JP2003279861A - 顕微鏡の照明装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 簡単な機構で対物レンズに対する照明光の入
射位置を調整することができる顕微鏡の照明装置を提供
する。 【解決手段】 複数のフィルタカセットを保持する保持
部材を備えている顕微鏡の照明装置において、複数のフ
ィルタカセットの少なくとも１つのフィルタカセット５
０に照明光を反射するダイクロイックミラー６６を設け
るとともに、対物レンズに対するダイクロイックミラー
６６の角度をフィルタカセット５０に備えたカム機構に
よって変化させるようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は顕微鏡の照明装置
に関し、特に顕微鏡の落射照明装置に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】蛍光顕微鏡の落射蛍光照明装置には、種
類の異なる複数個のフィルタカセットが照明光路に切替
可能に配置されており、試料の観察条件を変更するため
に、顕微鏡の操作者はフィルタカセットを適宜切り替え
て試料の観察を行なう。

【０００３】このフィルタカセットには励起光を反射し
て蛍光を透過するダイクロイックミラーが設けられてい
る。このダイクロイックミラーは一般に光軸に対して４
５°傾斜するように所定の精度でフィルタカセットに固
定され、対物レンズに対する入射位置を調整することが
できない。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、ミラーやプ
リズムの反射面を直線的に移動させることによって対物
レンズに対する照明光の入射位置を調整し、落射照明と
全反射照明とを切り換える方法が知られている(特許第
３０９３１４５号公報参照)。

【０００５】全反射照明を行なうとき、瞳位置の位置決
め精度は次のようになる。

【０００６】全反射照明の条件を満たすには、一般に開
口数（ＮＡ）１．３３以上の位置で照明しなければなら
ない。対物レンズの倍率、焦点距離ｆ及びＮＡがそれぞ
れ１００×、２ｍｍ及び１．４５の場合、瞳の半径は
２．９ｍｍ（半径＝ｆ×ＮＡ）である。また、ＮＡ＝
１．３３の場合、瞳の半径は２．６６ｍｍである。

【０００７】したがって、全反射照明を行なえる範囲は
両瞳の半径の差、すなわち２．９ｍｍ−２．６６ｍｍ＝
０．２４ｍｍとなる。この０．２４ｍｍの範囲で例えば
直径０．０１ｍｍのレーザスポットの照射位置を調整す
るためには、０．１２ｍｍ程度の位置決め精度を有する
移動機構が必要である。

【０００８】この移動機構は顕微鏡に付属しフィルタカ
セット内に収容されるが、ミラーやプリズムを操作者の
手元で移動させることができるようにするには、マイク
ロねじを用いた移動機構やガイド機構が必要であるた
め、機構が複雑化するという問題がある。

【０００９】この発明はこのような事情に鑑みてなされ
たもので、その課題は簡単な機構で対物レンズに対する
照明光の入射位置を調整することができる顕微鏡の照明
装置を提供することである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】前述の課題を解決するた
め請求項１記載の発明は、複数のフィルタカセットを保
持する保持部材を備えている顕微鏡の照明装置におい
て、前記複数のフィルタカセットの少なくとも１つのフ
ィルタカセットは、照明光を反射するダイクロイックミ
ラーと、対物レンズに対する前記ダイクロイックミラー
の角度を変化させる角度可変手段とを備えていることを
特徴とする。

【００１１】請求項２記載の発明は、請求項１記載の顕
微鏡の照明装置において、前記保持部材は前記フィルタ
カセットを所定の間隔で配置したターレットであり、前
記角度可変手段を操作する操作部が、前記ターレットを
回転させて前記ダイクロイックミラーを照明光路中に配
置したとき、観察者から見て顕微鏡本体の左側及び右側
の少なくとも一方の側面にあることを特徴とする。

【００１２】請求項３記載の発明は、請求項１又は２記
載の顕微鏡の照明装置において、前記角度可変手段はカ
ム機構を有することを特徴とする。

【００１３】請求項４記載の発明は、請求項３記載の顕
微鏡の照明装置において、前記カム機構は、前記フィル
タカセットのダイクロイックミラー取付面に形成され、
前記ダイクロイックミラー取付面上の仮想三角形の１つ
の頂点に配置された球体と、他の２つの頂点に配置さ
れ、前記球体を支点として前記ダイクロイックミラーを
互いに異なる方向へ移動可能な偏心カムとを備えている
ことを特徴とする。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下この発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。

【００１５】図１はこの発明の一実施形態に係る照明装
置を備えた倒立顕微鏡を側方から見た概念図である。

【００１６】この倒立顕微鏡は、顕微鏡本体１０と、鏡
筒２０と、ステージ２５と、電動レボルバ３０と、透過
照明系４０と、落射照明系６０，７０とを備える。

【００１７】顕微鏡本体１０の一端には双眼部２１を有
する鏡筒２０が設けられている。

【００１８】双眼部２１内には接眼レンズ２２が設けら
れている。

【００１９】ステージ２５には試料５が載置される。

【００２０】電動レボルバ３０には異なる種類の複数の
対物レンズ３１が装着されている。

【００２１】顕微鏡本体１０の側面に設けられた上下動
ハンドル１１を操作することによってレボルバ３０を対
物レンズ３１の光軸方向へ移動させることができる。し
たがって、対物レンズ３１の高さを変え、試料５に焦点
を合わせることができる。

【００２２】顕微鏡本体１０の他端に設けられた照明支
柱１２には、ハロゲンランプ等が収容されたランプハウ
ス４１とコンデンサレンズ４２とで構成される透過照明
系４０が設けられている。

【００２３】落射照明系６０，７０は電動レボルバ３０
の下方に設けられている。

【００２４】落射照明系７０は標本５の全体を落射照明
するためのランプハウス７１とダイクロイックミラー７
６とを有している。ランプハウス７１にはハロゲンラン
プ等が収容されている。ダイクロイックミラー７６はフ
ィルタカセット（図示せず）に設けられている。

【００２５】落射照明系６０は落射照明系７０の下方の
顕微鏡本体１０に設けられている。この落射照明系６０
は、レーザ光源６１と、ビームエクスパンダ６２と、ミ
ラー６３，６４と、集光レンズ６５と、ダイクロイック
ミラー６６とを有する。ダイクロイックミラー６６はフ
ィルタカセット（図示せず）に設けられている。

【００２６】落射照明による観察時、レーザ光源６１か
らの光はビームエクスパンダ６２、ミラー６３，６４、
集光レンズ６５、ダイクロイックミラー６６及び対物レ
ンズ３１を通じて試料５へ入射し、試料５で反射された
光は対物レンズ３１及びダイクロイックミラー６６を通
じて顕微鏡本体１０内に設けられた図示しない結像レン
ズやミラーを介して鏡筒２０に導かれ、双眼部２１で試
料像が結像する。

【００２７】結像した像は接眼レンズ２２によって拡大
され、観察される。

【００２８】図２はカセットホルダと顕微鏡本体との関
係を説明する図である。

【００２９】図２において、右側が顕微鏡本体１０（図
１参照）の後側であり、上下が顕微鏡本体１０の左側及
び右側である。

【００３０】カセットホルダ７１は顕微鏡本体１０のカ
セットホルダ支持部７２に固定されている。

【００３１】カセットホルダ７１の平面形状ほぼ円形で
ある。カセットホルダ７１には落射照明光を導入する落
射照明光導入部７４を差し込むための開口部７３が形成
されている。

【００３２】カセットホルダ７１内にはターレット（保
持部材）７５が収容されている。ターレット７５は円板
部７５ａとこの円板部７５ａの中心部に設けられた円筒
部７５ｂとからなり、カセットホルダ７１の中心軸（図
示せず）に回転可能に取り付けられている。

【００３３】ターレット７５には同一円周上に９０°の
間隔をおいて４つのフィルタカセット５０，７７，７
８，７９が配置されている。

【００３４】ターレットをモータ（図示せず）によって
正逆方向へ回転させることによってフィルタカセット５
０，７７，７８，７９のうちの任意のフィルタカセット
を光軸Ｌ１上に配置することができる。

【００３５】フィルタカセット５０の一方の側面に２つ
のノブ５３Ａ，５３Ｂが設けられている。ノブ５３Ａ，
５３Ｂによって対物レンズに対するダイクロイックミラ
ー６６の角度を変化させる（図３参照）。

【００３６】フィルタカセット７７の両方の側面にそれ
ぞれノブを設けられている。それらのノブによって対物
レンズに対するダイクロイックミラー６６の角度を変化
させる。

【００３７】フィルタカセット７８，７９にはダイクロ
イックミラーが固定されている。

【００３８】ターレット７５を回転させて、例えばフィ
ルタカセット５０のダイクロイックミラー６６を照明光
路中に配置し、落射照明光を標本５に照射した状態で観
察しながらカセットホルダ７１の側面（顕微鏡本体１０
の右側）からノブ５３Ａ，５３Ｂを操作し、対物レンズ
３１に対するダイクロイックミラー６６の角度を変え
る。

【００３９】図３（ａ）はフィルタカセットの平面図、
図３（ｂ）はその側面図、図３（ｃ）は図３（ｂ）のＤ
−Ｄ線に沿う断面図である。

【００４０】フィルタカセット５０の断面はほぼ二等辺
三角形であり、その傾斜したダイクロイックミラー取付
面５０Ａにミラー支持部８１がばね８２，８３，８４に
よって押し付けられている。

【００４１】ミラー支持部８１は額縁状であり、その上
面にダイクロイックミラー６６が接着されている。

【００４２】フィルタカセット５０の内側の回転駒用空
間５１ａには樹脂環５４と回転駒（偏心カム）８５とが
収容されている。回転駒８５は回転軸５２の一端にセッ
トビス８５ａによって固定されている。

【００４３】フィルタカセット５０の外側の側面５１ｃ
にはウエーブワッシャ５７を挟んで設けられた２つの樹
脂環５５，５６が当接し、樹脂環５６に固定環５８が隣
接している。固定環５８は回転軸５２の中間部にセット
ビス５８ａによって固定されている。

【００４４】このウエーブワッシャ５７は固定環５８に
よって圧縮されているため、回転軸５２にはフィルタカ
セット５０の側面５１ｃから離れる方向へ力が作用す
る。この力は回転駒８５にも作用し、回転駒８５が樹脂
環５４とともに接触面５１ｂに押し付けられる。

【００４５】したがって、回転駒８５を回転させてミラ
ー支持部８１を押し上げたとき、ウエーブワッシャ５７
と樹脂環５５，５６との間の摩擦力によって回転駒８５
の回転が阻止される。

【００４６】また、回転軸５２の他端にはセットビス５
９によってノブ５３Ａが固定されている。

【００４７】回転軸５２とノブ５３Ａとによって回転駒
８５を回転させる操作部が構成される。

【００４８】なお、回転軸５２Ｂとノブ５３Ｂによって
構成される他の操作部も同様の構成であるので、その説
明を省略する。

【００４９】図４（ａ）はミラー支持部の部分平面図、
図４（ｂ）は図４（ａ）のＡ−Ａ線に沿う断面図、図４
（ｃ）は図４（ａ）のＢ−Ｂ線に沿う断面図、図４
（ｄ）は図４（ａ）のＣ−Ｃ線に沿う断面図である。

【００５０】ミラー支持部８１の上部は回転駒８５によ
って支持され、下部は回転駒８６とボール（球体）８７
とによって支持されている。ボール８７、回転駒８５及
び回転駒８６はダイクロイックミラー取付面５０Ａ上に
形成される仮想三角形の頂点にそれぞれ位置する。ボー
ル８７、回転駒８５，８６及びばね８２，８３，８４に
よってカム機構を有する角度可変手段が構成される。

【００５１】なお、板ばね８２とミラー支持部８１との
接触位置はダイクロイックミラー取付面５０Ａと直交す
るとともに、回転駒８５の中心を通る仮想線上にある。
また、板ばね８４とミラー支持部８１との接触位置はダ
イクロイックミラー取付面５０Ａと直交するとともに、
回転駒８６の中心を通る仮想線上にある。更に、板ばね
８３とミラー支持部８１との接触位置はダイクロイック
ミラー取付面５０Ａと直交するとともに、ボール８７の
中心を通る仮想線上にある。

【００５２】ボール８７はフィルタカセット５０のダイ
クロイックミラー取付面５０Ａに形成された凹部５０ａ
及びミラー支持部８１の下面に形成された凹部８１ａに
係合されている。したがって、ミラー支持部８１はボー
ル８７を中心として互いに異なる方向へ回転することが
できる。

【００５３】回転駒８５，８６の断面はほぼ円形である
が、その回転中心８５ａ，８６ａは円の中心からずれて
いる。

【００５４】この回転中心８５ａには前述した回転軸５
２とノブ５３Ａとから構成される操作部が取り付けられ
る。

【００５５】また、回転中心８６ａには前述した回転軸
５２Ｂとノブ５３Ｂとから構成される操作部が取り付け
られる。

【００５６】ノブ５３Ａを回転させたとき、ばね８２に
抗してミラー支持部８１の上部がボール８７を中心とし
て持ち上げられる。

【００５７】また、ノブ５３Ｂを回転させたとき、ばね
８４に抗してミラー支持部８１の下部がボール８７を中
心として持ち上げられる。

【００５８】そのため、対物レンズ３１に対するダイク
ロイックミラー６６の角度を異なる方向へ変化させるこ
とができる。

【００５９】図５は他のフィルタカセットの断面図であ
り、図４と共通する部分には同一符号を付してその説明
を省略する。

【００６０】フィルタカセット１５０の断面はほぼ二等
辺三角形であり、その傾斜したダイクロイックミラー取
付面１５０Ａにミラー支持部１８１がばね１８２，１８
３によって押し付けられている。

【００６１】ミラー支持部１８１は額縁状であり、その
上面にダイクロイックミラー６６が接着されている。

【００６２】板ばね１８２はミラー支持部１８１の上部
をダイクロイックミラー取付面１５０Ａに押し付け、板
ばね１８３はミラー支持部１８１の下部をダイクロイッ
クミラー取付面１５０Ａに押し付けている。

【００６３】ミラー支持部１８１の上部は円筒１８７に
よって支持され、下部は回転駒（偏心カム）１８５によ
って支持されている。円筒１８７、回転駒１８５及び板
ばね１８２，１８３によって角度可変手段が構成され
る。

【００６４】なお、板ばね１８２とミラー支持部１８１
との接触位置はダイクロイックミラー取付面１５０Ａと
直交するとともに、円筒１８７の中心を通る仮想線上に
ある。また、板ばね１８３とミラー支持部１８１との接
触位置はダイクロイックミラー取付面１５０Ａと直交す
るとともに、回転駒１８５の中心を通る仮想線上にあ
る。

【００６５】円筒１８７はフィルタカセット１５０のダ
イクロイックミラー取付面１５０Ａに形成された溝１５
０ａ及びミラー支持部１８１の下面に形成された溝１８
１ａに係合されている。したがって、ミラー支持部１８
１を円筒１８７を中心として回転することができる。

【００６６】回転駒１８５の断面はほぼ円形であるが、
その回転中心１８５ａは円の中心からずれている。この
回転中心１８５ａには図３に示した回転軸５２とノブ５
３Ａと同じ構成の回転軸とノブとが取り付けられる。

【００６７】ノブを回転させたとき、ばね１８３に抗し
てミラー支持部１８１の下部が円筒１８７を中心として
持ち上げられる。

【００６８】そのため、対物レンズ３１に対するダイク
ロイックミラー６６の角度が変化される。

【００６９】次に、このフィルタカセット１５０を用い
て対物レンズ３１の像面及び瞳面における焦点位置及び
瞳位置の移動を説明する。

【００７０】図６（ａ）は対物レンズの像面における焦
点位置を説明する図、図６（ｂ）は対物レンズの像面に
おける焦点位置の移動を説明する図である。

【００７１】対物レンズ３１の焦点位置の移動距離、対
物レンズ３１の焦点距離及びダイクロイックミラー６６
の回転角度をそれぞれδ、ｆ及びθとしたとき、移動距
離δは式（１）によって求めることができる。

【００７２】 δ＝ｆ×ｔａｎ（２×θ） （１）

【００７３】細胞の大きさは１０μｍ程度であるため、
集光位置の位置決め精度として数μｍ程度が必要であ
る。ここで、δ＝０．００２ｍｍ、ｆ＝２ｍｍ（１００
×の対物レンズの場合）としたとき、ダイクロイックミ
ラー６６の回転角度θは式(１)からθ＝１．７分とな
る。

【００７４】円筒１８７と回転駒１８５との中心点間距
離を例えば５０ｍｍとしたとき、回転駒１８５の回転に
よるミラー支持部１８１の移動量は、 ５０×ｔａｎ（１．７分）＝０．０２５ｍｍ となる。

【００７５】回転駒１８５の偏心量を０．３ｍｍとした
とき、回転角度約１５°で０．０２５ｍｍ移動する。例
えば、回転駒１８５を回転させるノブの直径を３０ｍｍ
としたとき、回転駒１８５を約１５°回転させるにはノ
ブを円周上の距離として約４ｍｍ回転させればよい。

【００７６】図７（ａ）は対物レンズの瞳面における瞳
位置を説明する図、図７（ｂ）は対物レンズの瞳面にお
ける瞳位置の移動を説明する図である。

【００７７】対物レンズ３１の瞳位置の移動距離、瞳と
反射点間の距離及びダイクロイックミラーの回転角度を
それぞれδ、Ｌ及びθとしたとき、移動距離δは式
（２）によって求めることができる。

【００７８】 δ＝Ｌ×ｔａｎ（２×θ） （２）

【００７９】前述したように、ＮＡ１．３３からＮＡ
１．４５の間で全反射となる範囲は０．２４ｍｍであ
り、この０．２４ｍｍの範囲で位置決めするためには、
０．１２ｍｍ程度の位置決め精度が必要である。

【００８０】ここで、δ＝０．２４、Ｌ＝１００とした
とき、ダイクロイックミラー６６の回転角度θは式(２)
からθ＝２．１分となる。

【００８１】円筒１８７と回転駒１８５との中心点間距
離を、例えば５０ｍｍとしたとき、回転駒１８５の回転
によるミラー支持部１８１の移動量は、 ５０×ｔａｎ（２．１分）＝０．０３１ｍｍ となる。

【００８２】回転駒１８５の偏心量を０．３ｍｍとした
とき、回転角度約１９°で０．０２５ｍｍ移動する。例
えば、回転駒１８５を回転させるノブの直径を３０ｍｍ
としたとき、回転駒１８５を約１９°回転させるにはノ
ブを円周上の距離として約５ｍｍ回転させればよい。

【００８３】この実施形態によれば、図３及び図４に示
すように、カム機構と操作部とだけで構成される簡単な
機構で対物レンズ３１に対する照明光の入射位置を調整
することができる。また、図３及び図４に示すように、
カム機構と操作部とがフィルタカセットに組み込まれる
ため、対物レンズ３１に対する照明光の入射位置を手元
で調整することができる。

【００８４】なお、上記実施形態ではカム機構を用いて
対物レンズ３１に対するダイクロイックミラー６６の角
度を変えたが、カム機構に限るものではなく、例えばく
さび、ねじ、てこ等を用いてもよい。

【００８５】また、対物レンズ３１として無限遠補正光
学系対物レンズ（以下無限遠系対物レンズという）を用
いた場合には、ビームエクスパンダ６２からの平行光が
対物レンズ３１の焦点面に集光されるため、集光レンズ
６５を不要とすることができる。

【００８６】

【発明の効果】以上に説明したようにこの発明の顕微鏡
の照明装置によれば、簡単な機構で対物レンズに対する
照明光の入射位置を調整することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１はこの発明の一実施形態に係る照明装置を
備えた倒立顕微鏡を側方から見た概念図である。

【図２】図２はカセットホルダと顕微鏡本体との関係を
説明する図である。

【図３】図３（ａ）はフィルタカセットの平面図、図３
（ｂ）はその側面図、図３（ｃ）は図３（ｂ）のＤ−Ｄ
線に沿う断面図である。

【図４】図４（ａ）はミラー支持部の部分平面図、図４
（ｂ）は図４（ａ）のＡ−Ａ線に沿う断面図、図４
（ｃ）は図４（ａ）のＢ−Ｂ線に沿う断面図、図４
（ｄ）は図４（ａ）のＣ−Ｃ線に沿う断面図である。

【図５】図５は他のフィルタカセットの断面図である。

【図６】図６（ａ）は対物レンズの像面における焦点位
置を説明する図、図６（ｂ）は対物レンズの像面におけ
る焦点位置の移動を説明する図である。

【図７】図７（ａ）は対物レンズの瞳面における瞳位置
を説明する図、図７（ｂ）は対物レンズの瞳面における
瞳位置の移動を説明する図である。

【符号の説明】

１０ 顕微鏡本体 ３１ 対物レンズ ５０，７７，７８，７９ フィルタカセット １５０Ａ ダイクロイックミラー取付面 ５２，５２Ｂ 回転軸 ６６ ダイクロイックミラー ７５ ターレット（保持部材） ８５，８６，１８５ 回転駒（偏心カム） ８７ ボール（球体） １８７ 円筒

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数のフィルタカセットを保持する保持
   部材を備えている顕微鏡の照明装置において、 前記複数のフィルタカセットの少なくとも１つのフィル
   タカセットは、照明光を反射するダイクロイックミラー
   と、対物レンズに対する前記ダイクロイックミラーの角
   度を変化させる角度可変手段とを備えていることを特徴
   とする顕微鏡の照明装置。
2. 【請求項２】 前記保持部材は前記フィルタカセットを
   所定の間隔で配置したターレットであり、前記角度可変
   手段を操作する操作部が、前記ターレットを回転させて
   前記ダイクロイックミラーを照明光路中に配置したと
   き、観察者から見て顕微鏡本体の左側及び右側の少なく
   とも一方の側面にあることを特徴とする請求項１記載の
   顕微鏡の照明装置。
3. 【請求項３】 前記角度可変手段はカム機構を有するこ
   とを特徴とする請求項１又は２記載の顕微鏡の照明装
   置。
4. 【請求項４】 前記カム機構は、前記フィルタカセット
   のダイクロイックミラー取付面に形成され、前記ダイク
   ロイックミラー取付面上の仮想三角形の１つの頂点に配
   置された球体と、他の２つの頂点に配置され、前記球体
   を支点として前記ダイクロイックミラーを互いに異なる
   方向へ移動可能な偏心カムとを備えていることを特徴と
   する請求項３記載の顕微鏡の照明装置。