JP3115100U

JP3115100U - 顕微鏡

Info

Publication number: JP3115100U
Application number: JP2005005924U
Authority: JP
Inventors: 秀明山口
Original assignee: Lasertec Corp
Current assignee: Lasertec Corp
Priority date: 2005-07-26
Filing date: 2005-07-26
Publication date: 2005-11-04
Anticipated expiration: 2015-07-26

Abstract

【課題】
簡易な構成で選択された波長を確認することができる顕微鏡を提供すること。
【解決手段】
本考案の一態様にかかる顕微鏡は、光源２１からの光の波長を選択する波長選択手段と３０、波長選択機構３０によって選択された波長の光を分岐するビームスプリッタ２２と、ビームスプリッタ２２によって分岐された一方の光を試料２６に集光する対物レンズ１２と、試料２６で反射した反射光を検出する検出器２５と、少なくともビームスプリッタ２２を収容するケース１１と、ケース１１に設けられ、ビームスプリッタ２２で分岐された他方の光を受光してケース１１の外側に透過する窓部１７とを備えるものである。
【選択図】図１

Description

本考案は顕微鏡に関し、特に詳しくは、光源からの光を分岐するビームスプリッタを有する顕微鏡に関する。

落射照明光学系を用いた顕微鏡では、通常、光源からの光を対物レンズにより試料上に集光し、試料で反射した反射光を検出して、観察を行っている。落射照明型の顕微鏡では、光源からの照明光と試料で反射した反射光とを分岐するため、通常、ハーフミラーが用いられる。具体的には、ハーフミラーを光源の光軸から４５°傾けて試料上に配置している。そして、光源からハーフミラーに入射した光のうち、ハーフミラーを透過した光を、対物レンズを介して試料に照射させる。試料で反射した反射光が、対物レンズを介して４５°傾いたハーフミラーに入射する。これにより、試料で反射した反射光が光源の光軸から９０°傾いた方向に反射される。そして、ハーフミラーで反射した試料からの反射光を検出器で検出したり、接眼レンズを介して観察したりしている。これにより、照明光と反射光を分岐することができる。もちろん、ハーフミラーではなく、ビームスプリッタを用いた顕微鏡もある。

このような落射照明型の顕微鏡では、ハーフミラーを用いているため、光源から出射された照明光が検出器に到達するまでに、光量が減衰してしまうという問題点がある。例えば、上記の構成では、光源から検出器まで伝播する間に、光がハーフミラーを２回通過している。そのため、光量が１／４になってしまう。このように、ハーフミラーを用いた落射照明型の顕微鏡では、光源からハーフミラーによって分割された一方の光を試料に照射させているため、光源からの光を浪費してしまう。

また、ハーフミラーによって分割された他方の光を検出する顕微鏡が開示されている（特許文献１）。この顕微鏡では、光源からの照明光を鏡筒内に設けられたハーフミラーで反射させて試料を照明している。さらに、ハーフミラーを透過した光源からの光を光量検知モニタで検知している。光量検知モニタの出力に基づいて補正することによって、光源から光量の変動を低減することができる。この構成では、光源からハーフミラーによって分割された光を使用しているため、光源からの光を効率よく使用することができる。また、複数のレーザ光源からの光を分離ミラーで分離して参照光としている顕微鏡も開示されている（例えば、特許文献２参照）。
特開昭６３−４９７２０号公報特開平１１−１７４３３２号公報

ところで、光源からの照明光の波長を選択して使用する顕微鏡が用いられることがある。例えば、特開２００３−１４００５０号公報に示されている顕微鏡では、複数色のカラーフィルタが設けられたフィルタ板を回転させることにより、照明光の波長を選択している。

また、顕微鏡では、外光が検出器に入射すると、コントラストが低下してしまう。そのため、検出器が遮光性のケースに収容され、外光を遮断している。例えば、特許文献１のように、検出器及びハーフミラーを含む光学系を筒体に収容している。このような、顕微鏡において、特開２００３−１４００５０号公報に示されているような照明光の波長を選択する波長選択手段を用いた場合、選択された波長で照明されているか否かを確認したいという要望がある。従来の顕微鏡では、特許文献２のように試料で反射した反射光を検出する検出器とは別に選択波長を確認するための検出素子を設けたり、検出器をカラーＣＣＤ等のカラー撮像素子にする必要がある。これにより、波長選択手段を備える顕微鏡では、選択されている波長を確認するための構成が複雑になってしまい、顕微鏡のコストアップを招いてしまっていた。

上記のように、従来の波長選択手段を備える顕微鏡では、選択されている波長を確認するための構成が複雑になってしまうという問題点があった。
本考案は、上記の問題点に鑑みてなされたものであって、簡易な構成で選択された波長を確認することができる顕微鏡を提供することを目的とする。

本考案の第１の態様にかかる顕微鏡は、光源と、前記光源からの光の波長を選択する波長選択手段と、前記波長選択手段によって選択された波長の光を分岐するビームスプリッタと、前記ビームスプリッタによって分岐された一方の光を試料に集光する対物レンズと、前記対物レンズから前記試料に入射し、当該試料で反射した反射光を前記ビームスプリッタを介して検出する検出器と、少なくとも前記ビームスプリッタを収容するケースと、前記ケースに設けられ、前記ビームスプリッタで分岐された他方の光を受光して前記ケースの外側に透過する窓部とを備えるものである。これにより、簡易な構成で選択された波長を確認することができる顕微鏡を提供することができる。

本考案の第２の態様にかかる顕微鏡は、上述の顕微鏡において、前記窓部が拡散処理されていることを特徴とするものである。これにより、容易に選択されている波長を確認することができる。

本考案の第３の態様にかかる顕微鏡は、上述の顕微鏡において、前記窓部の一部に前記ビームスプリッタで分岐された他方の光を検出する光検出器が設けられていることを特徴とするものである。これにより、照明光の光量の変動を検出することができる。

本考案の第４の態様にかかる顕微鏡は、上述の顕微鏡において、前記窓部が前記ビームスプリッタで分岐された他方の光を屈折するレンズを有することを特徴とするものである。これにより、容易に選択されている波長を確認することができる。

本考案の第５の態様にかかる顕微鏡は、上述の顕微鏡において、前記窓部が前記ケースの側面に設けられていることを特徴とするものである。これにより、容易に選択されている波長を確認することができる。

本考案の第６の態様にかかる顕微鏡は、上述の顕微鏡において、前記ケースが前記光源と前記検出器とを収容し、前記ケースを上下に移動させる移動機構が設けられているものである。これにより、光学系の調整を容易に行うことができる。

本考案の第７の態様にかかる顕微鏡は、上述の顕微鏡において、前記波長選択手段が、複数の色のカラーフィルタが設けられたフィルタ板を有し、前記フィルタ板を回転させることにより、照明光の波長を選択するものである。これにより、正常に回転し、所望の波長が選択されているか否かを容易に確認することができる。

本考案の第８の態様にかかる顕微鏡は、上述の顕微鏡において、前記光源から前記ビームスプリッタに入射した光が、当該ビームスプリッタを透過することにより前記試料に入射し、前記光源から前記ビームスプリッタに入射した光が、当該ビームスプリッタで反射されることにより、前記窓部に入射するものである。これにより、光源からの光を効率よく利用することができ、光源の出力の増大を防ぐことができる。

本考案によれば、簡易な構成で選択された波長を確認することができる顕微鏡を提供することができる。

以下に、本考案を適用可能な実施の形態が説明される。以下の説明は、本考案の実施形態を説明するものであり、本考案が以下の実施形態に限定されるものではない。説明の明確化のため、以下の記載及び図面は、適宜、省略及び簡略化がなされている。又、当業者であれば、以下の実施形態の各要素を、本考案の範囲において容易に変更、追加、変換することが可能である。尚、各図面において、同一要素には同一の符号が付されており、説明の明確化のため、必要に応じて重複説明は省略する。

本考案にかかる顕微鏡について図１を用いて説明する。図１は、顕微鏡の全体構成を示す斜視図である。顕微鏡１００は、ケース１１、対物レンズ１２、レボルバ１３、ステージ１４、ステージ駆動つまみ１５、Ｚ軸レール１６、窓部１７及びベース１８を備えている。

ケース１１は、光源と、ビームスプリッタと、検出器と、光源からの光の波長を選択する波長選択機構とを収容するための収容ケースである。ケース１１は、例えば、遮光性の樹脂などによって形成される。これにより、検出器２５に入射する外光がケース１１によって遮光される。ケース１１の側面の上側には、光源を冷却するための貫通孔が複数設けられている。すなわち、ケース１１内の光源は、この貫通孔の近傍に配置されている。これにより、光源の温度上昇を低減することができる。ケース１１内に収容されている光源からの光の波長を波長選択機構によって選択する。

ケース１１の前方側の下には、対物レンズ１２のレボルバ１３が設けられている。図１に示すように、レボルバ１３には、４つの対物レンズ１２が取り付けられている。すなわち、レボルバ１３を介して４つの対物レンズ１２がケース１１に取り付けられている。レボルバ１３を回転させることによって、４つの対物レンズ１２のうちの一つが光路中に配置される。これにより、所望の倍率で試料を観察することができる。また、対物レンズ１２を、選択されている波長によって切り替えるようにしてもよい。

対物レンズ１２の直下には、ステージ１４が設けられている。ステージ１４はベース１８の上に取り付けられている。ステージ１４はＸＹステージである。ステージ駆動つまみ１５を回転させることによって、ステージ１４をＸＹ方向（水平方向）に移動させることができる。このステージ１４の上に、観察対象である試料が載置される。これにより、試料の所望の箇所を観察することができる。さらに、ステージ１４をＺステージとして、対物レンズ１２のフォーカス調整を行なうことも可能である。また、ステージ１４を鉛直方向に駆動させることによって、対物レンズ１２の切り替えに応じた焦点合わせを行なうことができる。

ケース１１の後方側の側面には、Ｚ軸レール１６が設けられている。そして、ケース１１のＺ軸レール１６側には、Ｚ軸レール１６と嵌合可能な溝等が設けられている。このＺ軸レール１６に沿って、ケース１１が鉛直方向に移動する。これにより、試料の大きさに応じて、フォーカスの粗調整を行なうことができる。Ｚ軸レール１６はベース１８の上に設けられている。このようにケース１１を鉛直方向に移動可能に設けることによって、光学系の調整を容易に行うことができる。

ケース１１の前方側の側面には、選択されている波長を確認するための窓部１７が設けられている。窓部１７は、例えば、曇りガラス板からなる。あるいは、透明なガラスや、樹脂によって窓部１７を構成してもよい。窓部１７は、ケース１１の光源からの光の一部をケース１１の外側まで透過させる。すなわち、ケース１１の一部に開口部を設け、その開口部に透明な板を固定して窓部１７を形成する。ケース１１に窓部１７を設けることにより、ケース１１内で選択されている波長を容易に確認することができる。例えば、ケース１１内で緑色に対応する波長が選択されている場合、窓部１７に緑色の光が入射する。従って、窓部１７が緑色に光る。よって、窓部１７が緑色に光っていることが視認されたら、選択されている波長が緑色に対応する波長であることが確認される。同様にケース１１内で赤色に対応する波長が選択されている場合、窓部１７が赤色に光る。このように、選択されている波長に応じて、窓部１７から異なる色の光が漏れる。従って、光っている窓部１７の色を視認することによって選択されている波長を容易に確認することができる。換言すると、窓部１７から出射する光を視認することによって、選択されている波長を確認することができる。さらに、照明されていない時、あるいは、照明光が弱い時は、窓部１７が光らない。よって、正常に照明されていないことを確認することができる。

次に、ケース１１内に収容されている光学系について図２を用いて説明する。図２はケース１１内に収納されている光学系の構成を示す図である。ケース１１に収納されている光学系２０は、光源２１と、波長選択機構３０と、ビームスプリッタ２２と、レンズ２３と、レンズ２４と、検出器２５とを備えている。すなわち、光源２１、波長選択機構３０、ビームスプリッタ２２、レンズ２３、レンズ２４及び検出器２５からなる光学系２０がケース１１内に収納されている。

光源２１は例えば、白色光を出射するランプ光源であり、鉛直下方に光を出射する。光源２１の鉛直下方には、ステージ１４上に載置された試料２６が配置されている。光源２１から出射される光の一部が照明光となり、ステージ１４上に載置されている試料２６を照明する。光源２１からの光を波長選択機構３０を介して、レンズ２３に入射する。すなわち、光源２１とレンズ２３との間には、光源２１からの波長を選択する波長選択機構３０が設けられている。波長選択機構３０には、波長フィルタ３１と、光が入射する波長フィルタ３１と波長フィルタ３１を回転させる回転機構３２とを備えている。波長フィルタ３１は、複数の色のカラーフィルタを備える円形のフィルタ板である。回転機構３２は波長フィルタ３１を回転させるための回転モータ等を備えている。回転機構３２を駆動させることにより、波長フィルタ３１が回転する。回転機構３２の駆動は処理装置２９によって制御される。波長フィルタ３１の回転軸と、光源２１の光軸とは、ずれて配置されている。従って、回転モータの回転角によって、光源からの照明光は、波長フィルタ３１の異なる位置に入射する。

次に、波長選択機構３０の構成について図３を用いて説明する。図３は波長選択機構３０に設けられた波長フィルタ３１の構成を示す正面図である。円板状の波長フィルタ３１は図３に示すように６分割されている。すなわち、波長フィルタ３１は３１ａ〜３１ｆの６つの領域に分割されている。ここで、６分割された領域のうち、３１ａを白色領域とし、３１ｂ〜３１ｆを着色領域とする。白色領域３１ａは光源１１からの白色光を透過する。着色領域３１ｂ〜着色領域３１ｆはそれぞれ異なる色の光を透過する。すなわち、着色領域３１ｂ〜着色領域３１ｆは、透過する光の波長帯域がそれぞれ異なる。換言すると、着色領域３１ｂ〜着色領域３１ｆは、光源１１からの照明光のうち、所定の波長帯域の光以外の光を吸収して、遮光する。そして、着色領域３１ｂ〜３１ｆで、透過する光の波長帯域が異なる。例えば、着色領域３１ｂは赤色に対応する波長の光を透過し、着色領域３１ｃは橙色に対応する波長の光を透過し、着色領域３１ｄは緑色に対応する波長の光を透過し、着色領域３１ｅは青色に対応する波長の光を透過し、着色領域３１ｆは紫色に対応する波長の光を透過する。すなわち、着色領域３１ｂ〜着色領域３１ｆには所定の波長帯域の光を透過するバンドパスフィルタが形成されている。なお、透過する光の波長帯域は一部が重なっていてもよい。波長フィルタ３１は透明なガラス基板等に誘電体多層膜を蒸着した干渉フィルタや色素を塗布したカラーフィルタ、また、色ガラスなどによって構成することができる。

図２に示すように、波長フィルタ３１の中心には、回転機構３２が取り付けられている。回転機構３２は波長フィルタ３１を回転させるためのモータなどを備えている。回転機構３２の駆動を制御することによって、波長フィルタ３１を所定の回転位置で停止させることができる。波長フィルタ３１の回転中心は光軸とずれて配置されている。従って、回転機構３２によって波長フィルタ３１を回転させて回転角度を変化させると、光源１１からの照明光が入射する領域が変化する。具体的には、着色領域３１ｂに照明光が入射している状態から、波長フィルタ３１を６０°回転させると、着色領域３１ｃに照明光が入射する。回転機構３２を制御することにより、光源１１からの照明光を、白色領域３１ａ及び着色領域３１ｂ〜３１ｆのうちのいずれかの領域に入射させることができる。これにより、照明光の波長を変化させることができ、照明光を所望の波長に切り替えることができる。このようにして、試料２６を照明する照明光の波長を選択することができる。

波長フィルタ３１を透過した光は、レンズ２３で屈折され、ビームスプリッタ２２に入射する。ビームスプリッタ２２に入射する照明光は、波長選択機構３０によって、所望の波長に選択されている。ビームスプリッタ２２は、光軸に対して４５°傾いて配置されている。ビームスプリッタ２２は例えば、入射した光の略半分を透過し、略半分を反射する。すなわち、ビームスプリッタ２２は光源２１からの光を２方向に分岐する。ビームスプリッタ２２によって分岐された一方の光は、ビームスプリッタ２２を透過して対物レンズ１２に入射する。ビームスプリッタ２２によって分岐された他方の光は、ビームスプリッタ２２によって反射され、窓部１７に入射する。

ビームスプリッタ２２を透過した照明光は、対物レンズ１２によって屈折され、試料２６に入射する。対物レンズ１２は、図１で示したように、レボルバ１３に取り付けられている。レボルバ１３を回転させることにより、一つの対物レンズ１２の光軸を光源２１の光軸と一致させることができる。また、ケース１１はＺ軸レール１６に沿って移動して、光軸が一致している対物レンズ１２の焦点距離に応じた高さになっている。従って、対物レンズ１２で屈折された光は、試料２６に集光されている。対物レンズ１２から試料２６に入射した光は、試料２６の状態、材質等に応じて反射する。

試料２６で反射した反射光は、対物レンズ１２によって屈折され、ビームスプリッタ２２に入射する。ビームスプリッタ２２は、試料２６から入射した反射光の一部を９０°傾けて反射する。よって、ビームスプリッタ２２に入射した反射光の一部は反射されて照明光の光路から分離される。すなわち、ビームスプリッタ２２は、試料２６から検出器２５に向かう反射光の光路と、光源２１から試料２６に向かう照明光の光路とを分離する。ビームスプリッタ２２で反射された反射光は、レンズ２４を介して検出器２５に入射する。レンズ２４は、ビームスプリッタ２２からの反射光を検出器２５の受光面に結像する。検出器２５は、例えば、２次元ＣＣＤカメラなどの撮像手段であり、試料２６を撮像する。また、検出器２５は例えば、複数の画素がアレイ状に配列されたモノクロのＣＣＤカメラである。検出器２５は、各画素の受光量に応じた検出信号を出力する。検出器２５は、処理装置２９に接続されている。検出器２５からの検出信号は、処理装置２９に入力される。処理装置２９は、パーソナルコンピュータ等の情報処理装置である。この検出器２５から出力を処理装置２９の液晶ディスプレイなどのモニタに表示させることによって、試料２６の観察を行なうことができる。

光源２１から波長フィルタ３１を介してビームスプリッタ２２に入射した照明光の一部は、ビームスプリッタ２２で反射される。ビームスプリッタ２２で反射された光は、窓部１７に入射する。窓部１７は、ビームスプリッタ２２から入射した光をケース１１の外側に出射する。すなわち、ビームスプリッタ２２で反射された光源２１からの光は、窓部１７を透過して、ケース１１の外側まで伝播する。

これにより、波長選択機構３０によって選択された照明光の波長を確認することができる。例えば、光源２１からの照明光を波長フィルタ３１の着色領域３１ｂを通過させて、赤色に対応する波長を選択する。このとき、窓部１７にはビームスプリッタ２２によって反射された赤色に対応する波長の光が入射する。従って、窓部１７が赤く光って視認される。よって、操作者は、赤色に対応する波長の光が選択されていると確認することができる。すなわち、窓部１７の色によって、現在、照明している光の色を容易に認識することができる。さらには、回転機構３２が正常に動作しており、光源２１からの光が波長フィルタ３１の着色領域３１ｂに入射していることを確認することができる。もちろん、赤色以外の色に対応する波長を選択した場合、選択した着色領域を透過する光の波長に対応する色に窓部１７が光るため、同様に確認することができる。さらに、選択波長に応じた色で光る窓部１７を設けることによって、意匠性を向上することができる。従って、デザイン性に優れた顕微鏡を提供することができる。

このように、本考案では、ビームスプリッタ２２で分岐された光のうち、一方を試料２６に入射させ、他方を窓部１７に入射させている。すなわち、ビームスプリッタ２２で分岐された光のうち、一方が照明光として利用され、他方が選択波長を確認するために利用される。従って、ビームスプリッタ２２で反射され、使用されない光源２１からの光を利用するができる。よって、光源２１の出力を増大させることなく、選択されている波長を確認することができる。さらに、検出器２５としてカラー撮像素子を用いたり、選択されている波長を検出するための光検出器を用いたりすることなく、選択波長を確認することができる。よって、簡易な構成で選択波長を確認することができ、製造コストを低減することができる。また、ケース１１に検出器２５やビームスプリッタ２２を含む光学系２０を収容することによって、検出器２５に迷光が入射するのを防ぐことができる。また、迷光が検出器２５に入射するのを防ぐため、ケース１１の内面を光を吸収する黒色とすることが好ましい。

さらに、本実施の形態では、窓部１７に拡散部１７ａを設けている。具体的には、窓部１７を構成するガラス板の入射面にブラスト処理を行い、ブラスト面を形成している。これにより、ビームスプリッタ２２によって反射された光が拡散される。従って、窓部１７全体から光が出射されるため、選択されている波長を容易に確認することができる。よって、利便性を向上することができる。なお、ブラスト処理に限らず、他の処理で拡散部１７ａを設けてもよい。例えば、凹凸を設けたり、メンディングテープを貼り付けてもよい

また、窓部１７にはレンズ部１７ｂを設けている。具体的には、窓部１７を構成するガラス板の出射面側を凸状の球面に湾曲させて、レンズ機能を持たせている。従って、窓部１７からの光が集束され、所定の方向に出射する光の輝度を向上することができる。よって、視認性を向上することができる。このようなレンズ部１７ｂを有する窓部１７は、例えば、アクリルなどの樹脂によって一体的に形成することができる。

さらに、図４に示すように、窓部１７の一部に光検出器２８を設けるようにしてもよい。光検出器２８は、例えば、フォトダイオードなどであり、受光量に応じた信号を出力する。光検出器２８は、窓部１７の入射面側に取り付けられている。照明光の光量の変動を検出することができる。光検出器２８からの出力に応じて、光源２１の出力をフィードバック制御する。これにより、照明光の輝度を安定させることができる。また、光検出器２８の外側に入射した光は、ケース１１の外側に出射する。よって、選択波長に応じて窓部１７の色が変化する。これにより、容易に選択波長を確認することができる。

なお、ケース１１に収容される光学系は典型的な一例であり、図示した光学系に限られるものではない。例えば、コンフォーカル光学系などを用いてもよい。また、光源２１をケース１１の外側に配置して、光源２１からの照明光をバンドルファイバーでケース内に導くようにしてもよい。

本考案にかかる顕微鏡の構成を示す斜視図である。本考案にかかる顕微鏡の光学系の構成を示す図である。本考案にかかる顕微鏡の波長選択機構の構成を示す正面図である。本考案にかかる顕微鏡の窓部の別の構成を示す側面図である。

符号の説明

１１ケース、１２対物レンズ、１３レボルバ、１４ステージ、
１５ステージ駆動つまみ、１６Ｚ軸レール、１７窓部、１８ベース、
２０光学系、２１光源、２２ビームスプリッタ、２３レンズ、２４レンズ、
２５検出器、２６試料、２８光検出器、２９処理装置、
３０波長選択機構、３１波長フィルタ、３２回転機構、１００顕微鏡

Claims

光源と、
前記光源からの光の波長を選択する波長選択手段と、
前記波長選択手段によって選択された波長の光を分岐するビームスプリッタと、
前記ビームスプリッタによって分岐された一方の光を試料に集光する対物レンズと、
前記対物レンズから前記試料に入射し、当該試料で反射した反射光を前記ビームスプリッタを介して検出する検出器と、
少なくとも前記ビームスプリッタを収容するケースと、
前記ケースに設けられ、前記ビームスプリッタで分岐された他方の光を受光して前記ケースの外側に透過する窓部とを備える顕微鏡。
前記窓部が拡散処理されていることを特徴とする請求項１に記載の顕微鏡。
前記窓部の一部に前記ビームスプリッタで分岐された他方の光を光検出器が設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の顕微鏡。
前記窓部が前記ビームスプリッタで分岐された他方の光を屈折するレンズを有することを特徴とする請求項１、２又は３に記載の顕微鏡。
前記窓部が前記ケースの側面に設けられていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の顕微鏡。
前記ケースが前記光源と前記検出器とを収容し、
前記ケースを上下に移動させる移動機構が設けられている請求項１乃至５のいずれかに記載の顕微鏡。
前記波長選択手段が、複数の色のカラーフィルタが設けられたフィルタ板を有し、前記フィルタ板を回転させることにより、照明光の波長を選択する請求項１乃至６のいずれかに記載の顕微鏡。
前記光源から前記ビームスプリッタに入射した光が、当該ビームスプリッタを透過することにより前記試料に入射し、
前記光源から前記ビームスプリッタに入射した光が、当該ビームスプリッタで反射されることにより、前記窓部に入射する請求項１乃至７のいずれかに記載の顕微鏡。