JP4465749B2

JP4465749B2 - 顕微鏡用光源装置

Info

Publication number: JP4465749B2
Application number: JP25326299A
Authority: JP
Inventors: 忠打田; 修治豊田
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1999-09-07
Filing date: 1999-09-07
Publication date: 2010-05-19
Anticipated expiration: 2019-09-07
Also published as: JP2001075010A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は光源装置、特に顕微鏡用の光源装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
顕微鏡により標本観察を行う場合、特に蛍光観察を行う場合には、点光源に近く、かつ輝度が大きい等の特徴を有する水銀ランプやキセノンランプが光源として使用されている。そして、光源から前方側、即ち顕微鏡側に放射された光は、光源の前方側に配置されたコレクタレンズで集光された後、顕微鏡の対物レンズ系の瞳面を照明する。また、光源の後方側、即ち顕微鏡と反対側に放射される光を有効に利用するため、光源の後方側に全反射ミラーを配置し、このミラーにより光源の後方側に放射される光を顕微鏡側へ反射、集光することで顕微鏡の対物レンズ系の瞳面を照明している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来技術で述べた顕微鏡用光源の構成において、光源から放射される光を有効に利用するためには、コレクタレンズにより直接形成される光源の像と、全反射ミラーで反射された後コレクタレンズにより形成される光源の像（以下、「反射ミラーを介した光源像」という。）とを顕微鏡の対物レンズ系の瞳面中央に形成することが望ましい。そのため、光源及び反射ミラーの位置を顕微鏡光学系の光軸の沿った方向（フォーカス方向）、及び前記光軸に垂直な面内で上下、左右方向の計３軸方向に調整できることが必要である。例えば、３軸調整機構の例として実用新案登録第５５８９４８号公報に光源を３軸方向に調整する構成が開示されている。しかし、３軸調整機構は構造的に複雑となってしまうので好ましくない。このため、２軸または１軸の調整機構により光源等の位置調整を行うことが望ましい。
【０００４】
図４（ａ），４（ｂ）は、従来技術例の一つである実用新案登録第２５６１３０５号公報に開示されている顕微鏡用照明装置の構成を示す図である。なお、以下全ての図面において、光源装置が有するコレクタレンズ（集光レンズ）の光軸ＡＸに平行にＺ軸（光源装置から顕微鏡の方向をプラス方向とする）、光軸ＡＸに垂直な面内において紙面に平行にＸ軸、紙面に垂直にＹ軸をそれぞれ設定している。本従来例の装置は３軸調整機構を用いずに、後述するように光源を２軸方向、コレクタレンズと反射ミラーとをそれぞれ１軸方向に調整できる構成である。以下に、その構成を簡単に説明する。
【０００５】
点光源１４からの光を平行光に変換して不図示の顕微鏡側（＋Ｚ方向）へ導くための４枚のコレクタレンズ成分１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄからなるコレクタレンズ１１と、光源１４の後方に配置され、顕微鏡と反対側（−Ｚ方向）へ放射される光を顕微鏡側へ反射させる反射ミラー１２とが設けられている。ここで、コレクタレンズユニット１７はコレクタレンズ成分１１ａ〜１１ｄを保持している。また、ミラー保持部材１３に反射ミラー１２が取り付けられ、このミラー保持部材１３は反射ミラー面が光軸ＡＸに対してほぼ直角となるように反射ミラー保持部１８に対して嵌合されている。そして、コレクタレンズユニット１７と反射ミラー保持部１８とは円筒状部材１０に組み込まれている。従って、コレクタレンズユニット１７と反射ミラー保持部１８とは円筒状部材１０を介して一体化されているので、コレクタレンズ成分１１ａ〜１１ｄと反射ミラー１２との相対的な間隔は一定の値に固定されている。そして、ランプハウス１９の前方開口部に取り付けられている固定部２３に、前記開口部と円筒状部材１０とが同心円状、即ち両者の中心軸が一致するように収納されている。ここで、調整つまみ１５を、固定部の側面に設けられた長穴２４に沿って動かすことで、円筒部材１０を光軸ＡＸに沿った方向に移動させて、コレクタレンズと反射ミラーとを一体として位置の調整を行うことができる。なお、円筒状部材１０の一部分は、光源１４を配置又は交換するため、いわゆるＤカットによって切り欠かれている。
【０００６】
しかしながら、上記従来技術の顕微鏡用照明装置は以下の問題を有している。上述したように、光源１４から前方側＋Ｚ方向（不図示の顕微鏡側）に放射される光と、光源１４から後方側−Ｚ方向に照射されて反射ミラー１２によって集光された光とを有効に利用するためには、不図示の顕微鏡の対物レンズ系の瞳上でコレクタレンズによる光源像と反射ミラーを介した光源像とを一致させることが望ましい。このためには、コレクタレンズ１１の焦点位置と反射ミラー１２の焦点位置と光源１４の位置とを一致させる必要がある。
【０００７】
この従来技術の構成例では、コレクタレンズ１１と反射ミラー１２とは円筒部材１０にはめ込まれているだけである。従って、コレクタレンズ１１が複数枚のレンズ成分１１ａ等で構成された場合に保持部材の加工誤差が生じると、その積み重ねによりコレクタレンズの焦点位置がばらついてしまう。そして、加工精度が低いと光学設計上要求されるコレクタレンズ１１の位置と反射ミラー１２の位置とが光軸ＡＸ方向でずれてしまい、コレクタレンズ１１の焦点位置と反射ミラー１２の焦点位置とに光源１４を配置することができない。この結果、顕微鏡の対物レンズ系の瞳上で、コレクタレンズ１１による光源の像と反射ミラー１２を介した光源の像とを一致させることができない。さらに、調整つまみ１５により円筒部材１０を光軸方向へ移動した場合でも、上述のようにコレクタレンズ１１と反射ミラー１２とは一体となって移動するので、コレクタレンズ１１による光源像、反射ミラー１２を介した光源像、又は両者の像の中間位置に形成されている両者が均等にぼけた光源像のいずれか一つの像にしか焦点を合わすことができない。従って、光源１４からの光を有効に使用することができず問題である。
【０００８】
また、コレクタレンズ１１と反射ミラー１２とを支持している円筒状部材１０は、ランプハウス１９に取り付けられた固定部２３に嵌合している部分に比較して、嵌合していない部分の長さの割合が大きいため、反射ミラー保持部材１３の自重により、反射ミラー１２の中心軸が光軸ＡＸに対して傾いてしまう。そのため、操作者が調整つまみ１５を操作しても、円筒部材１０が光軸ＡＸ方向へ円滑に移動しない場合がある。また、反射ミラー１２の中心軸が光軸ＡＸに対して傾くことにより、反射ミラー１２の焦点位置がコレクタレンズ１１の光軸ＡＸ上からずれてしまうので、反射ミラー１２を介した光源像が顕微鏡の対物レンズの瞳面の中心からずれてしまう。その結果、光源から後方側に放射される光を有効に顕微鏡側に導くことができないという問題がある。
【０００９】
本発明は上記問題に鑑みてさなされたものであり、簡便に精度良く光源像の位置を調整することができ、光源からの光を有効に使用できる顕微鏡用光源装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するためのものであり、以下に、実施形態に示した各図面を用いてその内容を説明する。本発明にかかる顕微鏡用光源装置は、光を供給する光源部Ｌと、光を照射する側に配置され、前記光源部の供給する光を集光するための集光レンズ系３３と、前記光源部を介して前記集光レンズ系と反対側に配置され、前記光源部の供給する光を集光するための集光ミラー部３６と、前記光源部と前記集光レンズ系と前記集光ミラー部とのいずれか一つの光学部材である第１の光学部材を第１のガイド部Ｇ１に沿って前記集光レンズ系の光軸に沿った方向に移動させる第１の調整部３５と、前記光源部と前記集光レンズ系と前記集光ミラー部との残り二つの光学部材のいずれか一つである第２の光学部材を、前記第１の調整部とは独立して第２のガイドＧ２に沿って前記光軸方向に移動させる第２の調整部３７と、前記光源部と前記集光レンズ系と前記集光ミラー部との残り一つの第３の光学部材を、第３のガイドＧ３Ｘ，Ｇ３Ｙに沿って前記光軸と垂直な面内において二つの方向に移動させる第３の調整部５８，５９とを有し、前記第１のガイド部Ｇ１と前記第２のガイド部Ｇ２とは、前記第１の光学部材と前記第２の光学部材との中心軸が一致する形状に一体的に形成されていることを特徴とする。なお、本発明にかかる光源装置からの光を最も効率良く顕微鏡本体に導くためには、集光レンズ系３３の光軸と顕微鏡光学系の光軸とを一致させることが望ましい。
【００１１】
また、本発明では、前記第１の調整部は前記集光レンズ系の位置を調整し、
前記第２の調整部は前記集光ミラー部の位置を調整し、
前記第３の調整部は前記光源部の位置を調整することが望ましい。
【００１３】
また、本発明では、前記第１の調整部は、前記集光レンズ系と前記集光ミラー部との一方の光学部材の焦点位置と、前記光源部の位置とが一致するように、前記一方の光学部材と前記光源部との一つを調整し、
前記第２の調整部は、前記集光レンズ系と前記集光ミラー部との他方の光学部材の焦点位置と、前記光源部の位置とが一致するように、前記他方の光学部材を調整することが望ましい。
【００１４】
上述の構成によれば、集光レンズ部と反射ミラー部との光軸方向の位置をそれぞれ独立して調整することができる。そして、光源を交換した際に行う心出し操作では、集光レンズ系等を保持する部材の加工精度に依存せずに、集光レンズ部による光源像と反射ミラーを介した光源像とを光軸ＡＸ上の所定位置で一致させることができる。
【００１５】
さらに好ましくは、心出し操作は、例えば、光源部に関しては光軸に垂直な面内における上下（Ｘ）・左右（Ｙ）の２軸方向、集光レンズ系は光軸に沿った１軸方向（Ｚ）、集光ミラー部はその中心軸に沿った１軸方向の合計４軸の調整操作とすることが望ましい。これにより、複雑な３軸調整機構を用いずに、かつ集光レンズ系と集光ミラー部とを独立に調整することができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面に基づいて本発明の実施の形態について説明する。図１（ａ），１（ｂ）は、本発明の実施形態にかかる顕微鏡用光源装置の外観構成を示す図である。顕微鏡用光源装置は、顕微鏡で観察される試料に照明光を照射する。本光源装置は、ランプハウス３１と、該ランプハウス３１に着脱自在なランプソケット３２とから構成される。そして、ランプハウス側にはコレクタレンズ用調整つまみ４１，反射ミラー用調整つまみ４３が設けられ、ランプソケットユニット側には光源の位置を上下（Ｘ）方向に調整するつまみ５８と、左右（Ｙ）方向に調整するつまみ５９とが設けられている。
【００１７】
図２（ａ）、図２（ｂ）は、本実施形態にかかる顕微鏡用光源装置の断面構成を示す図である。ランプハウス３１は、光源Ｌからの光を集光するための非球面を有するコレクタレンズ３３とフィルタ３４とを有するコレクタレンズユニット３５と、コレクタレンズユニット３５を光軸ＡＸ方向へ移動する調整機構と、反射ミラー３６が取り付けられた反射ミラーユニット３７を光軸ＡＸ方向へ移動する調整機構とから構成されている。ランプハウス３１は、内部の光がランプハウスの外へ漏れるのを防ぐ遮光のため、及び顕微鏡の観察者等が接触するおそれがある表面部分の加熱を防止するために２重の枠３１ａと３１ｂとで形成されている。また、枠３１ｂには光源をはさんで上下にスリット６２が設けられている。このスリット６２は、ランプハウス３１の内部の熱を外部へ逃がす放熱のため、及び遮光のための二つの働きを有している。
【００１８】
そして、ランプハウス３１内には円筒状フレーム３８が固定されている。この円筒状フレーム３８はランプハウスの枠３１ａの前側開口部に嵌合して配置され、円筒状フレーム３８の後端はランプハウスの後側面の枠３１ａにスペーサ６１を介してねじ３９により固定される。円筒状フレーム３８の中央部は、光源Ｌを配置するために、いわゆるＤカットにより切り欠かれている。
【００１９】
また、コレクタレンズユニット３５は円筒状フレーム３８の中に嵌合して配置される。ランプハウスの外枠３１ａから前方に出ている円筒状フレーム３８の側面には長穴４０が形成されている。コレクタレンズユニット３５に固定された調整つまみ４１を長穴４０に沿って動かすことで、コレクタレンズユニット３５をガイド部Ｇ１に沿って光軸ＡＸ方向へ調整できる。
【００２０】
また、反射ミラーユニット３７には反射ミラー３６を固定するための受け部が形成されている。そして、この受け部の外径で嵌合している押さえ環４２で、反射ミラー３６の鏡面を押しつけて、反射ミラー３６を反射ミラーユニット３７に固定する。この結果、反射ミラー３６の焦点位置を反射ミラーユニット３６の中心軸上に一致させることができる。さらに、反射ミラーユニット３７の後部は円筒状フレーム３８と嵌合して配置されている。この時、好ましくは、円筒状フレーム３８と反射ミラーユニット３７との嵌合している部分の長さを約３０ｍｍ、嵌合している部分の直径を約１５ｍｍ、即ち、嵌合している部分の長さに対する直径の比を１／２とすることで、反射ミラーユニット３７を円筒状フレーム３８に対し円滑に移動させることができる。
【００２１】
次に、反射ミラーユニット３７の位置を光軸ＡＸ方向に調整する機構について説明する。反射ミラーユニットの後方側の一部は、調整つまみ４３の先端の中心とずれた位置に設けられているピン４４と、反射ミラーユニット３７の嵌合部に設けた溝とがかみ合う、いわゆる偏芯カムの構成となっている。そして、調整つまみ４３を回すことで、つまみ４３の中心位置とピン４４の位置とのずれ量に応じて反射ミラーユニット３７をガイド部Ｇ２に沿って光軸ＡＸに沿った方向に移動することができる。
【００２２】
コレクタレンズユニット３５と反射ミラーユニット３７とは同一の円筒状フレーム３８に対して嵌合して配置されている。ここで、コレクタレンズユニット３５を支持する嵌合穴と、反射ミラーユニット３７を支持する嵌合穴とを同時加工により形成することで、コレクタレンズ３３の光軸ＡＸと反射ミラー３６の中心軸とを一致させることができる。
【００２３】
そして、コレクタレンズユニット用調整つまみ４１又は反射ミラーユニット用調整つまみ４３を動かすことで、コレクタレンズ３３の焦点位置又は反射ミラー３６の焦点位置を光軸ＡＸ方向に沿って、相互に独立して調整することができる。
【００２４】
図３は、ランプソケットユニット３２の断面を示す図である。ランプソケットユニット３２は、ランプハウス３１の開口部に嵌合して固定される固定板５１と、水銀ランプ等の光源Ｌを固定するためのソケット部５２ａ，５２ｂと、光源Ｌを上下（Ｘ）・左右（Ｙ）方向へ移動するガイド機構Ｇ３Ｘ，Ｇ３Ｙ等とで構成される。
【００２５】
光源の心出し機構は、上下のソケット部５２ａ，５２ｂを固定したセラミック板５３に円柱状の軸５４が固定され、この軸５４を長方形の部材５５で取り囲む構成である。長方形部材５５はばね５６により下方から付勢され、また、軸５４はばね５７により水平方向に付勢されている。そして、ばねの荷重方向の反対側には、ばねに対向してねじ式のつまみ５８，５９が設けられている。つまみ５８を回すと光源Ｌはガイド部Ｇ３Ｘに沿って上下（Ｘ）方向，つまみ５９を回すと光源Ｌはガイド部Ｇ３Ｙに沿って左右（Ｙ）方向にそれぞれ独立して動かすことができる。
【００２６】
また、ランプソケットユニット３２に固定された固定板５１の下部には引っかけ部が形成され、この引っかけ部をランプハウスの不図示の開口部に嵌合させる。そして、ランプソケットユニット３２の上部に設けられたねじ６０をランプハウス３１の受け部にねじ込むことにより、ランプソケットユニット３２をランプハウス３１へ固定させる。これにより、光源Ｌがランプハウス３１内に配置される。また、光源Ｌは、上下・左右方向にのみ調整可能で、光軸ＡＸ方向には調整できないので、ランプソケットユニット３２をランプハウス３１に組み込んだ状態で、光源Ｌに関して光軸ＡＸ方向の位置が決定される。
【００２７】
次に、コレクタレンズ３３と光源Ｌと反射ミラー３６との調整手順について説明する。まず、光源Ｌをランプソケットユニット３２に取付けた後、引っかけ部５１をランプハウスの開口部に嵌合させ、ねじ止めする。これにより、ランプソケットユニット３２がランプハウス３７内に固定される。そして、コレクタレンズユニット３５を調整可能な範囲内のほぼ中央の位置で仮に位置決めする。ここで、コレクタレンズユニット３５の調整可能範囲の中央の位置が、コレクタレンズ３３の設計上の焦点位置になるように設定しておく。ランプソケットユニット３２に取り付けられている光源は、上述のように光軸ＡＸ方向には調整できずに、上下（Ｘ）、左右（Ｙ）方向のみに調整することができる。顕微鏡の対物レンズ系の瞳上に投影された光源像が瞳の中心に位置するように、光源の位置を心出しつまみ５８，５９で上下・左右の二つの方向に調整する。かかる調整により光源Ｌの位置を決めることができる。
【００２８】
次に、コレクタレンズユニット３５の調整つまみ４１を動かして、顕微鏡の対物レンズ系の瞳上に光源像が合焦するように、コレクタレンズユニット３５の位置調整を行う。最後に、つまみ４３を動かして、顕微鏡の対物レンズ系の瞳上に、反射ミラー３６を介して形成される光源像が合焦するように、反射ミラーユニット３７の位置調整を行う。ここで、反射ミラーユニット３７は光軸ＡＸ方向のみに調整可能であるので、光源像を容易に合焦させることができる。
【００２９】
なお、本発明は顕微鏡用の光源装置に限定されることなく、種々の光学用機器に適用できる。また、上述の実施の形態に限定されることなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の構成を取り得ることはいうまでもない。
【００３０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、例えば光源は上下（Ｘ）、左右（Ｙ）の２つの方向の調整、集光レンズ系と反射ミラー部とは光軸（Ｚ）方向だけの調整（焦点出し）を行うだけで、集光レンズ系による光源像と反射ミラー部を介した光源像とを、顕微鏡の対物レンズ系の瞳面の中央に容易に一致させることができる。このため、心出し操作を簡単に、かつ確実にすることができるので、光源から直接放射される光と反射ミラーで集光された光とをコレクタレンズにより有効に集光でき、対物レンズの瞳面を光源の最大の輝度で照明することができる。
【００３１】
また、第１の光学部材の１軸調整、第２の光学部材の１軸調整、第３の光学部材の２軸調整の計４軸の調整で済み、さらに集光レンズ系と反射ミラー部の焦点出し（合焦）も光軸方向の調整だけで良いので、光源の心出しの操作に慣れていない人でも光源の心出しを簡単に行うことができる。また、対物レンズ系の瞳面上で、集光レンズ系による光源の像と反射ミラー部を介した光源の像とを、光学素子の保持部材の加工精度に依存せずに容易に一致させることができるので、顕微鏡の対物レンズ系の瞳面を本光源装置から放射される光の最大の輝度で照明することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）、（ｂ）は本発明による顕微鏡光源装置の外形図である。
【図２】（ａ）、（ｂ）は本発明による顕微鏡光源装置の断面図である。
【図３】本発明による顕微鏡光源装置の外形図である。
【図４】（ａ）、（ｂ）は従来技術の顕微鏡光源装置の断面図である。
【符号の説明】
１０：円筒状部材
１１ａ〜１１ｄ：コレクタレンズ成分
１２：反射ミラー
１３：反射ミラー保持部材
１４，Ｌ：光源
１５：円筒部材調整つまみ
１７：コレクタレンズユニット
１８：反射ミラー保持部
１９：ランプハウス
２０：ランプソケットユニットソケット
２１：上下方向調整つまみ
２２：左右方向調整つまみ
２３：固定部
２４：長穴
３１：ランプハウス
３２：ランプソケットユニット
３３：非球面コレクタレンズ
３４：フィルタ
３５：コレクタレンズユニット
３６：反射ミラー
３７：反射ミラーユニット
３８：円筒状フレーム
３９：ねじ
４０：長穴
４１：コレクタレンズユニット用調整つまみ
４２：押さえ環
４３：反射ミラーユニット用調整つまみ
４４：ピン
４５：ケーブル
５１：固定板
５２ａ、５２ｂ：ソケット
５３：セラミック板
５４：軸
５５：長方形部材
５６：ばね
５７：ばね
５８：上下方向調整つまみ
５９：左右方向調整つまみ
６０：ランプソケットユニット固定ねじ
６１：スペーサ
６２：スリット
６３：放熱フィン

Claims

光を供給する光源部と、
光を照射する側に配置され、前記光源部の供給する光を集光するための集光レンズ系と、
前記光源部を介して前記集光レンズ系と反対側に配置され、前記光源部の供給する光を集光するための集光ミラー部と、
前記光源部と前記集光レンズ系と前記集光ミラー部とのいずれか一つの光学部材である第１の光学部材を第１のガイド部に沿って前記集光レンズ系の光軸に沿った方向に移動させる第１の調整部と、
前記光源部と前記集光レンズ系と前記集光ミラー部との残り二つの光学部材のいずれか一つである第２の光学部材を、前記第１の調整部とは独立して第２のガイド部に沿って前記光軸方向に移動させる第２の調整部と、
前記光源部と前記集光レンズ系と前記集光ミラー部との残り一つの第３の光学部材を、第３のガイド部に沿って前記光軸と垂直な面内において二つの方向に移動させる第３の調整部とを有し、
前記第１のガイド部と前記第２のガイド部とは、前記第１の光学部材と前記第２の光学部材との中心軸が一致する形状に一体的に形成されていることを特徴とする顕微鏡用光源装置。
前記第１の調整部は前記集光レンズ系の位置を調整し、
前記第２の調整部は前記集光ミラー部の位置を調整し、
前記第３の調整部は前記光源部の位置を調整することを特徴とする請求項１に記載の顕微鏡用光源装置。
前記第１の調整部は、前記集光レンズ系と前記集光ミラー部との一方の光学部材の焦点位置と、前記光源部の位置とが一致するように、前記一方の光学部材と前記光源部との一つを調整し、
前記第２の調整部は、前記集光レンズ系と前記集光ミラー部との他方の光学部材の焦点位置と、前記光源部の位置とが一致するように、前記他方の光学部材を調整することを特徴とする請求項１に記載の顕微鏡用光源装置。