JP4686015B2

JP4686015B2 - 照明装置

Info

Publication number: JP4686015B2
Application number: JP2000287622A
Authority: JP
Inventors: 周三三島; 明八木
Original assignee: Olympus Corp
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 2000-09-21
Filing date: 2000-09-21
Publication date: 2011-05-18
Anticipated expiration: 2020-09-21
Also published as: JP2002098907A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、対物レンズを用いた全反射照明法に適用される照明装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、蛍光顕微鏡、フォトンＳＴＭ（ＮＳＯＭ）、微小ガラス針によるナノメートル計測法などのミクロの次元や領域を対称とするものの照明方法として、全反射照明が知られている。
【０００３】
この全反射照明は、全反射したガラス表面から試料溶液側にしみ出す光であるエバネッセント光（深さ１００ｎｍ程度）を使ってガラス表面近傍のみを局部的に照明するもので、エバネッセント光が“波長より小さい寸法の領域に局在し、自由空間を伝搬しない”という特性を利用することにより、バックグランド・ノイズ（散乱光など）が極めて低く、例えば、蛍光色素１分子のような観察にも有効であるとされている。
【０００４】
ところで、対物レンズを使用した全反射照明では、開口数（ＮＡ）が下記の式を満たす対物レンズを使用することにより全反射照明が可能であり、油浸対物レンズで高い開口数を有するものが使われている。
【０００５】
ＮＡ＞ｎただし、ＮＡ：対物レンズの開口数、ｎ：試料溶液の屈折率
しかし、このような対物レンズを使用する方法では、対物レンズ内で光が散乱しないように照明光を入射することが重要で、例えば、特開平９−１５９９２２号公報に開示されるように、照明光を対物レンズの後ろ側焦点（瞳位置）で集光するように入射させるようにしたものがあり、この場合、照明光の入射位置の微妙な調整をするために、カバーガラス表面で全反射した後に同一光路を通ってくる戻り光の形状や強弱を観察して調整の良否を確認する必要がある。
【０００６】
つまり、このような全反射照明に対物レンズを使用した方法では、適切な調整が行われた照明光は、カバーガラス裏面で全反射した後、同一光路を通って照明装置まで戻ってくるが、照明光の適切な調整が行われていない場合は、対物レンズ内での散乱やケラレが発生し、全反射することなく透過するなどして、照明光と同様なきれいな戻り光を得ることができない。
【０００７】
そこで、従来、この戻り光の形状や強弱を観察しながら照明光の調整を行うため、光路中に紙片などを挿入して戻り光を映し出す方法が用いられている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、この方法によると、紙片などを光路中に挿入することで、照明光を遮ってしまうため、戻り光が極めて微弱となり、確実な観察ができないという問題が生じる。
【０００９】
また、ハーフミラーなどで光路分岐された別の照明装置を有するような顕微鏡の場合は、この照明装置を取り外した開口部に紙片をかざし、この紙片に映し出される戻り光の形状や強弱を観察しながら照明光の調整作業を行うようにしたものもある。
【００１０】
ところが、この方法は、適用できる機種が限られてしまうばかりか、他の照明装置を取り外すなどの面倒な作業を必要とする問題があった。
【００１１】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、照明光の調整に有用な戻り光の観察を簡単に且つ確実に行うことができる照明装置を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、対物レンズを介して入射される照明光の全反射後に前記照明光に沿って戻される戻り光に基づいて前記照明光を調整する対物レンズを用いた全反射照明法に適用される照明装置において、前記照明光に沿って戻される戻り光の光路に、少なくとも前記戻り光を投影するスクリーンを有する光学ブロックを設けたことを特徴としている。
【００１３】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記光学ブロックは、前記戻り光とともに、前記照明光を投影するスクリーンを有することを特徴としている。
【００１４】
請求項３記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記光学ブロックは、同一スクリーン上に前記戻り光および照明光を投影することを特徴としている。
【００１５】
この結果、本発明によれば、照明光の調整に用いられる戻り光の状態を光学ブロックのスクリーンに投影することができるので、戻り光の観察を簡単に、しかも確実に行うことができ、照明光の調整の良否を簡単に知ることができる。
【００１６】
また、本発明によれば、照明光と戻り光を、それぞれスクリーンまたは同一スクリーン上に投影できるので、スクリーンに投影される照明光と戻り光を同時に見ながら、これらの形状および明るさなどの比較を容易に行うことができる。
【００１７】
【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。
【００１８】
（第１の実施の形態）
図１は、本発明が適用される対物レンズを用いた全反射照明法を採用した倒立型の落射蛍光顕微鏡の概略構成を示している。
【００１９】
図において、１は顕微鏡本体で、この顕微鏡本体１は、一般的な倒立型の落射蛍光顕微鏡と同様に、照明部２、ダイクロイックミラー３、対物レンズ４、ハーフミラー５、光学フィルタ６および光ディテクターとしての撮像素子（ＣＣＤカメラなど）７を有しており、それぞれの光軸を一致させて配置されている。
【００２０】
照明部２は、所定波長のレーザ光を発する照射光源８、集光レンズ９および光学ブロック１０を、それぞれの光軸を一致するように配置しており、照射光源８からのレーザ光を集光レンズ９、光学ブロック１０、ダイクロイックミラー３を介して対物レンズ４の瞳位置で集光させるように調整されている。
【００２１】
光学ブロック１０は、ほぼ立方体形状をしたガラスなどの透明な光学材料からなるもので、光軸に対して４５゜の傾きのハーフミラー１０１を有するとともに、ハーフミラー１０１を挟んで相対向する２つの面をスクリーン１０２、１０３に形成していて、光軸に沿って入射される照明光１１１をハーフミラー１０１により分割し、一方の透過される光をダイクロイックミラー３側に出射するとともに、他方の反射される光をスクリーン１０２面に光像として投影し、また、照明光１１１と逆向きに光軸に沿って入射される後述する戻り光１１３についても、ハーフミラー１０１により分割し、このうち反射される光をスクリーン１０３に光像として投影するようにしている。この場合、スクリーン１０２、１０３は、投影される光像を可視化するための砂目処理が施されている。
【００２２】
ダイクロイックミラー３は、照射光源８からの所定波長のレーザ光を反射するとともに、後述する蛍光の波長を透過するように調整されている。対物レンズ４は、上述したＮＡ＞ｎの条件を満たした高い開口数を有する油浸対物レンズからなるものである。
【００２３】
対物レンズ４の上方に標本１２が配置されている。この標本１２は、図２に示すように顕微鏡本体１の図示しないステージに載置されたカバーガラス１３上に溶液１４を介在させて配置されるもので、オイル１５を介して対物レンズ４の焦点に位置されている。
【００２４】
ダイクロイックミラー３で反射された照射光源８のレーザ光は、照明光（励起光）１１１として対物レンズ４を介して標本１２に照射される。そして、照明光１１１の励起により、標本１２から発せられる微弱な蛍光１１２は、ダイクロイックミラー３を透過され、光学フィルタ６を介してハーフミラー５に入射される。ハーフミラー５は、蛍光１１２を分割し、一方の分割蛍光を反射させて接眼レンズ１６を介して観察可能にし、他方の分割蛍光を撮像素子７に入射する。光学フィルタ６は、ダイクロイックミラー３などとともに観察光学系を構成するもので、特定の波長の光を選択的に通すことができるようになっている。ここでは、照明光１１１の波長の光を遮断し、蛍光の波長の光のみを通過させるものが用いられ、標本１２からの蛍光１１２は、光学フィルタ６を通過され、蛍光像として観察されるとともに、撮像素子７により撮像される。
【００２５】
一方、図２に示すように、照明光１１１として対物レンズ４に入射されるレーザ光は、カバーガラス１３で全反射され、標本１２側にエバネッセント光１７を生成した後、対物レンズ４の中心軸に対して照明光１１１と軸対称な対物レンズ４の瞳位置で焦点を結び、戻り光１１３としてダイクロイックミラー３で反射して照明部２側に戻され、光学ブロック１０に入射される。
【００２６】
光学ブロック１０では、光軸に沿って入射される照射光源８からの照明光１１１がハーフミラー１０１で反射されてスクリーン１０２に投影され、同時に、照明光と逆向きにダイクロイックミラー３側から光軸に沿って入射される戻り光１１３についても、ハーフミラー１０１で反射されてスクリーン１０３に投影される。
【００２７】
この場合、スクリーン１０２、１０３に投影される照明光１１１および戻り光１１３のそれぞれの形状は、適切な照明光１１１の調整が行われていれば、ほぼ同じ大きさで、明るさも等くなるが、照明光１１１の調整が適切でないと、対物レンズ４内での散乱やケラレが発生し、全反射することなく透過するなどして、戻り光１１３の形状が欠けたり暗くなったりする。このことから、スクリーン１０２、１０３にそれぞれ投影される照明光１１１と戻り光１１３の形状と明るさを比較することにより、戻り光の状態観察を簡単に、しかも確実に行うことができるので、照明光１１１の調整の良否を簡単に知ることができ、この結果に応じて集光レンズ９や照明光源８を移動するなどして照射光源８からの照明光の位置を調整することにより、全反射照明に最適な照明光１１１を得ることができる。
【００２８】
なお、光学ブロック１０のスクリーン１０２、１０３は、砂目に形成したものに限らず、トレーシング―パーのような半透明の紙を貼り付けたものでもよい。また、照明光が可視光でない場合は、スクリーン１０２、１０３に、見えない光を可視光に変換するための光波長に合わせたＥＴ（ＥｌｅｃｔｒｏｎＴｒａｐｐｉｎｇ）材料を用いたＩＲセンサーカード（Ｑ−４２−Ｔ等；Ｑｕａｎｔｅｘ社製）やＵＶセンサーカード（Ｕ−２１−Ｔ等；Ｑｕａｎｔｅｘ社製）を張り付けたものを用いることもできる。さらに、スクリーン１０２、１０３の代わりにＣＣＤなどのイメージ素子を設けて、電気的に処理および表示を行うようにしてもよい。さらにまた、照明光の観察が不要な場合は、照明光を投影するスクリーン１０２を省略することもできる。
【００２９】
（第２の実施の形態）
図３(ａ)（ｂ）（ｃ）は、本発明の第２の実施の形態に適用される光学ブロックの概略構成を示している。また、かかる光学ブロックが適用される倒立型の落射蛍光顕微鏡の概略構成に付いては、図１と同様なので、同図を援用するものとする。
【００３０】
この場合、光学ブロック１０は、ハーフミラー１０１を挟んで相対向する２つのスクリーン１０２、１０３に、さらにガラスなどの透明な光学材料からなる直角二等辺三角形の断面を有するプリズム２０、２１が付加されている。プリズム２０は、スクリーン１０２より出射される照明光１１１の光軸に対して４５゜の傾きのミラー２０１を有し、また、プリズム２１は、スクリーン１０３より出射される戻り光１１３の光軸に対して４５゜の傾きのミラー２１１を有している。この場合、これらプリズム２０、２１は、同じ方向（図示例では上方向）を向いている。
【００３１】
このようにすれば、照明光１１１と戻り光１１３の光像が投影されたスクリーン１０２とスクリーン１０３を、ミラー２０１とミラー２１１を介することにより上部より同時に観察する事ができるので、これらの形状及び明るさの比較を容易に行うことができる。
【００３２】
また、図３（ｃ）に示すように、光学ブロック１０に設けられたスクリーンを、プリズム側に移設することも可能である。光学ブロック１０のスクリーン１０２とスクリーン１０３を廃して透明とする代わりに、光学ブロック１０より出射される照明光１１１がミラー２０１を介して投影されるスクリーン２０２と、光学ブロック１０より出射される戻り光１１３がミラー２１１を介して投影されるスクリーン２１２とを設けることで、同様の効果を得ることが可能である。
【００３３】
（第３の実施の形態）
図４（ａ）（ｂ）は、本発明の第３の実施の形態に適用される光学ブロックの概略構成を示すもので、図３と同一部分には、同符号を付している。
【００３４】
この場合、光学ブロック１０は、ハーフミラー１０１を挟んで相対向する２つの出射面１２２、１２３に、ガラスなどの透明な光学材料からなる直角二等辺三角形の断面を有するプリズム２０、２１が付加され、さらに、これらプリズム２０、２１の出射面１３２、１３３面上に台形の断面を有するプリズム２２が付加されている。このプリズム２２は、出射面１３２より出射される照明光１１１の光軸に対して４５゜の傾きのミラー２２１を有するとともに、ミラー２２１で反射された光の光軸に対して４５゜の傾きのハーフミラー２２２を有している。このハーフミラー２２２は、出射面１３３より出射される戻り光１１３の光軸に対しても４５゜の傾きを有するもので、ミラー２２１で反射された照明光１１１を反射し、出射面１３３より出射される戻り光１１３を透過するようにしている。そして、このハーフミラー２２２を反射または透過される光の光軸に対してスクリーン２２３を有している。
【００３５】
このようにすれば、照明光１１１と戻り光１１３のそれぞれの光像をハーフミラー２２２を介して同一のスクリーン２２３面に投影できるので、スクリーン２２３に投影される照明光１１１と戻り光１１３を同時に見ながら、これらの形状および明るさの比較を容易に行うことができる。
【００３６】
（第４の実施の形態）
図５（ａ）（ｂ）は、本発明の第４の実施の形態に適用される光学ブロックの概略構成を示すもので、図１と同一部分には、同符号を付している。
【００３７】
この場合、光学ブロック１０は、戻り光１１３が投影されるスクリーン１０３面に目盛り２５が付され、このスクリーン１０３に投影される戻り光１１３の大きさを直読できるようにしている。
【００３８】
このようにすれば、スクリーン１０３に投影される戻り光１１３の形状と大きさを目盛り２５を読むことで直ちに知ることができるので、この結果に基づいた照明光の調整を効率よく行うことができる。
【００３９】
（第５の実施の形態）
図６（ａ）（ｂ）は、本発明の第５の実施の形態に適用される光学ブロックの概略構成を示している。また、かかる光学ブロックが適応される倒立型落射蛍光顕微鏡の概略構成に付いては、図１と同様なので、同図を援用するものとする。
この場合、光学ブロック３１は、ほぼ直方体をしたガラスなどの透明な光学材料からなるもので、光軸に対して平行な１面にスクリーン３０３、３０４を有し、且つ光軸に対して４５°の傾きを持つと共にスクリーン３０３、３０４に対してそれぞれ４５°の傾きを持ち、更にお互いに９０°の傾きを持つハーフミラー３０１、３０２を有しており、光軸に沿って入射される照明光１１１をハーフミラー３０１により分割し、一方の透過される光をハーフミラー３０２を介してダイクロイックミラー３側に出射すると共に、他方の反射される光をスクリーン３０３面に光像として投影する。また、照明光１１１と逆向きに光軸に沿って入射される戻り光１１３は、ハーフミラー３０２により分割し、このうち反射される光をスクリーン３０４に光像として投影するようにしている。このとき、２つのスクリーン３０３、３０４の光学的な位置関係は、一致する（すなわち光軸上に直線的に配置し直した仮想スクリーン位置３０５に一致する）よう調節してあり、同じ位置の光像をそれぞれのスクリーン３０３、３０４面に得ることが可能となる。そのため、全反射照明に最適な調整がなされた場合には、照明光１１１と戻り光１１３が同じ大きさの光像として得ることができ、状態観察をさらに簡単にかつ確実に行うことが可能となる。
【００４０】
【発明の効果】
以上述べたように本発明によれば、照明光の調整に有用な戻り光の観察を簡単に且つ確実に行うことができる照明装置を提供できる。
【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の実施の形態を説明するための図。
【図３】本発明の第２の実施の形態に適用される光学ブロックの概略構成を示す図。
【図４】本発明の第３の実施の形態に適用される光学ブロックの概略構成を示す図。
【図５】本発明の第４の実施の形態に適用される光学ブロックの概略構成を示す図。
【図６】本発明の第５の実施の形態に適用される光学ブロックの概略構成を示す図。
【符号の説明】
１…顕微鏡本体
２…照明部
３…ダイクロイックミラー
４…対物レンズ
５…ハーフミラー
６…光学フィルタ
７…撮像素子
８…照射光源
９…集光レンズ
１０…光学ブロック
１０１…ハーフミラー
１０２…スクリーン
１０３…スクリーン
１１１…照明光
１１２…蛍光
１１３…戻り光
１２…標本
１３…カバーガラス
１４…溶液
１５…オイル
１６…接眼レンズ
１７…エバネッセント光
２０．２１…プリズム
２０１、２１１…ミラー
２０２．２１２…スクリーン
２２…プリズム
２２１…ミラー
２２２…ハーフミラー
２２３…スクリーン
２３．２４…色フィルタ
２５…目盛り
３１…光学ブロック
３０１、３０２…ハーフミラー
３０３、３０４…スクリーン
３０５…仮想スクリーン位置

Claims

対物レンズを介して入射される照明光の全反射後に前記照明光に沿って戻される戻り光に基づいて前記照明光を調整する対物レンズを用いた全反射照明法に適用される照明装置において、
前記照明光に沿って戻される戻り光の光路に、少なくとも前記戻り光を投影するスクリーンを有する光学ブロックを設けたことを特徴とする照明装置。
前記光学ブロックは、前記戻り光とともに、前記照明光を投影するスクリーンを有することを特徴とする請求項１記載の照明装置。
前記光学ブロックは、同一スクリーン上に前記戻り光および照明光を投影することを特徴とする請求項１記載の照明装置。