JP2014021274A - 共焦点光生成レンズユニット、光学装置および顕微鏡 - Google Patents

Abstract

【課題】専用の装置を用意することなく通常の光学系を備える装置を利用して共焦点光を簡易に得ることができる共焦点光生成レンズユニットを提供する。
【解決手段】レンズユニット１Ａは、筒状の筐体１０と、筐体１０内において光軸Ａに沿って配置された共焦点光生成部２０とを備える。共焦点光生成部２０は、被観察光Ｌ１を受ける対物レンズ２１と、被観察光Ｌ１を結像する結像レンズ２２と、結像された被観察光Ｌ１を通過させるピンホール２５ａを有するピンホール部材２３と、ピンホール２５ａを通過した被観察光Ｌ１を共焦点光Ｌ２として出射する出力レンズ２４とを含む。
【選択図】図２

Description

本発明は、共焦点光生成レンズユニット、光学装置および顕微鏡に関するものである。

特許文献１には、三次元計測の目的で共焦点画像を得るための光学装置に関する技術が記載されている。この光学装置は、対物レンズとして、２枚のレンズと、該２枚のレンズの間に配置されたテレセントリック絞りとを備えている。

特許文献２には、対物レンズの構造が記載されている。この対物レンズは、本体と、この本体に挿入されるレンズ群及び瞳変調素子ユニットと、本体の側部に設けられ、瞳変調素子ユニットを本体内に挿入可能な挿入部とを備えている。

特許文献３には、共焦点顕微鏡の構造が記載されている。この共焦点顕微鏡は、光源から出た照明光を分割する光分割部と、照明光を試料に集光させる対物レンズと、光分割部により分割された一方の照明光を対物レンズに導くとともに、複数のピンホールまたはスリットを有するディスクを備えた共焦点光学系と、光分割部により分割された他方の照明光を対物レンズに導く非共焦点光学系と、共焦点光学系と非共焦点光学系のどちらか一方の照明光を遮断する照明光遮断手段とを備えている。

特開平１０−３１８７３３号公報 特開２０００−２７５５３２号公報 特開２００４−１７７４９４号公報

例えば生物観察や半導体素子の検査等において、高解像度のイメージや三次元像の構築、或いは距離の計測といった用途に、共焦点光学系を備える装置（例えば、共焦点レーザ顕微鏡）が利用されている。共焦点光学系を備える装置では、まず、被観察物にレーザ光等の測定光が照射される。そして、測定光の照射によって生じた蛍光若しくは反射光（以下、被観察光という）が対物レンズに入射し、平行化される。その後、被観察光は結像レンズにより集光され、ピンホールを通過する。ピンホール通過後の光は出力レンズによって再び平行化され、光電子増倍管などの光検出器へ導かれる。

このように、共焦点光学系を備える装置では、被観察光がピンホールを通過することによって、焦点位置からの被観察光以外の光（外乱光）が光検出器へ入射することを抑止できる。これにより、共焦点光学系を備える装置では、通常の光学系を備える装置と比較して、微弱光を精度良く検出し、また解像度が良く鮮明なイメージを得ることができる。

しかしながら、従来の共焦点レーザ顕微鏡などの装置では、上記した対物レンズ以外の構成（例えば結像レンズ、ピンホール部材、及び出力レンズ）が、装置本体に内蔵されている。したがって、共焦点光を得るためには、通常の光学系を備える装置とは別に、専用の装置を用意する必要があり、また、このような専用の装置の多くは、本体内に複雑な光学系を有しているため高価である。

本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、専用の装置を用意することなく通常の光学系を備える装置を利用して共焦点光を簡易に得ることができる共焦点光生成レンズユニット、光学装置および顕微鏡を提供することを目的とする。

上述した課題を解決するために、本発明による共焦点光生成レンズユニットは、直線状の所定の光軸の方向に延びる筒状の筐体と、筒状の筐体内において所定の光軸に沿って配置されており、所定の光軸の一端側において被観察物からの被観察光を取得し、所定の光軸の他端側において被観察光の共焦点光を出射する共焦点光生成部とを備え、共焦点光生成部は、所定の光軸上に配置され、被観察光を受ける対物レンズと、所定の光軸上に配置され、対物レンズを通過した被観察光を結像する結像レンズと、所定の光軸上に配置され、結像レンズにより結像された被観察光を通過させるピンホールを有するピンホール部材と、所定の光軸上に配置され、ピンホールを通過した被観察光を共焦点光として出射する出力レンズとを含むことを特徴とする。

この共焦点光生成レンズユニットでは、筒状の筐体内に、対物レンズ、結像レンズ、ピンホール部材、及び出力レンズを含む共焦点光生成部を備えており、これらの光学部品は、直線状の所定の光軸上に並んで配置されている。このように、対物レンズと共焦点光学系とを同じ筐体内に収めることによって、通常の顕微鏡や光学装置の対物レンズに代えてこの共焦点光生成レンズユニットを装着することにより、専用の装置を用意することなく共焦点光を簡易に得ることができる。

また、共焦点光生成レンズユニットは、所定の光軸と交差する面内におけるピンホールの位置を調整するための第１のピンホール位置調整機構を更に備えることを特徴としてもよい。これにより、上記面内における当該レンズユニットと被観察物との相対位置に応じてピンホールの位置を好適に調整することができる。

また、共焦点光生成レンズユニットは、第１のピンホール位置調整機構が、ピンホールの位置を調整するための第１の調整部を筐体の外側面に有し、所定の光軸と交差する面内におけるピンホールの位置が、第１の調整部の動作と連動して移動することを特徴としてもよい。これにより、上記面内におけるピンホールの位置を、共焦点光を観察しながら容易に調整することができる。

また、共焦点光生成レンズユニットは、所定の光軸に沿った方向におけるピンホールの位置を調整するための第２のピンホール位置調整機構を更に備えることを特徴としてもよい。これにより、所定の光軸の方向における結像レンズによる結像位置とピンホールの位置とを高い精度で調整することができるので、共焦点光の解像度等の品質を更に高めることができる。

また、共焦点光生成レンズユニットは、第２のピンホール位置調整機構が、ピンホールの位置を調整するための第２の調整部を筐体の外側面に有し、所定の光軸に沿った方向におけるピンホールの位置が、第２の調整部の動作と連動して移動することを特徴としてもよい。これにより、所定の光軸に沿った方向におけるピンホールの位置を、共焦点光を観察しながら容易に調整することができる。

また、共焦点光生成レンズユニットは、所定の光軸の方向におけるピンホール部材の両端面のうち少なくとも一方が、所定の光軸の方向から見てピンホールを囲む、遮光性の環状の弾性部材によって押圧されていることを特徴としてもよい。これにより、ピンホール部材の端面と、ピンホール部材に隣接する部材の端面との隙間から回り込む外乱光を効果的に遮蔽することができる。

また、共焦点光生成レンズユニットは、出力レンズから出射される共焦点光を受ける光学装置と筐体とを互いに脱着可能に結合するための第１の結合機構を筐体が有することを特徴としてもよい。これにより、通常の光学系を備える光学装置の対物レンズと、上記した何れかの共焦点光生成レンズユニットとを容易に交換することができる。

また、本発明による光学装置は、共焦点光生成レンズユニットの第１の結合機構と結合される第２の結合機構と、出力レンズから出射される共焦点光を検出する光検出部とを備えることを特徴とする。これにより、共焦点光学系を備えていない通常の光学装置を利用して、共焦点光を用いた高精度の光検出を容易に行うことができる。

また、本発明による顕微鏡は、被観察光を取得する複数の対物レンズを取り付け可能なレボルバを備え、レボルバが、共焦点光生成レンズユニットの第１の結合機構と結合される第２の結合機構を有しており、少なくとも一つの対物レンズとして、共焦点光生成レンズユニットがレボルバに取り付けられることを特徴とする。これにより、通常の顕微鏡のレボルバにおいてレンズを切り替えるだけで、共焦点光学像および通常の光学像の双方を容易に得ることができる。

本発明による共焦点光生成レンズユニット、光学装置および顕微鏡によれば、専用の装置を用意することなく、通常の光学系を備える装置を利用して共焦点光を簡易に得ることができる。

本発明の第１実施形態に係る共焦点光生成レンズユニットの外観を示す側面図である。 図１に示されたレンズユニットの側断面図であって、レンズユニットの光軸に沿った断面を示している。 ピンホール部材の構成を示す図である。 図１に示されたレンズユニットのIV−IV線に沿った断面図であって、ピンホール部材及び本体部の、光軸に対して垂直な断面を示している。 （ａ）観察対象の例として、複数のマイクロ流路を有する基板を示す平面図である。（ｂ）（ａ）に示された基板のＶ−Ｖ線に沿った側断面図であって、複数のマイクロ流路の延伸方向に対して垂直な断面を示している。 図５に示された基板の複数のマイクロ流路を、複数のレンズユニットによって観察する様子を示す図である。 本発明の第２実施形態に係るレンズユニットの外観を示す側面図である。 図７に示されたレンズユニットの側断面図であって、レンズユニットの光軸に沿った断面を示している。 第２のピンホール位置調整機構の構成を示す図である。 本発明の第３実施形態に係る顕微鏡の構成を概略的に示す側面図である。 本発明の第４実施形態に係る光学装置の構成を概略的に示す図である。

以下、添付図面を参照しながら本発明による共焦点光生成レンズユニット、光学装置および顕微鏡の実施の形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、以下の説明において、光軸方向における共焦点光生成レンズユニットの両端のうち、被観察物に近い方を一端、遠い方を他端という。

（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係る共焦点光生成レンズユニット（以下、単にレンズユニットという）１Ａの外観を示す側面図である。また、図２は、図１に示されたレンズユニット１Ａの側断面図であって、レンズユニット１Ａの光軸に沿った断面を示している。図１及び図２に示されるように、本実施形態のレンズユニット１Ａは、筐体１０と、共焦点光生成部２０と、第１のピンホール位置調整機構３０とを備えている。レンズユニット１Ａは、被観察物Ｂからの被観察光（被観察光像）Ｌ１を取得し、被観察光Ｌ１の共焦点光（共焦点光像）Ｌ２を生成する。

筐体１０は、所定の光軸Ａの方向に延びた円筒状を呈しており、その中心軸が所定の光軸Ａと同軸に延びている。筐体１０は、例えば一般的な光学顕微鏡用対物レンズと同等の大きさを有している。なお、本実施形態の光軸Ａは直線状であって、湾曲部分や曲折部分を含まない。

図２に示されるように、筐体１０は、光軸Ａの一端側に円形の第１の開口部１０ａを有し、光軸Ａの他端側に円形の第２の開口部１０ｂを有する。第１の開口部１０ａには被観察物Ｂからの被観察光Ｌ１が入射し、第２の開口部１０ｂからは共焦点光Ｌ２を出射する。また、筐体１０は、本体部１１と、第１のレンズホルダ１２と、第２のレンズホルダ１３とを含んで構成されている。本体部１１は、光軸Ａを中心軸線とする略円筒状の部材である。第１のレンズホルダ１２は、本体部１１の一端側に固定され、第１の開口部１０ａを有し、光軸Ａを中心軸線とする略円筒状の部材である。第２のレンズホルダ１３は、本体部１１の他端側に固定され、第２の開口部１０ｂを有し、光軸Ａを中心軸線とする略円筒状の部材である。本実施形態では、筐体１０の一端側に形成された凹部に第１のレンズホルダ１２が嵌合（螺合）しつつ収容され、筐体１０の他端側に形成された凹部に第２のレンズホルダ１３が嵌合（螺合）しつつ収容されている。

また、筐体１０は、本体部１１の外周面に形成されたネジ溝１０ｃを更に有する。ネジ溝１０ｃは、本実施形態における第１の結合機構であり、第２の開口部１０ｂから出射される共焦点光Ｌ２を受ける光学装置（例えば、共焦点光Ｌ２を検出する装置や光学顕微鏡といった、共焦点光Ｌ２を導光する光学系を備える装置）と筐体１０とを互いに脱着可能に結合するための機構である。ネジ溝１０ｃは、光学装置に設けられた雌ネジに対する雄ネジとなり、光軸Ａの方向における本体部１１の他端寄りの部分に形成されるとよい。なお、光学装置に設けられた雄ネジに対応するような雌ネジ部を筐体１０の内壁に設けても良い。

共焦点光生成部２０は、筐体１０の内部に収容されており、光軸Ａに沿って配置されている。共焦点光生成部２０は、被観察物Ｂからの被観察光Ｌ１を第１の開口部１０ａを通じて取得し、第２の開口部１０ｂから被観察光Ｌ１の共焦点光Ｌ２を出射する。共焦点光生成部２０は、対物レンズ２１と、結像レンズ２２と、ピンホール部材２３と、出力レンズ２４とを有する。

対物レンズ２１は、光軸Ａを中心軸線として光軸Ａ上に配置されており、被観察物Ｂからの被観察光Ｌ１を第１の開口部１０ａを通じて受ける。本実施形態の対物レンズ２１は、光軸Ａの方向に並ぶ２つのレンズ２１ａ及び２１ｂからなる。レンズ２１ａは、共焦点光生成部２０を構成する各部品のうち最も第１の開口部１０ａ寄りに配置されており、被観察物Ｂからの被観察光Ｌ１を最初に受ける。レンズ２１ｂは、レンズ２１ａに対して他端側に配置されている。レンズ２１ａ及び２１ｂは、協働して、被観察物Ｂからの被観察光Ｌ１を平行化（コリメート）する。

本実施形態では、レンズ２１ａ及び２１ｂは、筐体１０の第１のレンズホルダ１２に保持されている。具体的には、第１のレンズホルダ１２の他端側の開口部がレンズ２１ａ及び２１ｂの外径よりも広い内径を有しており、レンズ２１ａ及び２１ｂは、第１のレンズホルダ１２の他端側の開口部からこの順に挿入されている。また、第１のレンズホルダ１２の一端側の開口部（第１の開口部１０ａ）の内径はレンズ２１ａの外径よりも狭くなっており、レンズ２１ａは、第１の開口部１０ａの周縁部に当接して位置決めされている。また、レンズ２１ｂは、レンズ２１ａとの間に介在するスペーサ１４に当接して位置決めされている。スペーサ１４は、レンズ２１ａとレンズ２１ｂとの間隔を規定するための部材であって、光軸Ａを囲む環状の部材である。

レンズ２１ａ、スペーサ１４、及びレンズ２１ｂは、第１のレンズホルダ１２の内面に当接するねじリング１５によって光軸Ａの方向に押圧されることにより、第１のレンズホルダ１２の内部に固定されている。なお、対物レンズ２１の形態は本実施形態に限らず、例えば単一のレンズによって構成されてもよく、或いは３個以上のレンズによって構成されてもよい。

結像レンズ２２は、光軸Ａ上において対物レンズ２１と第２の開口部との間に配置され、対物レンズ２１を通過した被観察物Ｂの被観察光Ｌ１を結像する。本実施形態の結像レンズ２２は、単一のレンズからなる。本実施形態では、結像レンズ２２は、筐体１０の本体部１１に保持されている。具体的には、本体部１１の他端側の開口部が結像レンズ２２の外径よりも広い内径を有しており、結像レンズ２２は、光軸Ａの方向における本体部１１の他端側の開口部から挿入されている。また、本体部１１の内部には、その内径が結像レンズ２２の外径よりも狭くなっている部分があり、結像レンズ２２は、本体部１１の該部分に当接して位置決めされている。

結像レンズ２２は、本体部１１の内面に当接するねじリング１６によって光軸Ａの方向に押圧されることにより、本体部１１の内部に固定されている。なお、結像レンズ２２の形態は本実施形態に限らず、例えば二以上のレンズによって構成されてもよい。

ピンホール部材２３は、結像レンズ２２により結像された被観察物Ｂの被観察光Ｌ１を通過させるピンホール２５ａを有する部材であり、光軸Ａ上において、ピンホール２５ａの位置と結像レンズ２２の結像位置とが略一致するように、結像レンズ２２と第２の開口部１０ｂとの間に配置されている。

ここで、図３は、ピンホール部材２３の構成を示す図である。図３（ａ）はピンホール部材２３を光軸Ａの方向から見た平面図であり、図３（ｂ）はピンホール部材２３を光軸Ａと交差する方向から見た側面図であり、図３（ｃ）は光軸Ａに沿った断面（すなわち図３（ａ）のIII−III断面）を示す側断面図である。図３（ａ）〜図３（ｃ）に示されるように、本実施形態のピンホール部材２３は、ピンホール２５ａが形成されたピンホール板２５と、該ピンホール板２５を保持するホルダ２６とを有する。

ピンホール板２５は、光軸Ａ上に配置されており、光軸Ａと交差する面方向に拡がる円形の板状部材である。ピンホール板２５のピンホール２５ａは、ピンホール板２５の略中央に１つのみ設けられた、光軸Ａの方向にピンホール板２５を貫通する貫通孔である。ピンホール２５ａの内径は、例えばφ５０μｍ以上φ１０００μｍ以下である。

ホルダ２６は、光軸Ａに沿った中心軸線を有する円環状の部材であって、該円環の内側にピンホール板２５を保持する。本実施形態では、ホルダ２６は互いに嵌合するホルダベース２６ａ及びピンホール板押さえ２６ｂから成り、ホルダベース２６ａとピンホール板押さえ２６ｂとの間にピンホール板２５を挟むことによってピンホール板２５を保持している。

再び図２を参照すると、ピンホール部材２３は、筐体１０の本体部１１に保持されている。具体的には、本体部１１の他端側の開口部がピンホール部材２３の外径よりも広い内径を有しており、ピンホール部材２３は、光軸Ａの方向における本体部１１の他端側の開口部から挿入されている。また、本体部１１の内部には、その内径がピンホール部材２３の外径よりも狭くなっている部分があり、ピンホール部材２３は、本体部１１の該部分に当接して位置決めされている。更に、ピンホール部材２３は、本体部１１の他端側の凹部に嵌合する第２のレンズホルダ１３によって光軸Ａの方向に押圧されることにより、本体部１１の内部に固定されている。

出力レンズ２４は、光軸Ａ上においてピンホール部材２３と第２の開口部１０ｂとの間に配置される。出力レンズ２４は、ピンホール２５ａを通過した被観察光Ｌ１を平行化（コリメート）し、共焦点光Ｌ２として第２の開口部１０ｂから出射する。

本実施形態の出力レンズ２４は、単一のレンズからなる。出力レンズ２４は、筐体１０の第２のレンズホルダ１３に保持されている。具体的には、第２のレンズホルダ１３の一端側の開口部が出力レンズ２４の外径よりも広い内径を有しており、出力レンズ２４は、第２のレンズホルダ１３の一端側の開口部から挿入されている。また、第２のレンズホルダ１３の他端側の開口部（第２の開口部１０ｂ）の内径は出力レンズ２４の外径よりも狭くなっており、出力レンズ２４は、第２の開口部１０ｂの周縁部に当接して位置決めされている。

出力レンズ２４は、第２のレンズホルダ１３の内面に当接するねじリング１７によって光軸Ａの方向に押圧されることにより、第２のレンズホルダ１３の内部に固定されている。なお、出力レンズ２４の形態は本実施形態に限らず、例えば二以上のレンズによって構成されてもよい。

第１のピンホール位置調整機構３０は、光軸Ａと交差する面内におけるピンホール２５ａの位置を調整するために設けられた機構である。図４は、図１に示されたレンズユニット１ＡのIV−IV線に沿った断面図であって、ピンホール部材２３及び本体部１１の、光軸Ａに対して垂直な断面を示している。図４に示されるように、第１のピンホール位置調整機構３０は、ピンホール部材２３のホルダ２６の外周面を押さえる３本以上（本実施形態では３本）の止めネジ３１を更に備えている。これらの止めネジ３１は、光軸Ａと直交し且つ光軸Ａを通る直線に沿う向きに配置されており、光軸Ａ周りに等角度間隔（例えば１２０°間隔）で配置されている。これらの止めネジ３１それぞれは、本体部１１の外側面と内面との間を貫通する３つ以上（本実施形態では３つ）のネジ孔それぞれに螺合している。

各止めネジ３１の長手方向の一方の端部はピンホール部材２３のホルダ２６の外周面に当接しており、他方の端部には、回転トルク付与の為の所定形状の凹部（例えば六角穴）３１ａが形成されている。なお、この所定形状の凹部３１ａは、ピンホール２５ａの位置を調整するための第１の調整部であって、筐体１０の本体部１１の外側面に配置されている。そして、光軸Ａと交差する面内におけるピンホール２５ａの位置は、凹部３１ａへの作用と連動して移動する。具体的には、これらの凹部３１ａに回転トルクが付与されると、その回転の向き及び回転量に応じて、本体部１１の内面からの止めネジ３１の突出量が変化する。そして、３本の止めネジ３１の突出量が個別に調節されることによって、上記面内におけるピンホール部材２３の位置を調整することができ、これによりピンホール２５ａの位置を調整することができる。

再び図２を参照すると、本実施形態のレンズユニット１Ａは、Ｏリング１８を更に備えている。Ｏリング１８は、遮光性の環状の弾性部材であって、例えば黒色環状のゴムから成る。Ｏリング１８は、光軸Ａの方向におけるピンホール部材２３の他端側の端面と、第２のレンズホルダ１３の一端側の端面との間に配置されており、第２のレンズホルダ１３が本体部１１に嵌合される力を受けてピンホール部材２３の端面を押圧する。これにより、ピンホール部材２３が本体部１１に対して確実に位置決めされる。

また、Ｏリング１８は、光軸Ａの方向から見てピンホール２５ａを囲むように配置されている。これにより、ピンホール部材２３の端面と、ピンホール部材２３に隣接する部材（本実施形態では第２のレンズホルダ１３）の端面との隙間から回り込む外乱光が効果的に遮蔽される。つまり、Ｏリング１８の遮光性と弾性を利用することで、確実な位置決めと遮光性を保持したまま、第１のピンホール位置調整機構３０による位置調整をすることができる。

なお、本実施形態では、光軸Ａの方向におけるピンホール部材２３の両端面のうち他端側の端面にのみＯリング１８が設けられているが、Ｏリングは、ピンホール部材２３の一端側の端面に設けられてもよく、或いは双方の端面に設けられてもよい。また、環状に配置できれば、１つまたは複数の線状の部材を用いても良い。

以上の構成を備えるレンズユニット１Ａの動作は次のとおりである。まず、被観察物Ｂにレンズユニット１Ａを介して（若しくは、別の光学系より）レーザ光等の測定光が照射される。そして、測定光の照射によって被観察物Ｂに生じた蛍光若しくは反射光が、被観察光Ｌ１として対物レンズ２１に入射し、平行化される。その後、被観察光Ｌ１は結像レンズ２２により集光され、ピンホール２５ａを通過する。ピンホール２５ａ通過後の被観察光Ｌ１は出力レンズ２４によって再び平行化され、共焦点光Ｌ２としてレンズユニット１Ａの外部へ出射される。

このように、被観察光Ｌ１がピンホール２５ａを通過することによって、焦点位置からの被観察光Ｌ１以外の光（外乱光）が出力されることを抑止できる。これにより、レンズユニット１Ａによれば、解像度が良く鮮明なイメージを得ることができる。

以上に説明した本実施形態のレンズユニット１Ａでは、筒状の筐体１０に、対物レンズ２１、結像レンズ２２、ピンホール部材２３、及び出力レンズ２４を含む共焦点光生成部２０が内蔵されており、これらの光学部品は、直線状の光軸Ａ上に並んで配置されている。このように、共焦点光学系を簡易な構造として筐体１０の内部に収めることによって、当該レンズユニット１Ａ全体を小型に構成し、例えば通常の顕微鏡や光学装置が備える対物レンズ２１と同等の大きさとすることができる。したがって、通常の顕微鏡や光学装置の対物レンズ２１に代えてこのレンズユニット１Ａを装着することにより、専用の装置を用意することなく共焦点光Ｌ２を簡易に得ることができる。

また、本実施形態のように、レンズユニット１Ａは、光軸Ａと交差する面内におけるピンホール２５ａの位置を調整するための第１のピンホール位置調整機構３０を備えることが好ましい。これにより、上記面内におけるレンズユニット１Ａと被観察物Ｂとの相対位置に応じてピンホール２５ａの位置を好適に調整することができ、また、筐体１０の中心軸上に限らず、被観察物Ｂにおける所望の位置での共焦点光Ｌ２をレンズユニット１Ａから出力することができる。

図５及び図６は、第１のピンホール位置調整機構３０による効果の例を説明するための図である。図５（ａ）は、被観察物の例として、複数のマイクロ流路５１ａ〜５１ｄを有する基板５０を示す平面図である。また、図５（ｂ）は、図５（ａ）に示された基板５０のＶ−Ｖ線に沿った側断面図であって、複数のマイクロ流路５１ａ〜５１ｄの延伸方向に対して垂直な断面を示している。

図６は、図５に示された基板５０の複数のマイクロ流路５１ａ〜５１ｄを、複数のレンズユニット１Ａによって観察する様子を示す図である。ここで、複数のレンズユニット１Ａが等間隔で並んでいたとしても、例えば複数のマイクロ流路５１ａ〜５１ｄの間隔が均一ではない場合、図６（ａ）に示されるように、或るレンズユニット１Ａの焦点位置と、或るマイクロ流路（図では５１ｂ，５１ｄ）の位置とが互いにずれることがある。このような場合であっても、本実施形態のレンズユニット１Ａによれば、上述した第１のピンホール位置調整機構３０によってピンホール２５ａの位置を調整することにより、図６（ｂ）に示されるように、レンズユニット１Ａの焦点位置を各マイクロ流路の位置に合わせることができる。

このようなピンホール２５ａの位置調整は、上記の例の他にも、例えば複数のレンズユニット１Ａが一つの被観察物を観察する際に選択的に切り替えられる場合（一例を挙げると、顕微鏡のレボルバに複数のレンズユニット１Ａが装着された場合）にも有効であって、複数のレンズユニット１Ａのそれぞれにおいて個別に視野中心の調整が可能となる。複数のレンズユニット１Ａを切り替える際、比較的倍率が低い場合には、視野中心が多少ずれていても被観察物を視野内で確認できるので、それほど問題にはならない。しかし、倍率が高くなると、視野中心のずれによって被観察物が視野範囲外となり、被観察物を見失ってしまうことが多くなる。本実施形態によれば、第１のピンホール位置調整機構３０が設けられることによって、高倍率の場合であっても被観察物を高い精度で視野内に収めることが可能となる。

また、本実施形態のように、上述した第１のピンホール位置調整機構は、ピンホール２５ａの位置を調整するための第１の調整部（凹部３１ａ）を筐体１０の外側面に有することが好ましく、また、光軸Ａと交差する面内におけるピンホール２５ａの位置が、この第１の調整部の動作と連動して移動することが好ましい。これにより、上記面内におけるピンホール２５ａの位置を、共焦点光Ｌ２を観察しながら容易に調整することができる。

また、本実施形態のように、レンズユニット１Ａは、第２の開口部１０ｂから出射される共焦点光Ｌ２を受ける光学装置と筐体１０とを互いに脱着可能に結合するための第１の結合機構（ネジ溝１０ｃ）を、筐体１０が有することが好ましい。これにより、通常の光学系を備える光学装置の対物レンズと、本実施形態のレンズユニット１Ａとを容易に交換することができる。

（第２の実施の形態）
図７は、本発明の第２実施形態に係るレンズユニット１Ｂの外観を示す側面図である。また、図８は、図７に示されたレンズユニット１Ｂの側断面図であって、レンズユニット１Ｂの光軸に沿った断面を示している。図７及び図８に示されるように、本実施形態のレンズユニット１Ｂは、筐体１０と、共焦点光生成部２０と、第１のピンホール位置調整機構３０と、第２のピンホール位置調整機構４０とを備えている。なお、筐体１０、共焦点光生成部２０、及び第１のピンホール位置調整機構３０の構成は、前述した第１実施形態と同様である。

第２のピンホール位置調整機構４０は、光軸Ａに沿った方向におけるピンホール２５ａの位置を調整するための機構である。ここで、図９は、第２のピンホール位置調整機構４０の構成を示す図である。図９（ａ）は第２のピンホール位置調整機構４０を光軸Ａの方向から見た平面図であり、図９（ｂ）は第２のピンホール位置調整機構４０の光軸Ａに沿った断面（すなわち図９（ａ）のIX−IX断面）を示す側断面図であり、図９（ｃ）は第２のピンホール位置調整機構４０を光軸Ａと交差する方向から見た側面図である。

図９（ａ）〜図９（ｃ）に示されるように、本実施形態の第２のピンホール位置調整機構４０は、円筒部４１と、調整筒４２と、止めネジ４３とを有する。円筒部４１は、光軸Ａを中心軸線とする略円筒状の部材であって、筐体１０の本体部１１の内部に収容されている。円筒部４１の外周面にはネジ溝４１ａが形成されており、このネジ溝４１ａは、筐体１０の本体部１１の内面に形成されたネジ溝（図８を参照）と螺合している。これにより、円筒部４１が光軸Ａ周りに回転すると、その回転の向きおよび回転量に応じて、円筒部４１は本体部１１に対して相対的に光軸Ａの方向に移動する。また、光軸Ａの方向における円筒部４１の他端側の端面は、ピンホール部材２３の一端側の端面と当接している。

調整筒４２は、光軸Ａを中心軸線とする略円筒状の部材であって、筐体１０の本体部１１の外側面上に配置されている。調整筒４２は、本実施形態における第２の調整部であって、光軸Ａの方向におけるピンホール２５ａの位置を調整するために設けられている。すなわち、調整筒４２と円筒部４１とは、本体部１１の外側面と内面との間を貫通する止めネジ４３を介して互いに固定されており、調整筒４２の回転に伴って円筒部４１も回転する。そして、調整筒４２の外周面にはローレット加工が施されており、観察者が手動で調整筒４２を回転させることができる。なお、円筒部４１の本体部１１に対する光軸Ａ方向の相対移動の長さは、Ｏリング１８を圧縮することで得られる程度の微小なものであるため、調整筒４２の回転による止めネジ４３の移動量も僅かなものとなる。そのため、筐体１０に設けられた止めネジ４３を移動させるための貫通溝も短くなり、当該溝の形成による筐体１０の強度低下やノイズ光の侵入を抑制することができる。

上記の構成を備える第２のピンホール位置調整機構４０では、観察者が調整筒４２を回転させると円筒部４１も回転し、その回転の向きおよび回転量に応じて、円筒部４１が本体部１１に対して相対的に光軸Ａの方向に移動する。そして、円筒部４１が光軸Ａの方向に移動すると、その移動の向きおよび移動量に応じて、光軸Ａの方向におけるピンホール２５ａの位置が移動することとなる。

このように、本実施形態のレンズユニット１Ｂによれば、第２のピンホール位置調整機構４０を備えることによって、光軸Ａの方向における結像レンズ２２による結像位置とピンホール２５ａの位置とを高い精度で調整することができる。したがって、ピンホール２５ａの内径をより小さくすることが可能になり、共焦点光Ｌ２の解像度やコントラスト等の品質を更に高めることができる。

また、被観察物Ｂの種類によって、観察したい部分の深さや、被観察物Ｂを押さえるカバーガラスの厚み等が異なる場合がある。このような場合であっても、本実施形態のレンズユニット１Ｂによれば、光軸Ａの方向におけるピンホール２５ａの位置を調整することにより、より鮮明な画像を得ることができる。

また、一分子蛍光計測などの用途では、共焦点領域を極めて小さくして背景光を排除しつつ、微弱な光を計測する必要がある。このような用途においても、本実施形態によれば、光軸Ａの方向における結像レンズ２２の焦点位置とピンホール２５ａの位置とを極めて精度良く一致させることができる。

また、本実施形態のレンズユニット１Ｂでは、光軸Ａの方向における焦点位置の調整を筐体１０の内部において行うことができるので、通常の対物レンズと比較して、被観察物Ｂに対するレンズユニット１Ｂの作動距離（ワーキングディスタンス）を短くすることができる。ここで、対物レンズにおける「作動距離」とは、対物レンズの下面と被観察物Ｂとの距離をいう。一般的に、作動距離が短いほど開口数を高くし、且つ対物レンズの収差を小さくすることができるので、解像度を高めることができる。しかし、対物レンズと被観察物Ｂとの間の空間が小さくなるので、対物レンズと被観察物Ｂとの位置合わせが難しくなる。また逆に、作動距離が長いほど対物レンズと被観察物Ｂとの位置合わせが容易になるが、解像度が低下する。本実施形態のレンズユニット１Ｂでは、焦点位置の調整を筐体１０の内部において行うことができるので、対物レンズ２１と被観察物Ｂとの位置合わせを容易にしつつ、作動距離を各段に短くすることができる。したがって、レンズユニット１Ｂによれば、解像度を高めることができる。

また、本実施形態のように、光軸Ａに沿った方向におけるピンホール２５ａの位置は、筐体１０の外側面に設けられた第２の調整部（調整筒４２）の動作と連動して移動することが好ましい。これにより、光軸Ａに沿った方向におけるピンホール２５ａの位置を、共焦点光Ｌ２を観察しながら容易に調整することができる。

また、本実施形態のように、第２のピンホール位置調整機構４０をレンズユニットが備えている場合、ピンホール部材２３の端面が、Ｏリング１８といった遮光性の環状の弾性部材によって押圧されていることが好ましい。これにより、外乱光を遮蔽しつつ、ピンホール部材２３を光軸Ａの方向に移動可能に保持することができる。

なお、本実施形態のレンズユニット１Ｂは、第１実施形態のレンズユニット１Ａと同様に、筐体１０、共焦点光生成部２０、及び第１のピンホール位置調整機構３０を備えている。従って、第１実施形態のレンズユニット１Ａと同様の作用効果を奏することができる。

（第３の実施形態）
図１０は、本発明の第３実施形態に係る光学顕微鏡６０の構成を概略的に示す側面図である。図１０に示されるように、本実施形態の顕微鏡６０は、基台６１、支持部６２、ステージ６３、レボルバ６４、複数の対物レンズ６５、及び接眼レンズ６６を備えている。

基台６１は、顕微鏡６０の他の構造を支える部分である。支持部６２及びステージ６３は、基台６１上に固定されている。ステージ６３上には、被観察物が載置される。支持部６２は、レボルバ６４及び接眼レンズ６６を支持するための支柱である。レボルバ６４には複数の対物レンズ６５が脱着可能に取り付けられており、レボルバ６４が回転することによって一の対物レンズ６５が選択され、被観察光を取得する。

更に、本実施形態の顕微鏡６０では、レボルバ６４が、前述した第１実施形態若しくは第２実施形態のレンズユニット１Ａ又は１Ｂが備える第１の結合機構（ネジ溝１０ｃ、図２を参照）と結合される第２の結合機構（ネジ溝）を有している。そして、複数の対物レンズ６５のうち少なくとも一つの対物レンズ６５として、レンズユニット１Ａ又は１Ｂがレボルバ６４に取り付けられる。

このように、本実施形態の顕微鏡６０では、少なくとも一つの対物レンズ６５としてレンズユニット１Ａ又は１Ｂがレボルバ６４に取り付けられているので、レボルバ６４を回転させて対物レンズ６５を切り替えるだけで、共焦点光学像および通常の光学像の双方を容易に得ることができる。

（第４の実施の形態）
図１１は、本発明の第４実施形態に係る光学装置７０の構成を概略的に示す図である。本実施形態の光学装置７０は、基板８０に形成されたマイクロ流路８１に測定光（ここではレーザ光）を照射し、マイクロ流路８１において生じた蛍光などの微弱な被観察光Ｌ１を検出する装置である。図１１に示されるように、本実施形態の光学装置７０は、レンズユニット１Ａ又は１Ｂ、筐体７１、レーザ出力部７２、コリメートレンズ７３、励起フィルタ７４、ダイクロイックミラー７５、蛍光フィルタ７６、及び光電子増倍管７７を備えている。

筐体７１は、レーザ出力部７２、コリメートレンズ７３、励起フィルタ７４、ダイクロイックミラー７５、蛍光フィルタ７６、及び光電子増倍管７７を収容する。また、筐体７１には第１の結合機構（ネジ溝１０ｃ、図２を参照）と結合される第２の結合機構（ネジ溝）が形成されており、レンズユニット１Ａ又は１Ｂは、これらの結合機構を介して筐体７１に取り付けられている。

レーザ出力部７２は、マイクロ流路８１に照射されるレーザ光Ｌ３を出力する。レーザ光Ｌ３は、励起フィルタ７４を通過し、ダイクロイックミラー７５において反射してレンズユニット１Ａ又は１Ｂの出力レンズ２４に入射する。その後、レーザ光Ｌ３は、ピンホール２５ａ、結像レンズ２２、及び対物レンズ２１を通過してマイクロ流路８１に達する。

このレーザ光Ｌ３の照射によって生じた被観察光Ｌ１は、レーザ光Ｌ３とは逆の経路を辿り、共焦点光Ｌ２としてレンズユニット１Ａ又は１Ｂの出力レンズ２４から出射される。この共焦点光Ｌ２は、ダイクロイックミラー７５を透過し、蛍光フィルタ７６を通過して光電子増倍管７７に入射する。光電子増倍管７７は、本実施形態における光検出部であって、共焦点光Ｌ２を検出する。

本実施形態のように、レンズユニット１Ａ又は１Ｂの第１の結合機構と結合される第２の結合機構を光学装置７０が備えることによって、共焦点光学系を備えていない通常の光学装置を利用して高精度の光検出を容易に行うことができる。

また、本実施形態では、レンズユニット１Ａ又は１Ｂが装着された光学装置７０を用いてマイクロ流路８１を観察している。マイクロ流路とは、例えばスライドガラスに数十〜数百μｍ（数ｍｍの場合もある）の幅で形成された流路であって、水道や河川などから採取した溶液や、血液から採取した血球や血漿などの生体試料をこの流路に流すことにより、汚染度や血球の数、ウイルスやバクテリアなどの微生物を検出することができる。

このような光検出において、被観察物である試料は、ガラス基板やプラスチック容器の内部に形成された流路を通る。したがって、レーザ光Ｌ３等の励起光はガラス基板やプラスチック容器の表面で反射するので、この反射光が背景光となり、光検出感度に影響を及ぼす。また、マイクロ流路の外からの外乱光が光検出部に入射すると、やはり光検出感度に影響を及ぼすこととなる。

これに対し、本実施形態のように、共焦点光学系を備えるレンズユニット１Ａ又は１Ｂを用いることによって、マイクロ流路８１の内部の焦点位置以外からの光は遮断される。したがって、光検出感度を改善することができる。

なお、本実施形態の光学装置７０は、上述したようなマイクロ流路の観察の他にも、種々の用途に使用される。例えば、光学装置７０は、フローサイトメトリにも使用され得る。

フローサイトメトリ（flow cytometry）とは、細胞やウイルスなどの微細な粒子を流体中に分散させ、その流体を細い流路（例えば幅５０μｍ〜３００μｍ）に流して、個々の粒子を光学的に分析する手法である。例えば、流路を流れる液体にレーザ光を照射して、レーザ光の光軸から僅かにずれた方向に反射した光（前方散乱、ＦＳＣ；Forward Scatter）と、レーザ光の光軸に対して直交する方向へ反射した光（側方散乱、ＳＳＣ；Side Scatter）とを検出する。また、蛍光物質によって微粒子を標識し、レーザ光の照射によって生じる蛍光を検出することもある。

側方散乱光又は蛍光を被観察光Ｌ１として検出する場合、レンズユニット１Ａ又は１Ｂは、レーザ光の光軸に対して直交する方向に配置される。そして、対物レンズ２１において被観察光Ｌ１（側方散乱光又は蛍光）が集光され、平行化される。その後、被観察光Ｌ１は結像レンズ２２と出力レンズ２４との間においてピンホール２５ａを通過し、室内の迷光等の外乱光が遮断される。出力レンズ２４から出射された共焦点光Ｌ２は、ダイクロイックミラー７５を透過して光電子増倍管７７に入射する。このように、レンズユニット１Ａ又は１Ｂを通して側方散乱光や蛍光を検出することにより、迷光が効果的に除去され、Ｓ／Ｎ比および光検出感度が向上する。

本発明による共焦点光生成レンズユニット、光学装置および顕微鏡は、上述した実施形態に限られるものではなく、他に様々な変形が可能である。例えば、上記各実施形態では、共焦点光生成レンズユニットが適用される光学装置として、マイクロ流路観察やフローサイトメトリに用いられる光学装置、及び光学顕微鏡を例示したが、本発明による共焦点光生成レンズユニットは、これらに限らず様々な光学装置に適用される。

１Ａ，１Ｂ…レンズユニット、１０…筐体、１０ａ…第１の開口部、１０ｂ…第２の開口部、１０ｃ…ネジ溝、１８…Ｏリング、２０…共焦点光生成部、２１…対物レンズ、２２…結像レンズ、２３…ピンホール部材、２４…出力レンズ、２５ａ…ピンホール、３０…第１のピンホール位置調整機構、３１…止めネジ、４０…第２のピンホール位置調整機構、４１…円筒部、４２…調整筒、４３…止めネジ、６０…光学顕微鏡、７０…光学装置、Ａ…光軸、Ｂ…被観察物、Ｌ１…被観察光、Ｌ２…共焦点光、Ｌ３…レーザ光。

Claims (9)

1. 直線状の所定の光軸の方向に延びる筒状の筐体と、
   前記筒状の筐体内において前記所定の光軸に沿って配置されており、前記所定の光軸の一端側において被観察物からの被観察光を取得し、前記所定の光軸の他端側において前記被観察光の共焦点光を出射する共焦点光生成部と
   を備え、
   前記共焦点光生成部は、
   前記所定の光軸上に配置され、前記被観察光を受ける対物レンズと、
   前記所定の光軸上に配置され、前記対物レンズを通過した前記被観察光を結像する結像レンズと、
   前記所定の光軸上に配置され、前記結像レンズにより結像された前記被観察光を通過させるピンホールを有するピンホール部材と、
   前記所定の光軸上に配置され、前記ピンホールを通過した前記被観察光を前記共焦点光として出射する出力レンズと
   を含むことを特徴とする、共焦点光生成レンズユニット。
2. 前記所定の光軸と交差する面内における前記ピンホールの位置を調整するための第１のピンホール位置調整機構を更に備えることを特徴とする、請求項１に記載の共焦点光生成レンズユニット。
3. 前記第１のピンホール位置調整機構が、前記ピンホールの位置を調整するための第１の調整部を前記筐体の外側面に有し、前記所定の光軸と交差する面内における前記ピンホールの位置が、前記第１の調整部の動作と連動して移動することを特徴とする、請求項２に記載の共焦点光生成レンズユニット。
4. 前記所定の光軸に沿った方向における前記ピンホールの位置を調整するための第２のピンホール位置調整機構を更に備えることを特徴とする、請求項１または２に記載の共焦点光生成レンズユニット。
5. 前記第２のピンホール位置調整機構が、前記ピンホールの位置を調整するための第２の調整部を前記筐体の外側面に有し、前記所定の光軸に沿った方向における前記ピンホールの位置が、前記第２の調整部の動作と連動して移動することを特徴とする、請求項４に記載の共焦点光生成レンズユニット。
6. 前記所定の光軸の方向における前記ピンホール部材の両端面のうち少なくとも一方が、前記所定の光軸の方向から見て前記ピンホールを囲む、遮光性の環状の弾性部材によって押圧されていることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載の共焦点光生成レンズユニット。
7. 前記出力レンズから出射される前記共焦点光を受ける光学装置と前記筐体とを互いに脱着可能に結合するための第１の結合機構を前記筐体が有することを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一項に記載の共焦点光生成レンズユニット。
8. 請求項７に記載された共焦点光生成レンズユニットの前記第１の結合機構と結合される第２の結合機構と、
   前記出力レンズから出射される前記共焦点光を検出する光検出部と
   を備えることを特徴とする、光学装置。
9. 被観察光を取得する複数の対物レンズを取り付け可能なレボルバを備え、
   前記レボルバが、請求項７に記載された共焦点光生成レンズユニットの前記第１の結合機構と結合される第２の結合機構を有しており、少なくとも一つの前記対物レンズとして、前記共焦点光生成レンズユニットが前記レボルバに取り付けられることを特徴とする、顕微鏡。
   

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