JP2014092682A - 顕微鏡用照明装置及びそれを備えた顕微鏡 - Google Patents

Abstract

【課題】光の利用効率が高く、小型で、調整が容易な顕微鏡用照明装置及びそれを備えた顕微鏡を提供する。
【解決手段】顕微鏡用照明装置は、光源と、空間変調部と、第１の照明光学系と、第２の照明光学系と、を有し、空間変調部は、反射型の空間変調素子と、偏光素子と、を有し、第１の照明光学系は、光源から空間変調素子までの光路中に配置され、第２の照明光学系は、空間変調素子から標本位置までの光路中に配置され、空間変調素子の位置は標本位置と共役であることを特徴とする。また、顕微鏡は、照明装置と、本体部と、観察装置と、制御装置と、を備える顕微鏡であって、照明装置に上記の顕微鏡用照明装置が用いられることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、顕微鏡用照明装置及びそれを備えた顕微鏡に関する。

近年、光遺伝子学（Ｏｐｔｇｅｎｅｔｉｃｓ）と呼ばれる分野が広がりを見せている。また、顕微鏡を用いた生物標本の観察では、従来の観察方法として、光褪色後蛍光回復法（ＦＲＡＰ）がよく用いられている。光遺伝子学における観察や光褪色後蛍光回復法による観察では、標本、例えば、細胞の一部のみに光が照射されることがある。光が照射された細胞では、照射された光が刺激となって変化が生じる。また、光が照射された細胞の周囲に細胞がある場合、周囲にある細胞にも変化が生じることがある。そのため、観察時は、１つの細胞全体、あるいは複数の細胞を照明することになる。このように、光褪色後蛍光回復法による観察や光遺伝子学における観察では、刺激を与えるための照明範囲と、観察するための照明範囲が異なる。

また、刺激を与える対象が複数ある場合には、対象の数や位置に応じて、空間的に離れた複数の場所を照明する必要や、照明時間を場所ごとに個別に制御する必要がある。

照明範囲、照明位置あるいは照明時間を自由に設定できる照明装置として、特許文献１、２に開示された照明装置がある。

特開２０１１−１１８３７１号公報 特許第４４２５０９８号公報

特許文献１に記載された照明装置では、デジタルマイクロミラーデバイス（以下、ＤＭＤとする）を介して、光源からの光を標本に照射している。ＤＭＤは、微小なミラーを複数有するデバイスで、微小なミラーが２次元に配置されている。そこで、個々の微小なミラーの向きを変えることで、照明範囲、照明位置あるいは照明時間を変化させている。

特許文献２に記載された照明装置では、空間光変調素子を介して、光源からの光を標本に照射している。そして、空間光変調素子として、ＤＭＤや、液晶を有するデバイスが用いられている。この液晶を有するデバイスは、液晶を有する微小領域を複数有し、この微小領域が２次元に配列されている。

また、特許文献２に記載された装置では、空間光変調素子の面は、標本面に対して傾いて配置されている。ここで、空間光変調素子が標本面と共役だとすると、空間光変調素子の投影面は標本面と交差することになる。この場合、交差する部分以外は、ピントのあった照明が行なわれない。このようなことから、特許文献２に記載された装置では、空間光変調素子は光学系の瞳位置に配置されているものと思われる。

図５は、ＤＭＤと光学系の構成を示す図である。図５（ａ）は、ＤＭＤの構造を示す図である。図５（ａ）に示すように、ＤＭＤ７００は、微小なミラー７０１を複数有している。そして、微小なミラー７０１が２次元に配列されている。ここで、微小なミラー７０１は、対角線７０２を軸として、この軸周りに所定の角度分だけ揺動する。この揺動によって、微小ミラー７０１はミラー面の向きを変化させている。

通常、ＤＭＤ７００には、光学系を介して光を入射させる。光の入射方向は、図５（ａ）において矢印で示すように、対角線７０２と直交する方向になる。この場合、光学系は、ＤＭＤ７００に対して斜め下、あるいは斜め上に位置することになる。そのため、ＤＭＤ７００と、光学系を同一平面内に配置させることができない。

図５（ｂ）は、ＤＭＤと光学系の配置を示す図である。ＤＭＤ７００には、光学系７０３を介して照明光Ｌ_inが入射する。照明光Ｌ_inはＤＭＤ７００の微小ミラー７０１で反射され、照明光Ｌ_outとなってＤＭＤ７００から出射する。ＤＭＤ７００から出射した照明光Ｌ_outは、光学系７０４を介して標本に到達する。

図５（ｂ）では、ＤＭＤ７００から出射する照明光の進行方向は、ＤＭＤ７００の面の法線方向になっている。このようにするには、ＤＭＤ７００に対する照明光Ｌ_inの入射角を小さくしなくてはならない。光学系７０３をＤＭＤ７００に対して斜め方向に配置する必要がある。光学系７０３のＤＭＤ７００に対する角度は、微小ミラー７０１の揺動する角度に対応するが、ここで、光学系７０３の位置がＤＭＤ７００に近いと、照明光Ｌ_outが光学系７０３に入射したり、光学系７０３と光学系７０４が接触したりする。これらを避けるには、光学系７０３や光学系７０４をＤＭＤ７００から遠ざければ良いが、そうすると装置が大型化してしまう。

また、上述のように、光学系７０３はＤＭＤ７００に対して斜め下、あるいは斜め上に位置することになる。そのため、ＤＭＤ７００と光学系７０３との位置調整が煩雑になる。また、ＤＭＤ７００では光の利用効率が低い。

このようなことから、特許文献１や特許文献２に記載された照明装置では、装置が大型化する上、光学系の調整が煩雑で、また、光の利用効率が低い。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、光の利用効率が高い顕微鏡用照明装置及びそれを備えた顕微鏡を提供することを目的とする。また、小型で、光学系の調整が容易な顕微鏡用照明装置及びそれを備えた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し、目的を達成するために、本発明の顕微鏡用照明装置は、
光源と、空間変調部と、第１の照明光学系と、第２の照明光学系と、を有し、
空間変調部は、反射型の空間変調素子と、偏光素子と、を有し、
第１の照明光学系は、光源から空間変調素子までの光路中に配置され、
第２の照明光学系は、空間変調素子から標本位置までの光路中に配置され、
空間変調素子の位置は標本位置と共役であることを特徴とする。

また、本発明の顕微鏡は、照明装置と、本体部と、観察装置と、制御装置と、を備える顕微鏡であって、照明装置に上記の顕微鏡用照明装置が用いられることを特徴とする。

本発明によれば、光の利用効率が高い顕微鏡用照明装置及びそれを備えた顕微鏡を提供できる。加えて、小型で、光学系の調整が容易な顕微鏡用照明装置及びそれを備えた顕微鏡を提供できる。

（ａ）は本実施形態の顕微鏡用照明装置の構成を示す概略図、（ｂ）は本実施形態の変形例の顕微鏡用照明装置の構成を示す図である。 反射が生じている微小領域の形状と、観察画像における照明領域を示す図である。 反射が生じている微小領域の形状と、観察画像における照明領域を示す別の図である。 本実施形態の顕微鏡の構成を示す図である。 ＤＭＤと光学系の構成を示す図であって、（ａ）はＤＭＤの構造を示す図、（ｂ）はＤＭＤと光学系の配置を示す図である。

本実施形態の顕微鏡用照明装置は、光源と、空間変調部と、第１の照明光学系と、第２の照明光学系と、を有し、空間変調部は、反射型の空間変調素子と、偏光素子と、を有し、第１の照明光学系は、光源から空間変調素子までの光路中に配置され、第２の照明光学系は、空間変調素子から標本位置までの光路中に配置され、空間変調素子の位置は標本位置と共役であることを特徴とする。

本実施形態の顕微鏡用照明装置の構成について説明する。図１（ａ）は本実施形態の顕微鏡用照明装置の構成を示す概略図である。図１（ａ）に示すように、顕微鏡用照明装置１は、光源２と、空間変調部３０と、第１の照明光学系４と、第２の照明光学系５とを有する。

光源２からは、標本を照明するための照明光が出射する。光源２としては、ハロゲンランプ、キセノンランプ、水銀ランプ、レーザ、ＬＥＤ等がある。

空間変調部３０は、反射型の空間変調素子３と、偏光ビームスプリッタ６（以下、ＰＢＳ６とする）と、を有する。ここで、ＰＢＳ６は偏光素子であり、ビームスプリッタでもある。空間変調素子３は液晶を有し、この液晶の状態を変化させることで標本に照射される光の強度を変調させている。具体的には、空間変調素子３は、複数の微小領域（画素）で構成されている。そして、複数の微小領域が２次元に配列されている。また、微小領域の各々は、反射面と液晶と、を有している。そして、液晶の状態を変化させることで、光の偏光の方向を変化させている。そして、偏光素子と組み合わせることで、偏光の方向が回転した角度により光の強度が制御される。これにより微小領域から射出される光の強度は、微小領域の各々で変更することができる。空間変調素子３としては、例えば、ＬＣＯＳ（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｏｎ Ｓｉｌｉｃｏｎ）がある。

第１の照明光学系４は、光源２から空間変調素子３まで光路中に配置されている。また、第２の照明光学系５は、空間変調素子３から標本位置Ｓまでの光路中に配置されている。本実施形態の顕微鏡用照明装置１では、第２の照明光学系５によって、空間変調素子３の位置と標本位置Ｓが共役になっている。なお、落射照明の場合は、第２の照明光学系５と顕微鏡対物レンズによって、空間変調素子３の位置と標本位置Ｓが共役になっている。

本実施形態の顕微鏡用照明装置によれば、空間変調素子３が反射型であるため、光の利用効率が高い照明装置を実現できる。また、光の利用効率が高いため、標本をより明るく照明できる。これにより、標本の像も明るくなるので、観察像のコントラストを向上できる。

また、本実施形態の顕微鏡用照明装置では、第１の照明光学系と第２の照明光学系は、各々の光路が交差するように配置され、交差する位置に、ビームスプリッタが配置され、空間変調素子は、第１の照明光学系からの光がビームスプリッタで反射された方向に配置され、第２の照明光学系は、ビームスプリッタを挟んで、空間変調素子と対向する位置に配置されていることが好ましい。

図１（ａ）に示すように、第１の照明光学系４と第２の照明光学系５とは、各々の光路（光軸）が交差するように配置されている。そして、光路が交差する位置に、ビームスプリッタとしてＰＢＳ６が配置されている。前述のように、このＰＢＳ６が、ビームスプリッタと偏光素子の機能を兼ねている。なお、変形例の顕微鏡照明装置（後述）では、図１（ｂ）に示すように、光路が交差する位置に、ビームスプリッタとしてハーフミラープリズム６’が配置されている。このように、第１の照明光学系４の光路と第２の照明光学系５の光路は、一部で共通になっている。また、第１の照明光学系４の光軸と第２の照明光学系５の光軸は、同一平面内に位置している。すなわち、第１の照明光学系４と第２の照明光学系５は、同一平面内に位置している。そのため、照明装置を小型にでき、また光学系の調整が容易な照明装置を実現できる。

光源２は発光部２ａを有している。例えば、光源２が水銀ランプの場合、２つの電極の間の放電部分が発光部２ａに該当する。また、光源２から出射した光を光ファイバで伝送する場合は、光ファイバの出射端面が発光部２ａに該当する。また、光源２がレーザの場合、レーザ光が出射する部分（射出口）が発光部２ａに該当する。

光源２として平行光を発するレーザを用いている場合は、発光部２ａから射出するレーザ光は平行光束となるため、第１の照明光学系４は、レーザ光を空間変調素子３の全面に照射するアフォーカル変倍光学系であることが望ましい。図１（ａ）では、発散光を放射する光源２として、例えば光ファイバが採用されており、発散光が発光部２ａから射出されるため、第１の照明光学系４は、空間変調素子３の全面に照射するコリメート光学系となっている。

なお、図１（ａ）では、コリメート光学系としたが、空間変調素子３の全面に照射されれば、必ずしもコリメート光学系でなくても良い。また、光ファイバが液体ライトガイドのように射出端面がある程度面積を有し、均一の発光面を有するのであれば、空間変調素子３の全面に光を照射できる倍率で、発光部２ａと空間変調素子３を共役とする光学系を採用することもできる。

発光部２ａから出射した照明光は、第１の照明光学系４を通過し、空間変調部３０のＰＢＳ６に入射する。ＰＢＳ６に入射した照明光は、ＰＢＳ６の偏光面６ａでＳ偏光成分のみが反射される。偏光面６ａで反射されたＳ偏光成分の照明光は、空間変調素子３に入射する。

空間変調素子３では、微小領域の各々において、光の偏光の方向を回転させる。また偏光の方向の角度は連続的に変えられる。そこで、例えば、空間変調素子３では、最大の回転が生じる微小領域（偏光の方向の回転の角度が９０度の微小領域）と、回転が生じない微小領域（偏光の方向の回転の角度が０度の微小領域）とを自由に設定できる。

空間変調部３０のＰＢＳ６の偏光面６ａに入射した照明光のうち、Ｓ偏光成分は空間変調素子３に到達し空間変調素子３で反射される。反射された照明光は空間変調素子３で偏光方向の回転の作用を受け、例えばＰ偏光成分を含むようにする。そして空間変調素子３で反射された照明光は、ＰＢＳ６に再度入射する。ＰＢＳ６に入射した照明光のうちＰ偏光成分は、偏光面６ａを透過する。一方、照明光のＳ偏光成分は偏光面６ａで反射される。偏光面６ａを透過した照明光（Ｐ偏光成分）は、第２の照明光学系５に入射する。第２の照明光学系５に入射した照明光は、第２の照明光学系５を通過し、標本位置Ｓに到達する。

ここで、標本位置Ｓと空間変調素子３は共役になっているので、偏光素子（ＰＢＳ６）を介して標本側から見たときに、空間変調素子３が照明光を反射することにより発光しているのと同様にみなせる。そこで、空間変調部３０の微小領域を発光部と呼ぶこととする。偏光の方向の回転が生じる微小領域の範囲と、その微小領域ごとの偏光の方向の回転の角度を変化させることで、空間変調部３０において偏光素子（ＰＢＳ６）により様々な形状や強度の発光部を実現できる。例えば、反射が生じる微小領域を円形とすることで、発光部を円形にできる。あるいは、反射が生じる微小領域を輪帯状にすることで、発光部を輪帯状にできる。

上述のように、空間変調素子３の位置と標本位置Ｓは共役になっている。そのため、空間変調部３０における発光部の形状（反射が生じている微小領域の形状）が、標本位置Ｓ（標本上）に投影される。その結果、空間変調部３０における発光部の形状と同じ形状、または相似形状が、標本位置Ｓ（標本上）に形成される。そこで、空間変調素子３における発光部の形状を変化させることで、標本位置Ｓにおける照明範囲や照明位置を変えられる。また、液晶の状態を維持する時間を変えることで、照明時間も変えられる。

図１（ａ）に示す顕微鏡照明装置１のように、ビームスプリッタとしてＰＢＳ（偏光ビームスプリッタ）を用いることで、直線偏光の光のみを空間変調素子に入射させられる。空間変調素子が偏光特性を持つので、空間変調素子の微小領域において、反射が生じる状態と反射が生じない状態との違いを明確にできる。これにより、照明範囲の境界を鮮明にできるので、観察像のコントラストの低下を防止できる。

また、空間変調素子が偏光特性を持つため、ＰＢＳを用いることで、ＰＢＳを透過する際の光量損失を抑えられる。よって、光の利用効率がより高い照明装置を実現できる。また、明るい照明ができるので、観察像のコントラストを向上できる。

図１（ｂ）は本実施形態の変形例の顕微鏡用照明装置の構成を示す概略図である。顕微鏡用照明装置１からの変更点は、空間変調部３０において、ＰＢＳ６の代わりに、ビームスプリッタであるハーフミラープリズム６’を配置した点、ハーフミラープリズム６’と第１の照明光学系４の間に、新たに偏光板７ａを配置した点、空間変調素子３と第２の照明光学系５の間に、新たに偏光板７ｂを配置した点、である。顕微鏡用照明装置１’では、偏光板７ａと、偏光板７ｂと、空間変調素子３とで、空間変調部３０を構成している。偏光板７ａと偏光板７ｂはそれぞれポラライザとアナライザとなる。例えば偏光板７ａは、紙面の法線方向の偏光成分を透過し、偏光板７ｂは紙面と平行方向の偏光成分を透過するように互いに直交した偏光方向をもつよう配置される。他の構成についての変更はない。

発光部２ａから出射した照明光は、第１の照明光学系４を通過し、空間変調部３０の偏光板７ａに入射する。偏光板７ａに入射した照明光は、紙面の法線方向の偏光成分のみが透過する。偏光板７ａを透過した紙面の法線方向の直線偏光の照明光は、ハーフミラープリズム６’のハーフミラー面６ｂで反射され、空間変調素子３に入射する。

空間変調素子３に入射した紙面の法線方向の直線偏光の照明光は、空間変調素子３で反射される。反射された際に、照明光は空間変調素子３で偏光方向の回転の作用を受け、紙面に平行な偏光成分を持つようになる。そして空間変調素子３で反射された照明光は、ハーフミラープリズム６’を透過する。透過した照明光は偏光板７ｂに入射する。偏光板７ｂに入射した照明光のうち紙面に平行な偏光成分は、偏光板７ｂを透過する。偏光板７ｂを透過した照明光は、第２の照明光学系５に入射する。第２の照明光学系５に入射した照明光は、第２の照明光学系５を通過し、標本位置Ｓに到達する。

顕微鏡用照明装置１’では偏光板を用いるため、ＰＢＳ６を用いる場合に比べてコントラストの高い空間変調部３０を実現できる。

液晶を用いた空間変調素子には、空間変調素子の所定の方向に、直線偏光の振動方向を合わせて入射する必要がある。この空間変調素子に偏光状態がランダムな光を入射させると、反射を生じさせたくない微小領域であっても、その微小領域で反射が生じてしまう。そうすると、本来、照明したくない範囲であるにもかかわらず、その範囲にも照明光が照射されてしまう。その結果、ノイズとなる光が発生し、これにより観察像のコントラストが低下する。

そこで、光源からビームスプリッタまでの間に偏光板を配置することで、直線偏光の光のみを空間変調素子に入射させられる。これにより、空間変調素子の微小領域において、反射が生じる状態と反射が生じない状態との違いを明確にできる。その結果、照明範囲の境界を鮮明にできるので、観察像のコントラストの低下を防止できる。

また、本実施形態の変形例の顕微鏡用照明装置では、ビームスプリッタから第２の照明光学系までの間に、直線偏光の光のみを透過する偏光板が配置されている。

このようにすることで、ノイズとなる光を偏光板で遮断できる。その結果、観察像のコントラストを向上できる。

なお、コスト面では、図１（ｂ）に示すように、ビームスプリッタとしてハーフミラープリズム６’を用いるのが良い。しかしながら、図１（ｂ）に示す構成において、ビームスプリッタとしてＰＢＳ６を用いても良い。ＰＢＳ６を用いることで、光量のロスを防止できる。また、ＰＢＳ６を用いる場合は、偏光板７ｂを省略した空間変調部３０としても良い。

図２、図３は、空間変調部３０における発光部の形状と、観察画像における照明領域を示す図である。なお、図２と図３では、理解の容易のために、空間変調部３０における発光部の位置と観察画像の照明領域の位置を、一致させている。例えば、図２（ｃ）と図２（ｄ）は、両者の位置は共に右下になっている。しかしながら、光学系の構成（結像回数や反射回数）によっては、両者の位置は必ずしも一致しない。

図２は、照明範囲の広さを変化させている例である。図２（ａ）では、空間変調部３０の全ての微小領域で反射を生じさせている。この場合、標本画像における照明範囲は、図（ｂ）に示すように、観察範囲１０の全域になる。よって、４つの標本１１、１２、１３、１４の全てに照明光が照射される。

次に、図２（ｃ）は、空間変調素子３の全ての微小領域のうち、斜線部の微小領域における液晶の状態を変化させて、斜線部の微小領域では反射が生じないようにしている。この場合、標本画像における照明範囲は、図２（ｄ）に示すように、標本１３とその周囲のみになる。よって、標本１３には照明光が照射されるが、標本１１、１２及び１４には照明光は照射されない。

図３は、刺激を与えるための照明範囲と、観察するための照明範囲を異ならせている例である。図３（ａ）では、斜線部の微小領域における液晶の状態を変化させ、斜線部の微小領域では照明光の反射が生じないようにして、空間的に離れた２箇所を照明している。この場合、標本画像における照明範囲は、図３（ｂ）に示すように、標本１２の一部と標本１４の一部になる。よって、標本１２の一部と標本１４の一部に照明光が照射され、それ以外には照明光が照射されない。

図３（ａ）に示すように、標本１２の一部と標本１４の一部に照明光を照射することで、標本１２と標本１４に刺激が与えられる。刺激に対する変化は標本１２と標本１４で生じるが、標本１４の変化によって、標本１１が刺激を受けることもある。そこで、観察時は、標本１２と標本１４だけでなく、標本１１にも照明光が照射されるようにする。

図３（ｃ）では、斜線部の微小領域における液晶の状態を変化させ、斜線部の微小領域では照明光の反射が生じないようにして、空間的に離れた３箇所を照明している。この場合、標本画像における照明範囲は、図３（ｄ）に示すように、標本１１、１２及び１４に照明光が照射され、標本１３には照明光が照射されない。

なお、発光部２ａ（発光領域）の空間変調素子３への投影では、空間変調素子３のほぼ全面に、発光部２ａの発光領域が投影されるようにすることが好ましい。ただし、空間変調素子３の全面よりも狭い範囲に、発光部２ａの発光領域が投影されるようにしても良い。また、第１の照明光学系４を変倍光学系にしても良い。このようにすることで、空間変調素子３上における発光領域の大きさ（発光部２ａの発光領域の像の大きさ）を変えられる。

以上のように、本実施形態の顕微鏡用照明装置によれば、照明範囲、照明位置あるいは照明時間を従来と同様に自由に設定できながら、照明装置を小型にすることができ、また光学系の調整が容易な照明装置を実現できる。更に、空間変調素子３が反射型であるため、光の利用効率が高い照明装置を実現できる。

また、本実施形態の顕微鏡用照明装置では、空間変調素子から偏光ビームスプリッタまでの間に、四分の一波長板が配置されていることが好ましい。

四分の一波長板を用いることで、空間変調素子から偏光ビームスプリッタに入射する光の偏光状態を、より直線の状態（直線偏光）にできる。その結果、偏光ビームスプリッタを透過する際の光量損失を抑えられる。よって、光の利用効率がより高い照明装置を実現できる。また、明るい照明ができるので、観察像のコントラストを向上できる。

また、実施形態の顕微鏡用照明装置では、第２の照明光学系は可変絞りを有し、可変絞りは、顕微鏡対物レンズの瞳位置と共役となる位置に配置されていることが好ましい。

このようにすることで、照明光の光量を調整できる。

また、本実施形態の顕微鏡は、照明装置と、本体部と、観察装置と、制御装置と、を備える顕微鏡であって、照明装置に上述の顕微鏡用照明装置が用いられることを特徴とする。

図４は、本実施形態の顕微鏡の構成を示す図である。顕微鏡２０は、照明装置１００と、本体部２００と、観察装置３００と、制御装置４００と、を備える。本体部２００には、照明装置１００と観察装置３００が接続されている。更に、照明装置５００が、照明装置１００に接続されている。そして、照明装置１００に、上述の顕微鏡用照明装置が用いられている。

照明装置１００は、光源１０１と、空間変調素子１０８と、第１の照明光学系１０５と、第２の照明光学系１１３と、を有する。また、照明装置１００は２つの光路を有する。

一方の光路には、光源１０１、光ファイバ１０２、ＵＶカットフィルタ１０３、波長選択フィルタ１０４、第１の照明光学系１０５、シャッタ１０６、偏光板（ポラライザ）１０７、空間変調素子１０８、四分の一波長板１０９及び偏光ビームスプリッタ１１０が配置されている。このように、第１の照明光学系１０５は、光源１０１から空間変調素子１０８までの光路中に配置されている。

他方の光路には、空間変調素子１０８、四分の一波長板１０９、偏光ビームスプリッタ１１０、偏光板（アナライザ）１１１、開口絞り１１２及び第２の照明光学系１１３が配置されている。また、この他方の光路の延長上には、標本６００が位置している。このように、第２の照明光学系１１３は、空間変調素子１０８から標本６００の位置までの光路中に配置されている。

光源１０１は、例えば、水銀ランプである。光源１０１と第１の照明光学系１０５との間には、光ファイバ１０２が配置されている。光源１０１から出射した光は、光ファイバ１０２を通って、第１の照明光学系１０５に伝送される。そのため、光ファイバ１０２の出射側端面１０２ａが、実質的な発光部になっている。

出射側端面１０２ａは、第１の照明光学系１０５の光軸上に位置している。そして、出射側端面１０２ａと第１の照明光学系１０５の間には、ＵＶカットフィルタ１０３が配置されている。なお、ＵＶカットフィルタ１０３は必須ではない。

第１の照明光学系１０５は、２つのレンズで構成されている。また、第１の照明光学系１０５の光軸上には、波長選択フィルタ１０４とシャッタ１０６が配置されている。図４では、波長選択フィルタ１０４とシャッタ１０６は、２つのレンズの間に配置されている。なお、第１の照明光学系１０５のレンズ構成や、波長選択フィルタ１０４やシャッタ１０６の配置場所は、図４に示す構成や配置場所に限定されない。

偏光ビームスプリッタ１１０は、第１の照明光学系１０５を挟んで、出射側端面１０２ａと対向する位置に配置されている。偏光ビームスプリッタ１１０の配置位置は、第１の照明光学系１０５の光軸と第２の照明光学系１１３の光軸（第１の照明光学系１０５の光軸と直交する軸）が交差する位置ある。このように、第１の照明光学系１０５と第２の照明光学系１１３は、各々の光軸（光路）が交差するように配置され、交差する位置に、偏光ビームスプリッタ１１０が配置されている。

また、第１の照明光学系１０５と偏光ビームスプリッタ１１０の間には、偏光板１０７が配置されている。なお、偏光板１０７は必須ではない。

更に、第２の照明光学系１１３の光軸上には、四分の一波長板１０９と空間変調素子１０８とが配置されている。このように、空間変調素子１０８は、第１の照明光学系１０５からの光が偏光ビームスプリッタ１１０で反射された方向に配置されている。なお、四分の一波長板１０９は必須ではない。

以上のような構成の照明装置１００では、光源１０１から出射した光は、光ファイバ１０２を通って、出射側端面１０２ａから出射する。出射側端面１０２ａから出射した光は、ＵＶカットフィルタ１０３、第１の照明光学系１０５を通過し、波長選択フィルタ１０４に入射する。

光源１０１からは、複数の波長の光が同時に発生している。ここで、蛍光観察または光による刺激では、特定の波長の光を標本６００に照射する。そこで、蛍光観察または光による刺激を行なう場合は、波長選択フィルタ１０４を光路中に挿入する。これにより、複数の波長の光のなかから、所望の波長の光、すなわち励起光を取り出せる。なお、様々な波長の励起光を取り出せるように、波長選択フィルタ１０４を複数配置しても良い。

なお、明視野観察では、白色光を標本６００に照射する。そこで、明視野観察を行なう場合は、波長選択フィルタ１０４を光路の外に移動させる。このように、顕微鏡の観察では、観察方法に応じて励起光や白色光を標本６００に照射するが、以下では、蛍光観察を行なう場合について説明する。

波長選択フィルタ１０４から出射した励起光は、シャッタ１０６を通過する。なお、励起光を標本６００に照射しないときは、シャッタ１０６によって励起光を遮断する。

シャッタ１０６を通過した励起光は、偏光板１０７を通過することで、直線偏光（例えばＳ偏光）の光になる。

偏光板１０７を通過した励起光は偏光ビームスプリッタ１１０に入射し、偏光ビームスプリッタ１１０の面１１０ａに到達する。

面１１０ａには、光学膜が設けられている。この光学膜は、例えば、Ｓ偏光の光を反射してＰ偏光の光を透過させる特性を有する。面１１０ａに到達した励起光はＳ偏光なので、励起光は面１１０ａで反射される。面１１０ａで反射された励起光は、四分の一波長板１０９に入射する。

ここで、励起光は、偏光板１０７を通過し、偏光ビームスプリッタ１１０で反射されている。よって、偏光ビームスプリッタ１１０を出射した励起光の偏光状態は、直線の状態（直線偏光）になっている。

四分の一波長板１０９を出射した励起光は、空間変調素子１０８に入射する。

また、光源１０１がレーザの場合、レーザから出射する光は平行光になる。光ファイバ１０２を用いない場合、発光部１０２ａの位置から平行光が出射する。この場合、第１の照明光学系１０５は、アフォーカル系にするのが好ましい。このようにすると、空間変調素子１０８に入射する光も平行光になる。その結果、空間変調素子１０８場合を、実質的な発光部にできる。

なお、光ファイバ１０２を用いても良い。光ファイバ１０２の径が大きい場合（多モードファイバやバンドルファイバの場合）、出射端面は面光源となるので図４の構成が使える。光ファイバ１０２の径が小さい場合（シングルモードファイバの場合）は、出射端面は点光源となる。この場合、平行光に変換した後、アフォーカル系を用いることになる。

空間変調素子１０８では、微小領域の各々において、光の偏光を変化させることができる。そのため、偏光素子と組み合わせることで、例えば、反射が生じる微小領域の範囲と、反射が生じない微小領域の範囲とを変化させることで、空間変調素子３において様々な形状の発光部を生成できる。また、液晶の状態を維持する時間を変えることで、照明時間も変えられる。

空間変調素子１０８で反射された励起光は、その偏光状態が直線の状態（直線偏光）になっている。ただし、その偏光方向は、入射した時の偏光方向と直交している。すなわち、空間変調素子１０８で反射された励起光は、Ｐ偏光の光になっている。

なお、空間変調素子１０８で反射された励起光は、偏光状態がわずかに楕円の状態（楕円偏光）になっている場合もある。そこで、励起光を四分の一波長板１０９に入射させることで、楕円偏光を直線偏光にできる。

四分の一波長板１０９を通過した励起光はＰ偏光なので、面１１０ａを透過して、偏光ビームスプリッタ１１０から出射する。この出射方向には、偏光板（アナライザー）１１１、開口絞り１１２及び第２の照明光学系１１３が配置されている。このように、第２の照明光学系１１３は、偏光ビームスプリッタ１１０を挟んで、空間変調素子１０８と対向する位置に配置されている。なお、偏光板１１１は必須ではない。

第２の照明光学系１１３は、３つのレンズで構成されている。また、第２の照明光学系１１３の光軸上には、開口絞り１１２が配置されている。図４では、開口絞り１１２は、レンズの間に配置されている。開口絞り１１２は、顕微鏡対物レンズ２０１の瞳位置と共役な位置に配置されている。また、開口絞り１１２では、開口の大きさが可変となっている。なお、第２の照明光学系１１３のレンズ構成や、開口絞り１１２の配置場所は、図４に示す構成や配置場所に限定されない。

偏光ビームスプリッタ１１０を出射した励起光は、偏光板（アナライザー）１１１を通過する。偏光板１１１からは、直線偏光（Ｓ偏光）のみの光が出射する。偏光板１１１から出射した励起光は、開口絞り１１２、第２の照明光学系１１３を通過して、ダイクロイックミラー１１４に入射する。

なお、ダイクロイックミラー１１４は、別の照明装置５００からの照明光を透過させるために配置されている。ここで、ダイクロイックミラー１１４に代えて、ハーフミラーを用いても良い。また、照明装置５００が装着されていない場合は、ダイクロイックミラー１１４に代えて、ミラーを用いても良い。

別の照明装置５００は、光源５０１と、波長選択フィルタ５０２と、シャッタ５０３と、視野絞り５０４を有する。光源５０１としては水銀ランプがある。水銀ランプからは、複数の波長の光が同時に発生している。そこで、蛍光観察を行なう場合、波長選択フィルタ５０２を光路中に挿入することで、励起光だけを複数の波長の光から取り出す。なお、光源５０１による照明を行なわない場合は、シャッタ５０３によって励起光を遮断する。

波長選択フィルタ５０２から出射した励起光は、視野絞り５０４を通過して、ダイクロイックミラー１１４に入射する。ダイクロイックミラー１１４に入射した励起光のうち、照明装置１００から出射した励起光はダイクロイックミラー１１４で反射され、照明装置５００から出射した励起光はダイクロイックミラー１１４を透過する。ダイクロイックミラー１１４から出射した励起光は、顕微鏡２０の本体部２００に入射する。

本体部２００は、顕微鏡対物レンズ２０１と、ダイクロイックミラー２０２と、バリアフィルタ（励起光カットフィルタ）２０３と、結像レンズ２０４を備える。ダイクロイックミラー２０２、バリアフィルタ２０３及び結像レンズ２０４は、標本６００側からこの順で、顕微鏡対物レンズ２０１の光軸上に配置されている。

本体部２００に入射に入射した励起光は、ダイクロイックミラー２０２で反射され、顕微鏡対物レンズ２０１を通過して、標本６００に照射される。ここで、空間変調素子１０８の位置は標本６００の位置と共役になっている。よって、空間変調素子１０８において生成された発光部の形状が、標本６００に投影される。これにより、標本６００上において、所望の範囲及び所望の位置を照明できる。

標本６００から発生した蛍光は、顕微鏡対物レンズ２０１、ダイクロイックミラー２０２、バリアフィルタ２０３及び結像レンズ２０４を通過する。ここで、ダイクロイックミラー２０２とバリアフィルタ２０３は、蛍光の波長を透過させる特性を有するものが用いられる。よって、蛍光以外の光は、ダイクロイックミラー２０２とバリアフィルタ２０３で遮断される。

結像レンズ２０４を通過した蛍光は、所定の位置に集光する。この所定の位置に、標本６００の像が形成される。また、この所定の位置に、観察装置３００が配置されている。観察装置３００が撮像素子（ＣＣＤやＣＭＯＳ）を有する場合、撮像素子の撮像面の位置が所定の位置と一致するように、観察装置３００が配置される。なお、観察装置３００は、双眼鏡筒であっても良い。双眼鏡筒を用いると、接眼レンズを介して標本６００の像を肉眼で観察できる。

観察装置３００では、標本６００の像や照明の様子（照明範囲や照明位置）が取得される。そこで、観察装置３００と制御装置４００を電気的に接続する。これにより、標本６００の像や照明の様子を制御装置４００で確認できる。更に、照明装置１００と制御装置４００を電気的に接続する。これにより、空間変調素子１０８を制御装置４００で制御できるようになるので、照明範囲、照明位置あるいは照明時間を自由に設定できる。

図４では、制御装置４００はパソコンであるが、これに限定されない。例えば、制御装置４００として、タブレット型や携帯型の端末を使用しても良い。また、観察装置３００や照明装置１００とは、無線によって情報の送受信を行なっても良い。

なお、本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲で様々な変形例をとることができる。例えば、第１の照明光学系１０５や第２の光学系１１３において、レンズを移動あるいは挿脱させるようにしても良い。このようにすると、空間変調素子１０８の位置を、顕微鏡対物レンズ２０１の瞳位置と共役にできる。その結果、ケーラー照明が行える。

また、照明装置１００を複数配置しても良い。例えば、図４において、照明装置５００に代えて、照明装置１００を配置しても良い。このようにすると、異なる波長の励起光を、同時に標本６００に照射できる。

以上のように、本発明は、光の利用効率が高く、また、小型で、光学系の調整が容易な顕微鏡用照明装置及びそれを備えた顕微鏡に適している。

１、１’ 顕微鏡用照明装置
２ 光源
２ａ 発光部
３ 空間変調素子
４ 第１の照明光学系
５ 第２の照明光学系
６ 偏光ビームスプリッタ
６ 偏光ビームスプリッタ
６’ ハーフミラープリズム
６ａ 偏光面
６ｂ ハーフミラー面
７ａ，７ｂ 偏光板
１０ 観察範囲
１１、１２、１３、１４ 標本
２０ 顕微鏡
３０ 空間変調部
１００ 照明装置
１０１ 光源
１０２ 光ファイバ
１０２ａ 発光部
１０３ ＵＶカットフィルタ
１０４ 長選択フィルタ
１０５ 第１の照明光学系
１０６ シャッタ
１０７ 偏光板（ポラライザ）
１０８ 空間変調素子
１０９ 四分の一波長板
１１０ 偏光ビームスプリッタ
１１０ａ 面
１１１ 偏光板（アナライザ）
１１２ 開口絞り
１１３ 第２の照明光学系
１１４ ダイクロイックミラー
２００ 本体部
２０１ 顕微鏡対物レンズ
２０２ ダイクロイックミラー
２０３ バリアフィルタ（励起光カットフィルタ）
２０４ 結像レンズ
３００ 観察装置
４００ 制御装置
５００ 照明装置
５０１ 光源
５０２ 波長選択フィルタ
５０３ シャッタ
５０４ 視野絞り
６００ 標本
７００ ＤＭＤ
７０１ 微小なミラー
７０２ 対角線
７０３、７０４ 光学系
Ｌ_in、Ｌ_out 照明光
Ｓ 標本位置

Claims (8)

1. 光源と、空間変調部と、第１の照明光学系と、第２の照明光学系と、を有し、
   前記空間変調部は、反射型の空間変調素子と、偏光素子と、を有し、
   前記第１の照明光学系は、前記光源から前記空間変調素子までの光路中に配置され、
   前記第２の照明光学系は、前記空間変調素子から標本位置までの光路中に配置され、
   前記空間変調素子の位置は前記標本位置と共役であることを特徴とする顕微鏡用照明装置。
2. 前記第１の照明光学系と前記第２の照明光学系は、各々の光路が交差するように配置され、
   前記交差する位置に、ビームスプリッタが配置され、
   前記空間変調素子は、前記第１の照明光学系からの光が前記ビームスプリッタで反射された方向に配置され、
   前記第２の照明光学系は、前記ビームスプリッタを挟んで、前記空間変調素子と対向する位置に配置されてい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。
3. 前記ビームスプリッタが前記偏光素子を兼ねる偏光ビームスプリッタであることを特徴とする請求項２に記載の顕微鏡用照明装置。
4. 前記光源から前記ビームスプリッタまでの間に、直線偏光の光のみを透過する偏光板が配置されることを特徴とする請求項２または３に記載の顕微鏡用照明装置。
5. 前記ビームスプリッタから前記第２の照明光学系までの間に、直線偏光の光のみを透過する第２の偏光板が配置されていることを特徴とする請求項３または４に記載の顕微鏡用照明装置。
6. 前記空間変調素子から前記偏光ビームスプリッタまでの間に、四分の一波長板が配置されていることを特徴とする請求項５に記載の顕微鏡用照明装置。
7. 前記第２の照明光学系は可変絞りを有し、
   該可変絞りは、顕微鏡対物レンズの瞳位置と共役となる位置に配置されていることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の顕微鏡用照明装置。
8. 照明装置と、本体部と、観察装置と、制御装置と、を備える顕微鏡であって、前記照明装置に請求項１から７のいずれか１項に記載の顕微鏡用照明装置が用いられることを特徴とする顕微鏡。

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