JP2007219319A - 位相差顕微鏡 - Google Patents

Abstract

【課題】オートフォーカス装置、レーザー光源の導入部、又は像出力ポート等の付加装置を付加し、この付加装置を用いながら位相差観察を行うことができる位相差顕微鏡を提供する。
【解決手段】光源と、前記光源からの光を標本に照射するための照明光学系２と、照明光学系２の瞳位置に配置された輪帯状の遮光手段と、対物レンズ４と、対物レンズ４の瞳位置Ｐ１を瞳共役位置Ｐ２へ伝達する伝達レンズ１３ａ，１５を有する観察光学系３と、を有し、観察光学系３に観察付加装置２５を設置可能である標本の位相差観察を行う位相差顕微鏡１において、対物レンズ４の瞳位置Ｐ１と瞳共役位置Ｐ２との間に設置され、対物レンズ４の光軸方向の位置が変更される際に、対物レンズ４の瞳共役位置Ｐ２を維持する補正手段１３ｂを有することを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、位相差顕微鏡に関する。

従来、照明光学系の瞳位置にリングスリットを配置し、さらに対物レンズの瞳共役位置に輪帯状の位相膜を配置することで、標本の位相差観察を行う位相差顕微鏡が知られている（例えば、特許文献１を参照。）。
特開平１１−８４２６０号公報

上述の位相差顕微鏡に、例えばオートフォーカス装置、レーザー光源の導入部、又は像出力ポート等の付加装置を照明光の光路に付加し、この付加装置を位相差観察の際に同時に用いようとする場合には、顕微鏡本体に付加装置を組み込むために対物レンズの光軸方向の位置を変更しなければならない。このため、対物レンズの瞳共役位置は対物レンズの光軸方向の位置の変更に伴って大きく移動してしまうため、位相差顕微鏡に付加装置を付加し、この付加装置を用いながら位相差観察を行うことは困難であるという問題があった。

そこで本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、オートフォーカス装置、レーザー光源の導入部、又は像出力ポート等の付加装置を付加し、この付加装置を用いながら位相差観察を行うことができる位相差顕微鏡を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために本発明は、
光源と、
前記光源からの光を標本に照射するための照明光学系と、
前記照明光学系の瞳位置に配置された輪帯状の遮光手段と、
対物レンズと、前記対物レンズの瞳位置を瞳共役位置へ伝達する伝達レンズを有する観察光学系と、を有し、
前記観察光学系に観察付加装置を設置可能である前記標本の位相差観察を行う位相差顕微鏡において、
前記対物レンズの瞳位置と前記瞳共役位置との間に設置され、前記対物レンズの光軸方向の位置が変更される際に、前記対物レンズの前記瞳共役位置を維持する補正手段を有することを特徴とする位相差顕微鏡を提供する。

また、本発明の顕微鏡は、
前記補正手段は、前記観察付加装置に対応して設けられたレンズであって、前記伝達レンズの一部のレンズと切替え可能に備えられていることが望ましい。

また、本発明の顕微鏡は、
前記観察光学系は、前記対物レンズの瞳共役位置に配置され、前記瞳共役位置の光軸方向の配置を移動可能にする瞳操作手段を有することが望ましい。
また、本発明の顕微鏡は、
前記観察光学系における前記瞳操作手段は、光路外へ退避可能に設けられており、
前記観察光学系には、光路内へ挿脱可能な蛍光照明装置が備えられていることが望ましい。

本発明によれば、オートフォーカス装置、レーザー光源の導入部、又は像出力ポート等の付加装置を照明光の光路中に付加し、この付加装置を用いながら位相差観察を行うことができる位相差顕微鏡を提供することを目的とする。

以下、本発明の実施形態に係る顕微鏡を添付図面に基づいて説明する。
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係る顕微鏡の構成を示す図である。
図１に示すように、本実施形態に係る顕微鏡１は、透過照明装置２、顕微鏡本体３、対物レンズ４、位相差装置５、及び接眼観察部６からなる。
本顕微鏡１において透過照明装置２は、ステージ７に載置された標本８の上方に備えられており、不図示の光源と、該光源の瞳位置に配置された不図示のリングスリットとからなり、標本８の位相差観察を行う際に用いられる。
標本８の下方には、対物レンズ用レボルバ９に支持された対物レンズ４が備えられており、対物レンズ用レボルバ９は、該対物レンズ４の他に倍率の異なる不図示の複数の対物レンズを切替え可能に支持している。

また、対物レンズ用レボルバ９の下方に配置されている顕微鏡本体３は、対物レンズ用レボルバ９の下方に配置された第１結像レンズ１０、光量分割素子１１、反射素子１２、該反射素子１２の反射光路上に配置された第１リレーレンズ１３ａ、反射素子１４、及び該反射素子１４の反射光路上に配置された第２リレーレンズ１５からなる。ここで、第１リレーレンズ１３ａ近傍には、当該レンズ１３ａと構成の異なる第１リレーレンズ１３ｂが配置されており、これらのリレーレンズ１３ａ,１３ｂは公知の切替え機構を介して光路内へ選択的に配置することができる。なお、これらのリレーレンズ１３ａ,１３ｂについてのより詳しい説明は後述する。

また、顕微鏡本体３において第１結像レンズ１０の上方には、ダイクロイックミラー１６ａ、励起フィルタ１６ｂ、及び吸収フィルタ１６ｃからなる落射蛍光ブロック１６が、不図示のスライド機構を介して光路外へ挿脱可能に設けられている。そして、この落射蛍光ブロック１６の反射光路上には、蛍光観察用の不図示の蛍光照明光源が配置されており、当該落射蛍光ブロック１６と共に落射蛍光照明装置を形成している。

次に、位相差装置５は、反射素子１４の反射光路上であって対物レンズ４の瞳Ｐ１の共役位置Ｐ２に配置された瞳操作素子１７、反射素子１８、該反射素子１８の反射光路上に配置された第２結像レンズ１９、該第２結像レンズ１９の結像位置（後述の像面Ｉ２）に配置された不図示の撮像手段からなる。ここで、本実施形態では瞳操作素子１７として、光軸方向へ移動可能であって、かつ公知のスライド機構によって光路内へ挿脱可能に設けられた輪帯状の位相膜（以下、「位相リング１７」という。）を用いている。この位相リング１７は、対物レンズ用レボルバ９に備えられた対物レンズ個々の瞳位置の違いに対応できるように、光軸方向へ移動可能に設けられており、対物レンズの倍率の差異で生じる瞳位置の違いに対しては、このスライド機構で修正することができる。

接眼観察部６は、反射素子１８の透過光路上に配置された第２結像レンズ２０と、反射素子２１とからなる。ここで、反射素子２１の反射光路付近には、ベルトランレンズ２２が公知のスライド機構を介して光路内へ挿脱可能に設けられている。このベルトランレンズ２２は、位相差観察に際して不図示のリングスリットと位相リング１７との芯出し調整を行う際に用いられる。なお、この芯出し調整は、ベルトランレンズ２２に限られず、接眼観察部６に芯出し望遠鏡を取り付けて行う構成とすることも可能である。

以上の構成の本顕微鏡１によって標本８の位相差観察を行う場合には、予め、落射蛍光ブロック１６を光路外へ退避させ、位相リング１７を光路内へ配置しておく。斯かる設定の下、透過照明装置２によって照明された標本８からの光は、対物レンズ４によって平行光束となり、第１結像レンズ１０、光量分割素子１１、反射素子１２を介して一次像面Ｉ１に結像する。そして、一次像面Ｉ１に結像された光は、第１リレーレンズ１３ａと第２リレーレンズ１５によって再び平行光束となり、位相リング１７を経た後、反射素子１８へ入射する。

反射素子１８へ入射した光のうち、該反射素子１８によって反射された光は、第２結像レンズ１９によって像面Ｉ２に結像され、不図示の撮像手段によって撮像される。これにより、標本８の位相差観察を行うことができる。一方、反射素子１８へ入射した光のうち、該反射素子１８を透過した光は、第２結像レンズ２０によって像面Ｉ３に結像される。これにより、観察者は接眼観察部６を覗き込むことで標本８の位相差観察を行うことができる。
なお、光量分割素子１１の反射光路上の像面Ｉ４にも不図示の撮像手段が配置されており、これにより標本８の位相差像でない通常の標本像を撮像することができる。

次に、本顕微鏡１によって標本８の蛍光観察を行う場合には、予め、落射蛍光ブロック１６を光路内へ配置し、位相リング１７を光路外へ退避しておく。斯かる設定の下、不図示の蛍光照明光源からの照明光は、蛍光ブロック１６、対物レンズ４を介して標本８に照射される。これにより標本８から発生した蛍光は、対物レンズ４によって平行光束となり、落射蛍光ブロック１６、第１結像レンズ１０、光量分割素子１１、反射素子１２を介して一次像面Ｉ１に結像する。そして、この一次像面Ｉ１に結像された蛍光は、第１リレーレンズ１３ａと第２リレーレンズ１５により再び平行光束となり、反射素子１８によって反射される。この反射素子１８によって反射された蛍光は、第２結像レンズ１９によって像面Ｉ２に結像され、不図示の撮像手段によって撮像される。これにより、標本８の蛍光観察を行うことができる。

次に、本実施形態に係る顕微鏡１の最も特徴的な構成について説明する。
図２は、本発明の実施形態に係る顕微鏡１に付加装置２５を付加した際の構成を示す図である。
図２に示すように本顕微鏡１は、対物レンズ４、対物レンズ用レボルバ９、及びステージ７の位置を上方に変更することで、対物レンズ用レボルバ９と顕微鏡本体３の間の光路中に、オートフォーカス装置、レーザー光源の導入部、又は画像出力ポート等を付加装置２５として配置することができる。

ここで、対物レンズ用レボルバ９と顕微鏡本体３の間の光路中に付加装置２５を配置した場合、付加装置２５は平行光束中に配置されることとなるため、像面Ｉ２，Ｉ３に結ばれる標本像には何らの変化もない。しかしながら、対物レンズ４の瞳位置Ｐ１とこの瞳位置Ｐ１に共役な位置（瞳共役位置）Ｐ２との関係は、対物レンズ４の位置が変更されたことで崩れ、対物レンズ４の移動量すなわち付加装置２５の厚み、及びリレー倍率に応じて、対物レンズ４の瞳共役位置Ｐ２が反射素子１４方向へ移動してしまう。

そこで本実施形態に係る顕微鏡１は、対物レンズ用レボルバ９と顕微鏡本体３の間の光路中に付加装置２５を配置した際に、対物レンズ４の位置の変更に伴って移動した瞳共役位置Ｐ２を元の位置（Ｐ１と共役となる位置）に戻すための第１リレーレンズ１３ｂを、第１リレーレンズ１３ａと切り替え可能に備えている。

第１リレーレンズ１３ｂは、第２リレーレンズ１５との合成焦点距離が、第１リレーレンズ１３ａと第２リレーレンズ１５との合成焦点距離と等しいことが必要条件として求められるため、この条件を満足し、かつ付加装置２５の挿入による対物レンズ４の移動に伴う対物レンズ４の瞳共役位置Ｐ２の移動量を補正できるように、付加装置２５に合わせて焦点距離（第１リレーレンズ１３ｂの焦点距離）と一次像面Ｉ１から第１リレーレンズ１３ｂまでの光軸上距離が適切に設計されたレンズである。

斯かる第１リレーレンズ１３ｂの構成により、本顕微鏡１は、対物レンズ用レボルバ９と顕微鏡本体３の間の光路中に付加装置２５を配置した場合には、第１リレーレンズ１３ａを、付加装置２５に対応して設計された上述の第１リレーレンズ１３ｂに切り替えることで、対物レンズ４の瞳共役位置Ｐ２を元の位置（詳しくは、付加装置２５を用いず第１リレーレンズ１３ａを光路内に配置している場合の瞳Ｐ１に対する瞳共役位置Ｐ２）に戻すことができる。このようにして本顕微鏡１は、対物レンズ用レボルバ９と顕微鏡本体３の間の光路中に付加装置２５を挿入した場合にも位相差観察を行うことができ、つまり位相差観察に際して付加装置２５を同時使用することが可能となる。

（数値実施例）
以下、第１実施形態に係る顕微鏡１をより具体的に説明するために、第１結像レンズ１０、第１リレーレンズ１３ａ,１３ｂ、第２リレーレンズ１５、及び接眼観察部６における第２結像レンズ２０の数値例を示す。
図３は、本発明の第１実施形態に係る顕微鏡の数値例を説明するための図である。
本数値例では、第１リレーレンズ１３ａ,１３ｂの他に、上記付加装置２５と異なる別の付加装置２６（不図示）の使用も可能にするべく、この付加装置２６に対応したもう１つの第１リレーレンズ１３ｃも設計されている。

以下の各表に、第１結像レンズ１０、第１リレーレンズ１３ａ,１３ｂ,１３ｃ、第２リレーレンズ１５、及び接眼観察部６における第２結像レンズ２０の諸元値を掲げる。
なお、ｆは焦点距離（単位は「ｍｍ」）、面は対物レンズ４側からのレンズ面の順序、Ｒはレンズ面の曲率、ｄは光軸上の間隔（単位は「ｍｍ」）をそれぞれ示す。また、ｎｄはｄ線（波長λ＝５８７．６ｎｍ）に対するレンズ媒質の屈折率、νｄはｄ線（λ＝５８７．６ｎｍ）に対するレンズ媒質のアッベ数をそれぞれ示す。

はじめに、対物レンズ４の瞳位置Ｐ１から第１結像レンズ１０までの距離をＤ１とする。
本数値例において、対物レンズ用レボルバ９と顕微鏡本体３の間の光路中にいかなる付加装置も挿入されていない場合には距離Ｄ１＝147となり、第１リレーレンズ１３ａが光路内へ配置される。また、付加装置２５が挿入されている場合には距離Ｄ１＝197となり、第１リレーレンズ１３ｂが光路内へ配置される。さらに、付加装置２６が配置されている場合には距離Ｄ１＝217となり、第１リレーレンズ１３ｃが光路内へ配置される。

（表１）
［第１結像レンズ１０］ｆ＝200
面 Ｒ ｄ ｎｄ νｄ ｆ
147〜217(Ｄ１)
1 280 5.0 1.62280 57.0 200
2 -72 3.0 31.6
3 -163 198.7(d1)
なお、d1は第３レンズ面から一次像面Ｉ１までの光軸上距離である。

［第１リレーレンズ１３ａ］
面 Ｒ ｄ ｎｄ νｄ ｆ
25.0(d0)
1 300 2.5 1.74950 35.3 202.3
2 55 4.5 1.61720 54.0
3 -127 68.0(d3)
なお、d0は一次像面Ｉ１から第１レンズ面までの光軸上距離、d3は第３レンズ面から反射素子１４までの光軸上距離である。

［第１リレーレンズ１３ｂ］
面 Ｒ ｄ ｎｄ νｄ ｆ
31.9(d0)
1 300 5.2 1.74400 44.8 256.6
2 47 5.0 1.62041 60.3
3 -153 57.9(d3)
なお、d0は一次像面Ｉ１から第１レンズ面までの光軸上距離、d3は第３レンズ面から反射素子１４までの光軸上距離である。

［第１リレーレンズ１３ｃ］
面 Ｒ ｄ ｎｄ νｄ ｆ
36.0(d0)
1 300 6.0 1.74400 44.8 290.2
2 50 6.0 1.62041 60.3
3 -180 52.0(d3)
なお、d0は一次像面Ｉ１から第１レンズ面までの光軸上距離、d3は第３レンズ面から反射素子１４までの光軸上距離である。

［第２リレーレンズ１５］
面 Ｒ ｄ ｎｄ νｄ ｆ
130.0(d4)
1 170 3.0 1.74950 57.0 232.9
2 68 4.0 1.62280 35.3
3 -354
なお、d4は反射素子１４から第１レンズ面までの光軸上距離である。

［接眼観察部６における第２結像レンズ２０］
面 Ｒ ｄ ｎｄ νｄ ｆ
100.0(d5)
1 280 5.0 1.62280 57.0 200
2 -72 3.0 31.6
3 -163 198.7(d6)
なお、d5は第２リレーレンズ１５から第１レンズ面までの光軸上距離、d6は第３レンズ面から像面Ｉ３までの光軸上距離である。

以上より、第１リレーレンズ１３ａと第２リレーレンズ１５との合成焦点距離、第１リレーレンズ１３ｂと第２リレーレンズ１５との合成焦点距離、及び第１リレーレンズ１３ｃと第２リレーレンズ１５との合成焦点距離は、いずれもｆ＝200となり等しい。そして、第１リレーレンズ１３ａ、第１リレーレンズ１３ｂ、及び第１リレーレンズ１３ｃのそれぞれにおいて間隔ｄの合計は、（d0＋d1＋d2＋d3）＝100となり等しい。

これらにより、対物レンズ用レボルバ９と顕微鏡本体３の間の光路中に付加装置２５や付加装置２６を配置した場合でも、付加装置２５,２６に合わせて第１リレーレンズ１３ｂ,１３ｃを光路内へ選択的に切替えて配置することで、対物レンズ４の瞳共役位置Ｐ２を、付加装置２５や付加装置２６を用いていない場合の対物レンズ４の瞳共役位置Ｐ２と同じ位置に維持することができ、位相差観察に際して付加装置２５や付加装置２６の同時使用を行うことが可能となる。

（第２実施形態）
図４は、本発明の第２実施形態に係る顕微鏡の構成を示す図である。
上記第１実施形態に係る顕微鏡は、上述のように第１リレーレンズ１３ａ,１３ｂ、第２リレーレンズ１５、位相リング１７等の位相差観察に必要な顕微鏡部品を顕微鏡に内蔵した構成であるのに対し、図４に示すように本実施形態に係る顕微鏡３０は、これらの顕微鏡部品を一体的に位相差観察アダプタ３１として顕微鏡本体３外部に取り外し自在に取り付ける構成としている。

以下、本実施形態に係る顕微鏡３０について、上記第１実施形態と同様の構成である部分には同じ符号を付して説明を省略し、特徴的な構成について詳細に説明する。
図４に示すように、本実施形態に係る顕微鏡３０は、透過照明装置２、顕微鏡本体３、対物レンズ４、接眼観察部６、及び位相差観察アダプタ３１からなる。
顕微鏡本体３は、対物レンズ用レボルバ９の下方に配置された結像レンズ１０、光量分割素子１１、反射素子１２、該反射素子１２の反射光路上に配置された反射素子１４からなり、上記第１実施形態と同様に第１結像レンズ１０の上方には落射蛍光ブロック１６が配置されており、不図示の蛍光照明光源からの励起光を光路内へ導くことができる。

顕微鏡本体３の側面に取り付けられた位相差観察アダプタ３１は、顕微鏡本体３の光量分割素子１１の反射光路上に配置された反射素子３２、該反射素子３２の反射光路上に配置された第１リレーレンズ１３ａ、反射素子３３、該反射素子３３の反射光路上に配置された第２リレーレンズ１５、対物レンズ４の瞳共役位置Ｐ２に配置された瞳操作素子（位相リング）１７、第２結像レンズ１９、及び該第２結像レンズ１９の結像面（像面Ｉ２）に配置された不図示の撮像手段からなる。

なお、第１リレーレンズ１３ａ近傍には、上記第１実施形態と同様に、構成の異なる第１リレーレンズ１３ｂが当該第１リレーレンズ１３ａと切替え可能に備えている。
また、反射素子３２の透過光路上の一次像面Ｉ５にも撮像手段が配置されており、これにより標本８の位相差像でない通常の標本像を撮像することができる。
さらに、第２結像レンズ１９の付近には、ベルトランレンズ２２が公知のスライド機構を介して光路内へ挿脱可能に設けられており、位相差観察に際して不図示のリングスリットと位相リング１７との芯出し調整の際に用いられる。

以上の構成の下、落射蛍光ブロック１６を光路外へ退避させ、位相リング１７を光路内へ配置すれば、位相差観察アダプタ３１の像面Ｉ２において標本８の位相差像を撮像することができ、標本８の位相差観察を行うことができる。なお、接眼観察部６の像面Ｉ３には、位相差像でない通常の標本像が形成され、通常の接眼観察を行うことができる。
また、位相リング１７を光路外へ退避させ、落射蛍光ブロック１６を光路内へ配置すれば、位相差観察アダプタ３１の像面Ｉ２において標本８の蛍光像を撮像することができ、標本８の蛍光観察を行うことができる。

図５は、本発明の実施形態に係る顕微鏡３０に付加装置を付加した際の構成を示す図である。
本実施形態に係る顕微鏡３０は、図５に示すように付加装置２５を付加した場合でも、上記第１実施形態と同様に、光路内の第１リレーレンズ１ａを、付加装置２５に対応して設けられた第１リレーレンズ１３ｂに切替えることで、対物レンズ４の瞳共役位置Ｐ２を、付加装置２５を用いていない場合の対物レンズ４の瞳共役位置Ｐ２と同じ位置に維持することができ、位相差観察に際して付加装置２５の同時使用を行うことが可能となる。
したがって本実施形態に係る顕微鏡３０は、上記第１実施形態に係る顕微鏡の奏する効果と同様の効果を実現することができる。

以上、各実施形態によれば、対物レンズと顕微鏡本体の間にオートフォーカス装置、レーザー光源の導入部、又は像出力ポート等の付加装置を付加した場合でも、この付加装置を用いながら位相差観察を行うことができる顕微鏡を実現することができる。
また、各実施形態に係る顕微鏡は、標本像を各像面に結ぶ際に、標本からの光の反射素子等による反射回数をいずれの場合も奇数回となるように構成されている。これにより、いわゆる裏像正立という観察しやすい像の姿勢を得ることができる。

また、各実施形態に係る顕微鏡は、上述のように蛍光照明装置を備えており、落射蛍光ブロックを光路内へ配置し、位相リングを光路外へ退避させることで、標本の蛍光観察を行うこともできる。
また、第２実施形態のように第１,２リレーレンズを含む位相差観察アダプタを顕微鏡本体に着脱可能に設ければ、ユーザーの必要に応じてのシステムアップが可能となる。
なお、上記各実施形態では、付加装置としてオートフォーカス装置、レーザー光源の導入部、及び像出力ポートを示しているが、本発明において付加装置はこれに限られず、対物レンズの位置を変更して顕微鏡本体に取り付けられる種々の装置を適用することができる。

本発明の第１実施形態に係る顕微鏡の構成を示す図である。 本発明の実施形態に係る顕微鏡１に付加装置２５を付加した際の構成を示す図である。 本発明の第１実施形態に係る顕微鏡の数値例を説明するための図である。 本発明の第２実施形態に係る顕微鏡の構成を示す図である。 本発明の第２実施形態に係る顕微鏡に付加装置を付加した際の構成を示す図である。

符号の説明

１，３０ 顕微鏡
２ 透過照明装置
３ 顕微鏡本体
４ 対物レンズ
５ 位相差装置
６ 接眼観察部
８ 標本
１３ａ,１３ｂ,１３ｃ 第１リレーレンズ
１５ 第２リレーレンズ
２５ 付加装置
３１ 位相差観察アダプタ

Claims (4)

1. 光源と、
   前記光源からの光を標本に照射するための照明光学系と、
   前記照明光学系の瞳位置に配置された輪帯状の遮光手段と、
   対物レンズと、前記対物レンズの瞳位置を瞳共役位置へ伝達する伝達レンズを有する観察光学系と、を有し、
   前記観察光学系に観察付加装置を設置可能である前記標本の位相差観察を行う位相差顕微鏡において、
   前記対物レンズの瞳位置と前記瞳共役位置との間に設置され、前記対物レンズの光軸方向の位置が変更される際に、前記対物レンズの前記瞳共役位置を維持する補正手段を有することを特徴とする位相差顕微鏡。
2. 前記補正手段は、前記観察付加装置に対応して設けられたレンズであって、前記伝達レンズの一部のレンズと切替え可能に備えられていることを特徴とする請求項１に記載の位相差顕微鏡。
3. 前記観察光学系は、前記対物レンズの瞳共役位置に配置され、前記瞳共役位置の光軸方向の配置を移動可能にする瞳操作手段を有することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の顕微鏡。
4. 前記観察光学系における前記瞳操作手段は、光路外へ退避可能に設けられており、
   前記観察光学系には、光路内へ挿脱可能な蛍光照明装置が備えられていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の位相差顕微鏡。

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