JP2007256414A - 顕微鏡装置 - Google Patents

Abstract

【課題】明視野観察時に得られる画像のディストーションの対称化および非点収差の向上を図る。
【解決手段】対物レンズ３と、標本Ａからの光を観察するための変倍光学系８Ｒ，８Ｌ、結像レンズ９Ｒ，９Ｌおよび接眼レンズ１０Ｒ，１０Ｌを含む観察光学系ユニット４と、励起光を発生する励起光源１２と、観察光学系ユニット４と対物レンズ３との間に配置され、観察光学系ユニット４の光軸Ｃ_Ｒ，Ｃ_Ｌに対して偏心した光軸Ｃ_Ｅに沿って励起光源１２から発せられた励起光を対物レンズ３に入射させる反射部材１７と、観察光学系ユニット４および反射部材１７に対して、対物レンズ３を位置決め状態に固定する固定手段６とを備え、固定手段６が、対物レンズ３の光軸Ｃ_Ｏを、観察光学系ユニット４の光軸Ｃ_Ｒ，Ｃ_Ｌに一致する位置と、観察光学系ユニット４の光軸Ｃ_Ｒ，Ｃ_Ｌと励起光の光軸Ｃ_Ｅとの中間位置とに切り替えて配置可能に設けられている顕微鏡装置１を提供する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、顕微鏡装置に関し、特に、蛍光観察可能な実体顕微鏡装置に関するものである。

従来、蛍光観察可能な実体顕微鏡装置としては、例えば、特許文献１に開示されているものがある。
この顕微鏡装置は、対物レンズと、該対物レンズにより集光された標本からの光を観察するための、変倍光学系、結像レンズおよび接眼レンズを含む観察光学系ユニットと、励起光を発生する励起光源と、観察光学系ユニットと対物レンズとの間に配置され、観察光学系ユニットの光軸に対して偏心した光軸に沿って励起光源から発せられた励起光を対物レンズに入射させる反射部材とを備えている。対物レンズは、その光軸が観察光学系ユニットの光軸および励起光の光軸の中間位置に配置されるように固定されている。
特開２００５−１５７３３５号公報

しかしながら、特許文献１に開示されている顕微鏡装置を用いて明視野観察を行う場合には、励起光源をオフ状態として励起光の照射を停止し、標本からの光を観察光学系ユニットにより観察することとなるため、明視野観察は、対物レンズの光軸と観察光学系ユニットの光軸とがずれた状態で行われることになる。この場合、得られる明視野観察画像のディストーションが非対称になるとともに、対物レンズの外周側に光軸を配置することとなるために非点収差が劣化する不都合がある。

本発明は上述した事情に鑑みてなされたものであって、明視野観察時に得られる画像のディストーションの対称化および非点収差の向上を図ることができる顕微鏡装置を提供することを目的としている。

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。
本発明は、対物レンズと、該対物レンズにより集光された標本からの光を観察するための、変倍光学系、結像レンズおよび接眼レンズを含む観察光学系ユニットと、励起光を発生する励起光源と、前記観察光学系ユニットと前記対物レンズとの間に配置され、前記観察光学系ユニットの光軸に対して偏心した光軸に沿って前記励起光源から発せられた励起光を前記対物レンズに入射させる反射部材と、前記観察光学系ユニットおよび前記反射部材に対して、前記対物レンズを位置決め状態に固定する固定手段とを備え、該固定手段が、前記対物レンズの光軸を、前記観察光学系ユニットの光軸に一致する位置と、該観察光学系ユニットの光軸と前記励起光の光軸との中間位置とに切り替えて配置可能に設けられている顕微鏡装置を提供する。

本発明によれば、固定手段の作動により、対物レンズの光軸が観察光学系ユニットの光軸に一致する位置に対物レンズを固定することによって、明視野観察時に得られる画像のディストーションの対称化および非点収差の向上を図ることができる。また、固定手段の作動により、対物レンズの光軸が観察光学系ユニットの光軸と前記励起光の光軸との中間に配される位置に対物レンズを固定することによって、変倍光学系による高倍率観察時に、対物レンズに入射する励起光を増加させて明るい照明を行うことができ、変倍光学系による低倍率観察時に、対物レンズ内において励起光のケラレが発生しないため、励起光量ムラの発生を防止することができる。

上記発明においては、標本を挟んで対物レンズとは反対側から照明光を照射する透過照明装置を備え、該透過照明装置の光軸が、前記観察光学系ユニットの光軸に略一致していることが好ましい。
このようにすることで、透過照明による明視野観察時に、ムラのない照明を行うことができる。

また、上記発明においては、前記観察光学系ユニットの光軸と、前記励起光の光軸との偏心量をＸ、対物レンズの直径をＹとして、以下の条件式を満たすこととしてもよい。
０．０４＜Ｘ／Ｙ＜０．１５
さらに、上記発明においては、以下の条件式を満たすことが好ましい。
０．０６＜Ｘ／Ｙ＜０．０８

本発明によれば、明視野観察時に得られる画像のディストーションの対称化および非点収差の向上を図ることができるという効果を奏する。

以下、本発明の一実施形態に係る顕微鏡装置１について、図１〜図５を参照して以下に説明する。
本実施形態に係る顕微鏡装置１は、図１に示されるように、標本Ａを搭載するステージ２と、該ステージ２に対向配置され略鉛直方向に光軸が配置され、標本Ａからの光を集光する対物レンズ３と、観察光学系ユニット４と、励起照明ユニット５と、対物レンズ３を観察光学系ユニット４および励起照明ユニット５に対して位置決め状態に固定する固定部材（固定手段）６と、これら対物レンズ３、観察光学系ユニット４、励起照明ユニット５および固定部材６を鉛直方向に移動させる準焦ユニット７とを備えている。

前記観察光学系ユニット４は、対物レンズ３により集光された標本Ａからの光の集光状態を変化させて倍率を変更する変倍光学系８Ｒ，８Ｌと、該変倍光学系８Ｒ，８Ｌを通過した光を集光して結像させる結像レンズ９Ｒ，９Ｌと、該結像レンズ９Ｒ．９Ｌにより結像された光を観察者の網膜位置に再結像させる接眼レンズ１０Ｒ，１０Ｌとを備えている。図中、符号１１Ｒ，１１Ｌは励起光を吸収し蛍光を透過させる吸収フィルタである。変倍光学系８Ｒ，８Ｌ、結像レンズ９Ｒ，９Ｌ、接眼レンズ１０Ｒ，１０Ｌおよび吸収フィルタ１１Ｒ，１１Ｌは、観察者の両眼に合わせて２個一対ずつ設けられている。

前記励起照明ユニット５は、照明光を発する光源（励起光源）１２と、該光源１２から発せられる照明光を略平行光に集光するコレクタレンズ１３と、該照明光のうち励起光成分を透過させる励起フィルタ１４と、前記観察光学系ユニット４の変倍光学系８Ｒ，８Ｌによる観察範囲の変化に応じて、光源１２の２次像の投影位置を調節するよう移動させられるレンズ群１５と、これらレンズ群を透過した励起光を対物レンズ３に入射させるミラー（反射部材）１６，１７とを備えている。

ミラー１７は、観察光学系ユニット４と対物レンズ３との間に、前記変倍光学系８Ｒ，８Ｌの２つの光軸を含む平面に対して略平行間隔をあけて偏心した光軸に励起光を入射させるように配置されている。

前記固定部材６は、対物レンズ３に固定される第１の固定部１８と、例えば、観察光学系ユニット４に固定される第２の固定部１９とを備えている。
第１の固定部１８は、図２に示されるように、リング状に形成され、対物レンズ３に備えられた取付ネジ（図示略）を締結させる中央ネジ孔１８ａを有するとともに、該第１の固定部１８を第２の固定部１９に固定するためのボルト（図示略）を貫通可能な貫通孔１８ｂを備えている。貫通孔１８ｂは、例えば、周方向に間隔を開けて３カ所に設けられている。

第２の固定部１９は、図３に示されるように、観察光学系ユニット４の下面に設けられ、前記第１の固定部１８の貫通孔１８ｂを貫通して図示しないボルトが締結される複数のネジ孔１９ａを備えている。ネジ孔１９ａは、前記第１の固定部１８に設けられた３カ所の貫通孔１８ｂに対応する３カ所の位置関係のものが、水平方向に所定距離Ｘだけずれた位置に２組、合計６カ所に設けられている。

図３に示されるように、観察光学系ユニット４の左右２つの光軸Ｃ_Ｒ，Ｃ_Ｌは、距離Ｚ_１だけ離れて配置され、励起光の光軸Ｃ_Ｅは、これら観察光学系ユニット４の２つの光軸Ｃ_Ｒ，Ｃ_Ｌを含む平面に対して略平行に、距離Ｚ_２だけ偏心して配置されている。これら３つの光軸Ｃ_Ｒ，Ｃ_Ｌ，Ｃ_Ｅ全てを含むように直径Ｙの対物レンズ３を配置すると、該対物レンズ３の光軸Ｃ_Ｏは、前記観察光学系ユニット４の２つの光軸Ｃ_Ｒ，Ｃ_Ｌを含む平面に対して、距離Ｘだけ偏心することになる。

また、本実施形態に係る顕微鏡装置１においては、上記距離Ｘおよび対物レンズ３の直径Ｙは、０．０４＜Ｘ／Ｙ＜０．１５、好ましくは、０．０６＜Ｘ／Ｙ＜０．０８となるように設定されている。例えば、本実施形態においては、Ｘ＝５ｍｍ、Ｙ＝６６ｍｍ、Ｘ／Ｙ＝０．０７６である。
また、本実施形態に係る顕微鏡装置１においては、上記距離Ｚ１は、２２＜Ｚ１＜２６となるように設定されている。例えば、本実施形態においては、Ｚ１＝２５ｍｍである。

前記準焦ユニット７は、ステージ２から鉛直上方に延びる支柱２０と、対物レンズ３、観察光学系ユニット４、励起照明ユニット５および固定部材６を支持し支柱２０に沿って上下方向に移動可能なスライダ２１と、該スライダ２１を移動させるハンドル２２とを備えている。観察者がハンドル２２を操作することにより、スライダ２１を支柱２０に沿って上下方向に移動させることができ、これによって、ステージ２上の標本Ａに対し対物レンズ３、観察光学系ユニット４、励起照明ユニット５および固定部材６を上下方向に移動させ、標本Ａ上に配置される焦点位置を調節することができるようになっている。

このように構成された本実施形態に係る顕微鏡装置１の作用について、以下に説明する。
本実施形態に係る顕微鏡装置１を用いて、蛍光観察を行うには、図４に示されるように、観察光学系ユニット４の２つの光路Ｌ_Ｒ，Ｌ_Ｌおよび励起光の光路Ｌ_Ｅが全て対物レンズ３の範囲内に入るように、第１の固定部１８を第２の固定部１９に固定する。

これにより、変倍光学系８Ｒ，８Ｌにより高倍率に設定した場合には、対物レンズ３の瞳位置での励起光の光路Ｌ_Ｅが十分に確保されているために、明るい励起光を標本Ａに照射することができる。また、変倍光学系８Ｒ，８Ｌにより低倍率に設定した場合にも、対物レンズ３内において励起光がケラレることがなく、標本Ａ全体にわたり、励起光量のムラを低減することができる。

また、明視野観察のみを行いたい場合には、図５に示されるように、観察光学系ユニット４の２つの光路Ｌ_Ｒ．Ｌ_Ｌの光軸Ｃ_Ｒ，Ｃ_Ｌの中心軸が対物レンズ３の光軸Ｃ_Ｏに一致する位置に配されるように、第１の固定部１８を第２の固定部１９に固定する。そして、図示しないシャッタ等により励起照明ユニット５からの励起光の照射を停止し、吸収フィルタ１１Ｒ，１１Ｌを光路から取り外した後に、図示しない他の光源を用いた照明、例えば、落射照明あるいは透過照明による反射光または透過光を観察光学系ユニット４により観察する。

図５に示されるように、励起光の光路Ｌ_Ｅは、その一部が対物レンズ３の外側に配されることとなるが、励起光の照射が停止されているので、不都合はない。
そして、このとき、観察光学系ユニット４の２つの光路Ｌ_Ｒ．Ｌ_Ｌの光軸Ｃ_Ｒ，Ｃ_Ｌが対物レンズ３の光軸を通る直線上に配置されるので、対物レンズ３に対して対称に配置され、ディストーションを対称にして、標本Ａの見やすさを向上することができる。

なお、Ｘ／Ｙ＜０．０４とした場合には、蛍光観察時に、励起光の光路Ｌ_Ｅを対物レンズ３の範囲内に十分に開口させることができず、明るい励起光を照射することができないという問題がある。また、励起光の入射角度が大きく傾斜してしまうので、観察像に標本Ａの影ができやすいという不都合もある。

また、Ｘ／Ｙ＞０．１５とした場合には、蛍光観察時に、観察光学系ユニット４の２つの光軸Ｃ_Ｒ，Ｃ_Ｌが対物レンズ３の外周近傍に近接するので、非点収差が大きくなり、鮮明な観察像を得ることができないという不都合がある。
したがって、本実施形態によれば、そのような不都合はなく、鮮明な観察像を取得することができるという利点がある。

また、Ｚ＜２２とする場合には、開口数が小さいために、高解像度かつ明るい蛍光観察像を得ることができないという不都合があり、Ｚ＞２６とする場合には、装置が大きくなり操作性が悪くなり、特に、対物レンズ３の製品コストや加工上の不都合がある。これに対して、本実施形態によれば、そのような不都合はなく、安価かつ簡単な加工により高解像度かつ明るい蛍光観察像を得ることができるという利点がある。

また、本実施形態においては、変倍光学系８Ｒ，８Ｌの他に、リレー光学系あるいは光路分割素子を備えていてもよい。
また、接眼レンズ１０Ｒ，１０Ｌと変倍光学系８Ｒ，８Ｌとの間に吸収フィルタ９Ｒ，９Ｌを配置したが、これに代えて、変倍光学系８Ｒ，８Ｌと対物レンズ３の間に吸収フィルタ９Ｒ，９Ｌを配置してもよい。

また、固定部材６として、第１の固定部１８と第２の固定部１９とを有するものを例示したが、これに限定されるものではなく、対物レンズ３を取り付けて、該対物レンズ３の光軸Ｃ_Ｏが観察光学系ユニット４の光軸Ｃ_Ｒ，Ｃ_Ｌの中心と一致する位置と、観察光学系ユニット４の２つの光路Ｌ_Ｒ，Ｌ_Ｌおよび励起光の光路Ｌ_Ｅが全て対物レンズ３の範囲内に入るように距離Ｘだけずれた位置との間で移動可能なスライダ（図示略））を採用することとしてもよい。このようにすることで、対物レンズ３を取り外すことなく、スライダを移動させるだけで、明視野観察に最適な状態と、蛍光観察に最適な状態とを切り替えることができる。

また、ステージ２に透過照明装置を設ける場合には、観察光学系ユニット４の光軸Ｃ_Ｒ，Ｃ_Ｌ、すなわち２個一対の変倍光学系８Ｒ，８Ｌの光軸Ｃ_Ｒ，Ｃ_Ｌの中心と透過照明装置の光軸とが一致するように配置することが好ましい。これにより透過照明装置を用いた明視野観察時に、透過照明装置の光軸と対物レンズ３の光軸Ｃ_Ｏとを一致させることができ、光源ムラの発生を抑制して、鮮明な観察像を得ることができる。

また、蛍光観察を行う場合においても、蛍光観察に先立って明視野観察により、観察範囲を設定することが行われる場合には、対物レンズ３の光軸Ｃ_Ｏと透過照明装置の光軸とを一致させるようにすることが望ましい。その場合には、対物レンズ３の移動に伴って透過照明装置を移動させるか、あるいは、対物レンズ３と透過照明装置を移動させることなく、対物レンズ３を取り付ける観察光学系ユニット４を逆方向に移動させることとすればよい。

本発明の一実施形態に係る顕微鏡装置を示す図であり、（ａ）は側面図、（ｂ）は正面図である。 図１の顕微鏡装置の第１の固定部を示す図である。 図１の顕微鏡装置の第２の固定部を示す図である。 図３の第２の固定部に第１の固定部を取り付けた蛍光観察時の状態を示す図である。 図３の第２の固定部に第１の固定部を取り付けた明視野観察時の状態を示す図である。

符号の説明

Ａ 標本
Ｃ_Ｅ，Ｃ_Ｒ，Ｃ_Ｌ，Ｃ_Ｏ 光軸
１ 顕微鏡装置
３ 対物レンズ
４ 観察光学系ユニット
６ 固定部材（固定手段）
８Ｒ，８Ｌ 変倍光学系
９Ｒ，９Ｌ 結像レンズ
１０Ｒ，１０Ｌ 接眼レンズ
１２ 光源（励起光源）
１７ ミラー（反射部材）

Claims (4)

1. 対物レンズと、
   該対物レンズにより集光された標本からの光を観察するための、変倍光学系、結像レンズおよび接眼レンズを含む観察光学系ユニットと、
   励起光を発生する励起光源と、
   前記観察光学系ユニットと前記対物レンズとの間に配置され、前記観察光学系ユニットの光軸に対して偏心した光軸に沿って前記励起光源から発せられた励起光を前記対物レンズに入射させる反射部材と、
   前記観察光学系ユニットおよび前記反射部材に対して、前記対物レンズを位置決め状態に固定する固定手段とを備え、
   該固定手段が、前記対物レンズの光軸を、前記観察光学系ユニットの光軸に一致する位置と、該観察光学系ユニットの光軸と前記励起光の光軸との中間位置とに切り替えて配置可能に設けられている顕微鏡装置。
2. 標本を挟んで対物レンズとは反対側から照明光を照射する透過照明装置を備え、
   該透過照明装置の光軸が、前記観察光学系ユニットの光軸に略一致している請求項１に記載の顕微鏡装置。
3. 前記観察光学系ユニットの光軸と、前記励起光の光軸との偏心量をＸ、対物レンズの直径をＹとして、以下の条件式を満たす請求項１または請求項２に記載の顕微鏡装置。
   ０．０４＜Ｘ／Ｙ＜０．１５
4. 以下の条件式を満たす請求項３に記載の顕微鏡装置。
   ０．０６＜Ｘ／Ｙ＜０．０８

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