JP2005227442A

JP2005227442A - 顕微鏡用照明装置

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Publication number: JP2005227442A
Application number: JP2004034725A
Authority: JP
Inventors: Kentaro Yamazaki; 健太郎山▲崎▼
Original assignee: Olympus Corp
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 2004-02-12
Filing date: 2004-02-12
Publication date: 2005-08-25
Anticipated expiration: 2024-02-12
Also published as: JP4579554B2

Abstract

【課題】簡易な構成により、明視野と暗視野との観察を同時に行うことができ、また、使用する対物レンズに応じて最適化した光量を標本に照射することを可能とする。
【解決手段】光軸Ｂを中心としリング状に複数個並べられた半導体発光素子３１と該各半導体発光素子３１の近傍に配され半導体発光素子３１から照射された光を略平行光に変換するレンズ３２とを有する暗視野用照明光源３０と、該暗視野用照明光源３０を制御する制御部４０とを備え、該制御部４０が、あらかじめブロックごとに分けられた複数の半導体発光素子３１を制御する。
【選択図】図３

Description

本発明は、明視野観察及び暗視野観察が可能な顕微鏡に設けられた顕微鏡用照明装置に関するものである。

一般に同軸落射の顕微鏡照明装置は、標本を照明するための光源と、この光源から照射された光を対物レンズの射出瞳位置に集光させるための明視野照明光学系と、照明光を反射させ、かつ、標本で反射した光を透過させるハーフミラーとを備えている。ここで、暗視野照明を行う照明装置は、明視野光学系により照射され、集光された光を平行光にする暗視野光学系と、平行光のうち周辺部分のみを反射して、対物レンズの暗視野ミラーに導入させるリング状のミラーとを備えている。一般的な落射同軸顕微鏡照明装置では、明視野照明光学系，ハーフミラーと暗視野照明光学系，リングミラーとを機械的に切り替えることで、明視野と暗視野との観察の切り換えを行っている。

このような落射同軸照明装置では、光源としてハロゲンランプ、キセノンアーク等が用いられてきた。しかしながら、これらの光源はかなりの熱を発する上に消費電力が大きいという問題があった。この問題を解決する手段として、光源に光ファイバーを用いる場合もあるが、光量のロスにより、特に暗視野において照明光が暗くなってしまうという問題が生じる。
また、明暗視野照明装置では、上述したように明視野用ハーフミラーと暗視野用リングミラーとを機械的に切り替えているため、操作が煩雑になるという問題がある。このため、電気的に明視野と暗視野との光源を切り替える光学器械の照明装置が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
この特許文献１に記載の光学器械の照明装置は、対物レンズの外径よりも大きいリング状の暗視野照明光源と、この暗視野照明光源より外径の小さい円盤状の明視野光源とを備えており、照明切替手段により、それぞれを切り替えるようになっている。
特開２００１−１５４１０３号公報

しかしながら、従来の光学器械の照明装置においては、明視野観察または暗視野観察に応じて適確な光量、照明光の角度を調整することが困難である。また、使用する対物レンズの倍率に応じて、対物レンズに入射する光の光量を最適化することも困難である。
本発明は上述した事情に鑑みてなされたものであって、簡易な構成により、明視野と暗視野との観察を同時に行うことができ、また、使用する対物レンズに応じて最適化した光量を標本に照射することが可能な顕微鏡用照明装置を提供することを目的とする。

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。
本発明の顕微鏡用照明装置は、光軸を中心としリング状に複数個並べられた半導体発光素子と該各半導体発光素子の近傍に配され前記半導体発光素子から照射された光を略平行光に変換するレンズとを有する暗視野用照明光源と、該暗視野用照明光源を制御する制御部とを備え、該制御部が、あらかじめブロックごとに分けられた複数の前記半導体発光素子を制御することを特徴としている。

この発明によれば、制御部により、半導体発光素子をブロックごとに点灯あるいは消灯を行う。すなわち、暗視野用照明光源から照射された光はレンズを介して適切な光量が標本に照射されることになる。したがって、標本の段差情報等を適確に得ることが可能となる。

また、本発明の顕微鏡用照明装置は、前記ブロックが、前記半導体発光素子を放射方向に伸びる分断面に分けてなることが好ましい。

この発明によれば、制御部により、半導体発光素子をブロックごとに点灯あるいは消灯を行う。そして、暗視野用照明光源から照射された光はレンズを介し、適切な方向から光が標本に照射され、偏斜照明を行うことになる。したがって、標本の段差情報等を適確に得ることが可能となる。

また、本発明の顕微鏡用照明装置は、明視野光学系に光を照射する明視野用照明光源を備え、前記制御部が、前記明視野用照明光源と前記暗視野用照明光源とを独立して制御することが好ましい。

この発明によれば、制御部が明視野用照明光源を点灯させ、かつ、暗視野用照明光源の半導体発光素子をブロックごとに点灯あるいは消灯を行うことによって、偏斜照明を行う。これにより、標本の段差等を横から照明することになり、微分干渉のようなコントラストがつき、明視野観察による形状，色等の観察を行いながら、暗視野観察による段差情報を得ることができる。

本発明の顕微鏡用照明装置は、光軸を中心としリング状に複数個並べられた半導体発光素子と該各半導体発光素子の近傍に配され前記半導体発光素子から照射された光を略平行光に変換するレンズとを有する暗視野用照明光源と、該暗視野用照明光源を制御する制御部とを備え、前記レンズが、高倍率用の第１の対物レンズに対応する第１のレンズと、低倍率用の第２の対物レンズに対応する第２のレンズとからなり、前記制御部が、前記第１または第２の対物レンズの切り替えに伴い、それぞれに対応する第１または第２のレンズの近傍に配された半導体発光素子を制御すること特徴としている。

この発明によれば、高倍率用の第１の対物レンズまたは低倍率用の第２の対物レンズを使用する際、制御部により、第１のレンズまたは第２のレンズの近傍に配された半導体発光素子を照射させる。これにより、高倍率あるいは低倍率の観察に応じて照射させる半導体発光素子を制御できるので、適切な輝度の光を標本に照射させることが可能になる。

また、本発明の顕微鏡用照明装置は、前記暗視野用照明光源が、前記顕微鏡から着脱可能にユニット化されていることが好ましい。
この発明によれば、暗視野用照明光源を必要に応じて着脱することが可能となるため、顕微鏡全体としてのコンパクト化を実現できる。

本発明に係る顕微鏡用照明装置によれば、暗視野用照明光源の半導体発光素子をブロックごとに制御することにより、必要に応じた半導体発光素子から照射した光がレンズを介し最適な光量が標本に照射されることになる。したがって、標本の段差情報等を適確に得ることが可能となる。

以下、本発明の第１実施形態に係る顕微鏡装置について図１から図６を参照して説明する。
本実施形態に係る顕微鏡装置１は、図１及び図３に示すような、標本Ｓの観察を行う顕微鏡１０と、暗視野観察を行う暗視野用照明光源（顕微鏡用照明装置）３０と、これらを制御する制御部４０とを備えている。
顕微鏡１０は、図１に示すように、ステージ１１が設けられたＬ字状の胴部１２と、この胴部１２の接続された落射投光管１３と、この落射投光管１３の先端部に設けられ、ステージ１１と対向させて配されたレボルバ１４と、落射投光管１３の内部に配された明視野用照明光源１５と、落射投光管１３の先端部に設けられた鏡筒１６と、この鏡筒１６に設けられた接眼レンズ１７とを備えている。

ステージ１１は、被写体としての標本Ｓを載置するものである。また、胴部１２には、焦準ハンドル１８が設けられており、この焦準ハンドル１８の操作により、対物レンズが胴部１２に沿ってＡＢ方向に移動可能になっている。
レボルバ１４は、複数の対物レンズ１９を支持するもので、所定の対物レンズ１９を選択的に光路上に切り換えるようになっている。

明視野用照明光源（顕微鏡用照明装置）１５は、照明光軸Ａ上に配された凸レンズ２０ａ，２０ｂを有する明視野光学系２０と、ランプハウス２１内に配され、明視野光学系２０に光を照射させる光源２２と、照明光軸Ａ上に配されたハーフミラー２３とを備えている。このハーフミラー２３に入射し反射された光束は、観察光軸（光軸）Ｂ上の対物レンズ１９を透過して標本Ｓに照射し、さらに標本Ｓからの反射光は、対物レンズ１９を介してハーフミラー２３に入射し、このハーフミラー２３を透過して鏡筒１６に入射して接眼レンズ１７に導かれ、目視観察されるようになっている。

暗視野用照明光源３０は、図２及び図３に示すように、リング状に複数個並べられたＬＥＤ（半導体発光素子）３１と、各ＬＥＤ３１に一対一に対応し、標本Ｓ側に位置するように配されたコリメートレンズ（レンズ）３２とを備えている。このコリメートレンズ３２は、ＬＥＤ３１から照射された光を略平行光に変換するようになっている。また、暗視野用照明光源３０は、図４に示すように、レボルバ１４に形成された凹部１４ａに着脱可能になっている。すなわち、この暗視野用照明光源３０を、レボルバ１４に取り付けた際、リング状に複数個並べられたＬＥＤ３１の中心が観察光軸Ｂと略一致するようになっている。

制御部４０は、明視野用照明光源１５と、暗視野照明用光源３０とを独立して制御するようになっている。また、図２に示すように、リング状に複数個並べられたＬＥＤ（例えば、図示例では８個）３１は、中心から放射方向に伸びる分断面Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３，Ｂ４にブロック化されており、制御部４０により、これらのブロックごとに制御するようになっている。また、制御部４０には、画像を記憶する画像記憶部４１が設けられている。この画像記憶部４１は、制御部４０による制御に応じて変化する標本Ｓの段差情報を取得して記憶するようになっている。

次に、上記のように構成された顕微鏡装置１の使用方法について説明する。
まず、図５（ａ）及び図５（ｂ）に示すような、標本Ｓをステージ１１に載置する。次に、レボルバ１４に形成された凹部１４ａに暗視野用照明光源３０を押し込み、取り付ける。このような準備がなされた後、制御部４０により、光源２２を作動させ、光源２２から照射された照明光が落射投光管１３内部の凸レンズ２０ａ及び２０ｂを介してハーフミラー２３に入射する。ハーフミラー２３に入射した光は、略９０度反射されて観察光軸Ｂ上の対物レンズを透過して標本Ｓに照射される。さらに、標本Ｓからの反射光は、対物レンズ１９を介してハーフミラー２３を透過して鏡筒１６に入射し接眼レンズ１７に導かれ、標本Ｓの明視野観察が行われる。

また、暗視野用照明光源３０のＬＥＤ３１も同様に制御部４０により制御され、ブロックごとに点灯し、図５（ｃ）に示すように、偏斜照明を行う。そして、標本Ｓによって散乱した光が対物レンズ１９により結像し、その後は明視野観察の場合と同じ光路を経て、接眼レンズ１７に導かれ、暗視野観察が行われる。
このとき、制御部４０により、図６（ａ）に示すように、明視野用照明光源１５のみを照明する場合、標本Ｓの輪郭がはっきり観察でき、逆に暗視野用照明光源３０のみを照明する場合、図６（ｂ）に示すように、標本Ｓの輪郭以外の部分が観察できる。次いで、明視野用照明光源１５及び暗視野用照明光源３０を照明した場合、図６（ｃ）に示すように、標本Ｓを立体的に観察できる。

また、明視野用照明光源１５及び暗視野用照明光源３０のＢ１を照明する場合、図６（ｄ）に示すように、コントラストがつけられる。この状態で、明視野用照明光源１５を消灯すると、図６（ｇ）に示すように、コントラストが反転した影を得ることができる。同様にして、明視野用照明光源１５及び暗視野用照明光源３０のＢ３を照明する場合、図６（ｅ）に示すように、コントラストがつけられ、明視野用照明光源１５を消灯すると、図６（ｈ）に示すように、コントラストが反転し、さらに明視野用照明光源１５及び暗視野用照明光源３０のＢ４を照明する場合、図６（ｆ）に示すように、コントラストがつけられ、明視野用照明光源１５を消灯すると、図６（ｉ）に示すように、コントラストが反転した影を得ることができる。このように、暗視野用照明光源３０を点灯させるブロックの制御に応じて、画像記憶部４１により、標本Ｓの段差方向の情報を取得する。

すなわち、本実施形態に係る暗視野用照明光源３０によれば、制御部４０が明視野用照明光源１５を点灯させ、かつ、暗視野用照明光源３０のＬＥＤ３１をブロックごとに点灯あるいは消灯を行うことによって、標本Ｓの段差等を横から照明することになり、微分干渉のようなコントラストがつき、明視野観察による形状，色等の観察を行いながら、暗視野観察による段差情報を得ることができる。

特に、微分干渉顕微鏡用の特殊な素子を用意しなくても同様の効果が得られる。また、微分干渉では影の付き方は素子の配置される方向に依存しており、例えば、横方向のみで縦方向には影の明暗を付けることができなかった。しかし、本実施形態のように、制御部４０により、ＬＥＤ３１をブロックごとに選択して点灯させることによって、縦，横，斜めのいずれの方向にも影の明暗を付けることが可能となる。

また、暗視野照明光源３０において、リング状に並べたＬＥＤ３１を選択的に点灯した場合、段差の向きによっては照明の向きと同じでないと光らないため、制御部４０により、点灯方向を順次変えて画像を取得し、段差情報のみを取得することが可能となる。さらに、段差が大きいほど明るくなり、段差が少ないほど暗く光るため、段差の高さ情報の概略を知ることもできる。

また、ＬＥＤ３１は消費電力が少ないため、低消費電力の落射投光管１３が実現できる。さらに、ＬＥＤ３１はハロゲンランプ、キセノンアークに比べて耐久時間が長いため、メンテナンスの必要がなくなる。さらには、明視野観察及び暗視野観察の切り換えはＬＥＤ３１のＯＮ，ＯＦＦにより電気的に制御することができるため、機械的可動部で生ずるゴミ問題を解消することにもなる。

なお、本実施形態において、制御部４０が、図２に示すように、リング状に複数個並べられたＬＥＤ３１の中心から放射方向に伸びる分断面に分けられたブロックごとに制御可能としたが、これに代えて、例えば、ＬＥＤ３１の周方向に少なくとも一つおきに制御する構成にしても良い。このような構成にすることで、標本に応じた暗視野用照明光源３０を用いることで、適確な光量を標本に照射することも可能となる。

次に、本発明の第２実施形態に係る顕微鏡装置について図７を参照して説明する。なお、以下に説明する各実施形態において、上述した第１実施形態に係る顕微鏡装置１と構成を共通とする箇所には同一符号を付けて、説明を省略することにする。
本実施形態に係る顕微鏡装置において、暗視野用照明光源（顕微鏡用照明装置）６０の構成と、制御部４０のＬＥＤ３１の制御とにおいて第１実施形態と異なっている。

暗視野用照明光源６０は、図３におけるコリメートレンズ３２が、第１のコリメートレンズ６１（第１のレンズ）と第２のコリメートレンズ（第２のレンズ）６２とからなっている。この第１のコリメートレンズ６１は、高倍率用の第１の対物レンズ６３に対応しており、第２のコリメートレンズ６２は、低倍率用の第２の対物レンズ６４に対応している。これら第１のコリメートレンズ６１及び第２のコリメートレンズ６２は、図７に示すように、リング状に複数個並べられたＬＥＤ３１に対応して周方向にそれぞれ交互に配置されている。

また、第１のコリメートレンズ６１は、第２のコリメートレンズ６２に比べ焦点距離が短いレンズになっているため、第２のコリメートレンズ６２に比べＬＥＤ３１に近接して配置されている。これにより、図８（ａ）に示すように、ＬＥＤ３１から照射され、第１のコリメートレンズ６２を介した光束の幅は、図８（ｂ）に示すように、第２のコリメートレンズ６２を介した光束の幅より細くなっている。
制御部４０は、高倍率用の第１の対物レンズ６３、または、低倍率用の第２の対物レンズ６４の切り替えに伴い、それぞれに対応する第１，第２のコリメートレンズ６１，６２の近傍に配されたＬＥＤ３１を制御するようになっている。

次に、上記のように構成された顕微鏡装置の使用方法について説明する。
まず、第１実施形態と同様に、標本Ｓをステージ１１に載置し、暗視野用照明光源６０を取り付ける。このような準備がなされた後、高倍率用の第１の対物レンズ６３を選択した場合、制御部４０により、第１のコリメートレンズ６１に対応したＬＥＤ３１を照射させる。照射された光は、第１のコリメートレンズ６１を介し、第１の対物レンズ６３を透過して標本Ｓに向かって照射される。このとき、図８（ａ）に示すように、幅の細い光束が対物レンズを透過して標本Ｓに照射される。また、低倍率用の第２の対物レンズ６４を選択した場合、制御部４０により、第２のコリメートレンズ６２に対応したＬＥＤ３１を照射させ、図８（ｂ）に示すように、幅の太い光束が対物レンズを透過して標本に照射されるため、高倍率用観察に比べ標本Ｓに照射される光量が多くなる。

すなわち、本実施形態に係る暗視野用照明光源６０によれば、高倍率あるいは低倍率の観察に応じて照射させるＬＥＤ３１を制御できるので、適切な輝度の光を標本Ｓに照射させることが可能になる。

なお、本実施形態において、第１，第２のコリメートレンズ６１，６２に対応する位置にＬＥＤ３１を設けたが、これに代えて、図９に示すように、一つおきにＬＥＤ３１を配した暗視野用光源７０を用いても良い。この構成の場合には、第１，第２のコリメートレンズ６１，６２をリング状に並べられたＬＥＤ３１に沿って回転可能にユニット化し、対物レンズの倍率の切り換えに伴い、このレンズユニットを回転させる。これにより、対物レンズに応じて最適な光束の光を標本Ｓに照射させることが可能となる。

なお、本発明の上記各実施形態において、暗視野用照明光源３０または６０をレボルバ１４に形成された凹部１４ａに着脱可能としたが、これに代えて、落射投光管１３内に設けたり、レボルバ１４内に固着させてあっても良い。ここで、レボルバ１４内に暗視野用照明光源３０または６０を設けた場合、落射投光管１３内には暗視野用の照明光学系を配置する必要がなくなる。これにより、落射投光管１３内には明視野用照明光源１５のみとなり、最適な光学系として設計が可能となる。
また、本発明の技術範囲は上記各実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。

本発明の第１実施形態に係る顕微鏡装置の全体構成を示す概略図である。本発明の第１実施形態に係る暗視野用照明光源のＬＥＤの配置を示す平面図である。本発明の第１実施形態に係る顕微鏡装置を用いて標本を観察するときの全体構成を示す概略図である。本発明の第１実施形態に係る暗視野用照明光源を顕微鏡装置に装着したときの斜視図である。本発明の第１実施形態に係る顕微鏡装置を用いて（ａ），（ｂ）の標本を観察するときの（ｃ）は顕微鏡装置の一部を示す斜視図である。本発明の第１実施形態に係る顕微鏡装置を用いて標本を観察したときの取得画像の一例を示す平面図である。本発明の第２実施形態に係る暗視野用照明光源を示す斜視図である。本発明の第２実施形態に係る暗視野用照明光源の（ａ）は高倍率用の（ｂ）は低倍率用の対物レンズを用いたときの光路を示す平面図である。図７のＬＥＤの構成の他の変形例を示す拡大平面図である。

符号の説明

Ａ照明光軸
Ｂ観察光軸（光軸）
１０顕微鏡
２０明視野光学系
３０，６０暗視野用照明光源
３１ＬＥＤ（半導体発光素子）
３２コリメートレンズ（レンズ）
４０制御部
６１第１のコリメートレンズ（第１のレンズ）
６２第２のコリメートレンズ（第２のレンズ）
６３第１の対物レンズ
６４第２の対物レンズ

Claims

光軸を中心としリング状に複数個並べられた半導体発光素子と該各半導体発光素子の近傍に配され前記半導体発光素子から照射された光を略平行光に変換するレンズとを有する暗視野用照明光源と、
該暗視野用照明光源を制御する制御部とを備え、
該制御部が、あらかじめブロックごとに分けられた複数の前記半導体発光素子を制御することを特徴とする顕微鏡用照明装置。
前記ブロックが、前記半導体発光素子を放射方向に伸びる分断面に分けてなることを特徴とする請求項１に記載の顕微鏡用照明装置。
明視野光学系に光を照射する明視野用照明光源を備え、
前記制御部が、前記明視野用照明光源と前記暗視野用照明光源とを独立して制御することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の顕微鏡用照明装置。
光軸を中心としリング状に複数個並べられた半導体発光素子と該各半導体発光素子の近傍に配され前記半導体発光素子から照射された光を略平行光に変換するレンズとを有する暗視野用照明光源と、
該暗視野用照明光源を制御する制御部とを備え、
前記レンズが、高倍率用の第１の対物レンズに対応する第１のレンズと、
低倍率用の第２の対物レンズに対応する第２のレンズとからなり、
前記制御部が、前記第１または第２の対物レンズの切り替えに伴い、それぞれに対応する第１または第２のレンズの近傍に配された半導体発光素子を制御すること特徴とする顕微鏡用照明装置。
前記暗視野用照明光源が、前記顕微鏡から着脱可能にユニット化されていることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の顕微鏡用照明装置。