JP6688190B2

JP6688190B2 - 顕微鏡

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Publication number: JP6688190B2
Application number: JP2016156813A
Authority: JP
Inventors: 新太郎小林; 宇津木　裕徳; 裕徳宇津木
Original assignee: Olympus Corp
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 2016-08-09
Filing date: 2016-08-09
Publication date: 2020-04-28
Anticipated expiration: 2036-08-09
Also published as: JP2018025642A; US10274713B2; US20180045943A1; CN107703617B; CN107703617A

Description

本発明は、蛍光観察が可能な落射照明光学系と、白色ＬＥＤを光源とする透過照明光学系とを備える顕微鏡に関する。

従来、種々の観察法および観察標本に応じて、落射照明光学系と透過照明光学系とを切り替えて観察することが可能な顕微鏡が知られている。

近年、透過照明光学系の光源としてハロゲンランプに代えて白色ＬＥＤ（Light Emitting Diode）を使用する顕微鏡が増えているが、落射照明光学系の光源が青色等のＬＥＤ素子と該ＬＥＤ素子が照射する励起光により蛍光を発する蛍光体から構成される白色ＬＥＤである場合、落射照明光学系で蛍光観察を行うと、蛍光落射照明から標本に照射された励起光の一部が標本を透過して透過照明光学系の光源である白色ＬＥＤに入射して、蛍光体を励起し、蛍光体が蛍光を発光する。したがって、落射蛍光観察の際、透過照明の蛍光体が発光した蛍光が加わることとなり、ノイズとして検出されてしまうという問題を有していた。

この問題に対し、透過照明が消灯されると、透過照明光学系への落射照明光学系からの光の入射を制限し、透過照明が点灯されると、光の入射制限が解除される顕微鏡（例えば、特許文献１参照）や、白色ＬＥＤのスペクトルの感度が最大となる波長の透過を最小とするスペクトル透過プロファイルを有する補正フィルタを透過照明光学系内に挿脱可能な顕微鏡（例えば、特許文献２参照）が提案されている。

特許文献１および２の顕微鏡では、シャッタまたは補正フィルタにより蛍光体への励起光の照射を防止できるが、シャッタまたは補正フィルタは蛍光体の直前に配置されるため、コンデンサレンズ等の光学部材を高価な低自家蛍光用の部材に変更する必要がある。

一方、透過照明光学系の光路における標本の直前にコンデンサレンズを挿脱可能に配置し、コンデンサレンズを光路から脱離した際に、蛍光照明を遮光する遮光部材を標本の直前に挿入させることにより、光学部材を高価な低自家蛍光用の部材に変更することなく、自家蛍光を防止する顕微鏡が提案されている（例えば、特許文献３参照）。

特開２０１３−１４２８２９号公報特開２０１３−２９８３６号公報実開平０２−１４０５１４号公報

しかしながら、特許文献３では、コンデンサレンズの挿脱に際し、光路方向に所定の移動距離が必要となるため、高ＮＡ（Numerical Aperture）照明光学系に対応したコンデンサレンズを使用する場合、標本面とコンデンサレンズとの距離がさらに短くなり、コンデンサレンズやシャッタの挿脱ができないという問題を有している。また、近年ステージを低くする（机上に近づける）要望があり、コンデンサレンズやシャッタ等の挿脱は光路方向にさらに制限が加えられている。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、高ＮＡ照明光学系を備えた顕微鏡にも使用可能であって、高価な低自家蛍光用の光学部材への切換えを行うことなく、ノイズのない落射蛍光観察を可能とする顕微鏡を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる顕微鏡は、標本を載置するステージと、前記標本に所定の波長の励起光を照射する蛍光照明用光源を有する落射照明光学系と、白色ＬＥＤを備える透過照明用光源と、前記透過照明用光源からの射出光を前記標本に集光し、少なくとも前記照明光路と直交する方向に移動することにより前記照明光路上に挿脱可能な第１コンデンサレンズと、前記照明光路上に固定されている第２コンデンサレンズとから構成されるコンデンサレンズを備えるコンデンサと、を有する透過照明光学系と、蛍光観察時、前記第１コンデンサレンズとともに前記照明光路と直交する方向に連動して、前記落射照明光学系から照射される励起光の前記透過照明光学系への照明光路への入射を遮断する遮光部材と、を備え、前記ステージは、前記標本を載置する上ステージと、ステージ保持部材を介して顕微鏡本体の柱部に保持されている下ステージと、を有し、前記第１コンデンサおよび前記遮光部材は、前記下ステージ上で前記照明光路と直交する方向に連動することを特徴とする。

また、本発明にかかる顕微鏡は、上記発明において、前記第一コンデンサレンズを、前記照明光路に対して位置決め可能なクリック機構を有することを特徴とする。
また、本発明にかかる顕微鏡は、上記発明において、ユーザーが、前記第一コンデンサレンズを前記透過照明用光源の照明光路と直交する方向に移動させるための操作つまみを有することを特徴とする。

また、本発明にかかる顕微鏡は、上記発明において、前記白色ＬＥＤは黄色蛍光体を有することを特徴とする。

本発明によれば、高ＮＡ照明光学系を備えた顕微鏡においても、高価な低自家蛍光用の光学部材への切換えを行うことなく、ノイズのない落射蛍光観察を行うことが可能となる。

図１は、本発明の実施の形態にかかる顕微鏡の全体構成を示す側面図である。図２は、青色ＬＥＤを使用した白色ＬＥＤを説明するための図である。図３は、青色ＬＥＤを使用した白色ＬＥＤの発光スペクトルを説明する図である。図４は、図１の顕微鏡で使用するステージの内部構造を示す斜視図である。図５は、ステージの内部構造の上面図である。図６は、図５のＰＰ線断面図である。図７は、図５のＸＸ線断面図である。図８は、図４の第１コンデンサレンズを光軸から退避させた時の斜視図である。図９は、図８の上面図である。図１０は、図９のＱＱ線断面図である。図１１は、図９のＹＹ線断面図である。

以下、図面を参照し、本発明の好適な実施の形態（以下「実施の形態」という）について詳細に説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。また、図面の記載において、同一部分には同一の符号を付して示している。

（実施の形態）
図１は、本発明の実施の形態にかかる顕微鏡の全体構成を示す側面図である。発明の理解のために、アーム部２ｃおよびステージ７の内部を部分断面として示している。本発明の実施の形態にかかる顕微鏡１は、顕微鏡本体２と、落射照明光学系３と、透過照明光学系４と、を備える。

顕微鏡本体２は、ベース部２ａと、ベース部２ａの背面側に立設する柱部２ｂと、柱部２ｂに支持されて正面側に向かって延在するアーム部２ｃとを有する。ベース部２ａは、机上等の顕微鏡１が設置される場所に直接載置される部分であり、内部に透過照明光学系４が配置されている。また、ベース部２ａは、ステージ保持部材７ａを介してステージ７を保持する。ステージ７は、標本Ｓを載置する上ステージと、ステージ保持部材７ａを介して顕微鏡本体２の柱部２ｂに保持されている下ステージ７ｂ（図４参照）とを有する。

柱部２ｂは、ベース部２ａの背面側（奥側）に立設され、下端部でベース部２ａと一体化されている。アーム部２ｃは、柱部２ｂの上端から顕微鏡１の正面側に向かってベース部２ａに対向して水平に延在し、下側にレボルバ５が取り付けられるとともに、上側に鏡筒８および接眼レンズ９が取り付けられている。また、アーム部２ｃの中空の内部には、落射照明光学系３が配置されている。なお、本明細書において、顕微鏡１の正面側は観察者が位置する側であり、背面側は正面側に対向する側を意味する。

レボルバ５は、アーム部２ｃに対して回転自在に保持され、対物レンズ６を標本Ｓの上方に配置する。対物レンズ６は、レボルバ５に対して倍率（観察倍率）の異なる他の対物レンズ６とともに交換自在に装着されており、レボルバ５の回転に応じて光軸ｍ上に挿入されて標本Ｓの観察に用いる対物レンズが択一的に切り換えられるようになっている。

落射照明光学系３は、落射観察を行うための光学要素である。落射照明光学系３は、蛍光照明用光源１３からステージ７に載置された標本Ｓの上面に至るまでの間に、視野絞り１４、コレクタレンズ１５、励起フィルタ１６ａ、ダイクロイックミラー１７を配設することによって落射照明を構成している。落射照明光学系３は、光軸ｍに対して位置決めされた状態でケーラー照明を構成し、蛍光照明用光源１３と対物レンズ６の射出瞳、および視野絞り１４と標本Ｓとが共役関係に位置している。発光ダイオードからなる蛍光照明用光源１３から照射された特定の波長成分を含む照明光は、視野絞り１４、コレクタレンズ１５を通過し、励起フィルタ１６ａにより標本Ｓに染色された蛍光色素に必要な励起波長のみが透過される。透過された照明光は、ダイクロイックミラー１７により対物レンズ６に向けて反射され、対物レンズ６を透過した後に標本Ｓに照射される。照明光が照射された標本Ｓからは、標本Ｓに染色された蛍光色素が励起されて、励起光より長い波長成分の蛍光が発せられる。この蛍光は、対物レンズ６、ダイクロイックミラー１７を透過し、吸収フィルタ１６ｂにより観察に必要な蛍光波長のみが透過され、さらに鏡筒８内に配置される図示しない結像レンズ、プリズムを通過して結像され、接眼レンズ９により目視観察できるようになる。

透過照明光学系４は、透過観察を行うための光学要素である。透過照明用光源１０からステージ７に載置された標本Ｓの下面に至るまでの間に、コレクタレンズ１１、およびコンデンサ１２を順次配設することによって透過照明を構成している。透過照明用光源１０から出射された透過観察用の照明光は、コレクタレンズ１１、およびコンデンサ１２を構成する第２コンデンサレンズ１２ｂ、第１コンデンサレンズ１２ａを順次通過し、標本Ｓに照射されて透過することになる。標本Ｓを透過した光は、対物レンズ６、ダイクロイックミラー１７を透過し、さらに鏡筒８内に配置される図示しない結像レンズ、プリズムを通過して結像され、接眼レンズ９により観察できるようになる。

透過照明用光源１０は、発光素子と蛍光体とを有する白色ＬＥＤであり、青色ＬＥＤと黄色蛍光体からなるもの、青色ＬＥＤと赤色および緑色蛍光体からなるもの等、が例示される。図２は、青色ＬＥＤを使用した白色ＬＥＤを説明するための図である。図３は、青色ＬＥＤを使用した白色ＬＥＤの発光スペクトルを説明する図である。図２に示すように、青色ＬＥＤ１０ａを使用する透過照明用光源１０は、青色ＬＥＤ１０ａが黄色蛍光体１０ｂに封止されている。青色ＬＥＤ１０ａが青色励起光（図３の４６５ｎｍにピークを有する励起光）を発光すると、この青色励起光によって黄色蛍光体１０ｂが黄色蛍光（図３の５６０ｎｍにピークを有する蛍光）を発光し、青色励起光と黄色蛍光との混合により白色光を照射する。

次に、本実施の形態にかかる顕微鏡１における、落射照明光学系から透過照明光学系への照明光の遮断について図を参照して説明する。図４は、本発明の実施の形態にかかる顕微鏡１で使用するステージ７の内部構造を示す斜視図である。図５は、ステージ７の内部構造の上面図である。図６は、図５のＰＰ線断面図である。図７は、図５のＸＸ線断面図である。なお、図４〜図７では、発明の理解のために、上ステージの図示をせず、下ステージ７ｂの第１コンデンサレンズ１２ａが配置される部分を主として示している。

第１コンデンサレンズ１２ａは、図６に示すように、押さえ管１９によりコンデンサレンズ枠１８に押し付けられて保持されている。コンデンサレンズ枠１８は、板状のスライド部２０にビス２１等により取り付けられている。

下ステージ７ｂ上には、前後方向（正面側から背面側）に一対のガイド部２２が平行に配置され、このガイド部２２に形成された凹部２２ａ上にスライド部２０の端部が配置される。ガイド部２２の上面には、凹部２２ａとともにスライド部２０の端部を保持するカバー２３がビス２４等により固定されている。また、下ステージ７ｂ上には、ガイド部２２と直交するようにバネ材２５がビス２６等により固定され、バネ材２５はカバー２３の上方からスライド部２０を下方に押圧する。バネ材２５の端部にはボール２５ａが接着され、ボール２５ａはスライド部２０の端部に形成されている溝部２７上を移動する。溝部２７は、楕円柱状の第１溝部２７ａと、略矩形柱状の第２溝部２７ｂと、円錐状の第３溝部２７ｃとからなり、第１溝部２７ａ〜第３溝部２７ｃで構成することによりクリック機構を構成している。

スライド部２０の前面側には、つまみ２８が形成され、このつまみ２８に指をかけ、ガイド部２２と平行にスライド部２０を移動させることにより、第１コンデンサレンズ１２ａを光軸ｍに挿脱する。スライド部２０を背面側に移動させ、バネ材２５のボール２５ａが第１溝部２７ａの角部に乗り上げた状態（図７参照）、すなわち、スライド部２０を位置決め用ピン２９に押し当てることで（図５参照）、第１コンデンサレンズ１２ａは光軸ｍに位置決めされる。

スライド部２０の背面側には、金属製の遮光板３０がビス３１等により取り付けられている。図８は、図４の第１コンデンサレンズ１２ａを光軸ｍから退避させた時の斜視図である。図９は、図８の上面図である。図１０は、図９のＱＱ線断面図である。図１１は、図９のＹＹ線断面図である。

つまみ２８に指をかけ、ガイド部２２と平行にスライド部２０を前面側に移動させることにより、第１コンデンサレンズ１２ａを光軸ｍから退避させ、遮光板３０を光軸ｍ上に配置する。スライド部２０を前面側に移動させ、バネ材２５のボール２５ａを第３溝部２７ｃに入れ込むことにより（図１１参照）、第１コンデンサレンズ１２ａは退避位置に位置決めされるとともに、遮光板３０が光軸ｍ上に配置される。また、下ステージ７ｂ上にはストッパー３２が配置され、バネ材２５のボール２５ａが第３溝部２７ｃより前面側に乗り上げた場合でも、ストッパー２３にスライド部２０が当て付くことによりスライド部２０の移動が制限され、ボール２５ａが第３溝部２７ｃに引き込まれ位置決めされる。遮光板３０を光軸ｍ上に配置することにより、落射照明光学系３からの励起光の透過照明光学系４への入射を遮断することができる。これにより、透過照明光学系４に入射した励起光による、透過照明用光源１０の黄色蛍光体１０ｂの発光や、第２コンデンサレンズ１２ｂ等の光学部材の自家蛍光を防止することができる。

本実施の形態では、コンデンサレンズ枠１８を介して第１コンデンサレンズ１２ａを保持するスライド部２０、およびスライド部２０に取り付けられた遮光板３０を、下ステージ７ｂ上に形成されたガイド部２２上で、光軸ｍと直交する方向に移動することにより、落射照明光学系３からの透過照明光学系４への励起光の入射を防止することができる。これにより、透過照明用光源１０の黄色蛍光体１０ｂの発光や、第２コンデンサレンズ１２ｂ等の光学部材の自家蛍光を防止でき、ノイズのない蛍光観察を行うことが可能となる。また、本実施の形態では、スライド部２０および遮光板３０を、光軸ｍと直交する方向に移動させるため、高ＮＡ照明光学系を備えた顕微鏡１においても、スライド部２０および遮光板３０を、標本Ｓの近傍、すなわち下ステージ７ｂ上に配置でき、第２コンデンサレンズ１２ｂ等の光学部材を高価な低自家蛍光用に変更する必要はなく、コスト的に優れるものである。

上記の実施の形態では、照明光路と直交する方向に移動することにより前記照明光路上に挿脱可能な第１コンデンサレンズ１２ａと、照明光路上に固定されている第２コンデンサレンズ１２ｂとからコンデンサレンズが構成されているが、これに限定されるものではなく、コンデンサレンズを、照明光路と直交する方向に移動することにより照明光路上に挿脱可能な１つのコンデンサレンズで構成してもよい、

１顕微鏡
２顕微鏡本体
２ａベース部
２ｂ柱部
２ｃアーム部
３落射照明光学系
４透過照明光学系
５レボルバ
６対物レンズ
７ステージ
７ａステージ保持部材
７ｂ下ステージ
８鏡筒
９接眼レンズ
１０透過照明用光源
１０ａ青色ＬＥＤ
１０ｂ黄色蛍光体
１１コレクタレンズ
１２コンデンサ
１２ａ第１コンデンサレンズ
１２ｂ第２コンデンサレンズ
１３蛍光照明用光源
１４視野絞り
１５コレクタレンズ
１６ａ励起フィルタ
１６ｂ吸収フィルタ
１７ダイクロイックミラー
１８コンデンサレンズ枠
１９押さえ管
２０スライド部
２１、２４、２６、３１ビス
２２ガイド部
２３カバー
２５バネ材
２７溝部
２８つまみ
２９位置決め用ピン
３０遮光板
３２ストッパー
Ｓ標本

Claims

標本を載置するステージと、
前記標本に所定の波長の励起光を照射する蛍光照明用光源を有する落射照明光学系と、
白色ＬＥＤを備える透過照明用光源と、前記透過照明用光源からの射出光を前記標本に集光し、少なくとも前記照明光路と直交する方向に移動することにより前記照明光路上に挿脱可能な第１コンデンサレンズと、前記照明光路上に固定されている第２コンデンサレンズとから構成されるコンデンサと、を有する透過照明光学系と、
蛍光観察時、前記第１コンデンサレンズとともに前記照明光路と直交する方向に連動して、前記落射照明光学系から照射される励起光の前記透過照明光学系への照明光路への入射を遮断する遮光部材と、
を備え、
前記ステージは、前記標本を載置する上ステージと、ステージ保持部材を介して顕微鏡本体の柱部に保持されている下ステージと、を有し、
前記第１コンデンサおよび前記遮光部材は、前記下ステージ上で前記照明光路と直交する方向に連動することを特徴とする顕微鏡。
前記第１コンデンサレンズを、前記照明光路に対して位置決め可能なクリック機構を有することを特徴とする請求項１に記載の顕微鏡。
ユーザーが、前記第１コンデンサレンズを前記透過照明用光源の照明光路と直交する方向に移動させるための操作つまみを有することを特徴とする請求項１または２に記載の顕微鏡。
前記白色ＬＥＤは黄色蛍光体を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の顕微鏡。