JP2019020633A - 光学ユニット、顕微鏡装置、及び、オートフォーカス装置 - Google Patents

Abstract

【課題】光学ユニットから出射する迷光を低減する。【解決手段】光学ユニット１０は、光路分岐素子であるダイクロイックミラー１１と、ダイクロイックミラー１１を収容する筐体１２と、筐体１２の内壁面に設けられた、複数の反射面を有する減光部１５と、を備える。減光部１５は、減光部１５に入射した光を複数の反射面での多重反射により減衰させる、ように構成されている。【選択図】図２

Description

本明細書の開示は、光学ユニット、顕微鏡装置、及び、オートフォーカス装置に関する。

近年、生物顕微鏡の分野では、細胞などの生体試料からの微弱な光を検出してその試料の反応を観察するため、高感度カメラを用いた観察に対するニーズが高まっている。

ところが、このような観察では、微弱な光がデジタル信号に変換されることから、迷光が高感度カメラに入射してしまうと、顕微鏡画像のコントラストが大幅に低下してしまう。このため、コントラストの高い顕微鏡画像を得るために、高感度カメラへの迷光の入射を抑制することが望まれている。

迷光の発生源は様々であるが、典型的な発生源の一つとして光路分岐素子を備えた光学ユニットが挙げられる。蛍光顕微鏡で用いられる蛍光ミラーユニット（蛍光フィルタキューブともいう）は、光路分岐素子を備える光学ユニットの一例である。

蛍光ミラーユニットでは、ダイクロイックミラーで反射すべき励起光の一部がダイクロイックミラーを透過して蛍光ミラーユニットの筐体で反射し、迷光として検出光路へ導かれてしまうことがある。このため、励起光が入射し得る筐体の内壁面に植毛紙を貼り付けて励起光を吸収するなどの対策が講じられている。

また、特許文献１には、励起光が入射し得る筐体壁面に開口部を設けることで壁面での反射を回避し、それによって検出光路への迷光の入射を抑制する技術が記載されている。

特開２００１−２２１９５３号公報

しかしながら、植毛紙を筐体の内壁面に貼り付けた場合であれば、入射光の波長によっては植毛紙で自家蛍光が発生してしまう、植毛紙から塵が出る、などの課題がある。

また、壁面に開口部を設けた場合であれば、開口部を通過した光が迷光とならないように処理するための構造が蛍光ミラーユニットの外部に必要となる、その結果、顕微鏡装置内で迷光対策に大きなスペースが必要となる、などの課題がある。

このため、光学ユニットから出射する迷光（即ち、光源ユニットで発生する迷光）を低減する新たな技術が求められている。以上のような実情を踏まえ、本発明の一側面に係る目的は、光学ユニットから出射する迷光を低減する技術を提供することである。

本発明の一態様に係る光学ユニットは、光路分岐素子と、前記光路分岐素子を収容する筐体と、前記筐体の内壁面に設けられた、複数の反射面を有する減光部と、を備える。前記減光部は、前記減光部に入射した光を前記複数の反射面での多重反射により減衰させる、ように構成される。

本発明の一態様に係る顕微鏡装置は、試料に至る照明光路と検出器に至る検出光路とが交差する位置に配置された、上記の態様に係る光学ユニットを備える。

本発明の一態様に係るオートフォーカス装置は、試料に至る照明光路と検出器に至る検出光路とが交差する位置に配置された、上記の態様に係る光学ユニットを備える。

上記の態様によれば、光学ユニットから出射する迷光を低減することができる。

顕微鏡装置１の構成を例示した図である。 Z-Z’断面における光学ユニット１０の断面斜視図である。 X-X’断面における光学ユニット１０の断面図である。 減光部１５の拡大図である。 減光部１５が有する反射面と照明光学系４の光軸とのなす角度について説明するための図である。 減光部１７の拡大図である。 減光部１９の拡大図である。 減光部２１の拡大図である。 減光部２３の拡大図である。 減光部２６の拡大図である。 X-X’断面における光学ユニット３０の断面図である。 顕微鏡装置１ａの構成を例示した図である。 顕微鏡装置１ｂの構成を例示した図である。 顕微鏡装置１ｃの構成を例示した図である。

［第１の実施形態］
図１は、顕微鏡装置１の構成を例示した図である。顕微鏡装置１は、正立型の蛍光顕微鏡装置である。顕微鏡装置１は、ステージ５に載置された試料Ｓに対して落射照明と透過照明のいずれかを選択的に行い、試料Ｓの顕微鏡画像を、撮像装置８で取得する、又は、接眼レンズ９を用いて観察者の目に投影する。

顕微鏡装置１は、試料Ｓに至る落射照明での照明光路Ｐ１上に、照明光学系４と、光学ユニット１０と、レボルバ６に装着された対物レンズ７を備えている。また、顕微鏡装置１は、顕微鏡画像を取得する撮像装置８と、目視観察用の接眼レンズ９を備えている。さらに、顕微鏡装置１は、透過照明を行うための光学系を備えている。

照明光学系４は、試料Ｓに対して落射照明を行う照明光学系であり、光源ユニット２と、光量調整部３を備えている。光源ユニット２は、光源２ａとコレクタレンズ２ｂを備え、光学ユニット１０に照明光を導くように構成されている。

光源２ａは、例えば、水銀ランプ、キセノンランプ、ハロゲンランプ、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）などである。また、光源２ａは、光ファイバーと光源本体が接続されたライトガイド光源であってもよく、その場合、光源本体は、光源ユニット２外部に設けられてもよい。コレクタレンズ２ｂは、光源２ａが出射した照明光を取り込んで、光源ユニット２から出射する。

光量調整部３は、例えば、ＮＤ（Neutral Density）フィルタ、シャッタ等を含み、試料Ｓに照射する光量を調整する。シャッタは、例えば、電磁シャッタ、ＡＯＭ（Acousto-optic Modulator）などである。

光学ユニット１０は、いわゆる蛍光ミラーユニットである。光学ユニット１０は、検出光路を照明光路から分岐する光路分岐素子であるダイクロイックミラー１１と、照明光から励起波長の光（以降、励起光と記す）を選択的に透過させる励起フィルタ１３と、励起光を遮断する吸収フィルタ１４と、減光部１５を備えている。なお、光学ユニット１０については、後に詳述する。

レボルバ６に装着された対物レンズ７は、顕微鏡対物レンズである。対物レンズ７は、例えば、無限遠補正型の対物レンズである。対物レンズ７は、乾燥系対物レンズであっても、液浸系対物レンズであってもよい。なお、図１では、レボルバ６に１つの対物レンズ７のみが装着されているが、レボルバ６には倍率の異なる複数の対物レンズが装着されてもよい。この場合、レボルバ６を回転させることで光路上に配置された観察に使用する対物レンズを切り替えることができる。

撮像装置８は、顕微鏡画像を取得するデジタルカメラである。撮像装置８は、顕微鏡装置１の３眼鏡筒（Trinocular）に装着された、例えば、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）イメージセンサ（ＣＣＤ検出器ともいう）を備えるＣＣＤカメラ、ＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）イメージセンサ（ＣＭＯＳ検出器ともいう）を備えるＣＭＯＳカメラなどである。

接眼レンズ９は、顕微鏡装置１の３眼鏡筒に装着されている。なお、顕微鏡装置１の３眼鏡筒はエルゴノミックデザインが取り入れられた鏡筒であり、例えば、接眼レンズ９の傾斜角度が変更可能に構成されている。

図２は、Z-Z’断面における光学ユニット１０の断面斜視図である。図３は、X-X’断面における光学ユニット１０の断面図である。なお、図３では、ダイクロイックミラー１１の記載は省略されている。以下、図２及び図３を参照しながら、光学ユニット１０の構成について説明する。なお、光学ユニット１０は、図１に示すように、試料Ｓに至る照明光路Ｐ１と撮像装置８（検出器）に至る検出光路Ｐ２とが交差する位置に配置されている。

光学ユニット１０は、図２に示すように、ダイクロイックミラー１１を収容する筐体１２を備えている。蛍光顕微鏡では様々な波長の光が使用されることから、筐体１２は、波長に寄らず自家蛍光を生じにくい材料で構成されることが望ましく、例えば、金属材料などで構成されてもよい。

ダイクロイックミラー１１は、励起光を反射させ、蛍光（検出光）を透過させる光学特性を有している。ダイクロイックミラー１１は、照明光路Ｐ１と検出光路Ｐ２のそれぞれに対して４５°傾けた状態で、筐体１２内に固定されている。これにより、対物レンズ７の光軸に対して９０°の角度を持つ照明光学系４からの光がダイクロイックミラー１１で対物レンズ７の光軸方向に反射する。

筐体１２には、ダイクロイックミラー１１に加えて、励起フィルタ１３、吸収フィルタ１４が収容されている。励起フィルタ１３、吸収フィルタ１４は、それぞれ、照明光路Ｐ１、検出光路Ｐ２と垂直に交わるように筐体１２に固定されている。

より具体的には、筐体１２には、図２に示すように、少なくとも３つの開口（開口１２ａ、開口１２ｂ、開口１２ｃ）が形成されている。励起フィルタ１３は、照明光学系４に向けられた開口１２ａ、即ち、照明光が入射する開口１２ａに、照明光路Ｐ１と直交するように配置されている。吸収フィルタ１４は、撮像装置８に向けられた開口１２ｃ、即ち、蛍光（検出光）が出射する開口１２ｃに、検出光路Ｐ２と直交するように配置されている。なお、ステージ５に向けられた開口１２ｂには、フィルタは配置されていない。

さらに、筐体１２の内壁面には、減光部１５が設けられている。減光部１５は、ダイクロイックミラー１１を透過した励起光を減衰させることで筐体１２から出射する迷光の光量を減少させる。このため、減光部１５は、図２及び図３に示すように、照明光学系４の光軸上であって、ダイクロイックミラー１１を挟んで開口１２ａとは対向する筐体１２の内壁面に設けられる。換言すると、減光部１５は、筐体１２内において、励起フィルタ１３とは反対側の内壁面に設けられている。

また、減光部１５は、自家蛍光の発生を抑制するために、例えば、自家蛍光が発生しにくい材料で構成されても良く、それは筐体１２と同じ材料であってもよい。また、光学ユニット１０の製造工数を削減するために、減光部１５は筐体１２と一体成型されてもよく、その場合、減光部１５と筐体１２には同じ材料が用いられても異なる材料が用いられても良い。

図４は、減光部１５の拡大図である。図５は、減光部１５が有する反射面と照明光学系４の光軸とのなす角度について説明するための図である。以下、図２から図５を参照しながら、減光部１５について更に詳細に説明する。

図４に示すように、減光部１５は、ダイクロイックミラー１１を透過した励起光Ｅを反射する複数の反射面（反射面１６ａ、反射面１６ｂ、反射面１６ｃ、反射面１６ｄ、反射面１６ｅ、反射面１６ｆ、以降これらを特に区別しない場合には反射面１６と記す）を備えている。これらの反射面１６は、いずれも平面形状、より具体的には、照明光学系４の光軸に対して傾斜した平面形状、を有している。そして、減光部１５は、減光部１５に入射した励起光Ｅを複数の反射面１６での多重反射により減衰させるように構成されている。

複数の反射面１６は、向かい合わせに設けられた少なくとも２つの反射面１６を含んでいる。図４に示す例では、例えば、反射面１６ｂと反射面１６ｃは、向かい合わせに設けられた少なくとも２つの反射面１６であり、これらの反射面１６によりテーパー形状の空間が形成されている。また、反射面１６ｄと反射面１６ｅもまた、向かい合わせに設けられた少なくとも２つの反射面１６であり、これらの反射面によりテーパー形状の空間が形成されている。

向かい合わせに設けられた少なくとも２つの反射面１６を含むことで、図４に示すように、その少なくとも２つの反射面１６の間の空間に入射した励起光Ｅがこれらの反射面１６で多重反射し、反射回数に応じて減衰する。従って、多重反射後に減光部１５から出射した励起光Ｅが迷光として撮像装置８へ向かった場合であっても、励起光Ｅ（迷光）は減光部１５で十分に減衰しているため、光学ユニット１０から出射する迷光の光量が少なくなる。

減光部１５は、図２及び図３に示すように、向かい合わせに設けられた少なくとも２つの反射面１６の法線を含む平面（例えば、X-X’平面）が検出光路Ｐ２と直交するように、その少なくとも２つの反射面１６を含んでいる。顕微鏡装置１内においてこのような向きに反射面１６を向けることで、反射面１６で反射した励起光Ｅが検出光路Ｐ２へ向かい難くなる。このため、顕微鏡画像への迷光の影響を抑えることができる。

なお、反射面１６で反射した励起光Ｅが検出光路Ｐ２へ向かい難くなればよい。このため、減光部１５は、向かい合わせに設けられた少なくとも２つの反射面１６の法線を含む平面が検出光路Ｐ２と交差するように、その少なくとも２つの反射面１６を含んでもよい。

複数の反射面１６と照明光学系４の光軸のなす角度は、比較的小さいことが望ましい。具体的には、向かい合わせに設けられた少なくとも２つの反射面１６の１つに入射した励起光が他の反射面に入射できる程度に小さな角度を有することが望ましい。これは、複数の反射面１６と照明光学系４の光軸のなす角度が大きくなりすぎると、例えば、反射面１６ｃで反射した励起光Ｅが反射面１６ｂと反射面１６ｃの間に空間へ進まずに、減光部１５の外へ出射してしまうからである。最初の反射で減光部１５から出射してしまうと多重反射が生じないため、励起光Ｅが十分に減衰されない可能性があり、望ましくない。

具体的には、複数の反射面１６と照明光学系４の光軸のなす角度は、４０°以下であることが望ましい。図５に示すように、反射面１６ｃと照明光学系４の光軸のなす角度をαとし、反射面１６ｃに入射する励起光Ｅ１と反射面１６ｃとのなす角度をβとし、励起光Ｅ１と反射面１６ｃの法線とのなす角度をγとすると、α＋β＋γ＝９０°である。また、反射面１６ｃで反射した励起光Ｅ２の進行方向は、照明光学系４の光軸に対してβ＋２γの角度の方向である。蛍光顕微鏡では、蛍光ミラーユニットに入射する照明光の入射角度は照明光学系の光軸に対して５°以内に抑えられているのが通常である。従って、その倍の１０°の入射角度（つまり、β＝１０°）で照明光が光学ユニット１０に入射したと仮定したとしても、α≦４０°であれば、β＋２γ≧９０°となる。β＋２γ≧９０°であれば、反射面１６ｃで反射した励起光Ｅ２が反射面１６ｂと反射面１６ｃの間の空間を進み、反射面１６ｂに入射することができるため、多重反射による減衰効果が期待できる。

多重反射でより大きく励起光Ｅを減衰させるためには、減光部１５での反射回数が多いことが望ましい。このため、向かい合わせに設けられた少なくとも２つの反射面１６は、照明光学系４の光軸方向に長いことが望ましい。同様の理由から、これらの反射面１６間の間隔は、短いことが望ましい。

また、多重反射でより大きく励起光Ｅを減衰させるためには、複数の反射面１６（減光部１５）の表面反射率が低いことも望ましい。このため、複数の反射面１６の表面には反射率を下げるための表面処理が施されていることが望ましい。反射率を下げるための表面処理は、例えば、反射防止膜をコーティングする処理、黒アルマイト処理、黒メッキ処理、塗装などである。

減光部１５が以上のように構成されることで、光学ユニット１０は、条件式（１）を満たすことが望ましく、条件式（２）を満たすことが更に望ましい。
Ｒ^Ｎ＜０．１％ ・・・（１）
Ｒ^Ｎ＜０．０１％ ・・・（２）

ただし、Ｎは、照明光学系４の光軸に沿った方向（つまり、照明光学系４の光軸方向）から減光部１５へ入射した光の多重反射回数である。多重反射回数は、入射位置によって異なるが、Ｎはその最大値である。また、多重反射回数は、減光部１５に入射してから減光部１５から出て行くまでの反射回数である。Ｒは、減光部１５の表面反射率である。

条件式（１）若しくは条件式（２）を満たすことで、減光部１５に入射した励起光は、０．１％未満若しくは０．０１％未満に減衰してから光学ユニット１０から出射する。従って、顕微鏡装置１における迷光の影響を大幅に抑えることができる。

上述した光学ユニット１０によれば、減光部１５が設けられていることで、光学ユニット１０から出射する迷光を低減することができる。また、減光部１５は筐体１２の内壁面に設けられるため、従来の光学ユニットと比較して光学ユニット１０が大型化することはない。従って、顕微鏡装置１によれば、顕微鏡装置１内で迷光対策に大きなスペースを使うことなく低減することができる。

さらに、光学ユニット１０は、植毛紙の代わりに複数の反射面１６を有し、複数の反射面１６での多重反射により迷光を減衰させる。このため、光学ユニット１０によれば、反射面を適切な材料で構成することで、植毛紙を用いた場合とは異なり、自家蛍光の発生を回避することができる。また、顕微鏡装置１によれば、自家蛍光による顕微鏡画像のコントラストの低下を回避することができる。一般的な植毛紙の反射率が1〜2%程度なので、表面反射率と反射回数によっては、植毛紙よりも大幅に減衰させることができる。

さらに、光学ユニット１０では、筐体１２の内壁面に植毛紙を貼り付ける代わりに、筐体１２の内壁面に複数の反射面１６を設ける。光学ユニット１０によれば、複数の反射面１６と筐体１２を一体成型することで、光学ユニット１０の製造工数を削減することが可能であり、製造コストも低減し得る。

図６は、減光部１７の拡大図である。図７は、減光部１９の拡大図である。図８は、減光部２１の拡大図である。図９は、減光部２３の拡大図である。図１０は、減光部２６の拡大図である。以下、図６から図１０を参照しながら、減光部１５の変形例について説明する。

図４に示す減光部１５では、向かい合わせに設けられた少なくとも２つの反射面１６である反射面１６ｂと反射面１６ｃは、照明光学系４の光軸に対して対称な形状を有しているが、少なくとも２つの反射面は対称な形状を有しなくてもよい。

例えば、図６に示す減光部１７は、複数の反射面（反射面１８ａ、反射面１８ｂ、反射面１８ｃ、反射面１８ｄ、反射面１８ｅ、反射面１８ｆ）を有している。減光部１７は、向かい合わせに設けられた少なくとも２つの反射面の１つである反射面１８ｃが照明光学系４の光軸に対して角度α（４０°以下）だけ傾斜しているが、別の１つの反射面である反射面１８ｂは照明光学系４の光軸と平行である、という点で減光部１５とは異なる。

減光部１５の代わりに減光部１７を有する光学ユニットであっても、光学ユニット１０と同様の効果を得ることができる。つまり、光学ユニットの減光部は、少なくとも２つの反射面のうちの少なくとも１つの反射面が照明光学系４の光軸に対して傾斜した平面形状を有するように、構成されてもよい。また、光学ユニットの減光部は、少なくとも２つの反射面のうちの少なくとも１つの反射面と照明光学系４の光軸とのなす角が４０°以下であるように、構成されても良い。

また、図４に示す減光部１５では、向かい合わせに設けられた少なくとも２つの反射面１６である反射面１６ｂと反射面１６ｃは平面形状を有しているが、少なくとも２つの反射面は平面形状を有しなくてもよい。

例えば、図７に示す減光部１９は、複数の反射面（反射面２０ａ、反射面２０ｂ、反射面２０ｃ、反射面２０ｄ、反射面２０ｅ、反射面２０ｆ）を有している。減光部１９は、向かい合わせに設けられた少なくとも２つの反射面２０ｂ、２０ｃがそれぞれ曲面形状を有している、という点で減光部１５とは異なる。減光部１５の代わりに減光部１９を有する光学ユニットであっても、光学ユニット１０と同様の効果を得ることができる。

また、図４に示す減光部１５では、向かい合わせに設けられた２つの反射面１６である反射面１６ｂと反射面１６ｃを含んでいるが、向かい合わせに設けられた反射面は少なくとも２つ含んでいればよく、向かい合わせに設けられた３つ以上の反射面を含んでもよい。

例えば、図８に示す減光部２１は、複数の反射面（反射面２２ａから反射面２２ｒ）を有している。減光部２１は、向かい合わせに設けられた６つの反射面２２ｄ、２２ｅ、２２ｆ、２２ｇ、２２ｈ、２２ｉを含んでいる、という点で減光部１５とは異なる。また、減光部２１は、光軸に対する角度の異なる複数の反射面を含んでいる。減光部１５の代わりに減光部２１を有する光学ユニットであっても、光学ユニット１０と同様の効果を得ることができる。

また、図４に示す減光部１５では、向かい合わせに設けられた２つの反射面１６である反射面１６ｂと反射面１６ｃが直接つながっているが、向かい合わせに設けられた反射面に加えて、向かい合わせに設けられた反射面をつなぐ反射面を含んでもよい。

例えば、図９に示す減光部２３は、複数の反射面（反射面２４ａから反射面２４ｆ、反射面２５ａ、反射面２５ｂ）を有している。減光部２３は、向かい合わせに設けられた反射面２４ｂ、反射面２４ｃに加えて、反射面２４ｂと反射面２４ｃをつなぐ反射面２５ａを含んでいる、という点で減光部１５とは異なる。反射面２５ａは、反射面２４ｂと反射面２４ｃの間に形成される空間の底を構成する。減光部１５の代わりに減光部２３を有する光学ユニットであっても、光学ユニット１０と同様の効果を得ることができる。なお、多重反射回数をより多くするためには、底面を構成する反射面２５ａ（及び反射面２５ｂ）は反射面２４ａから反射面２４ｆに比べて十分に小さな面積を有することが望ましい。

また、図９に示す減光部２３では、向かい合わせに設けられた反射面２４ｂと反射面２４ｃをつなぐ反射面２５ａが平面形状を有する例を示したが、向かい合わせに設けられた反射面をつなぐ反射面は曲面形状を有してもよい。

例えば、図１０に示す減光部２６は、複数の反射面（反射面２７ａから反射面２７ｆ、反射面２８ａ、反射面２８ｂ）を有している。減光部２６は、向かい合わせに設けられた反射面２７ｂと反射面２７ｃをつなぐ反射面２８ａが円弧形状を有している、という点で減光部２３とは異なる。反射面２８ａが円弧形状を有することで、反射面２８ａが平面形状を有する場合に比べて反射回数を増やすことができる。減光部２３の代わりに減光部２６を有することで、減光部２３を有する光学ユニットよりも迷光を減衰させる効果の高い光学ユニットを実現することができる。なお、反射面２８ａの形状は円弧形状に限らず、反射面２８ａが形成する空間に入射した励起光がその空間から外の空間へ飛び出しにくい任意の形状を有してもよい。

また、図４から図１０に示す減光部はいずれも複数の周期構造を有し、さらに、複数の周期構造の各々が減光部に設けられた複数の反射面のうちの向かい合わせに設けられた少なくとも２つの反射面を含んでいる。しかしながら、光学ユニットに設けられた減光部は複数の反射面を有していればよく、複数の周期構造を含まなくてもよい。即ち、複数の反射面は周期構造を構成しなくてもよい。複数の反射面は周期的に配置されていなくてもよく、現行部は反射面が密に配置されている部分と疎に配置されている部分を含んでも良い。また、複数の反射面の配置には規則性がなくてもよく、複数の反射面は不規則に配置されてもよい。

また、図４から図１０に示す減光部はいずれも検出光路Ｐ２の方向（つまり、対物レンズ７の光軸方向）に一様な形状を有する反射面を含んでいるが、複数の反射面は検出光路Ｐ２の方向に一様でない形状を有してもよい。なお、検出光路Ｐ２の方向に一様な形状とは、検出光路Ｐ２に直交する減光部１５の断面形状が検出光路Ｐ２の方向に一定な形状をいう。減光部で多重反射が生じるのであれば、例えば、減光部のうちの反射面で区画された部分が円錐形状を有してもよい。また、その区画された部分の先端は面取りされていても良い。

図１１は、X-X’断面における光学ユニット３０の断面図である。図１１に示す光学ユニット３０は、光学ユニット１０の変形例である。以下、図１１を参照しながら、光学ユニット１０の変形例について説明する。

光学ユニット３０は、図１１に示すように、減光部１５に加えて、減光部１５ａ及び減光部１５ｂを備える点が、光学ユニット１０とは異なる。減光部１５ａと減光部１５ｂは、筐体１２の内壁面であって減光部１５とは異なる内壁面に、減光部１５ａと減光部１５ｂが対向するように配置されている。即ち、光学ユニット３０では、３つの減光部（減光部１５、減光部１５ａ、減光部１５ｂ）は、それぞれ筐体１２の開口が形成されていない内壁面に設けられている。

光学ユニット３０では、励起光がダイクロイックミラー１１を透過する際に偏向し減光部１５が設けられた内壁面とは異なる内壁面に入射した場合であっても、減光部１５とは異なる減光部（減光部１５ａ、減光部１５ｂ）で励起光を減衰させることができる。また、いずれかの減光部で減衰した励起光が他の減光部へ入射することで、さらに励起光を減衰させることができる。従って、光学ユニット３０によれば、光学ユニット１０よりもさらに迷光を低減することができる。

［第２の実施形態］
図１２は、顕微鏡装置１ａの構成を例示した図である。図１２に示す顕微鏡装置１ａは、図１に示す顕微鏡装置１と同様に、正立型の蛍光顕微鏡装置である。顕微鏡装置１ａは、光学ユニット１０の代わりに光学ユニット１０ａを備える点、照明光学系４が対物レンズ７の光軸と同軸上に設けられている点、及び、撮像装置８がダイクロイックミラー１１ａの反射光路上に設けられている点が、顕微鏡装置１とは異なる。

光学ユニット１０ａは、ダイクロイックミラー１１の代わりにダイクロイックミラー１１ａを備えている。ダイクロイックミラー１１ａは、検出光路Ｐ２を照明光路Ｐ１から分岐する光路分岐素子であり、照明光路Ｐ１と検出光路Ｐ２のそれぞれに対して４５°傾けた状態で筐体１２内に固定されている点は、ダイクロイックミラー１１と同様である。ただし、ダイクロイックミラー１１ａは、ダイクロイックミラー１１とは異なり、励起光を透過させ、蛍光を反射させる光学特性を有している。

また、光学ユニット１０ａは、顕微鏡装置１ａ内の、試料Ｓに至る照明光路Ｐ１と撮像装置８（検出器）に至る検出光路Ｐ２とが交差する位置に、励起フィルタ１３が照明光路Ｐ１と直交し、吸収フィルタ１４が検出光路Ｐ２と直交するように、配置されている。

以上のように構成された光学ユニット１０ａによっても、光学ユニット１０と同様の効果を得ることができる。また、顕微鏡装置１ａによっても顕微鏡装置１と同様の効果を得ることができる。

本実施形態においても、第１の実施形態と同様に種々の変形が可能である。例えば、減光部１５を、第１の実施形態で示した種々の変形例に係る減光部へ変形してもよい。また、光学ユニット３０のように、光学ユニット１０ａ内に複数の減光部を設けてもよい。

［第３の実施形態］
図１３は、顕微鏡装置１ｂの構成を例示した図である。図１３に示す顕微鏡装置１ｂは、明視野観察を行うための正立型の顕微鏡装置である。顕微鏡装置１ｂは、光学ユニット１０の代わりに光学ユニット４０を備える点が、顕微鏡装置１とは異なる。

光学ユニット４０は、ダイクロイックミラー１１の代わりにハーフミラー４１を有し、さらに、励起フィルタ１３及び吸収フィルタ１４を有しない点が、光学ユニット１０とは異なる。ハーフミラー４１は、検出光路Ｐ２を照明光路Ｐ１から分岐する光路分岐素子であり、照明光路Ｐ１と検出光路Ｐ２のそれぞれに対して４５°傾けた状態で筐体１２内に固定されている。なお、減光部１５は、照明光学系４の光軸上であって、照明光が入射する開口とはハーフミラー４１を挟んで対向する光学ユニット４０の筐体の内壁面に設けられる。

以上のように構成された光学ユニット４０によっても、光学ユニット１０と同様の効果を得ることができる。即ち、試料Ｓからの反射光ではない迷光を減光部１５で減衰させることができるため、光学ユニット４０から出射する迷光を低減することができる。従って、顕微鏡装置１ｂによれば、落射明視野観察においても、顕微鏡装置１と同様に、迷光による顕微鏡画像のコントラストの低下を抑制することができる。また、迷光対策に大きなスペースを使うことなく迷光を低減することができる。

本実施形態においても、第１の実施形態と同様に種々の変形が可能である。例えば、減光部１５を、第１の実施形態で示した種々の変形例に係る減光部へ変形してもよい。また、光学ユニット３０のように、光学ユニット４０内に複数の減光部を設けてもよい。

［第４の実施形態］
図１４は、顕微鏡装置１ｃの構成を例示した図である。図１４に示す顕微鏡装置１ｃは、オートフォーカス装置５０を備える顕微鏡装置である。顕微鏡装置１ｃは、オートフォーカス装置５０を備える点が、顕微鏡装置１とは異なる。その他の構成は、顕微鏡装置１と同様である。

オートフォーカス装置５０は、アクティブ方式のオートフォーカス（ＡＦ）装置であり、図１４に示すように、光源５１ａ、コレクタレンズ５１ｂ、瞳分割絞り５２、瞳分割絞り５３、集光レンズ５４、光検出装置５５、λ／４板５６、光学ユニット６０、光学ユニット７０を備えている。

光源５１ａは、光源２ａとは異なる波長の光（以降、ＡＦ光と記す）を出射するＡＦ用光源である。光源５１ａは、コヒーレント光源であり、例えば、赤外域など可視域外の波長を有するレーザ光を出射する半導体レーザである。

コレクタレンズ５１ｂは、光源５１ａから出射したＡＦ光をコリメートし、瞳分割絞り５２に照射する。瞳分割絞り５２は、コレクタレンズ５１ｂの光軸に沿って分割したＡＦ光の光束の半分を遮光する。瞳分割絞り５２で遮光されなかった残りの半分であるＡＦ光の光束は、光学ユニット６０へ入射する。なお、光源５１ａ、コレクタレンズ５１ｂ、瞳分割絞り５２は、照明光であるＡＦ光を光学ユニット６０へ導く照明光学系である。

光学ユニット６０は、試料Ｓに至るＡＦ光の照明光路Ｐ３と光検出装置５５に至るＡＦ光の検出光路Ｐ４とが交差する位置に配置された光学ユニットである。光学ユニット６０は、偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）６１と減光部６５を備えている。ＰＢＳ６１は、照明光路Ｐ３と検出光路Ｐ４とを分岐する光路分岐素子である。

光学ユニット６０へ入射したＡＦ光は、所定の偏光方向を有する直線偏光であり、ＰＢＳ６１で反射する。また、ＰＢＳ６１で反射しなかったＡＦ光は減光部６５へ入射する。減光部６５は、照明光学系（光源５１ａ、コレクタレンズ５１ｂ、瞳分割絞り５２）の光軸上であって、光学ユニット６０の筐体の内壁面に設けられている。

減光部６５は、例えば、減光部１５と同様の構成を有している。即ち、平面形状を有する少なくとも２つの反射面を有し、それらの反射面と照明光学系の光軸のなす角度は４０°以下である。このため、減光部６５へ入射したＡＦ光は、減光部６５で多重反射し、十分に減衰する。また、減光部６５は、少なくとも２つの反射面の法線を含む平面が検出光路Ｐ４と交差するように、その少なくとも２つの反射面を含んでいる。

ＰＢＳ６１で反射したＡＦ光は、その後、λ／４板５６で円偏光に変換されて、光学ユニット７０へ入射する。

光学ユニット７０は、試料Ｓに至るＡＦ光の照明光路Ｐ３と撮像装置８に至る検出光の検出光路Ｐ２とが交差する位置に配置された光学ユニットである。光学ユニット７０は、ダイクロイックミラー７１と、減光部７５を備えている。ダイクロイックミラー７１は、照明光路Ｐ３と検出光路Ｐ２とを分岐する光路分岐素子である。ダイクロイックミラー７１は、ＡＦ光を反射させ、蛍光を透過させる光学特性を有している。

光学ユニット７０へ入射したＡＦ光は、ダイクロイックミラー７１で反射し、対物レンズ７により試料Ｓに照射される。また、ダイクロイックミラー７１で反射しなかったＡＦ光は、減光部７５へ入射する。減光部７５は、光学ユニット７０の筐体の内壁面に設けられていて、例えば、減光部１５と同様の構成を有している。このため、減光部７５へ入射したＡＦ光は多重反射により十分に減衰する。

試料Ｓで反射したＡＦ光は、対物レンズ７を介して再び光学ユニット７０へ入射しダイクロイックミラー７１で反射して、λ／４板５６へ入射する。λ／４板５６へ入射したＡＦ光は円偏光から直線偏光に変換される。このとき、λ／４板５６で直線偏光に変換されたＡＦ光は、光源５１ａからＰＢＳ６１へ向かうＡＦ光とは９０度異なる偏光方向を有している。このため、λ／４板５６で直線偏光に変換されたＡＦ光は、ＰＢＳ６１を透過する。その後、ＡＦ光は、瞳分割絞り５３を介して集光レンズ５４へ入射し、集光レンズ５４の屈折力により集光する。なお、瞳分割絞り５３は、集光レンズ５４の光軸で分割した領域の一方に入射したＡＦ光を遮光する。ただし、瞳分割絞り５３は、瞳分割絞り５２に対応するように配置されている。このため、試料Ｓで正反射したＡＦ光のほとんどは瞳分割絞り５３では遮光されない。瞳分割絞り５３では試料Ｓで乱反射したＡＦ光やその他の迷光が遮光される。

光検出装置５５は、集光レンズ５４の光軸に対して対称に配置されたフォトダイオード５５ａとフォトダイオード５５ｂを備えている。また、光検出装置５５は、集光レンズ５４の焦点面に配置されている。

対物レンズ７の焦点面に試料Ｓが位置し、その焦点面にある試料ＳでＡＦ光が反射した場合、つまり、フォーカス状態では、ＡＦ光はフォトダイオード５５ａとフォトダイオード５５ｂの中間に集光する。このため、フォトダイオード５５ａから出力される信号強度Ａとフォトダイオード５５ｂから出力される信号強度Ｂは、およそ同じになる。

これに対して、対物レンズ７の焦点面から対物レンズ７の光軸方向にずれた位置に試料Ｓが位置し、そのずれた位置にある試料ＳでＡＦ光が反射した場合、つまり、デフォーカス状態では、信号強度Ａと信号強度Ｂの一方が他方に対して大きくなる。また、信号強度Ａと信号強度Ｂのどちらが強いかによって焦点面に対して試料Ｓが光軸方向の正方向と負方向のどちらにずれているか判断することができる。

オートフォーカス装置５０は、信号強度Ａと信号強度Ｂに基づく合焦評価値を用いて、図示しない準焦機構を制御してフォーカスをあわせる。合焦評価値は、（Ａ−Ｂ）／（Ａ＋Ｂ）などであり、値が０に近いほどフォーカス状態に近い状態であることを示している。

光学ユニット６０及び光学ユニット７０によれば、これらの光学ユニットから出射する迷光を低減することができる。このため、オートフォーカス装置５０によれば、迷光として光検出装置５５に入射するＡＦ光の光量が少なくなるため、高い精度でフォーカスを合わせることができる。また、顕微鏡装置１ｃは、顕微鏡装置１と同様に光学ユニット１０を備えている。このため、顕微鏡装置１ｃによっても、顕微鏡装置１と同様の効果を得ることができる。

本実施形態においても、第１の実施形態と同様に種々の変形が可能である。例えば、減光部６５及び減光部７５を、第１の実施形態で示した種々の変形例に係る減光部へ変形してもよい。また、光学ユニット３０のように、光学ユニット６０及び光学ユニット７０内に複数の減光部を設けてもよい。

上述した実施形態は、発明の理解を容易にするための具体例を示したものであり、本発明の実施形態はこれらに限定されるものではない。上述した実施形態の一部を他の実施形態に適用しても良い。光学ユニット、顕微鏡装置、及び、オートフォーカス装置は、特許請求の範囲の記載を逸脱しない範囲において、さまざまな変形、変更が可能である。

落射照明用の光源２ａとして、水銀ランプ等の白色光源を例示したが、白色光源の代わりにレーザが用いられてもよい。その場合、光学ユニット１０は、励起フィルタ１３を含まなくてもよい。また、光学ユニット１０を備える顕微鏡装置として、正立顕微鏡を例示したが、顕微鏡装置は正立顕微鏡に限らない。倒立顕微鏡であっても良い。また、反射面が平面形状を有する例と曲面形状を有する例を例示したが、反射面の形状は特に限定しない。反射面の形状は反射面間で多重反射が生じるように設計されていればよい。

１、１ａ、１ｂ、１ｃ 顕微鏡装置
２ 光源ユニット
２ａ、５１ａ 光源
２ｂ、５１ｂ コレクタレンズ
３ 光量調整部
４ 照明光学系
５ ステージ
６ レボルバ
７ 対物レンズ
８ 撮像装置
９ 接眼レンズ
１０、１０ａ、３０、４０、６０、７０ 光学ユニット
１１、１１ａ、７１ ダイクロイックミラー
１２ 筐体
１２ａ、１２ｂ、１２ｃ 開口
１３ 励起フィルタ
１４ 吸収フィルタ
１５、１７、１９、２１、２３、２６、６５、７５ 減光部
４１ ハーフミラー
５０ オートフォーカス装置
５２、５３ 瞳分割絞り
５４ 集光レンズ
５５ 光検出装置
５５ａ、５５ｂ フォトダイオード
５６ λ／４板
６１ ＰＢＳ
Ｓ 試料
Ｐ１、Ｐ３ 照明光路
Ｐ２、Ｐ４ 検出光路
Ｅ、Ｅ１、Ｅ２ 励起光
１６ａ−１６ｆ、１８ａ−１８ｆ、２０ａ−２０ｆ、２２ａ−２２ｒ、２４ａ−２４ｆ、２５ａ、２５ｂ、２７ａ−２７ｆ、２８ａ、２８ｂ 反射面

Claims (14)

1. 光路分岐素子と、
   前記光路分岐素子を収容する筐体と、
   前記筐体の内壁面に設けられた、複数の反射面を有する減光部と、を備え、
   前記減光部は、前記減光部に入射した光を前記複数の反射面での多重反射により減衰させる、ように構成された
   ことを特徴とする光学ユニット。
2. 請求項１に記載の光学ユニットにおいて、
   前記複数の反射面は、向かい合わせに設けられた少なくとも２つの反射面を含む
   ことを特徴とする光学ユニット。
3. 請求項２に記載の光学ユニットにおいて、
   前記減光部は、複数の周期構造を有し、
   前記複数の周期構造の各々は、前記複数の反射面のうちの向かい合わせに設けられた少なくとも２つの反射面を含む
   ことを特徴とする光学ユニット。
4. 請求項２又は請求項３に記載の光学ユニットにおいて、
   前記少なくとも２つの反射面は、平面形状を有する
   ことを特徴とする光学ユニット。
5. 試料に至る照明光路と検出器に至る検出光路とが交差する位置に配置された、請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の光学ユニットを備える
   ことを特徴とする顕微鏡装置。
6. 試料に至る照明光路と検出器に至る検出光路とが交差する位置に配置された、請求項２乃至請求項４のいずれか１項に記載の光学ユニットと、
   前記光学ユニットに照明光を導く照明光学系と、を備え、
   前記減光部は、前記照明光学系の光軸上に設けられ、
   前記少なくとも２つの反射面のうちの少なくとも１つの反射面は、前記光軸に対して傾斜した平面形状を有する
   ことを特徴とする顕微鏡装置。
7. 請求項６に記載の顕微鏡装置において、
   前記少なくとも１つの反射面と前記光軸のなす角は、４０°以下である
   ことを特徴とする顕微鏡装置。
8. 請求項６又は請求項７に記載の顕微鏡装置において、
   前記光軸に沿った方向から前記減光部へ入射した光の多重反射回数をＮとし、前記減光部の表面反射率をＲとするとき、以下の条件式
   Ｒ^Ｎ＜０．１％
   を満たすことを特徴とする顕微鏡装置。
9. 請求項６乃至請求項８のいずれか１項に記載の顕微鏡装置において、
   前記減光部は、前記少なくとも２つの反射面の法線を含む平面が前記検出光路と交差するように、前記少なくとも２つの反射面を含む
   ことを特徴とする顕微鏡装置。
10. 試料に至る照明光路と検出器に至る検出光路とが交差する位置に配置された、請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の光学ユニットを備える
    ことを特徴とするアクティブ方式のオートフォーカス装置。
11. 試料に至る照明光路と検出器に至る検出光路とが交差する位置に配置された、請求項２乃至請求項４のいずれか１項に記載の光学ユニットと、
    前記光学ユニットに照明光を導く照明光学系と、を備え、
    前記減光部は、前記照明光学系の光軸上に設けられ、
    前記少なくとも２つの反射面のうちの少なくとも１つの反射面は、前記光軸に対して傾斜した平面形状を有する
    ことを特徴とするオートフォーカス装置。
12. 請求項１１に記載のオートフォーカス装置において、
    前記少なくとも１つの反射面と前記光軸のなす角は、４０°以下である
    ことを特徴とするオートフォーカス装置。
13. 請求項１１又は請求項１２に記載の顕微鏡装置において、
    前記光軸に沿った方向から前記減光部へ入射した光の多重反射回数をＮとし、前記減光部の表面反射率をＲとするとき、以下の条件式
    Ｒ^Ｎ＜０．１％
    を満たすことを特徴とする顕微鏡装置。
14. 請求項１１乃至請求項１３のいずれか１項に記載のオートフォーカス装置において、
    前記減光部は、前記少なくとも２つの反射面の法線を含む平面が前記検出光路と交差するように、前記少なくとも２つの反射面を含む
    ことを特徴とするオートフォーカス装置。

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