JP3194909B2 - 透過光学顕微鏡 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、明視野照明法によ
って試料を照明し、試料を透過した透過光を観察する透
過光学顕微鏡に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、光学顕微鏡の照明装置としては、
光源として主に２０Ｗ〜１００Ｗ程度のハロゲンランプ
を用い、ケーラー照明法によって均一な照明を行ってい
るものが大部分であった。こうした装置は、光源として
のハロゲンランプ、点灯用電源、の他、コレクタレン
ズ、拡散板、視野絞り、明るさ絞り、コンデンサレンズ
からなる光学系により構成されており、ハロゲンランプ
のフィラメントからの光を光学系の作用によって平行光
に変換させて試料面を照射するものである。こうしたケ
ーラー照明法によれば、照明にムラができず、また熱焦
点が試料より外れるため、試料を長時間照明しても試料
を傷つける心配がない。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、こうしたケー
ラー照明法による照明装置は非常に複雑であり、種々の
光学要素や機械要素を用いているため高価である。ま
た、種々の光学要素相互を光軸調整しなければならない
ので、製造に手間がかかり、製造コストも高い。

【０００４】また、ハロゲンランプ等の電力源として、
２０Ｗ〜１００Ｗ程度の消費電力のものを必要とするた
め、商用電源が近くにある場所でしか顕微鏡を使用する
ことができず、仮に屋外で顕微鏡観察を行う場合には、
専用の発電機等の機材を運搬する必要がある。

【０００５】本発明の目的は、低コストで、光学要素の
面倒な光軸調整も不要であり、屋外でも使用でき、しか
も試料をムラなく均一に照明できる照明装置を備えた透
過光学顕微鏡を提供することである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の一態様は、明視
野照明法によって試料を照明し、試料を透過した透過光
を観察する透過光学顕微鏡において、対物レンズと、試
料を支持するステージと、平面蛍光層を発光させる平面
蛍光灯ユニットと、前記ステージ及び前記平面蛍光灯ユ
ニットを上下動可能に支持するステージ受けとを具備
し、合焦時の対物レンズの焦点深度領域の範囲外に前記
平面蛍光層が配置された状態で試料を照明するようにし
たことを特徴とする。

【０００７】本発明の他の態様は、上記構成の透過光学
顕微鏡において、前記平面蛍光灯ユニットは、細長い金
属板で形成され、互いに対面するように平行に配設され
た１対の電極間での平行グロー放電により、前記平面蛍
光層を発光させることを特徴とする。

【０００８】

【作用】本発明によれば、平面蛍光灯ユニットを明視野
照明源として設置するので、コイル状に巻回した発光体
を有するランプと異なり、発光源に奥行き、面分布がな
く、従って試料をムラなく均一に照明することができ
る。また、ハロゲンランプやタングステンランプのよう
に高熱を発しないので、試料を熱で損傷するおそれもな
い。

【０００９】更に、平面螢光層を、合焦時の対物レンズ
の焦点深度領域の範囲外に設置するので、平面螢光層に
塗布された螢光体の凹凸等が眼に入らず、試料観察の邪
魔になることはない。従来のケーラー照明装置において
は、ハロゲンランプなどは試料から相当離して試料の加
熱を防止する必要があったことから、こうした問題は生
じ得なかったのである。

【００１０】

【実施例】図１は、本発明の実施例に係る透過光学顕微
鏡を概略的に示す側面図である。ステージ受け８には平
面螢光灯受け台１０が公知の機構により上下移動可能に
支持されている。この受け台１０上には載置台１３が設
けられ、この載置台１３の上に、後述する平面螢光灯ユ
ニット９が載置されている。ステージ受け８にはハンド
ル１１が回動可能に設けられ、このハンドル１１を回転
させることにより、ピニオンーラック機構等公知の機構
により受け台１０はステージ受け８に対して上下移動さ
れる。この受け台１０の移動に伴って載置台１３及び平
面螢光灯ユニット９も上下移動される。鏡体３上もしく
は中に設けられた、点灯用電源、即ち、例えば５Ｖのよ
うな低圧直流電源１２が、発振回路１７並びにリード線
を介して平面螢光灯ユニット９に対して電気的に接続さ
れている。図示していないがこの電源１２は電池が着脱
自在に装着される電池ボックスのタイプでも良い。代わ
って、図８に示すように、プラグにより商用交流電源に
接続されて、ここからの電流を直流に変換するＡ／Ｄ変
換器２０を介してのタイプでも良い。

【００１１】平面螢光灯ユニット９の上方にはこれと僅
かの間隔を有して、ＸＹステージ７が配設されている。
このステージ７は前記ステージ受け８にＸＹ方向、即
ち、水平方向に移動可能に支持されている。このステー
ジ７上には試料、即ち、標本１５が載置される。このス
テージ７は少なくとも試料が載置されている所が透明体
でできており、平面螢光灯１９（図５）から発した光
で、ＸＹステージ７上に載置された試料１５を明視野照
明できるようになっている。このステージ７は、透明体
で構成する代わりに試料が載置される箇所に穴を形成
し、この穴を介して試料１５を照明するようにしても良
い。

【００１２】前記ステージ受け８は鏡体３に、Ｚハンド
ル４の回転により上下方向、即ち、Ｚ方向移動可能に支
持されている。この鏡体３の上部にはレボルバー５が回
転可能に支持されている。このレボルバー５には、倍率
の異なる複数の対物レンズ６が、レボルバーの回転によ
り試料１５上方に順次移動可能に支持されている。この
結果、前記試料１５に入射した照明光は試料を透過し、
試料上方に位置する対物レンズ６に入る。この対物レン
ズ６は、鏡体３の上部に取着された観察鏡筒２と接眼レ
ンズ１と共に、結像光学系を構成する。かくして、観察
者は、接眼レンズ１を通し、試料１５の拡大像を観察す
ることができる。

【００１３】次に、前記平面螢光灯ユニット９について
図２ないし図５を参照して説明する。平面螢光灯ユニッ
ト９を、前述したように、顕微鏡の明視野照明装置とし
て用いる。このユニット９は平面螢光灯１９とインバー
タ回路１８とからなる。この平面螢光灯１９は、相対向
する一対の電極間での平行グロー放電を発光源とするも
のであり、例えば、三洋電機株式会社製の液晶用平面バ
ックライト（ＢＬＵ−１Ａ：商品名）が使用され得る。

【００１４】上面ガラスパネル９ｃ、底面ガラスパネル
９ｇ及び側面ガラスパネル９ｆによって、ガラス容器が
形成されている。これらガラスパネルは透明のガラスに
より形成されている。このガラス容器の内部空間の対向
する端部には、陰極９ａと陽極９ｂとが設置されてい
る。これら陰極９ａと陽極９ｂとは、断面Ｕ字形をなし
た細長い金属板で形成されており、互いに開口側が対面
するようにして平行に配設されている。上面ガラスパネ
ル９ｃの内側壁面及び底面ガラスパネル９ｇの内側壁面
には、ほぼ全面に渡って、それぞれ螢光膜（平面蛍光
層）９ｄが印刷法等によって形成されている。各蛍光膜
は複数の正方形の蛍光膜片を並べた構成となっている。
各平行電極９ａ，９ｂには、前記電源１２（図１）に接
続されたリード線に接続されるリード部１６が接続固定
されている。ガラス容器の内部空間は、これに導通され
た排気管９ｅを介して空気を排出した後に、アルゴン、
ネオン等の励起ガスを供給することにより、低圧励起ガ
スで充填されている。このような平面蛍光灯において
は、相対向する一対の平行電極９ａ，９ｂ間に直流電圧
を印加して平行グロー放電を生じさせ、これを螢光体励
起源とする。

【００１５】陰極９ａと陽極９ｂとの間でグロー放電を
生じさせる際には、まず陰極９ａと陽極９ｂとの間で一
様に平行グロー放電を生じさせる。しかし、この状態で
放置しておくと、すぐに電流が大きくなり、かつ非常に
限られた領域を電流が線状に走るようになる。これを避
けるため、点灯用電源から電力を供給する際に、ごく高
速でスイッチのオンとオフとを繰り返し、平行グロー放
電のみが繰り返し起こるようにする。

【００１６】こうした点灯用電源の一例を、図５のブロ
ック図に示す。ＡＣアダプタ又は電池からなる電力供給
源１２から、＋Ｖ、ＧＮＤの電力を発振器１７ａに供給
し、発振器１７ａから、例えば図６に示すような矩形波
を発振させる。この例では、５３．６μs のオン時間と
１０μs のオフ時間とを交互に繰り返す。この波形を、
バッファ１７ｂによって増幅し、ＳＹＮＣ信号として出
力する。これら発振器１７ａとバッファ１７ｂとは発振
回路１７を構成する。インバータ回路１８には＋Ｖ、Ｇ
ＮＤ、ＳＹＮＣ信号が入力され、インバータ回路１８の
出力により、一対の平行電極９ａ，９ｂ間で平行グロー
放電が生じ、平面螢光灯１９が点灯する。

【００１７】本実施例によれば、相対向する一対の電極
９ａ，９ｂ間での平行グロー放電を励起源とする平面螢
光灯ユニット９を、明視野照明源として設置するので、
発光源に奥行き、面分布がなく、従って試料１５をムラ
なく均一に照明することができる。また、ハロゲンラン
プやタングステンランプのように高熱を発しないので、
試料１５を熱で損傷するおそれもない。

【００１８】更に、各種光学要素を必要としないため、
低コストである。また、これら各種の光学要素を光軸調
整する煩雑な工程も不要である。更に平行グロー放電を
利用しており、消費電力を少なくできるので、電池によ
って平面螢光灯ユニット９を駆動することも可能であ
る。

【００１９】前記したように、ガラスパネル９ｃ，９ｇ
の内側壁面には螢光剤を塗布している。そして、本発明
者の観察によると、対物レンズ６の焦点深度内に、この
螢光剤塗布面が入ると、塗布ムラが見える。例えば、対
物レンズの倍率が１×の場合は、焦点深度が約１．５m
m、２×の場合は約０．４mmである。試料１５に、螢光
剤塗布面がこの距離内にまで近ずくと、試料１５の像と
平面螢光灯１９の螢光剤塗布面の像が重なってしまうた
め、螢光剤の塗布ムラが観察の邪魔になってしまう。ま
た、塗布ムラを試料１５のムラと見間違える可能性もあ
る。

【００２０】このため、ハンドル１１を回転させて平面
螢光灯受け台１０を最も上昇させた状態でも、平面螢光
灯１９の表面が対物レンズ６の焦点深度よりも下側に位
置するように調整する。こうすれば螢光剤塗布面の像と
試料１５の像とが重なることはない。

【００２１】平面螢光灯１９は、対物レンズ６の光軸１
４とほぼ垂直に設置することが、試料１５をムラなく均
一に照明するうえで好ましい。更に具体的な実験結果に
ついて述べる。

【００２２】前記電圧＋Ｖを＋５Ｖとし、図６に示した
ような矩形波を発振させて図２ないし図４に示す平面螢
光灯１９を発光させる。この場合、平面螢光灯ユニット
９の消費電流は約１１０mAであり、発振器１７ａ、バッ
ファ７ｂを含めても、消費電力は１Ｗ未満で済む。この
ため、電力供給源１２として、乾電池等を使用すること
ができる。

【００２３】平面螢光灯１９の発光面の大きさは２１．
２×１６．３mmとした。この程度の大きさであれば、通
常の対物レンズ６の視野を照明する目的に対して充分な
発光面積である。

【００２４】また、平面螢光灯１９の発光面を基盤目状
に縦横それぞれ３列に区分し、各部分の輝度を測定し、
その測定結果を相対値で図７に表示する。ただし、ここ
で各部分の数値は、中央部の輝度を１００％としたとき
のパーセンテージを示す。

【００２５】この結果から解るように、最低でも７０％
の輝度を確保できており、明視野照明用光源として実用
上ほとんど問題ない。また、この発光面の色温度は約７
０００Ｋであるため、明視野観察に適している。

【００２６】上記の平面螢光灯ユニット９を図１に示す
位置に設置し、対物レンズ６の倍率を種々変更し、それ
ぞれの場合について、接眼レンズ１における照度を測定
した。この測定結果を表１に示す。

【００２７】 表 １ 対物レンズ６の倍率 接眼部の照度（ＬＵＸ） １× ２．４ ２× ２．５ ４× １．７ １０× １．８ ２０× ０．９ ４０× ０．５ 一般に１ＬＵＸ程度の照度が得られれば、試料の拡大像
を観察し易い。対物レンズ６の倍率が４０倍のときには
若干暗いが、他の倍率の場合は、見易い明るさである。

【００２８】従来のケーラー照明方法においては、接眼
レンズにおける照度は、対物レンズの倍率の２乗に反比
例していた。従って、例えば対物レンズの倍率が１倍の
場合と４０倍の場合とでは、照度が１０００倍以上も異
なることになる。従って、対物レンズを交換した場合に
は、ハロゲンランプの電圧、明るさ絞り、ＮＤフィルタ
ー等をすべて再調整しなければならない。

【００２９】これに対し、本実施例では、対物レンズの
倍率がかなり変化しても、接眼部１における照度は数倍
程度のオーダーでしか変化しない。これは人間の肉眼で
自然に調節できる程度の変化にすぎない。従って、対物
レンズを交換しても、あらためて調光する手間が不要で
ある。

【００３０】また、ほぼ白色の螢光剤を塗布することに
すれば、観察の対象物が一面の白地の中に浮き上がって
見えるので、その位置探しが容易である。更に、本実施
例において、上記の照度測定を行った後、平面螢光灯１
９を更に２mm程下に下げても、接眼部１における照度は
０．２ＬＵＸ程度しか下がらないことが判明した。従っ
て、ＸＹステージ７として、上述したように、照明用の
穴が開いた不透明な板ではなく、穴のない透明なガラス
製のＸＹステージを用いることもできる。この場合は、
スライドガラスの破片がＸＹステージの下に落ちるおそ
れがないので、クリーニングが容易である。

【００３１】以上、主に生物用の透過顕微鏡について、
本発明の実施例を説明したが、これは実体顕微鏡の透過
透明としても用いることができるのはもちろんである。
実体顕微鏡の場合、対物レンズの焦点深度は数mmとなる
ため、平面螢光灯１９を焦点深度より下に位置させるこ
とが、観察の際に一層重要となる。

【００３２】本発明に係わる透過光学顕微鏡の照明装置
として、平面蛍光灯を使用した場合につき、説明した
が、例えば、エレクトロルミネッセンスランプ等、他の
平面光源用ランプを使用しても良い。図９に示す本発明
の変形例の顕微鏡では、発振回路１７は載置台１３中に
設けられ、鏡体３中の電源１３と電気的に接続されてい
る。

【００３３】

【発明の効果】本発明によれば、平面螢光灯ユニットを
明視野照明源として設置するので、コイル状に巻回した
発光体を有するランプと異なり、発光源に奥行き、面分
布がなく、従って試料をムラなく均一に照明することが
できる。また、ハロゲンランプやタングステンランプの
ように高熱を発しないので、試料を熱で損傷するおそれ
もない。

【００３４】更に、この平面螢光層を、合焦時の対物レ
ンズの焦点深度の範囲外に設置するので、平面螢光層に
塗布された螢光体等の凹凸等が眼に入らず、試料観察の
邪魔になることはない。

【００３５】上記の平面螢光灯ユニットを明視野照明に
使用すれば、対物レンズの倍率がかなり変化しても、接
眼部における照度は比較的緩やかにしか変化しない。従
って、対物レンズを交換しても、平面螢光灯ユニットを
あらためて調光する手間が不要である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例に係る透過光学顕微鏡を概略的
に示す正面図である。

【図２】平面螢光灯の一例を示す平面図である。

【図３】図２に示す平面螢光灯の断面図である。

【図４】図２に示す平面螢光灯の一部破断斜視図であ
る。

【図５】点灯用電源の一例を示すブロック図である。

【図６】発振器から発振した平行グロー放電制御用の矩
形波の一例を示すグラフである。

【図７】平面螢光灯の発光面を縦横３列毎に区分し、各
部分の輝度を測定し、各部分におけるこれら測定値の相
対値を各部分に記入した平面図である。

【図８】本発明の顕微鏡の変形例を示す側面図である。

【図９】本発明の顕微鏡の別の変形例を示す側面図であ
る。

【符号の説明】

３…鏡体、６…対物レンズ、９…平面蛍光灯ユニット、
９ｄ…螢光膜（平面蛍光層）、１２…電源、１５…試
料、１７…発振回路。１８…インバータ回路、１９…平
面螢光灯、２０…Ａ／Ｄ変換器。

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 明視野照明法によって試料を照明し、試
   料を透過した透過光を観察する透過光学顕微鏡におい
   て、 対物レンズと、試料を支持するステージと、平面蛍光層
   を発光させる平面蛍光灯ユニットと、前記ステージ及び
   前記平面蛍光灯ユニットを上下動可能に支持するステー
   ジ受けとを具備し、合焦時の対物レンズの焦点深度領域
   の範囲外に前記平面蛍光層が配置された状態で試料を照
   明するようにしたことを特徴とする透過光学顕微鏡。
2. 【請求項２】 前記平面蛍光灯ユニットは、細長い金属
   板で形成され、互いに対面するように平行に配設された
   １対の電極間での平行グロー放電により、前記平面蛍光
   層を発光させることを特徴とする請求項１に記載の透過
   光学顕微鏡。