JP3686708B2

JP3686708B2 - 落射照明装置

Info

Publication number: JP3686708B2
Application number: JP18555795A
Authority: JP
Inventors: 政李; 佳弘島田; 浩佐々木
Original assignee: Olympus Corp
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1995-07-21
Filing date: 1995-07-21
Publication date: 2005-08-24
Anticipated expiration: 2015-07-21
Also published as: JPH0933819A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、落射型顕微鏡に用いられる落射照明装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、落射型顕微鏡では、照明光に含まれている所望の波長の光を反射して対物レンズを通して標本に照射し、標本で励起された蛍光もしくは反射光を集光して標本の像を作るための光学ユニットが用いられている。
【０００３】
図１０（ａ）（ｂ）は、このような光学ユニットの一例を示すもので、実開昭６３−７０５０２号公報に開示されたダイクロイックミラー装置の概略構成を示している。
【０００４】
かかるダイクロイックミラー装置は、照明光に含まれる特定の波長領域の光を反射するとともに、残りの波長領域の光を透過するような複数のミラー素子１４〜１７を回転の可能な支持体１８に取付けたもので、複数のミラー素子１４〜１７により、それぞれ特定の波長領域の光を分光することにより、支持体１８を回転させることによって、波長領域の広い光を分光できるようにしたものである。
【０００５】
また、図１１は、特公昭５６−１９６０５号公報に開示された、上述の光学ユニットを用いた落射蛍光照明装置の一例を示すもので、励起フィルター１９と２色性分別ミラー２０と抑制フィルター２１からなる、構成が同じで異なる物理特性を有する構造単体２２を２個以上用意し、これら構造単体２２を光軸２３に対して回転可能に支持された支持体２４に差換え可能に組み込むようにしたものがある。かかる落射蛍光照明装置によれば、各波長域の蛍光にそれぞれ最適な前記構造単体２２を用意しておき、適宜、支持体２４に取付けるようにすれば、照明装置として広い波長域の蛍光に対応することが可能になり、蛍光顕微鏡の使用範囲を拡大することができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、これらの従来技術を実際に落射型顕微鏡に適用すると、これら装置から出射した光が標本の像を作るための光学系に導かれることになるが、その時、以下のような欠点が生じる。
【０００７】
（１）一般的に落射型顕微鏡の光学系には、標本の像を作るための結像レンズが含まれており、この結像レンズにより標本からの蛍光もしくは反射光を透過し、標本の像を結像するようになるが、波長によって屈折率が異なるという原因により、結像レンズを透過する光の波長領域が広い場合、各波長ごとの像の位置が離れてしまうという色収差が発生する。
【０００８】
このような結像レンズの色収差は、ある波長域の光に対しての補正はできるが、波長域が広い光、例えば紫外から赤外までの波長域を含むような光の場合、これら光を対象とした結像レンズ３でのレンズ半径方向の各位置における各波長に対する残存色収差（±ｍｍ）を表す縦の球面および色収差曲線図は、図１２に示すように与えられ、同図から明らかなように、残存色収差が最大４ｍｍにもなるため、結像レンズがぼけのある像を作ってしまう。
【０００９】
なお、図１２に示す縦軸は、レンズ中心を０、最外周を１として表したレンズへの光の入射位置、横軸は、実際の結像位置の焦点位置からのずれ量を表している。また、このような色収差曲線を有するレンズは、図８に示すように構成され、図９（ｄ）に示すデータが与えられている。
【００１０】
このため、上述の二つの従来技術をそのまま落射型顕微鏡に適用することは、波長域の広い光に対して、それぞれ対応できるものの、各波長域の光が結像の光学系に入った後、同一の結像レンズを透過するため、補正されない波長域の光によって色収差が現れ、ぼけのある像が作られてしまう。
【００１１】
（２）上述の二つの従来技術において、ミラー素子１４〜１７又は２色性分別ミラー２０のそれぞれの面精度、各ミラーを組み込んだ後の角度のバラツキなどを考慮して、これらミラーを交換する際には、図１３に示すように結像レンズ２５を光軸に合わせる芯出し調整を必要とし、この芯出し調整をしない限り、像位置が変わってしまう。しかし、上述の二つの従来技術には、このような芯出し調整機構を設けていないので、これらの芯出し調整ができない。このため、像位置のずれが生じない組み込みを行う必要があるが、これらミラーの面精度やミラーを組み込まれた後の角度のバラツキを小さくするのは極めて困難で、コストがかかる。
【００１２】
（３）上述の二つの従来技術を応用する場合、図１３に示すように、結像レンズ２５とミラー１４〜１７（２０）と離れる距離の分、像位置が遠くなるので、顕微鏡の光学系にコンパクト性が欠ける。
【００１３】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、波長域の広い光に対応できるとともに、正確な像位置を維持でき、さらに光学系にコンパクト性をもたせることができる落射照明装置を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、ユニット本体と、このユニット本体に設けられ標本を照射する光と該標本からの蛍光または反射光を分割するミラー素子と、前記ユニット本体に前記ミラー素子に対応して設けられ、且つ前記標本からの蛍光または反射光に対し目的とする波長域について収差補正がなされた結像レンズとを具備し、且つ前記ミラー素子および結像レンズの特性がそれぞれ異なる少なくとも２個の光学ユニットを照明光源に対応する光路上に選択的に位置させるようにしている。
【００１６】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記少なくとも２個の光学ユニットは、直線方向に移動可能な支持台上に載置され、該支持台の移動を操作手段により操作するようにしている。請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載の発明において、前記光学ユニットを走査型レーザ顕微鏡に用いることを特徴とする。
【００１７】
この結果、本発明によれば、同一の光学ユニットにミラー素子とともに、目的とする波長域について色収差補正がなされた結像レンズを一体に組み込むようにしているので、光学系をコンパクトにできるとともに、ユニットを切換、または取り換えすることがあっても結像位置が変わるようなことがなく、常にぼけのない像を作ることができる。
【００１８】
また、本発明によれば、さらに２個以上の構成が同じでミラー素子と結像レンズの特性が異なる光学ユニットを照明光源に対応する光路上に選択的に位置できるようになるので、光の波長域が広い場合にも結像位置が変わることなく、常にぼけのない像を作ることができる。また、本発明によれば、上述の作用効果を有する走査型レーザ顕微鏡を構成できる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に従い説明する。
（第１の実施の形態）
図１は本発明が適用され可視光に対応する光学ユニットの概略構成を示している。図において、１はユニット本体で、このユニット本体１は、長手方向の中心部に沿って透孔１ａを有するとともに、幅方向の中心部に前記透孔１ａに直交する透孔１ｂを有し、これら透孔１ａ、１ｂの直交部分にミラー素子２を傾斜して設けている。このミラー素子２は、波長４００ｎｍ以上の光を透過し、それ以下の波長の光を反射するものである。
【００２０】
また、ユニット本体１の透孔１ａの一方開口部には、結像レンズ３をミラー素子２に対応して設けている。この場合の結像レンズ３は、焦点距離２００ｍｍのものが用いられている。また、この結像レンズ３は、ビス４によりミラー素子２に対する光路上での心出しを調整できるようになっている。
【００２１】
この場合、結像レンズ３は、可視波長域の光を対象として収差を補正したものが用いられ、可視波長域の光を対象とした結像レンズ３でのレンズ半径方向の各位置における各波長に対する残存色収差（±ｍｍ）を表す縦の球面および色収差曲線図は、図２に示すように与えられ、同図から明らかなように可視光波長の光の最大の残存色収差は、約０．３ｍｍ程度になっている。
【００２２】
なお、図２に示す縦軸は、レンズ中心を０、最外周を１として表したレンズへの光の入射位置、横軸は、実際の結像位置の焦点位置からのずれ量を表している。また、このような色収差曲線を有するレンズは、図８に示すように構成され、図９（ａ）に示すデータが与えられている。
【００２３】
しかして、このように構成した光学ユニットは、照明光源５から出射光がユニット本体１の透孔１ｂの一方開口より入射されると、このうち波長４００ｎｍ以下の光がミラー素子２面で反射され、ユニット本体１の透孔１ａの他方開口より出射され、対物レンズ６を通して染色された標本７に照射される。
【００２４】
そして、標本７上で励起された可視波長域の蛍光は、上述と逆の光路を通って、ユニット本体１の透孔１ａの他方開口より入射され、ミラー素子２を透過して透孔１ａの一方開口部に組み込まれた結像レンズ３に入射され、この結像レンズ３の結像位置８に標本７の像が結像される。
【００２５】
この場合、可視波長域の光を対象とした結像レンズ３は、図２に示すように与えられており、同図から明らかなように可視光波長の光の最大の残存色収差は、約０．３ｍｍ程度で、結像レンズ３の焦点距離（２００ｍｍ）と比較して著しく小さい値になるので、かかる構成の光学ユニットは可視光を対象として使用すれば、ぼけのない像を結像することが可能になる。
【００２６】
また、このような結像レンズ３は，ミラー素子２に対してビス４で調整できるようになっており、しかもミラー素子２と同一のユニット本体１に組み込まれているので、標本７の結像位置８と光学ユニットの距離が短くでき、光学系をコンパクトにできるとともに、光学ユニットを他のものに取り替えても結像位置８が変わるようなこともなく、この点からも、ぼけのない像を作ることができる。
【００２７】
なお、本実施の形態による光学ユニットは、標本の蛍光以外に標本の反射光を対象として使用するようにしてもよい。
従って、このような第１の実施の形態によれば、同一の光学ユニット１内にミラー素子２ともに、該ミラー素子２を透過した光に対し目的とする可視波長域について収差補正がなされた結像レンズ３を一体に組み込むようにしているので、光学系にコンパクト性を持たせることができるとともに、仮にユニットを切換、または取り換えすることがあっても、結像位置が変わることもなく、常にぼけのない像を作ることができる。
（第２の実施の形態）
第２の実施の形態は、第１の実施の形態と同じ図１で述べた構成の光学ユニットとして赤外線に対応するものの例を示している。
【００２８】
この場合、図１において、ミラー素子２は、波長７８０ｎｍ以上の光を透過し、それ以下の波長の光を反射するものである。
また、結像レンズ３は、赤外波長域の光を対象として収差を補正したものが用いられ、赤外波長域の光を対象とした結像レンズ３でのレンズ半径方向の各位置における各波長に対する残存色収差（±ｍｍ）を表す縦の球面および色収差曲線図は、図３に示すように与えられ、同図から明らかなように可視光波長の光の最大の残存色収差は、約０．４ｍｍ程度になっている。
【００２９】
なお、図３に示す縦軸は、レンズ中心を０、最外周を１として表したレンズへの光の入射位置、横軸は、実際の結像位置の焦点位置からのずれ量を表している。また、このような色収差曲線を有するレンズは、図８に示すように構成され、図９（ｂ）に示すデータが与えられている。
【００３０】
しかして、このように構成した光学ユニットによっても、標本７上で励起された可視波長域の蛍光は、上述と逆の光路を通って、ユニット本体１の透孔１ａの他方開口より入射され、ミラー素子２を透過して透孔１ａの一方開口部に組み込まれた結像レンズ３に入射され、この結像レンズ３の結像位置８に標本７の像が結像されるが、この場合、赤外波長域の光を対象とした結像レンズ３は、図３に示すように与えられており、同図から明らかなように赤外波長の光の最大の残存色収差は、約０．４ｍｍ程度で、結像レンズ３の焦点距離（２００ｍｍ）と比較して著しく小さい値になるので、かかる構成の光学ユニットは可視光を対象として使用すれば、ぼけのない像を結像することが可能になり、さらに、第１の実施の形態と同様に光学系をコンパクトにすることもできる。
【００３１】
なお、本実施の形態による光学ユニットも、標本の蛍光以外に標本の反射光を対象として使用するようにしてもよい。
従って、このような第２の実施の形態によっても、上述した第１の実施の形態と同様な効果を期待できる。
（第３の実施の形態）
第３の実施の形態は、第１の実施の形態と同じ図１で述べた構成の光学ユニットとして紫外線に対応するものの例を示している。。
【００３２】
この場合、図１において、ミラー素子２は、波長３５１ｎｍ以上の光を透過し、それ以下の波長の光を反射するものが用いられる。
また、結像レンズ３は、紫外波長域の光を対象として収差を補正したものが用いられ、紫外波長域の光を対象とした結像レンズ３でのレンズ半径方向の各位置における各波長に対する残存色収差（±ｍｍ）を表す縦の球面および色収差曲線図は、図４に示すように与えられ、同図から明らかなように可視光波長の光の最大の残存色収差は、約０．０２ｍｍ程度になっている。
【００３３】
なお、図４に示す縦軸は、レンズ中心を０、最外周を１として表したレンズへの光の入射位置、横軸は、実際の結像位置の焦点位置からのずれ量を表している。また、このような色収差曲線を有するレンズは、図８に示すように構成され、図９（ｃ）に示すデータが与えられている。
【００３４】
しかして、このように構成した光学ユニットによっても、標本７上で励起された可視波長域の蛍光は、上述と逆の光路を通って、ユニット本体１の透孔１ａの他方開口より入射され、ミラー素子２を透過して透孔１ａの一方開口部に組み込まれた結像レンズ３に入射され、この結像レンズ３の結像位置８に標本７の像が結像されるが、この場合、紫外波長域の光を対象とした結像レンズ３は、図４に示すように与えられており、同図から明らかなように紫外波長の光の最大の残存色収差は、約０．０２ｍｍ程度で、結像レンズ３の焦点距離（２００ｍｍ）と比較して著しく小さい値になるので、かかる構成の光学ユニットは可視光を対象として使用すれば、ぼけのない像を結像することが可能になり、さらに、第１の実施の形態と同様に光学系をコンパクトにすることもできる。
【００３５】
なお、本実施の形態による光学ユニットも、標本の蛍光以外に標本の反射光を対象として使用するようにしてもよい。
従って、このような第３の実施の形態によっても、上述した第１の実施の形態と同様な効果を期待できる。
（第４の実施の形態）
第４の実施の形態では、図１で述べた構成の光学ユニットを落射照明装置に適用する場合を示すもので、かかる第４の実施の形態を示す図５および図６は、図１と同一部分には、同符号を付している。
【００３６】
この場合、落射照明装置は、例えば波長４５６ｎｍのＤＡＰＩと波長５２０ｎｍのＦＩＴＣの二重染色した標本を観察する走査型レーザー顕微鏡に用いられるもので、図５および図６において、１１は箱状の装置本体で、この装置本体１１内部には、支持台１２を設けている。
【００３７】
この支持台１２は、装置本体１１を貫通して操作摘み１３を連結していて、この操作摘み１３の操作により装置本体１１内部を直線方向に往復移動できるようになっている。
【００３８】
そして、このような支持台１２上に異なる波長域の光に対応できる第１の実施の形態で述べたと同じ構成の光学ユニット１０、１０′を載置し、支持台１２の直線方向の移動により所望する光学ユニット１０又は１０′を照明光源５に対応する光路に位置させることで、波長４５６ｎｍのＤＡＰＩまたは波長５２０ｎｍのＦＩＴＣに対応する標本観察を実行することができる。
【００３９】
なお、図面中２′と３′は、光学ユニット１０′でのそれぞれミラー素子２と結像レンズ３と異なる特性を有するミラー素子と結像レンズである。しかして、異なる波長域の光に対応できる光学ユニット１０、１０′を載置した支持台１２を操作摘み１３の操作により直線移動させ、波長に合わせて光学ユニット１０又は１０′を照明光源５に対応する光路に選択的に位置させるようにすれば、これら光学ユニット１０又は１０′の結像レンズ３，３′は、それぞれミラー２，２′に対して芯出しをし、また、目的とする波長に対して色収差を補正しているので、光学ユニット１０又は１０′によって、結像位置が変わることなく、結像位置８で標本７からの各波長の蛍光像をぼけなく結像することができる。
【００４０】
なお、支持台１２としては、スライドできるものだけでなく、図７に示すように回転できるようにしてもよい。この場合、支持台１２は、ターレット１４に回転可能に設けられ、ターレット１４を回転操作することで、所望する光学ユニット１０又は１０′を照明光源５に対応した光路に位置させるようにできる。
【００４１】
また、上述の図５、図６および図７に示す例では、光学ユニットを２個の場合を示しているが、光学ユニットの個数および蛍光の波長域を限定するものでなく、また標本は、蛍光以外に標本の反射光を対象として使用するようにもできる。
【００４２】
従って、このような第４の実施の形態によれば、２個以上の構成が同じでミラー素子２と結像レンズ３の特性が異なる光学ユニット１０、１０′を照明光源５に対応する光路上に支持台１１の移動により選択的に位置できるので、光の波長域が広い場合でも結像位置が変わることなく、常にぼけのない像を作ることができる。
【００４３】
以上、実施例に基づいて説明したが、本発明中には以下の発明が含まれる。
（１）ユニット本体と、このユニット本体に設けられ標本を照射する光を反射し該標本からの蛍光または反射光を透過するミラー素子と、前記ユニット本体に前記ミラー素子に対応して設けられ、且つ前記ミラー素子を透過した光に対し目的とする波長域について収差補正がなされた結像レンズとを具備したことを特徴とする光学ユニット。
【００４４】
このようにすれば、同一の光学ユニットにミラー素子ともに、該ミラー素子を透過した光に対し目的とする波長域について収差補正がなされた結像レンズを一体に組み込むようにしているので、光学系をコンパクトにできるとともに、ユニットを切換、または取り換えすることがあっても結像位置が変わるようなことがなく、常にぼけのない像を作ることができる。
【００４５】
（２）ユニット本体と、このユニット本体に設けられ標本を照射する光を反射し該標本からの蛍光または反射光を透過するミラー素子と、前記ユニット本体に前記ミラー素子に対応して設けられ、且つ前記ミラー素子を透過した光に対し目的とする波長域について収差補正がなされた結像レンズとを具備し、且つ前記ミラー素子および結像レンズの特性がそれぞれ異なる少なくとも２個の光学ユニットを照明光源に対応する光路上に選択的に位置させることを特徴とする落射照明装置。
【００４６】
このようにすれば、さらに２個以上の構成が同じでミラー素子と結像レンズの特性が異なる光学ユニットを照明光源に対応する光路上に選択的に位置できるようになるので、光の波長域が広い場合にも結像位置が変わることなく、常にぼけのない像を作ることができる。
【００４７】
（３）（２）記載の落射照明装置において、前記少なくとも２個の光学ユニットは、直線方向に移動可能な支持台上に載置され、該支持台の移動を操作手段により操作するようにしている。
このようにすれば、光学ユニットの移動操作を簡単な構成により実現することができる。
【００４８】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、光学系をコンパクトにできるとともに、光学ユニットを切換、または取り換えても像位置が変わるようなことがなく、常にぼけのない像を作ることができる。
【００４９】
また、特性が異なる光学ユニットを照明光源に対応する光路上に選択的に位置できるので、光の波長域が広い場合にも結像位置が変わることなく、ぼけのない像を作ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態の概略構成を示す図。
【図２】第１の実施の形態に用いられる結像レンズの縦の球面および色収差曲線図。
【図３】本発明の第２の実施の形態に用いられる結像レンズの縦の球面および色収差曲線図。
【図４】本発明の第３の実施の形態に用いられる結像レンズの縦の球面および色収差曲線図。
【図５】本発明の第４の実施の形態の概略構成を示す正面図。
【図６】第４の実施の形態の概略構成を示す断面図。
【図７】第４の実施の形態の変形例の概略構成を示す図。
【図８】本発明に用いられる色収差曲線を有するレンズの概略構成図。
【図９】図８のレンズのデータ例を示す図。
【図１０】従来の光学ユニットの一例の概略構成を示す図。
【図１１】従来の落射蛍光照明装置の一例の概略構成を示す図。
【図１２】従来の結像レンズの縦の球面および色収差曲線図。
【図１３】従来技術を説明するための図。
【符号の説明】
１…ユニット本体、
１ａ、１ｂ…透孔、
２…ミラー素子、
３…結像レンズ、
４…ビス、
５…照明光源、
６…対物レンズ、
７…標本、
８…結像位置、
１０、１０´…光学ユニット、
１１…装置本体、
１２…支持台、
１３…操作摘み、
１４…ターレット。

Claims

ユニット本体と、このユニット本体に設けられ標本を照射する光と該標本からの蛍光または反射光を分割するミラー素子と、前記ユニット本体に前記ミラー素子に対応して設けられ、且つ前記標本からの蛍光または反射光に対し目的とする波長域について収差補正がなされた結像レンズとを具備し、且つ前記ミラー素子および結像レンズの特性がそれぞれ異なる少なくとも２個の光学ユニットを照明光源に対応する光路上に選択的に位置させることを特徴とする落射照明装置。
前記少なくとも２個の光学ユニットは、直線方向に移動可能な支持台上に載置され、該支持台の移動を操作手段により操作することを特徴とする請求項１記載の落射照明装置。
前記光学ユニットを走査型レーザ顕微鏡に用いることを特徴とする請求項１又は２記載の落射照明装置。