより、通常
の蛍光像または透過像を倒立顕微鏡前面のＣＣＤカメラ
１９で撮像することができる。

【００４５】従って、このようにしても、上述した第２
の実施の形態と同様な効果を期待できる。なお、上述で
は、ペンタプリズム１２はペンタプリズム９とは別に用
意して挿脱可能に構成しているが、例えば、ペンタプリ
ズム９をペンタプリズム１２の位置へ移動するスライド
機構を設け、ペンタプリズム９をペンタプリズム１２の
代用として使用する構成にしてもよい。

【００４６】また、共焦点スキャナ組込みユニット２０
は着脱可能であり、観察光路のリレーレンズと交換でき
る構成とすることにより、共焦点スキャナ組込みユニッ
ト２０を取り外してリレーレンズを挿入することによ
り、通常の蛍光像または透過像の観察を倒立顕微鏡の三
眼鏡筒５１の双眼鏡に取付けた接眼レンズで行えるよう
な観察光路の機能を回復することも可能である。 （第４の実施の形態）図６は、本発明の第４の実施の形
態に適用される倒立型共焦点顕微鏡の基本構成を示して
いる。この第４の実施の形態でも、前述した第１の実施
の形態と同様に「Ｖ字型光路」を持つ倒立型共焦点顕微
鏡を用いるが、この第４の実施の形態では、光路折り曲
げミラー６の角度を変更できるようにしている。

【００４７】この場合も、試料１上方に設けられた図示
しない透過照明光源からの光で試料１を照明し、その試
料１を透過し、対物レンズ２と結像レンズ４を透過した
光は、第１の光学素子であるミラー５で図中右側すなわ
ち倒立型顕微鏡の前方へと向かう撮像光路（第１の光
路）に導かれ、像面１７で試料像を結ぶ。

【００４８】そして、この像面１７の試料像は、撮像光
路のリレーレンズ１８で顕微鏡前方に設けられた顕微鏡
用アダプタ（図示せず）に取付けられたＣＣＤカメラ１
９の撮像面に投影され撮像される。

【００４９】一方、ミラー５は透過プリズム（図示せ
ず）と切換え可能に構成されているため、透過プリズム
を挿入した場合は、上方から試料１に照明された光は、
試料１を透過した後、対物レンズ２と結像レンズ４を透
過し、ミラー５に代わる透過プリズム（図示せず）に導
かれ、この透過プリズムを光が透過すると、所定の角度
に設定された第２の光学素子である光路折り曲げミラー
６で図中で右斜め上方すなわち顕微鏡前方斜め上方へと
向かう観察光路（第２の光路）に導かれ、像面７で試料
像を結ぶ。そして、この像面７の試料像は、観察光路の
リレーレンズ８で観察鏡筒（図示せず）に導かれ、図示
しない接眼レンズの像面に投影される。これによって、
検鏡者は、顕微鏡正面から俯角４５度で試料像を肉眼観
察することができる。

【００５０】図７は、上述の基本構成に基づいた倒立型
共焦点顕微鏡の具体的構成を示すものである。この場
合、図６に示す光路折り曲げミラー６により形成される
第３の光路の像面２７に共焦点スキャナ組込みユニット
２０を挿脱可能に配置するとともに、光路折り曲げミラ
ー６を−２２．５度、−４５度、−９０度の三段階に切
換え設定可能とし、また、観察光路に光路折り曲げプリ
ズム３５を挿脱可能にするとともに、この光路折り曲げ
プリズム３５の代わってミラー３６を挿入可能にしてい
る。

【００５１】まず、光路折り曲げミラー６の角度を−４
５度に設定して、このミラー６により形成される顕微鏡
前方へと向かう光路（第３の光路）に共焦点スキャナ組
込みユニット２０を組み込み、さらに観察光路に光路折
り曲げプリズム３５を挿入する。

【００５２】共焦点スキャナ組込みユニット２０は、レ
ーザファイバー４１を介して振動や熱などの伝達を防ぐ
ために顕微鏡が載置されたテーブルから離した床上に配
置されているレーザ４２に繋がっている。この状態で、
レーザ４２から出射したレーザ光は、図示しない集光手
段によってシングルモードのレーザファイバー４１の端
面に導入され、共焦点スキャナ組込みユニット２０の図
示しないＦＣコネクタに接続されたもう一方の端面から
出射する。そして、レーザファイバー４１の端面から出
射したレーザ光は、コリメータレンズ２４によって平行
光にされた後、マイクロレンズアレイが形成された集光
ディスク２３へ入射する。ここで、集光ディスク２３上
のマイクロレンズとピンホールディスク２２上のピンホ
ールのパターンは半導体プロセスを利用して製作されて
いるためパターンの同一性が確保されており、集光ディ
スク２３とピンホールディスク２２を連結する際にはア
ライメント調整がされている。このため、集光ディスク
２３上に設けられた複数のマイクロレンズによって集光
されたレーザ光は、ピンホールディスク２２上で対応す
る複数のピンホールを透過することができる。

【００５３】ここで、ピンホールディスク２２は、第３
の光路の像面２７に一致するように配置している。こう
すると、ピンホールディスク２２のピンホールを透過し
た光は、ミラー６、ミラー５に代わる透過プリズム（図
示せず）、結像レンズ４、対物レンズ２を経て、試料１
の上に集光する。この場合、試料１として用いられるの
細胞には蛍光指示薬が注入されていて、レーザ光によっ
て励起されて蛍光を発するものとすると、試料１より出
た蛍光は、対物レンズ２、結像レンズ４、ミラー６を遡
り、ピンホールディスク２２のピンホールへと戻ってき
て共焦点光路を形成する。

【００５４】この状態から、連結されたピンホールディ
スク２２と集光ディスク２３を図示しないモータで回転
させることにより、走査共焦点画像を得られるが、試料
１側からピンホールディスク２２を透過した蛍光は、ダ
イクロイックミラー２１によって反射され、レーザ光路
から分離されて図中上方へと向かい、光路折り曲げプリ
ズム３５で反射された後、観察光路に導入され、観察光
路のリレーレンズ８で観察鏡筒（図示せず）に導かれ、
図示しない接眼レンズの像面へ再結像して投影される。
これによって、検鏡者は、顕微鏡正面から俯角４５度で
試料１の共焦点像を肉眼観察することができる。

【００５５】この場合、光路折り曲げプリズム３５を挿
脱可能にしているが、この光路折り曲げプリズム３５を
光路に挿入したまま光路折り曲げミラー６の角度を−４
５度に設定すると、共焦点画像を観察することができ、
光路折り曲げプリズム３５を光路から抜き出して光路折
り曲げミラー６の角度を−２２．５度に設定すると、通
常の蛍光像または透過像を観察することができる。

【００５６】また、光路折り曲げミラー６の角度を−９
０度にすると、対物レンズ２からの光を図中下方すなわ
ち顕微鏡底面へ出すことができ、図示しない底面ポート
に撮像装置を取り付けて通常の蛍光像または透過像を撮
像することもできる。

【００５７】さらに、光路折り曲げプリズム３５の代わ
りにミラー３６を挿入して光路折り曲げミラー６の角度
を−４５度に設定すると、ダイクロイックミラー２１で
反射した光をミラー３６で撮像光路を導入することがで
き、共焦点画像をＣＣＤカメラ１９で撮像することがで
きる。ただし、この場合、ミラー５を挿入した場合の撮
像光路の像位置からＣＣＤカメラ１９までの距離と、第
３の光路の像面２７（すなわちピンホールディスク２
２）からＣＣＤカメラ１９までの距離との差が大きくな
るため、撮像光路のリレーレンズ１８に対して図示しな
い補正レンズを追加して結像関係を補正したり、撮像光
路のリレーレンズ１８を別のリレーレンズ（図示せず）
に交換して結像関係を保つ必要が生じる。観察光路のリ
レーレンズ８についても同様の工夫が有効であることは
言うまでもない。

【００５８】従って、このようにしても、共焦点スキャ
ナ組込みユニット２０のピンホールディスク２２を撮像
光路の像面１７に一致させて配置し、また、光路切換え
ユニット３０を観察光路に対して挿脱可能にしているの
で、ユーザは肉眼観察像を共焦点画像と非共焦点画像と
に容易に切換えて選択することができる。このとき、観
察鏡筒は同一でありアイポイントが変わることがないの
で、最も安楽な姿勢での検鏡姿勢を保つことができ、共
焦点像の肉眼観察をしながらの顕微鏡操作や試料のハン
ドリングを快適に行うことができる。

【００５９】また、共焦点スキャナ組込みユニット２０
のピンホールディスク２２は、顕微鏡内部の撮像光路の
像面１７に配置することにより、つまり、ピンホールデ
ィスク２２を顕微鏡内部に収納する構成としたので、顕
微鏡全体の小型化を実現することができる。

【００６０】さらに、共焦点スキャナ組込みユニット２
０での像の反射回数１回と光路折り曲げプリズム３５で
の反射回数１回の合計２回（偶数回）の反射で共焦点像
が観察鏡筒へと導かれるため、共焦点画像と非共焦点画
像の像の向きが裏返ることもなく、比較検討が行い易く
できる。さらにまた、共焦点スキャナ組込みユニット２
０は顕微鏡本体に着脱可能に構成しているため、共焦点
スキャナ組込みユニット２０を取り外して、通常の蛍光
像または透過像の撮像を行うように撮像光路の機能を回
復することも可能である。

【００６１】なお、上述では、撮像装置の一例としてＣ
ＣＤカメラを挙げたが、顕微鏡前方に設けられた顕微鏡
用アダプタには、用途に応じて、スチールカメラなど、
他の撮像装置を取付けることもできる。さらに、光学系
の結像作用の説明は、透過照明時の作用を説明したが、
落射蛍光投光管３を挿入して落射蛍光観察を行うことも
可能であり、観察・撮像光路の作用は同様である。ま
た、観察鏡筒としては、肉眼観察用の双眼鏡筒に代え
て、撮像用の直筒を備えた三眼鏡筒を取り付けることも
可能であり、この場合、三眼鏡筒の直筒部に用途に応じ
てＣＣＤカメラやスチールカメラなどの撮像装置を取り
付けて共焦点画像の撮像を行うことも可能である。

【００６２】なお、上述した各実施の形態では、一貫し
てピンホールを有するピンホールディスク２２とマイク
ロレンズを有する集光ディスク２３を有する共焦点スキ
ャナ組込みユニット２０を使用する場合を述べたが、こ
のようなマイクロレンズを有する集光ディスク２３を用
いると、光源の単一指向性が必要になるためレーザを用
いることとなり、カラー観察には不向きとなる。そこ
で、集光ディスクを用いない回転ピンホール板と白色光
源を組み合わせたものを用いれば、金属標本やＩＣなど
の反射共焦点像を肉眼で実時間観察できるようになり、
カラー観察が可能になる。また、ピンホールディスク
は、回転式ニポウディスクである必要はなく、電気光学
的に開口のオンオフ制御できるような、例えば液晶など
のデバイスを用いてランダムピンホールパターンによる
共焦点画像を得るものにも適用できる。

【００６３】

【発明の効果】以上のべたように、本発明によれば、共
焦点ユニットを設けることなく共焦点画像を撮像できる
上に、撮像光路上にピンホールスキャナを配置したの
で、顕微鏡全体の小型化を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態の基本構成を示す
図。

【図２】第１の実施の形態の具体的構成を示す図。

【図３】本発明の第２の実施の形態の基本構成を示す
図。

【図４】第２の実施の形態の具体的構成を示す図。

【図５】本発明の第３の実施の形態の概略構成を示す
図。

【図６】本発明の第４の実施の形態の基本構成を示す
図。

【図７】第４の実施の形態の具体的構成を示す図。

【図８】従来の共焦点ユニットを取付けた倒立型顕微鏡
の概略構成を示す図。

【符号の説明】

１…試料 ２…対物レンズ ３…落射蛍光投光管 ４…結像レンズ ５…ミラー ５’…透過プリズム ６…ミラー ７…像面 ８…リレーレンズ ９…ペンタプリズム １２…ペンタプリズム １５…結像位置補正レンズ １７…像面 １８…リレーレンズ １９…ＣＣＤカメラ ２０…共焦点スキャナ組込みユニット ２０…込みユニット ２１…ダイクロイックミラー ２２…ピンホールディスク ２３…集光ディスク ２４…コリメータレンズ ２７…像面 ３０…光路切換えユニット ３０１…ミラー ３１…反射プリズム ３２…ミラー ３５…プリズム ３６…ミラー ４１…レーザファイバー ４２…レーザ ４５…俯角 ５０…双眼鏡筒 ５１…三眼鏡筒

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 長 和彦 東京都渋谷区幡ヶ谷２丁目43番２号 オリ ンパス光学工業株式会社内 (72)発明者 岸 陽介 東京都渋谷区幡ヶ谷２丁目43番２号 オリ ンパス光学工業株式会社内 (72)発明者 島田 佳弘 東京都渋谷区幡ヶ谷２丁目43番２号 オリ ンパス光学工業株式会社内 Ｆターム(参考） 2H052 AA08 AA09 AB14 AB15 AB25 AC04 AC05 AC14 AC15 AC18 AC26 AC29 AC33 AC34 AD31 AD33 AD35 AF14

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 第１の光源から試料に照射された光を、
   該試料の下方に位置する対物レンズおよび結像レンズに
   順次導き、前記結像レンズを透過した光を撮像光路へ導
   き、撮像手段で撮像するようにした倒立型顕微鏡におい
   て、 前記倒立型顕微鏡本体内部の前記結像レンズによる前記
   撮像光路上の像面位置に配置されたピンホールスキャナ
   と、 前記撮像手段で前記試料の共焦点画像を得るために光学
   系を介して配置される第２の光源とを具備したことを特
   徴とする倒立型共焦点顕微鏡。