JP2009116054A - 光学装置および顕微鏡 - Google Patents

Abstract

【課題】標本の所望する位置に光を照射することができるようにする。
【解決手段】顕微鏡１１には、標本２２を撮像する観察カメラ２９と、対物レンズ２４との間に、反射面を回動して標本２２からの観察光の光路を変更する回動ミラー４６が設けられている。また、顕微鏡１１には、観察カメラ２９と共役な位置に励起光を通過させる絞り４２が設けられている。そして、蛍光励起用光源２８から射出した励起光は、絞り４２を通過してダイクロイックミラー４４を透過し、その後観察光の光路を観察光とは逆向きに通って標本２２に照射される。したがって、回動ミラー４６が回動して観察カメラ２９の視野が移動されても、標本２２上における励起光が照射される位置は、観察カメラ２９の視野の位置とほぼ同じ位置となる。本発明は顕微鏡に適用することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、標本の所望する位置に光を照射することができるようにした光学装置および顕微鏡に関する。

従来、対物レンズを倍率の異なるものに取り替えたり、顕微鏡の対物レンズやステージを移動させたりすることなく、標本に対する顕微鏡の視野の位置を移動させる顕微鏡が提案されている（例えば、特許文献１参照）。そのような顕微鏡には、対物レンズと、標本の像を撮像するカメラとの間に、標本からの観察光の光路を変更する回動ミラーが設けられており、観察者であるユーザは回動ミラーを回動させるだけで、標本の任意の部分を観察することができる。

特開２００５−３２１６５７号公報

しかしながら、上述した技術においては、励起光や光刺激用のレーザなど、標本に所定の照射光を照射しなければならない場合、標本の所望する部分だけに照射光を照射させることができなかった。

例えば、照射光として励起光を標本に照射する場合、対物レンズやステージは固定されたままであるので、励起光源から射出された励起光は対物レンズにより集光されて、常に標本の中心、すなわち対物レンズの光軸と標本とが交わる位置を中心として照射されることになる。したがって、標本上における顕微鏡の視野内で観察される領域の位置と、励起光が照射される領域の位置とにずれが生じて、標本の不必要な部分にまで励起光が照射されてしまうことがあり、標本全体の退色などの要因となっていた。

本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、標本の所望する部分だけに光を照射することができるようにするものである。

本発明の一側面の光学装置は、照明光源と、対物レンズと、前記照明光源からの照射光を透過させて、標本に前記照射光を照射させるために前記対物レンズに前記照射光を入射させるとともに、前記対物レンズから入射した前記標本からの観察光を反射して、撮像手段に入射させるハーフミラーと、前記撮像手段に入射する前記観察光の像の前記撮像手段の受光面内の位置が移動するように、前記観察光の光路を変更するとともに、前記標本上における前記照射光が照射される位置が移動するように、前記照射光の光路を変更する変更手段とを有し、前記照明光源と前記変更手段と前記対物レンズとを結ぶ照明光学系および前記対物レンズと前記変更手段と前記撮像手段を結ぶ観察光学系を備え、前記照明光学系と前記観察光学系の一部は共通な光学系であることを特徴とする。

本発明の一側面によれば、標本に光を照射することができる。特に、本発明の一側面によれば、標本の所望する位置だけに光を照射することができる。

以下に本発明の実施の形態を説明するが、本発明の構成要件と、明細書又は図面に記載の実施の形態との対応関係を例示すると、次のようになる。この記載は、本発明をサポートする実施の形態が、明細書又は図面に記載されていることを確認するためのものである。従って、明細書又は図面中には記載されているが、本発明の構成要件に対応する実施の形態として、ここには記載されていない実施の形態があったとしても、そのことは、その実施の形態が、その構成要件に対応するものではないことを意味するものではない。逆に、実施の形態が構成要件に対応するものとしてここに記載されていたとしても、そのことは、その実施の形態が、その構成要件以外の構成要件には対応しないものであることを意味するものでもない。

本発明の光学装置は、照明光源（例えば、図１の蛍光励起用光源２８）と、対物レンズ（例えば、図１の対物レンズ２４）と、前記照明光源からの照射光を透過させて、標本に前記照射光を照射させるために前記対物レンズに前記照射光を入射させるとともに、前記対物レンズから入射した前記標本からの観察光を反射して、撮像手段（例えば、図１の観察カメラ２９）に入射させるハーフミラー（例えば、図１のダイクロイックミラー４４）と、前記撮像手段に入射する前記観察光の像の前記撮像手段の受光面内の位置が移動するように、前記観察光の光路を変更するとともに、前記標本上における前記照射光が照射される位置が移動するように、前記照射光の光路を変更する変更手段（例えば、図１の回動ミラー４６、図１０の移動部２８３、または図１３のステッピングモータ３１４）とを有し、前記照明光源と前記変更手段と前記対物レンズとを結ぶ照明光学系および前記対物レンズと前記変更手段と前記撮像手段を結ぶ観察光学系を備え、前記照明光学系と前記観察光学系の一部は共通な光学系であることを特徴とする。

なお、本実施の形態では、ハーフミラーは１つであるが、異なる波長の観察光を反射するダイクロイックミラーを同じ光路に設け、異なる撮像手段に導くようにしてもよい。

光学装置には、顕微鏡のステージ上に配置された前記標本に照射される前記照射光を通過させるとともに、通過させる前記照射光の光束の太さを調整する調整手段（例えば、図１の絞り４２）をさらに設けることができる。

前記変更手段は、前記対物レンズと前記ハーフミラーとの間に配置され、反射面において前記照射光を反射させて前記対物レンズに入射させるとともに、前記反射面において前記観察光を反射させて前記ハーフミラーに入射させ、前記反射面を回動させることにより前記照射光および前記観察光の光路を変更する（例えば、図１の回動ミラー４６）ことができる。

光学装置には、前記対物レンズと、前記ハーフミラーとの間に配置され、前記標本に照射される前記照射光の像の大きさを拡大または縮小させるとともに、前記撮像手段に入射する前記観察光の像の大きさを拡大または縮小させる変倍手段（例えば、図１の変倍光学系４５）をさらに設けることができる。

前記変更手段には、前記変倍手段を構成するレンズ、前記ハーフミラー、および前記調整手段を所定の方向に移動させることにより、前記照射光および前記観察光の光路を変更させる（例えば、図１０の移動部２８３）ことができる。

前記変更手段には、前記変倍手段を構成するレンズを、そのレンズの光軸に垂直な方向に移動させることにより、前記照射光および前記観察光の光路を変更する移動手段（例えば、図１３のステッピングモータ３１４）と、前記対物レンズと、前記前記変倍手段との間に配置され、反射面において前記照射光を反射させて前記対物レンズに入射させるとともに、前記反射面において前記観察光を反射させて前記ハーフミラーに入射させ、前記反射面を例えば回動させることにより前記照射光および前記観察光の光路を変更する回動反射手段（例えば、図１３の回動ミラー４６）とを設けることができる。

本発明では、変更手段に入射する観察光と反射する観察光、および変更手段に入射する照射光と反射する照射光の光路は共通している。

以下、図面を参照して、本発明を適用した実施の形態について説明する。

図１は、本発明を適用した顕微鏡の一実施の形態の構成例を示す図である。

顕微鏡１１には、ステージ２１が設けられており、ステージ２１には、観察の対象となる標本２２が配置される。また、顕微鏡１１には、標本２２を明視野観察するための透過照明用光源２３が設けられており、透過照明用光源２３から射出された照明光は、図示せぬ光学系を介してステージ２１の図中、下側から標本２２に照射される。標本２２に照射された照明光は標本２２を透過して、標本２２に対向する位置に設けられた対物レンズ２４、中間ユニット２５を介して接眼レンズ２６および観察カメラ２７に入射する。

中間ユニット２５には、蛍光観察時に標本２２に励起光を照射するための蛍光励起用光源２８、および標本２２の画像を撮像する観察カメラ２９が装着されている。また、中間ユニット２５は、レンズ４１、絞り４２、レンズ４３、ダイクロイックミラー４４、変倍光学系４５、および回動ミラー４６を備えている。

なお、中間ユニット２５は、顕微鏡１１に一体的に設けられたものとされてもよいし、顕微鏡１１とは異なる装置とされ、顕微鏡１１に対して着脱自在とされるようにしてもよい。

蛍光励起用光源２８は平行光である励起光を射出して、中間ユニット２５のレンズ４１に入射させる。レンズ４１は、蛍光励起用光源２８から入射した励起光を集光して絞り４２を介してレンズ４３に入射させる。ここで、レンズ４１は、励起光が絞り４２の開口の位置において結像するように、励起光を集光する。

絞り４２は、レンズ４１から入射した励起光の一部または全部を通過させて、レンズ４３に入射させる。つまり、絞り４２は、絞り４２に設けられた開口の大きさを、適宜変化させることにより、開口を通過する励起光の光束の太さ（光量）を調整する。この絞り４２は、観察カメラ２９と共役となる位置に配置され、絞り４２の開口の大きさは、観察カメラ２９の受光面の大きさと同じ大きさ（より詳細にはほぼ同じ大きさ）とされる。

レンズ４３は、レンズ４１から入射した励起光を平行光とし、平行光とされた励起光をダイクロイックミラー４４に入射させる。ダイクロイックミラー４４は、レンズ４３から入射した励起光を透過させて、変倍光学系４５および回動ミラー４６を介して対物レンズ２４に入射させる。対物レンズ２４は、回動ミラー４６から入射した励起光を集光して、励起光を標本２２に照射する。なお。励起光の光束の太さは、変倍光学系４５において変化し、標本２２に照射される励起光の像の大きさが拡大または縮小される。

標本２２に励起光が照射されると、標本２２は、照射された励起光により蛍光を発現する。標本２２から発現した蛍光は、標本２２を観察するための観察光となり、対物レンズ２４を介して回動ミラー４６に入射する。回動ミラー４６は、対物レンズ２４から入射した観察光（蛍光）の一部を透過させるとともに、入射した観察光の一部を反射して変倍光学系４５に入射させる。

回動ミラー４６を透過した観察光は、図示せぬ光学系を介して接眼レンズ２６および観察カメラ２７に入射する。接眼レンズ２６は、回動ミラー４６から入射した観察光を集光して結像させる。また、観察カメラ２７は、回動ミラー４６から入射した観察光の像を撮像し、撮像された画像を図示せぬ装置に供給して表示させる。したがって、観察者であるユーザは、接眼レンズ２６から標本２２を観察することができ、また、図示せぬ装置に表示される画像を見ることで、観察カメラ２７により撮像された標本２２を観察することができる。

一方、回動ミラー４６において反射された観察光は、変倍光学系４５を介してダイクロイックミラー４４に入射する。なお、観察光の光束の太さは、変倍光学系４５において変化する。これにより、観察カメラ２９に入射する観察光（蛍光）の像の大きさが拡大または縮小される。

ダイクロイックミラー４４は、変倍光学系４５から入射した観察光を反射させて観察カメラ２９に入射させ、観察カメラ２９は、ダイクロイックミラー４４から入射した観察光を撮像し、撮像された画像を図示せぬ装置に供給して表示させる。

また、変倍光学系４５は、例えば図２に示すように、観察カメラ２９の受光面において結像する観察光の像、つまり標本２２の像の大きさを縮小するための低倍光学系７１と、拡大するための高倍光学系７２とから構成される。なお、図２Ａは、図１中、上から下方向に変倍光学系４５を見た図を示しており、図２Ｂは、図１中、手前から奥方向に変倍光学系４５を見た図を示している。

低倍光学系７１は、変倍レンズ８１および変倍レンズ８２からなり、例えば観察カメラ２９に入射する標本２２の像の大きさを０．３５倍の大きさに変換する。すなわち、低倍光学系７１の倍率は０．３５倍とされる。また、高倍光学系７２は、例えば観察カメラ２９に入射する観察光（標本２２）の像の大きさを４倍の大きさに変換する。すなわち、高倍光学系７２の倍率は４倍とされる。なお、より詳細には、観察カメラ２９における観察光の像の倍率は、低倍光学系７１または高倍光学系７２の倍率と、対物レンズ２４の倍率との積により定まる。

また、変倍光学系４５は、矢印Ａ１１により示される方向、すなわち観察光の光路および対物レンズ２４の光軸と垂直な方向に移動される。図２においては、変倍光学系４５は、低倍光学系７１が回動ミラー４６とダイクロイックミラー４４との間に配置されるように位置している。また、変倍レンズ８１および変倍レンズ８２の光軸が、回動ミラー４６の反射面の中心と、ダイクロイックミラー４４の反射面の中心とを結ぶ直線上に位置するようになされている。

この状態において、回動ミラー４６において反射された観察光は、変倍レンズ８１により集光されて、変倍レンズ８１と変倍レンズ８２との間の位置である結像面Ｓに中間像を形成し、変倍レンズ８２に入射する。また、変倍レンズ８２に入射した観察光は、変倍レンズ８２において視準されて平行光となり、ダイクロイックミラー４４に入射する。これにより、ユーザは、観察カメラ２９により撮像された画像を見ることで、標本２２を低倍率で観察することができる。

また、ユーザにより、顕微鏡１１が操作されて倍率の変更が指示されると、変倍光学系４５は、高倍光学系７２が回動ミラー４６とダイクロイックミラー４４との間に配置されるように図中、上方向、つまり矢印Ａ１１の方向に移動する。このとき、変倍レンズ８３および変倍レンズ８４の光軸が、回動ミラー４６の反射面の中心と、ダイクロイックミラー４４の反射面の中心とを結ぶ直線上に位置するようになされる。

この状態において、回動ミラー４６において反射された観察光は、変倍レンズ８３により集光されて結像面Ｓに中間像を形成し、変倍レンズ８４に入射する。また、変倍レンズ８４に入射した観察光は、変倍レンズ８４において視準されて平行光となり、ダイクロイックミラー４４に入射する。これにより、ユーザは、観察カメラ２９により撮像された画像を見ることで、標本２２を高倍率で観察することができる。

ところで、回動ミラー４６には、図３に示すように、回動制御部１０１が設けられており、回動ミラー４６の反射面は、回動制御部１０１により回動されるようになされている。回動ミラー４６の反射面が回動されていない状態においては、回動ミラー４６の反射面の中心が、対物レンズ２４の光軸と変倍光学系４５の光軸との交点に位置し、反射面とそれらの光軸とが４５度の角度をなすように回動ミラー４６が配置されている。

また、ダイクロイックミラー４４は、その反射面が変倍光学系４５および観察カメラ２９の光軸に対して４５度の角度をなすように配置されており、反射面の中心は、それらの光軸の交点に位置するようになされている。

回動制御部１０１は、回動ミラー４６の反射面の中心を通る直線を軸として、回動ミラー４６を回動させる。例えば、反射面の中心を通り、対物レンズ２４の光軸および変倍光学系４５の光軸に垂直な直線をｘ軸とする。また、反射面の中心を通り、その反射面に平行でｘ軸に垂直な直線をｙ軸とすると、回動制御部１０１は、ｘ軸またはｙ軸を軸として回動ミラー４６の反射面を回動させる。

回動制御部１０１により、回動ミラー４６の反射面が回動されると、回動ミラー４６において反射され、変倍レンズ８１により形成される観察光の中間像の位置は、結像面Ｓ上において移動する。したがって、変倍レンズ８２上における観察光の入射する位置も移動
し、これにより観察カメラ２９の受光面上に結像する観察光の像の位置も移動する。ここで、変倍レンズ８２に入射した観察光は、ダイクロイックミラー４４において反射され、観察カメラ２９内に設けられた結像レンズ１０２に入射する。そして、結像レンズ１０２に入射した観察光は、結像レンズ１０２により集光されて、観察カメラ２９の受光面上に観察光の像が結像される。

このように、回動ミラー４６の反射面を回動させて観察光の光路を変更し、変倍レンズ８１により形成される中間像を結像面Ｓ上において移動させることは、標本２２が配置されたステージ２１を、対物レンズ２４の光軸と垂直な方向に移動させることと等価である。

したがって、図４に示すように、ｘ軸を軸として回動ミラー４６を回動させ、中間像を図中、上下方向に移動させると、観察カメラ２９により撮像される画像の視野は、標本２２上の図中、左右方向に移動する。また、ｙ軸を軸として回動ミラー４６を回動させ、中間像を図中、ｘ軸方向に移動させると、観察カメラ２９により撮像される画像の視野は、標本２２上の図中、ｘ軸方向に移動する。

例えば、図５に示すように低倍率時の顕微鏡１１の視野内において、標本２２としての複数の培養細胞が観察される場合、ユーザは、変倍光学系４５を移動させ、また適宜、回動ミラー４６を回動させて、視野内の任意の培養細胞を高倍率で観察することができる。

なお、図５において、矩形の領域１３１は、低倍光学系７１が観察光の光路上に位置する場合における顕微鏡１１の視野、つまり観察カメラ２９の視野を示している。また、矩形の領域１３２−１乃至領域１３２−５のそれぞれは、高倍光学系７２が観察光の光路上に位置する場合における顕微鏡１１（観察カメラ２９）の視野を示している。すなわち、領域１３１は、低倍率時の顕微鏡１１の視野を示しており、領域１３２−１乃至領域１３２−５は、高倍率時の顕微鏡１１の視野を示している。

ユーザは、低倍率で標本２２としての培養細胞を観察し、視野内に観察の目的に合った培養細胞１３３を見つけると、変倍光学系４５を移動させて倍率を高倍率に切り替え、適宜、回動ミラー４６を回動させる。すると、例えば、標本２２上の領域１３２−１が顕微鏡１１の視野において観察されるようになる。ユーザは、さらに回動ミラー４６を回動させて、標本２２上における視野の位置を領域１３２−２乃至領域１３２−５等に移動させ、最終的に、注目していた培養細胞１３３が視野内において観察される領域１３２−３に視野を移動させる。これにより、図中、右側に示すように、顕微鏡１１の視野内において、培養細胞１３３を観察することができるようになる。

このように、顕微鏡１１においては、ステージ２１や対物レンズ２４を移動させることなく、回動ミラー４６を回動させるだけで顕微鏡１１の視野を移動させることができる。

また、顕微鏡１１において、絞り４２は、観察カメラ２９の受光面と共役となる位置に配置され、蛍光励起用光源２８から射出される励起光の像（中間像）は、絞り４２の開口の位置に形成される。したがって、回動ミラー４６が回動されると、観察カメラ２９（顕微鏡１１）の視野が移動するだけでなく、励起光が標本２２に照射される領域も移動する。すなわち、例えば、図６に示すように標本２２上の励起光が照射される領域は、その中心の位置が、標本２２上における観察カメラ２９の視野となる領域の中心の位置と同じであり、観察カメラ２９の視野となる領域とほぼ同じ大きさの領域とされる。

なお、図６において、円形の領域１６１は、標本２２上の励起光が照射される領域を示しており、矩形の領域１６２は、低倍率での観察カメラ２９の視野とされる領域を示している。また、矩形の領域１６３は、高倍率での観察カメラ２９の視野とされる領域を示している。

ユーザが低倍率で標本２２を観察している場合、すなわち観察光の光路上に低倍光学系７１が配置されている場合、観察カメラ２９の視野内では、領域１６２が観察される。また、ユーザが低倍率で標本２２を観察している場合、蛍光励起用光源２８からの励起光は、領域１６１全体に照射される。このように、顕微鏡１１においては、観察カメラ２９の視野の領域１６２と、励起光が照射される領域１６１とはほぼ同じ領域とされる。

さらに、ユーザが顕微鏡１１の倍率を低倍率から高倍率に切り替え、適宜回動ミラー４６を回動させると、観察カメラ２９の視野は、領域１６２から領域１６３に移動する。つまり、観察光の光路上に高倍光学系７２が配置されるように顕微鏡１１が操作されると、観察カメラ２９の視野内では、領域１６３が観察される。

ここで、従来の顕微鏡においては、蛍光励起用光源からの励起光は、対物レンズ直後の平行光学系、例えば対物レンズと回動ミラーとの間に配置されていたので、観察時の倍率や視野の位置に関わらず、標本上の励起光が照射される範囲は、常に対物レンズの光軸を中心とする範囲であった。したがって、観察カメラ２９の視野の中心が標本上の対物レンズの光軸との交点とは異なる位置である場合、励起光の照射される領域と、観察カメラの視野とされる領域とではずれが生じるため、標本に無駄に励起光が照射されてしまっていた。

これに対して、顕微鏡１１においては、観察時の倍率や、観察カメラ２９の視野の移動によらず、標本２２上における励起光の照射される領域の中心と、観察カメラ２９の視野とされる領域の中心とは常に同じ位置となるので、標本２２に無駄に励起光が照射されてしまうことはない。

例えば、倍率が高倍率に切り替えられて、観察カメラ２９の視野が領域１６３に移動されると、励起光が照射される領域は、図７に示すように、観察カメラ２９の視野の領域１６３とほぼ同じ領域となる。なお、図７において、図６における場合と対応する部分には同一の符号を付してあり、その説明は省略する。

図７では、領域１９１は、励起光が照射される標本２２上の領域を示している。領域１９１は、視野の領域１６３を含み、その中心が領域１６３の中心と同じ位置の円形状の領域とされている。

変倍光学系４５の倍率が高倍率に切り替えられると、蛍光励起用光源２８から射出した励起光は、レンズ４１乃至ダイクロイックミラー４４を介して変倍光学系４５に入射する。そして、標本２２における励起光の照射される領域が、観察カメラ２９の視野の領域とほぼ同じ大きさとなるように、変倍光学系４５において励起光の光束の太さが変更され、その後、励起光は、観察光の光路を観察光とは逆向きに通って標本２２に照射される。すなわち、変倍光学系４５から出射した励起光は、回動ミラー４６において反射され、対物レンズ２４に入射する。そして、励起光は、対物レンズ２４により集光されて標本２２に照射される。ここで、回動ミラー４６が回動されると、観察光の光路とともに励起光の光路が変更される。

顕微鏡１１においては、絞り４２と観察カメラ２９とは共役の関係にあり、絞り４２の開口は、観察カメラ２９の受光面と同じ大きさとされている。したがって、励起光がダイクロイックミラー４４から観察光の光路を逆向きに通って標本２２に照射されると、標本２２上の励起光が照射される領域は、常に観察カメラ２９の視野とほぼ同じ領域となる。なお、ユーザが顕微鏡１１を操作して、絞り４２の開口の大きさを変更することで、励起光が標本２２に照射される領域の大きさを変更することも勿論可能である。

また、レーザ光源を使用する場合は、レーザ光自身が既に絞られた光なので、必ずしも絞り４２は必要ではない。

このように、励起光は、常に標本２２上における観察カメラ２９の視野の領域とほぼ同じ領域に照射される。ここで、ユーザが蛍光観察をする場合、観察カメラ２９の視野の領域は、ユーザが注目し、観察しようとしている領域であるので、その領域はユーザが蛍光観察をするために励起光を照射させたい領域、つまりユーザが所望する領域となる。したがって、回動ミラー４６と観察カメラ２９との間にダイクロイックミラー４４を設け、絞り４２を観察カメラ２９と共役な位置に設けることで、励起光を標本２２上におけるユーザの所望する領域だけに照射させることができる。これにより、標本２２を長時間、安定して観察することができる。

また、顕微鏡１１に反射面が回動する回動ミラー４６を設けるようにしたので、対物レンズ２４やステージ２１を移動させることなく、観察カメラ２９の視野を移動させることができる。

さらに、以上において説明した顕微鏡１１は、例えば図８に示すように、標本２２を蛍光観察するための観察システムに適用することができる。図８に示す観察システムは、顕微鏡１１、コンピュータ２２１、ミラーコントローラ２２２、および観察モニタ２２３から構成される。

例えば、ユーザは、コンピュータ２２１や顕微鏡１１、蛍光励起用光源２８を必要に応じて操作し、標本２２を蛍光観察する。ユーザが蛍光用励起光源２８を操作して励起光を射出させると、コンピュータ２２１は、観察カメラ２９を制御して標本２２の画像を撮像させるとともに、観察カメラ２９により撮像された画像を取得する。そして、コンピュータ２２１は、取得した画像を観察モニタ２２３に供給して表示させる。

このようにして、観察モニタ２２３に、標本２２の画像が表示されると、ユーザは、表示された画像を見ながら、観察モニタ２２３に標本２２の所望する位置が表示されるようにコンピュータ２２１を操作する。コンピュータ２２１は、ユーザの操作に応じて、ミラーコントローラ２２２に回動ミラー４６の回動を指示し、ミラーコントローラ２２２は、コンピュータ２２１の指示に応じて回動制御部１０１を制御し、回動ミラー４６の反射面を回動させる。

これにより、標本２２上における観察カメラ２９の視野の位置が移動するとともに、その視野の領域とほぼ同じ領域に励起光が照射され、ユーザは、観察モニタ２２３において、標本２２の所望する部分を観察することができる。なお、コンピュータ２２１がユーザの操作に応じて、顕微鏡１１を制御し、変倍光学系４５を移動させて倍率を変更させるようにしてもよい。

また、例えば、図９に示すように、観察システムに標本２２に対して電気的な刺激を与えるなどの所定の操作を行うマニピュレータ２５１と、マニピュレータコントローラ２５２とがさらに設けられるようにしてもよい。なお、図９において、図８における場合と対応する部分には同一の符号を付してあり、その説明は省略する。

図９の観察システムにおいては、ユーザは、観察モニタ２２３に表示される標本２２の画像を見ながらコンピュータ２２１を操作し、観察カメラ２９の視野の位置を移動させる。すると、コンピュータ２２１は、ミラーコントローラ２２２に回動ミラー４６の回動を指示するとともに、回動ミラー４６の回動角度に基づいて、マニピュレータコントローラ２５２に、マニピュレータ２５１の動作を指示する。

マニピュレータコントローラ２５２は、コンピュータ２２１からの指示に応じてマニピュレータ２５１の動作を制御する。すなわち、マニピュレータコントローラ２５２は、マニピュレータ２５１に設けられた電極針の先端を、標本２２上における観察カメラ２９の視野の移動先の領域に移動させるとともに、マニピュレータ２５１に、標本２２に対する所定の操作を行わせる。このように、コンピュータ２２１が観察カメラ２９の視野の移動に合わせて、マニピュレータコントローラ２５２に、マニピュレータ２５１の動作を指示することで、ユーザは、簡単な操作で標本２２を観察することができる。

また、図９に示す観察システムにおいても、標本２２上における観察カメラ２９の視野の位置が移動すると、励起光も、その視野の領域とほぼ同じ領域に照射されるので、ユーザは、観察モニタ２２３において標本２２の所望する部分を観察することができる。さらに、観察カメラ２９の視野の移動に合わせてマニピュレータ２５１が移動されるので、ユーザが直接マニピュレータ２５１を移動させる必要もない。

さらに、以上においては、回動ミラー４６を回動させて観察カメラ２９の視野を移動させると説明したが、中間ユニット２５に設けられた他の光学素子を移動させることで、観察カメラ２９の視野を移動させるようにしてもよい。

そのような場合、中間ユニット２５は、例えば図１０に示すように筐体２８１および筐体２８２から構成される。なお、図１０Ａは、図２Ａに対応しており、図１中、上から下方向に変倍光学系４５を見た図を示している。また、図１０Ｂは、図２Ｂに対応しており、図１中、手前から奥方向に変倍光学系４５を見た図を示している。さらに、図１０において、図２における場合と対応する部分には同一の符号を付してあり、その説明は省略する。

図１０では、筐体２８１の内部には、レンズ４１、絞り４２、レンズ４３、ダイクロイックミラー４４、変倍レンズ８２、および変倍レンズ８４が設けられている。また、筐体２８１の外側には、図示せぬ観察カメラ２９および蛍光励起用光源２８が装着されているとともに、筐体２８１を筐体２８２に対して移動させる移動部２８３が設けられている。

例えば、対物レンズ２４の光軸、および変倍光学系４５の光軸に垂直な方向をｘ方向とし、対物レンズ２４の光軸と平行な方向をｙ方向とすると、移動部２８３は、筐体２８１をｘ方向およびｙ方向に移動させる。したがって、筐体２８１が移動すると、筐体２８１内のレンズ４１、絞り４２、レンズ４３、ダイクロイックミラー４４、変倍レンズ８２、および変倍レンズ８４もｘ方向およびｙ方向に移動する。また、筐体２８１に装着された観察カメラ２９および蛍光励起用光源２８もｘ方向およびｙ方向に移動する。

これに対して、筐体２８２は移動されず、筐体２８２には、変倍レンズ８１、変倍レンズ８３、および固定ミラー２８４が設けられている。固定ミラー２８４は、その反射面の中心が、対物レンズ２４の光軸と変倍光学系４５の光軸との交点に位置し、反射面とそれらの光軸とが４５度の角度をなすように配置されている。また、固定ミラー２８４の反射面は回動しないように固定されている。

また、図１０の中間ユニット２５においては、移動部２８３による筐体２８１の移動とは独立して変倍光学系４５がｘ方向に移動されるようになされている。すなわち、変倍光学系４５は、観察光の光路上に低倍光学系７１または高倍光学系７２が位置するように、筐体２８１とは別に移動する。

さらに、例えば、図１１に示すように、図中、下から上方向に、標本２２から発現した蛍光である観察光が対物レンズ２４から固定ミラー２８４に入射すると、固定ミラー２８４は、観察光を反射して変倍レンズ８１に入射させる。固定ミラー２８４から変倍レンズ８１に入射した観察光は、変倍レンズ８１において集光されて結像面Ｓに中間像を形成する。その後、観察光は変倍レンズ８２ダイクロイックミラー４４、結像レンズ１０２を介して観察カメラ２９の受光面に入射して、観察光の像が結像される。

ここで、例えば観察光の光束のうち、観察光の中間像の中心部分を形成する光束が変倍レンズ８２に入射する状態において、移動部２８３が筐体２８１をｘ方向およびｙ方向に移動させたとする。この場合、筐体２８１の移動後において、変倍レンズ８１から変倍レンズ８２には、観察光の光束のうち、結像面Ｓ上の観察光の中間像の中心からｘ方向およびｙ方向にずれた部分を形成する光束が入射する。

換言すれば、筐体２８１の移動により、変倍レンズ８２およびダイクロイックミラー４４が移動するので、観察光の光路が変更され、観察カメラ２９の受光面上の観察光の像の位置も移動する。このことは、標本２２が配置されたステージ２１を、対物レンズ２４の光軸と垂直な方向に移動させることと等価である。

したがって、筐体２８１がｘ方向に移動されると、観察カメラ２９により撮像される画像の視野は、ステージを動かすことなく標本２２上のｘ方向に移動する。また、筐体２８１がｙ方向に移動されると、観察カメラ２９により撮像される画像の視野は、やはり、ステージを動かすことなく標本２２上の左右方向に移動する。

また、蛍光励起用光源２８も筐体２８１とともに移動されるので、蛍光励起用光源２８から射出された励起光は、観察カメラ２９の視野の移動に合わせて、標本２２上における観察カメラ２９の視野とほぼ同じ領域に照射される。すなわち、蛍光励起用光源２８から射出された励起光は、レンズ４１乃至レンズ４３を介してダイクロイックミラー４４に入射し、ダイクロイックミラー４４を透過する。そして、ダイクロイックミラー４４を透過した励起光は、その後観察光の光路を観察光とは逆向きに通って標本２２に照射される。したがって、筐体２８１が移動されると励起光の光路が変更され、視野が移動するとともに標本２２上における励起光が照射される位置も移動する。

このように、筐体２８１を移動させて観察カメラ２９の視野を移動させる場合においても、励起光を標本２２上におけるユーザの所望する視野とほぼ同じ領域だけに照射させることができる。なお、変倍光学系４５が移動されて、高倍光学系７２が観察光の光路上に配置された場合においても、低倍光学系７１における場合と同様に、励起光は標本２２上の観察カメラ２９の視野とほぼ同じ領域に照射される。

また、観察カメラ２９の視野を移動させるために、変倍光学系４５を構成する変倍レンズ８１または変倍レンズ８３を移動させるようにしてもよい。そのような場合、低倍光学系７１が観察光の光路上に配置されるときには、変倍レンズ８１が移動され、高倍光学系７２が観察光の光路上に配置されるときには、変倍レンズ８３が移動される。このように、変倍レンズ８１または変倍レンズ８３を移動させることでも、図１１における場合と同様に、観察光および励起光の光路が変更される。

例えば、変倍レンズ８１が移動される場合、図１２に示すように変倍レンズ８１は、変倍光学系４５の光軸、および対物レンズ２４の光軸に垂直な方向に移動される。なお、図１２は、図１の顕微鏡１１を上から下方向に見た図である。

図１２では、変倍レンズ８１が、変倍光学系４５の光軸、および対物レンズ２４の光軸に垂直な方向、つまり図中、上下方向に移動されると、変倍レンズ８１により形成される観察光の中間像は上下方向に移動される。したがって、変倍レンズ８１を上下方向に移動させる場合においても、図１１における場合と同様に、観察光の光路が変更され、観察カメラ２９の視野は標本２２上の図中、上下方向に移動する。また、変倍レンズ８１が上下方向に移動されると、励起光の光路も変更され、標本２２上における励起光が照射される位置も上下方向に移動する。

さらに、変倍レンズ８１が上下方向に移動される場合、回動ミラー４６は、その反射面の中心を通り、変倍光学系４５の光軸、および対物レンズ２４の光軸に垂直な直線を軸として回動する。回動ミラー４６が回動すると、結像面Ｓ上に形成される観察光の中間像は、対物レンズ２４の光軸と平行な方向に移動するので、観察カメラ２９の視野は、標本２２上の図中、左右方向に移動する。また、回動ミラー４６の回動により励起光の光路が変更されて、標本２２上における励起光が照射される位置も左右方向に移動する。

なお、変倍レンズ８１が、上下方向および対物レンズ２４の光軸と平行な方向に移動されて、観察カメラ２９の視野が標本２２上の図中、上下方向および左右方向に移動されるようにしてもよい。

また、変倍レンズ８１が、対物レンズ２４の光軸と平行な方向に移動されて、観察カメラ２９の視野が標本２２上の図中、左右方向に移動され、回動ミラー４６が回動されて、観察カメラ２９の視野が標本２２上の上下方向に移動されるようにしてもよい。そのような場合、変倍光学系４５の光軸および対物レンズ２４の光軸の両方の光軸に垂直な直線と垂直であり、かつ回動ミラー４６の反射面の中心を通る直線を軸として回動ミラー４６が回動される。

さらに、変倍レンズ８１が上下方向に移動される場合、例えば、図１３に示すように、変倍レンズ８１は、ステッピングモータ３１４により移動される。

図１３では、変倍レンズ８１は、レンズホルダ３１１により固定され、レンズホルダ３１１は、ガイドレール３１２上に配置されている。また、ガイドレール３１２とレンズホルダ３１１とは図中、下側の端が、ばね３１３−１およびばね３１３−２により接続されている。さらに、ばね３１３−１およびばね３１３−２の間のレンズホルダ３１１に隣接する位置には、ステッピングモータ３１４が配置されている。

例えば、変倍レンズ８１が移動されるようにユーザが顕微鏡１１を操作すると、ステッピングモータ３１４は、その中央に設けられた軸３１５を上下方向に移動させる。例えば、ステッピングモータ３１４が軸３１５を図中、上側に移動させると、レンズホルダ３１１は軸３１５により上側に押され、ガイドレール３１２上を上側に移動する。また、例えば、ステッピングモータ３１４が軸３１５を下側に移動させると、ばね３１３−１およびばね３１３−２が縮むので、レンズホルダ３１１はばね３１３−１およびばね３１３−２により下側に引かれ、ガイドレール３１２上を下側に移動する。

このようにして、ステッピングモータ３１４が駆動してレンズホルダ３１１がガイドレール３１２上を上下方向に移動すると、レンズホルダ３１１に固定されている変倍レンズ８１も移動することになる。つまり、変倍レンズ８１は、ステッピングモータ３１４により、変倍レンズ８１の光軸と垂直な方向に移動される。また、変倍レンズ８１が上下方向に移動すると、変倍レンズ８１により形成される観察光の中間像は、結像面Ｓ上を上下方向に移動する。

さらに、ガイドレール３１２には、レンズホルダ３１１の位置を検出するLED（Light Emitting Diode）型位置センサ３１６が設けられている。LED型位置センサ３１６には、図示せぬ溝が設けられており、レンズホルダ３１１の位置が、図中、上側の所定の位置まで移動されると、LED型位置センサ３１６の溝内に、レンズホルダ３１１の一部が到達するようになされている。ここで、レンズホルダ３１１の一部が溝内に到達したときのレンズホルダ３１１の位置は、例えばこれ以上変倍レンズ８１が上側に移動すると、変倍レンズ８１が観察光の中間像を結像できなくなってしまうような位置とされる。

LED型位置センサ３１６により、レンズホルダ３１１の溝内への到達が検出されると、ステッピングモータ３１４は、軸３１５を予め定められたステップ数だけ図中、下側に移動させ、これにより変倍レンズ８１も下側に移動される。

なお、以上においては、中間ユニット２５に変倍光学系４５が設けられると説明したが、変倍光学系４５が設けられないようにしてもよい。そのような場合においても、回動ミラー４６の回動等により、観察カメラ２９の視野は移動され、また蛍光励起用光源２８からの励起光も、標本２２上における観察カメラ２９の視野とほぼ同じ領域に照射される。

また、標本２２に照射される光は励起光としてのレーザ光源や水銀ランプ、キセノンランプ等の光に限らず、例えば、光刺激用のレーザや、標本２２としての細胞を活性化させる紫外光などとすることができる。そのような場合、蛍光励起用光源２８に替えて、標本２２に照射されるレーザや紫外光などの光の光源が、中間ユニット２５に装着され、その光源から射出された光がレンズ４１乃至対物レンズ２４を介して標本２２に照射される。また、可視光を照射する光源でもよい。

なお、本発明の実施の形態は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。

本発明を適用した顕微鏡の一実施の形態の構成例を示す図である。 変倍光学系の構成例を示す図である。 回動ミラーの回動について説明する図である。 観察カメラの視野の移動について説明する図である。 観察カメラの視野の移動について説明する図である。 励起光の照射される領域について説明する図である。 励起光の照射される領域について説明する図である。 観察システムの構成例を示す図である。 観察システムの他の構成例を示す図である。 観察照射ユニットの他の構成例を示す図である。 光学系の移動について説明する図である。 変倍レンズの移動について説明する図である。 変倍レンズを移動させる機構について説明する図である。

符号の説明

１１ 顕微鏡， ２２ 標本， ２４ 対物レンズ， ２５ 中間ユニット， ２８ 蛍光励起用光源， ２９ 観察カメラ， ４２ 絞り， ４４ ダイクロイックミラー， ４５ 変倍光学系， ４６ 回動ミラー， ７１ 低倍光学系， ７２ 高倍光学系， ８１ 変倍レンズ， ８２ 変倍レンズ， ８３ 変倍レンズ， ８４ 変倍レンズ， １０１ 回動制御部， ２２１ コンピュータ， ２２２ ミラーコントローラ， ２８１ 筐体， ２８３ 移動部， ２８４ 固定ミラー， ３１５ ステッピングモータ

Claims (9)

1. 照明光源と、
   対物レンズと、
   前記照明光源からの照射光を透過させて、標本に前記照射光を照射させるために前記対物レンズに前記照射光を入射させるとともに、前記対物レンズから入射した前記標本からの観察光を反射して、撮像手段に入射させるハーフミラーと、
   前記撮像手段に入射する前記観察光の像の前記撮像手段の受光面内の位置が移動するように、前記観察光の光路を変更するとともに、前記標本上における前記照射光が照射される位置が移動するように、前記照射光の光路を変更する変更手段と
   を有し、
   前記照明光源と前記変更手段と前記対物レンズとを結ぶ照明光学系および前記対物レンズと前記変更手段と前記撮像手段を結ぶ観察光学系を備え、前記照明光学系と前記観察光学系の一部は共通な光学系である
   ことを特徴とする光学装置。
2. 前記照明光学系における前記変更手段に照射光が入射する光路および前記変更手段で照射光が反射される光路と、前記観察光学系における、前記変更手段に観察光が入射する光路および観察光が反射する光路とが共通である
   ことを特徴とする請求項１に記載の光学装置。
3. 顕微鏡のステージ上に配置された前記標本に照射される前記照射光を通過させるとともに、通過させる前記照射光の光束の太さを調整する調整手段をさらに有する
   ことを特徴とする請求項１に記載の光学装置。
4. 前記調整手段に設けられた、前記照射光を通過させる開口と、前記撮像手段の前記受光面とは同じ大きさとされる
   ことを特徴とする請求項３に記載の光学装置。
5. 前記変更手段は、前記対物レンズと前記ハーフミラーとの間に配置され、反射面において前記照射光を反射させて前記対物レンズに入射させるとともに、前記反射面において前記観察光を反射させて前記ハーフミラーに入射させ、前記反射面を回動させることにより前記照射光および前記観察光の光路を変更する
   ことを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れかに記載の光学装置。
6. 前記対物レンズと、前記ハーフミラーとの間に配置され、前記標本に照射される前記照射光の像の大きさを拡大または縮小させるとともに、前記撮像手段に入射する前記観察光の像の大きさを拡大または縮小させる変倍手段をさらに有する
   ことを特徴とする請求項３に記載の光学装置。
7. 前記変更手段は、前記変倍手段を構成するレンズ、前記ハーフミラー、および前記調整手段を所定の方向に移動させることにより、前記照射光および前記観察光の光路を変更する
   ことを特徴とする請求項６に記載の光学装置。
8. 前記変更手段は、
   前記変倍手段を構成するレンズを、そのレンズの光軸に垂直な方向に移動させることにより、前記照射光および前記観察光の光路を変更する移動手段と、
   前記対物レンズと、前記前記変倍手段との間に配置され、反射面において前記照射光を反射させて前記対物レンズに入射させるとともに、前記反射面において前記観察光を反射させて前記ハーフミラーに入射させ、前記反射面を回動させることにより前記照射光および前記観察光の光路を変更する回動反射手段と
   を有することを特徴とする請求項６に記載の光学装置。
9. 請求項１に記載の光学装置を備えている顕微鏡。

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