JP2011102817A

JP2011102817A - 顕微鏡装置

Info

Publication number: JP2011102817A
Application number: JP2009256663A
Authority: JP
Inventors: Hiroaki Nakayama; 浩明中山
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 2009-11-10
Filing date: 2009-11-10
Publication date: 2011-05-26

Abstract

【課題】対物レンズをこの対物レンズの光軸と直交方向の成分を持つように移動させても、比較的簡易な構成で、視野全体を照明することができる顕微鏡装置を提供する。
【解決手段】顕微鏡装置１００は、光源２１を有し、この光源２１から放射された照明光を標本Ｏに照射する照明装置２０と、この照明装置２０により照明された標本Ｏから出射した光を集光する機能を有する対物レンズ１と、この対物レンズ１から出射した光を集光して標本Ｏの像を形成する観察光学系２Ｌ，２Ｒと、を有し、対物レンズ１は、当該対物レンズ１の光軸に対して直交方向の成分を持つように移動可能に構成され、また、照明装置２０は、対物レンズ１の移動により移動する視野Ｆに追随して照明光の照野を移動させて、視野Ｆを照明するように構成される。
【選択図】図３

Description

本発明は、顕微鏡装置に関する。

顕微鏡装置の一例である平行系実体顕微鏡装置は、一般的に、対物レンズが左右の各観察用光路に対して偏芯している。これにより、左右観察光路で、標本を互いに異なる角度から臨むことが可能となり、目視観察時には標本の立体視が可能となる。ただし、画像取得時には、立体視は不要であり、むしろ対物レンズが偏芯していることにより収差は悪化してしまうという欠点がある。

このような欠点を解決するための顕微鏡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に記載の顕微鏡装置においては、画像取得時に、対物レンズをシフトさせることにより、この対物レンズの光軸を画像取得用光路へとつながる光学系の光軸に一致させるように構成されている。これにより、画像取得時には収差が改善された像を取得することが可能となる。

特開平１１−１１９１１１号公報

しかしながら、このような顕微鏡装置においては、対物レンズがシフトすることにより、視野も同時に観察位置から画像取得位置にシフトしてしまい、透過照明装置の照野の広さが十分でないと、視野の一部が透過照明装置の照野の外に出てしまうという課題があった。透過照明装置の照野を広げることで、この課題を解決することも可能であるが、その場合、透過照明装置の厚さが増大したり、光源が大きくなりコストがかかることとなる。

本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり対物レンズをこの対物レンズの光軸と直交方向の成分を持つように移動させても、視野全体を照明可能な照明装置を備えた顕微鏡装置を、比較的簡易な構成によって提供することを目的とする。

前記課題を解決するために、本発明に係る顕微鏡装置は、光源を有し、当該光源から放射された照明光を標本に照射する照明装置と、この照明装置により照明された標本から出射した光を集光する機能を有する対物レンズと、この対物レンズから出射した光を集光して標本の像を形成する観察光学系と、を有する。そして、対物レンズは、当該対物レンズの光軸に対して直交方向の成分を持つように移動可能に構成され、また、照明装置は、対物レンズの移動により移動する視野に追随して照明光の照野を移動させて、この視野を照明するように構成される。

このような顕微鏡装置において、照明装置は、光源から射出された光束を、対物レンズの視野方向に偏向させるための偏向素子を有し、対物レンズの移動に追随して当該偏向素子の標本に対する角度を変化させて照野を移動させるように構成することが好ましい。

あるいは、照明装置は、光源若しくは当該光源の像から射出された光束を集光し標本に照射するコンデンサレンズを有し、当該コンデンサレンズを光軸と直交方向の成分を持つように移動させ、対物レンズの移動に追随して照野を移動させるように構成することが好ましい。

あるいは、照明装置の光源は面光源であり、当該面光源を光軸と直交方向の成分を持つように移動させて、対物レンズの移動に追随して照野を移動させるように構成することが好ましい。

また、このような顕微鏡装置において、観察光学系は、少なくとも一部の区間が対物レンズの光軸に対して略平行に延びる２以上の光路を有し、対物レンズを移動させて、当該対物レンズの光軸を２以上の光路のいずれかの光軸と略一致させるように構成されることが好ましい。

このとき、このような顕微鏡装置は、対物レンズの光軸と略一致させる光軸を有する光路により結像される標本の像を検出する撮像素子を有することが好ましい。

さらに、このような顕微鏡装置における照明装置は、標本を挟んで対物レンズの反対側に配置された透過照明装置であることが好ましい。

本発明に係る顕微鏡装置を以上のように構成すると、対物レンズをこの対物レンズの光軸と直交方向の成分を持つように移動させても、比較的簡易な構成で、視野全体を照明することができる。

平行系実体顕微鏡装置の外観を示す斜視図である。第１の実施形態に係る平行系実体顕微鏡装置の構成図であって、（ａ）は観察者の正面から見た構成図を示し、（ｂ）は左側から見た構成図を示す。第１の実施形態に係る平行系実体顕微鏡装置において、画像取得を行う際の構成図を示す。第２の実施形態に係る平行系実体顕微鏡装置の構成図であって、（ａ）は観察者の正面から見た構成図を示し、（ｂ）は左側から見た構成図を示す。第２の実施形態に係る平行系実体顕微鏡装置において、画像取得を行う際の構成図を示す。第３の実施形態に係る平行系実体顕微鏡装置の構成図であって、（ａ）は観察者の正面から見た構成図を示し、（ｂ）は画像取得を行う際の構成図を示す。

（第１の実施形態）
以下、本発明の好ましい実施形態について図面を参照して説明する。まず、図１〜図３を用いて、顕微鏡装置の一例である平行系実体顕微鏡装置の構成について説明する。図１に示すように、この実体顕微鏡装置１００は、単対物双眼構成の顕微鏡装置であって、透過照明装置２０を内蔵するベース部（照明部）１０１、対物レンズ１及び接眼レンズ７Ｌ，７Ｒが取り付けられ、内部に観察光学系２Ｌ，２Ｒを有する変倍レンズ鏡筒１０３、及び、焦点合わせ装置１０５を有している。また、ベース部１０１の上面には、透明部材を埋め込んだ標本載置台（ステージグラス）１０２が設けられており、この標本載置台１０２上に標本Ｏが載置される。なお、対物レンズ１は、変倍レンズ鏡筒１０３の下部に設けられた対物レンズ取り付け部１０６に取り付けられている。この対物レンズ取り付け部１０６は、予め定められた複数の低倍率の対物レンズ及び複数の高倍率の対物レンズのうちから一つを選択して取り付けることができるようになっている場合と、予め定められた複数の低倍率の対物レンズ及び複数の高倍率の対物レンズのうちから複数を選択して取り付けられるようになっている場合と、がある。

変倍レンズ鏡筒１０３の外側には変倍ノブ１０７が配置されている。この変倍レンズ鏡筒１０３の内部に設けられた観察光学系２Ｌ，２Ｒを構成するアフォーカル変倍光学系３Ｌ，３Ｒには、複数のレンズ群が含まれており、これらのレンズ群は、変倍ノブ１０７の回転により、予め定められた移動量に則り光軸方向に移動することにより標本Ｏの像の倍率を変化させるように構成されている。また、焦点合わせ装置１０５は、焦点合わせノブ１０８と、この焦点合わせノブ１０８の回転に伴い変倍レンズ鏡筒１０３を光軸に沿って上下動させる機構部（図示せず）とを有している。さらに、この変倍レンズ鏡筒１０３の上部には結像レンズ４Ｌ，４Ｒ、プリズム５Ｌ，５Ｒ及び接眼レンズ７Ｌ，７Ｒを有する双眼鏡筒１０４が取り付けられている。

図２及び図３は、実体顕微鏡装置１００の光学系の構成を示しており、標本載置台１０２上に載置された標本Ｏを照明する透過照明装置２０と、右側観察用光路及び左側観察用光路を有し、透過照明装置２０により照明されて標本Ｏを透過した光を集光し、この標本Ｏの一次像ＩＭ１Ｌ，ＩＭ１Ｒを形成する結像光学系６と、この結像光学系６で結像された一次像ＩＭ１Ｌ，ＩＭ１Ｒを拡大観察するための左右一対の接眼レンズ７Ｌ，７Ｒと、を備えている。なお、本明細書及び図面では、結像光学系６の構成部材及び接眼レンズ７において、左側観察用光路上の部材にはＬを、右側観察用光路上の部材にはＲを付している。

結像光学系６は、標本Ｏからの光を集光して光軸に対して略平行な光束に変換する１つの対物レンズ１と、左右一対の観察光学系２Ｌ，２Ｒと、から構成されている。さらに、これらの観察光学系２Ｌ，２Ｒは、複数のレンズ群からなり標本Ｏの像の観察倍率を変化させる（変倍する）左右一対のアフォーカル変倍光学系３Ｌ，３Ｒと、このアフォーカル変倍光学系３Ｌ，３Ｒから射出した光を集光して上述の一次像ＩＭ１Ｌ，ＩＭ１Ｒを形成する左右一対の結像レンズ４Ｌ，４Ｒと、アフォーカル変倍光学系３から出射した光を通過させる左右一対のプリズム５Ｌ，５Ｒと、を有して構成される。

このような構成の実体顕微鏡装置１００において、対物レンズ１は、その光軸に対して直交方向の成分を持つように移動可能に構成されており（以下、「シフト」と呼ぶ）、この対物レンズ１の光軸を、結像光学系６の右側観察用光路の光軸に一致させることができる。また、図３に示すように、結像光学系６において、左右一対のプリズム５Ｌ，５Ｒのうち、右側観察用光路中のプリズム５Ｒは、当該光路に対して自在に着脱することが可能に構成されている。このプリズム５Ｒに代えて、偏向素子としてのハーフプリズム９を挿入することにより、この右側観察用光路の光を反射し、撮像光学系１２により撮像素子１１に導くよう構成されている。ここで、撮像光学系１２は、上述のハーフプリズム９と、このハーフプリズム９で反射された光をさらに反射して撮像素子１１の受光面上に標本Ｏの像ＩＭ２を形成させるミラー１０と、から構成されている。このように、対物レンズ１をシフトさせることで、収差が改善された標本Ｏの像ＩＭ２を取得することができる。

なお、以上の説明では、対物レンズ１を右側にシフトし、右側観察用光路中のプリズム５Ｒをハーフプリズム９と交換して、右側観察用光路の光を撮像光学系１２に導き、対物レンズ１及び透過照明光学系２０の照野を右側にシフトすることで、画像を取得しているが、この実体顕微鏡装置１００は、これに限定されるものではない。例えば、対物レンズ１を左側にシフト可能とし、左側観察用光路中のプリズム５Ｌをハーフプリズム９と交換して、左側観察用光路の光を撮像光学系１２に導く構成としてもよい。また、対物レンズ１を右側又は左側に任意に移動可能とし、この対物レンズ１の移動方向に対応して、左側若しくは右側のプリズム５Ｌ，５Ｒをハーフプリズム９と交換して、左側又は右側観察用光路の光を撮像光学系１２に導く構成としてもよい。

ところで、このように対物レンズ１をシフトさせると、図３に示すように、それに応じて観察領域（以下、「視野Ｆ」と呼ぶ）も、シフトしてしまう。そのため、この顕微鏡装置１００においては、視野Ｆのシフトに応じて透過照明装置２０により照明される領域（以下「照野」と呼ぶ）もシフトさせるように構成されている。以下、この照野をシフトする構成について説明する。

図２（ｂ）に示すように、第１の実施形態に係る透過照明装置２０は、光源２１と、この光源２１から出射した光束を平行光束に変換するコレクタレンズ２２と、この平行光束を拡散させる拡散板２３と、この拡散板２３によって拡散された光束を標本載置台１０２上に配置された標本の方向に反射させる偏向素子としてのミラー２４と、を有して構成される。そして、対物レンズ１のシフトによって移動する視野Ｆに対応して、透過照明装置２０は、ミラー２４の標本Ｏに対する角度を変化させ、照野を右側へシフトさせることにより視野Ｆに照明光が照射されるように構成されている。そのため、常に対物レンズ１の視野Ｆ全体を一様に明るく照明することが可能となっている。

以上のような実体顕微鏡装置１００を用いて標本Ｏの観察を行うと、図２（ｂ）に示すように、透過照明光装置２０の光源２１から放射された光束が、コレクタレンズ２２によって平行光束となる。この光束は、拡散板２３によって拡散された後、ミラー２４によって反射され、標本載置台１０２上に配置された標本Ｏを照明する。そして、この標本Ｏを透過した光は、対物レンズ１によって平行光束となり、左右の各観察用光路に入射する。この左右の各観察用光路において、対物レンズ１からの平行光束は、複数のレンズ群からなるアフォーカル変倍光学系３Ｌ，３Ｒに入射し、再度平行光束となる。そして、各アフォーカル変倍光学系３Ｌ，３Ｒから射出した平行光束は、左右それぞれに配置された結像レンズ４Ｌ，４Ｒにより集光され、プリズム５Ｌ，５Ｒを通過した後、標本Ｏの一次像ＩＭ１Ｌ，ＩＭ１Ｒを結像する。観察者は、双眼鏡筒１０４の上端部に取り付けられた接眼レンズ７Ｌ，７Ｒを用いることにより、結像された一次像ＩＭ１Ｌ，ＩＭ１Ｒを左右の眼８Ｌ，８Ｒで観察することができる。

次に、画像取得を行う際には、図３に示すように、右側観察用光路中のプリズム５Ｒに代えて、ハーフプリズム９を挿入し、アフォーカル変倍光学系３Ｒからの光を撮像光学系１２で構成される撮像用光路へと導く。このハーフプリズム９で反射された光は、ミラー１０で反射した後、撮像素子１１上に画像（標本Ｏの像）ＩＭ２として結像される。またこのとき、対物レンズ１を、その光軸が右側の観察用光路の光軸と一致するように、右側へシフトさせる。これにより、撮像素子１１上では、より収差の小さい画像ＩＭ２を取得することが可能となる。また、対物レンズ１を右側へとシフトさせることにより、視野Ｆも右側へとシフトする。これに合わせて、透過照明光装置２０内のミラー２４の標本Ｏに対する角度を変化させることで、照野も右側へとシフトさせる。これにより、対物レンズ１をシフトさせた際にも、視野Ｆ全体を一様に明るく照明することが可能となる。

以上のように、第１の実施形態に係る実体顕微鏡装置１００では、透過照明装置２０により、比較的単純な光学系で照野をシフトさせることが可能となり、視野Ｆ全体を照射可能な透過照明光装置２０を、簡易に得ることができる。

（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態に係る実体顕微鏡装置について、図４及び図５を用いて説明する。図４及び図５に示すように、この第２の実施形態に係る実体顕微鏡装置２００の基本構成は、第１の実施形態と同様の構成を有しており、透過照明光装置３０の構成のみが異なっている。以下、この透過照明装置３０の構成について説明する。なお、以降の説明において、第１の実施形態と同一の部材には同一の符合を付して、詳細な説明は省略する。

この第２の実施形態に係る透過照明装置３０は、光源３１と、この光源３１から出射した光束を平行光束に変換するコレクタレンズ３２と、この平行光束を拡散させる拡散板３３と、この拡散板３３によって拡散された光束を集光して光源３１の像を形成させる集光レンズ３４と、この集光レンズ３４によって形成された光源像の近傍に配置され、集光された光束を標本Ｏに向けて反射するミラー３５と、このミラー３５で反射された光束を再度平行光束に変換するコンデンサレンズ３６と、を有して構成される。そして、画像取得の際には、図５に示すように、対物レンズ１の右方向へのシフトに応じてこの透過照明装置３０内のコンデンサレンズ３６を右方向にシフトさせることで、対物レンズ１の視野Ｆのシフトに追随して、照野を右側へとシフトさせるよう構成されている。

以上のような実体顕微鏡装置２００を用いて標本Ｏの観察を行うと、図４（ｂ）に示すように、透過照明光学系３０の光源２１で発せられた光束が、コレクタレンズ３２によって平行光束となる。この光束は、拡散板３３によって拡散された後、集光レンズ３４によって集光され、その後、ミラー３５によって反射される。さらに、コンデンサレンズ３６によって再度平行光束となって標本載置台１０２上に配置された標本Ｏを照明する。そして、この標本Ｏから発せられる光は、第１の実施形態の場合と同様に、結像光学系６の対物レンズ１によって平行光束となり、左右の観察用光路に入射し、観察光学系２Ｌ，２Ｒによって、一次像ＩＭ１Ｌ，ＩＭ１Ｒとして結像される。観察者は、この結像された一次像ＩＭ１Ｌ，ＩＭ１Ｒを、接眼レンズ７Ｌ，７Ｒを用いて左右の眼８Ｌ，８Ｒで観察することができる。

次に、画像取得を行う際には、図５に示すように、右側観察用光路中のプリズム５Ｒに代えて、ハーフプリズム９を挿入し、アフォーカル変倍光学系３Ｒからの光を撮像用光路へと導く。このハーフプリズム９で反射された光は、ミラー１０で反射された後、撮像素子１１上に画像ＩＭ２として結像される。またこのとき、対物レンズ１を、その光軸と右側の観察用光路の光軸とが一致するように、右側へシフトさせる。これにより、撮像素子１１上では、より収差の小さい画像ＩＭ２を取得することが可能となる。また、対物レンズ１の視野Ｆのシフトに追随して、透過照明光学系３０内のコンデンサレンズ３６を右側にシフトさせることによって、照野も右側へとシフトさせる。これにより、画像取得時においても、視野Ｆ全体を一様に明るく照明することが可能となる。

以上のように、第２の実施形態に係る実体顕微鏡装置２００では、透過照明装置３０の照野をシフトさせることが可能となり、視野Ｆがシフトしてもこの視野Ｆ全体を照明可能な透過照明装置３０を、簡易に得ることができる。また、この透過照明装置３０では、ミラー３５の近傍に光源像が形成されるため、例えば、ミラー３５の反射面上に遮光板を挿入して、光源像の一部を遮光することで、遮光照明を行うことも可能となる。

（第３の実施形態）
次に、第３の実施形態に係る実体顕微鏡装置について、図６を用いて説明する。図６（ａ）に示すように、この第３の実施形態に係る実体顕微鏡装置３００の基本構成も、第１の実施形態と同様の構成をしており、透過照明光装置４０の構成のみが異なっている。以下、この透過照明装置４０の構成について説明する。

第３の実施形態に係る透過照明装置４０は、標本載置台１０２上の標本を直接照明する面光源４１を有して構成される。そして、画像取得の際には、この透過照明装置４０の面光源４１を右方向にシフトさせることで、対物レンズ１のシフトにより移動する視野Ｆに追随して、照野を右側へシフトさせるよう構成されている。ここで、面光源４１は、複数のＬＥＤを平面状に並べたものの上方（標本載置台１０２側）に、拡散板を配置したものであってもよいし、導光板や有機ＥＬであってもよい。

以上のような構成の実体顕微鏡装置３００を用いて標本Ｏの観察を行うと、図６（ａ）に示すように、透過照明装置４０の面光源４１で発せられた光束が、標本載置台１０２上に配置された標本Ｏを直接照明する。そして、この標本Ｏから発せられる光は、第１の実施形態の場合と同様に、結像光学系６の対物レンズ１によって平行光束となり、左右の観察用光路に入射し、観察光学系２Ｌ，２Ｒによって、一次像ＩＭ１Ｌ，ＩＭ１Ｒとして結像される。観察者は、この結像された一次像ＩＭ１Ｌ，ＩＭ１Ｒを、接眼レンズ７Ｌ，７Ｒを用いて左右の眼８Ｌ，８Ｒで観察することができる。

次に、画像取得を行う際には、図６（ｂ）に示すように、右側観察用光路中のプリズム５Ｒに代えて、ハーフプリズム９を挿入し、アフォーカル変倍光学系３Ｒからの光を撮像用光路へと導く。このハーフプリズム９で反射された光は、ミラー１０で反射した後、撮像素子１１上に画像ＩＭ２として結像される。またこのとき、対物レンズ１を、その光軸と右側の観察用光路の光軸とが一致するように、右側へシフトさせる。これにより、撮像素子１１上では、より収差の小さい画像ＩＭ２を取得することが可能となる。また、対物レンズ１の視野Ｆのシフトに追随して、透過照明光装置４０内の面光源４１を右側にシフトさせることにより、照野も右側へとシフトさせる。これにより、画像取得時においても、視野Ｆ全体を一様に明るく照明することが可能となる。

以上のように、第３の実施形態に係る実体顕微鏡装置３００では、透過照明光装置４０により、照野をシフトさせることが可能となると同時に、透過照明光装置４０を薄型化することが可能となる。

なお、以上の説明では対物レンズ１に対して少なくとも一部の区間がこの対物レンズ１の光軸に略平行に延びる２つの光路（観察光学系２Ｌ，２Ｒ）を設けた場合について説明したが、３以上の光路を設けた場合も同様である。

Ｏ標本Ｆ視野
１対物レンズ２Ｌ，２Ｒ観察光学系
１１撮像素子ＩＭ１Ｌ，ＩＭ１Ｒ一次像ＩＭ２画像
２０，３０，４０透過照明装置
２４ミラー（偏光素子）３６コンデンサレンズ４１面光源
１００，２００，３００実体顕微鏡装置

Claims

光源を有し、当該光源から放射された照明光を標本に照射する照明装置と、
前記照明装置により照明された前記標本から出射した光を集光する機能を有する対物レンズと、
前記対物レンズから出射した光を集光して前記標本の像を形成する観察光学系と、を有し、
前記対物レンズは、当該対物レンズの光軸に対して直交方向の成分を持つように移動可能に構成され、
前記照明装置は、前記対物レンズの移動により移動する視野に追随して前記照明光の照野を移動させて、前記視野を照明するように構成された顕微鏡装置。
前記照明装置は、前記光源から射出された光束を、前記対物レンズの前記視野方向に偏向させるための偏向素子を有し、前記対物レンズの移動に追随して当該偏向素子の前記標本に対する角度を変化させて前記照野を移動させるように構成された請求項１に記載の顕微鏡装置。
前記照明装置は、前記光源若しくは当該光源の像から射出された光束を集光し前記標本に照射するコンデンサレンズを有し、当該コンデンサレンズを前記光軸と直交方向の成分を持つように移動させ、前記対物レンズの移動に追随して前記照野を移動させるように構成された請求項１に記載の顕微鏡装置。
前記照明装置の前記光源は面光源であり、当該面光源を前記光軸と直交方向の成分を持つように移動させて、前記対物レンズの移動に追随して前記照野を移動させるように構成された請求項１に記載の顕微鏡装置。
前記観察光学系は、少なくとも一部の区間が前記対物レンズの光軸に対して略平行に延びる２以上の光路を有し、前記対物レンズを移動させて、当該対物レンズの光軸を前記２以上の光路のいずれかの光軸と略一致させるように構成された請求項１〜４いずれか一項に記載の顕微鏡装置。
前記対物レンズの光軸と略一致させる光軸を有する前記光路により結像される前記標本の像を検出する撮像素子を有する請求項６に記載の顕微鏡装置。
前記照明装置は、前記標本を挟んで前記対物レンズの反対側に配置された透過照明装置である、請求項１〜６いずれか一項に記載の顕微鏡装置。