JP4740448B2

JP4740448B2 - 光学系切換え装置

Info

Publication number: JP4740448B2
Application number: JP2000373238A
Authority: JP
Inventors: ジェイ・アーサー・ライヒマン; 敦宏土屋
Original assignee: Olympus Corp
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1999-12-07
Filing date: 2000-12-07
Publication date: 2011-08-03
Anticipated expiration: 2020-12-07
Also published as: JP2001208981A; US6414805B1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、落射蛍光顕微鏡に関し、特にその光学系切換え装置と、フィルタカセットに関する。
【０００２】
【従来の技術】
落射蛍光顕微鏡による落射蛍光観察は、生物学分野において、細胞内部の特定の物質の形態観察を行うための手段として、現在広く一般的に行われている。
【０００３】
落射蛍光顕微鏡とは、観察したい細胞からなる標本に、当該細胞が反応する蛍光色素を与えた上で、標本に当該蛍光色素に応じた特定波長の励起光を照射し、励起された蛍光色素から発生する蛍光による標本像を観察するものである。ここで、落射蛍光顕微鏡とは水平方向の光軸に沿って光源から照射された照明光をダイクロイックミラーにより９０°光路を曲げて標本に照射し、標本からの反射光をダイクロイックミラーを透過させて観察するものである。ダイクロイックミラーは、励起光となる光源からの照明光を波長選択的に反射し、観察光軸と同軸的に対物レンズの後側（像側）から標本に向けて導光し、標本からの蛍光を波長選択的に透過する作用を有している。このため、照明光の光軸と観察光の光軸とは９０°ずれているので、照明光軸と観察光軸の交点には両者に対して４５°傾いたダイクロイックミラーが配置される。
【０００４】
蛍光色素は細胞に応じて異なり、蛍光色素に応じて励起光の波長が異なり、さらに、色素から発生される蛍光は励起光に対して波長が長波長側にシフトしているので、照明光を特定の波長のみ通過する励起フィルタを介して標本に照射し、蛍光も特定の波長のみ通過する吸収フィルタを介して観察する。このため、観察したい細胞に応じて励起／吸収フィルタ、ダイクロイックミラーを切換える必要がある。
【０００５】
実開昭５９−１８９５１３号公報や特公昭５６−１９６０５号公報等に記載のターレット式のフィルタカセットを用いる従来の落射蛍光顕微鏡においては、励起フィルタ、吸収フィルタ、ダイクロイックミラー各々１個、合計３個の光学素子を１セットとして、一体的に保持固定するキューブを複数個用意し、これらのキューブをターレットに対して着脱可能な構成としている。キューブをターレットに対して着脱する機構としては、着脱が容易であり、再現性の良い角型のアリが採用されている。ターレットには複数、これらの従来例では４つのキューブが取付けられているので、観察したい細胞に付着させた蛍光色素が変わった場合は、ターレットを回転して適当なフィルタを具備するキューブを選択するか、あるいは、ターレットに装着されるキューブを取り換えることが必要になる。
【０００６】
前述したように、ダイクロイックミラーは、照明光軸、観察光軸の両方に対して正確に４５°に配置されている必要がある。正確に４５°に配置されていないと、照明光軸が観察光軸に対して偏心し、照明ムラが生じる。そのため、キューブをターレットに装着、交換する際に、この条件が満たされなくなってしまう事態は避ける必要がある。ここで、アリによるキューブの着脱機構は再現性は良いが、絶対的な精度はアリの取付け面の加工精度で決まり、精度良く加工するには、剛性確保のため、アリを肉厚にする必要がある。すると、キューブが大型化してしまい、ターレットに取付けることができるキューブ数が減ってしまう、あるいはターレット、ひいてはフィルタカセットが大型化する問題点がある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
このように従来の落射蛍光顕微鏡においては、キューブをターレットに装着、交換する際に、ダイクロイックミラーが照明光軸、観察光軸の両方に対して正確に４５°に配置するには、キューブが大型化してしまい、ターレットに取付けることができるキューブ数が減ってしまう、あるいはターレット、ひいてはフィルタカセットが大型化する問題点がある。
【００１０】
本発明の目的は多くの光学素子を取付けることができる小型、省スペース設計の光学系切換え装置を提供することである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明による光学系切換え装置は、
回転軸を中心軸とした多角錐の鋭角部を中心軸に直交する面で切り取った形状のターレットと、
ターレットの各錘面と上面とを貫通して設けられる貫通孔と、第１の光路がターレットの錘面に入射し、第２の光路がターレットの上面に入射される、
ターレットの各錘面に設けられた第１の光学素子と、
ターレットの上面に設けられた第２の光学素子とを具備する。
【００１３】
なお、本明細書においては、「ターレット上面」とは上述した形状のターレットにおける回転軸と直交する２つの面のうち、面積の大きい方の面を意味するものとする。
【００１６】
本発明によれば、ターレットに傾斜面を形成し、傾斜面と上面とを貫通する貫通孔を設け、光学素子をターレットの傾斜面と上面に直に取付けることにより、多くの光学素子を取付けることができる小型、省スペース設計の光学系切換え装置が提供される。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
【００１８】
図１は第１実施形態に係る落射蛍光顕微鏡の全体構成を示す概略図である。顕微鏡本体１０の背面に設けられた光源１２からの照明光（落射照明光）が照明光学系（落射照明光学系）１４を介してフィルタカセット１６に入射される。１８は照明光軸であり、水平方向を向いている。フィルタカセット１６はターレット式の切替機構を有するものであり、複数のフィルタセットを有し、回転軸３４を中心としてターレットが回転することにより所望のフィルタセットに対してのみ照明光が入射される。各フィルタセットは照明光が入射され、特定の蛍光色素を励起するための特定の波長の成分のみを通過する励起フィルタ２０と、励起フィルタ２０から得られた励起光を波長選択的に反射して光路を垂直下向きに９０°変え、観察光軸３５と同軸的に標本２６へ対物レンズ２４を介して励起光を導くとともに、標本２６からの蛍光を波長選択的に透過するダイクロイックミラー２２と、ダイクロイックミラー２２を通過した光が入射され、特定の蛍光色素から発生された蛍光のみを通過する吸収フィルタ２８とからなる。図示してはいないが、複数個の対物レンズ２４が設けられていて、切換え装置により所望の１つが選択され、観察光路に介挿されても良い。
【００１９】
励起光を照射することにより、標本に付された蛍光色素から発生された蛍光は図示しないフォーカス機構により、標本を上下し、ピントを合わせる事で、対物レンズ２４で結像され、さらにダイクロイックミラー２２、吸収フィルタ２８を通過してプリズム３０に入射される。プリズム３０内で反射された蛍光像は接眼レンズ３２において肉眼で観察される。ここで、３５は観察光軸であり、垂直方向を向いている。前述したように、照明光軸１８は観察光軸３５と直交しているので、ダイクロイックミラー２２は照明光軸１８、観察光軸３５の両方に対して正確に４５°に配置されている。また、フィルタカセット１６の回転軸３４は観察光軸３５と平行であり、垂直方向を向いている。
【００２０】
次に、フィルタカセット１６の構造について詳細に説明する。図２はフィルタカセットを横から見た断面図、図３はターレットの斜視図（ターレットは下向きでカセットに収容されているが、図示の便宜上、上向きで示す）、図５の（Ａ）はフィルタカセットを上から見た平面図、図５の（Ｂ）は吸収フィルタが取付けられるターレットの段付き孔の断面図、図６の（Ａ）、（Ｂ）はターレットへの吸収フィルタの取付け、取り外しを説明する図、図７はフィルタカセットを下から見た平面図である。
【００２１】
フィルタカセット１６全体は顕微鏡本体１０に対して前後方向（図１の矢印の方向）に着脱自在に保持される。このため、フィルタカセット１６の上面には雄アリ１０２が設けられ、図示してはないが、顕微鏡本体１０には雌アリが設けられる。フィルタカセット１６は顕微鏡本体１０に装着した時に、一部分が本体１０から突出するが、この部分にはカバー１０４がかけられている。カバー１０４の一部には切り欠きが設けられ、ここからターレット１０６のローレット１０６ｃが突出され、ローレット１０６ｃを手で回すことにより、ターレット１０６が回転される。
【００２２】
フィルタカセット１６は複数のフィルタセットが取付けられるターレット１０６が設けられる。ターレット１０６等の可動部材に対して、アリ１０２は固定部である。固定部であるアリ１０２には、軸１０８がねじ込み固定されている。図２に示すように、軸１０８の外径にはベアリング１１０の内輪が、ターレット１０６の内径にはベアリング１１０の外輪が貫入されている。軸１０８のフランジ部１０８ａとナット１１２でベアリング１１０、ターレット１０６を上下から挟み込むようにして固定している。この結果、ターレット１０６はベアリング１１０を介して軸１０８の回りを回転軸１０８ｂ（図１の回転軸３４と同じ）を中心として、回動自在に保持されている。なお、軸１０８のフランジ部１０８ａとナット１１２はベアリング１１０の内輪を上下から挟み込んでいるので、ベアリング１１０の内輪と外輪のガタを取り除き、ダイクロイックミラー１７の角度エラー（照明光軸１８、観察光軸３５の両者に対する交差角度が４５°からずれる）を抑えることができ、照明光軸１８の観察光軸３５に対する偏心を防止でき、照明ムラが生じたりすることを無くすことができる。
【００２３】
アリ１０２には、その先端部にローラ１１４が回転自在に保持された板バネ１１６が固定されている。ローラ１１４はターレット１０６の円周方向に回転するとともに、板バネ１１６により常時ターレット１０６の上面１０６ａに押圧されている。このため、ターレット１０６を回転すると、クリック溝１０６ｂの位置ではローラ１１４が溝に落ち込み、ターレットの回転位置が位置決めされるようになっている。クリック溝１０６ｂはフィルタセットの配置位置に対応して設けられている。
【００２４】
ターレット１０６は図３に示すように、回転軸１０８ｂを中心軸とした８角錐の鋭角部を中心軸に直交する面で切り取ったような形状を有しており、８等分された錘面１０６ｄは照明光軸１８、観察光軸３５、それぞれに対して正確に４５°となるように形成されている。この４５°の錘面にはダイクロイックミラー２２が押え部材２２ａ、２２ｂにより取付けられている。ダイクロイックミラー２２はその反射面２２１と反対側の面２２２が取付け面となるようにターレット１０６に取付けられている。ダイクロイックミラー２２は、その反射面２２１が正確に４５°に配置される様に、反射面２２１とその反射面２２２とは十分な平行度を有している。４５°の錘面はそれぞれ台形状であるので、ダイクロイックミラー２２も台形状、あるいは図３に示すように台形の底辺の両角部が切り落とされた６角形、言い換えると、矩形の２角部が切り落とされた６角形状をしており、ダイクロイックミラーの底辺は図４の（Ａ）に示すように１つの押え部材２２ａにより、左右２つの頂点は図４の（Ｂ）に示すようにそれぞれ別々の押え部材２２ｂによりターレットに固定されている。図４の（Ａ）、（Ｂ）に示す様に押え部材２２ａ、２２ｂは板バネのようにバネ柱を有しており、４５°の錘面に対して確実に当付ける様になっている。
【００２５】
ターレット１０６の上面には、図５の（Ａ）及び図２に示すように、回転軸１０８ｂを中心とした８等分位置に、観察光の光路を確保するために４５°面１０６ｄに貫通した円形の段付き孔が設けられている。図５の（Ｂ）に示すように、各孔には吸収フィルタ２８が貫合し、落とし込まれている。リングバネ１１６は光軸に垂直な断面が略Ｃ字型をした板バネであり、吸収フィルタ２８が落とし込まれているターレット１０６の段付き孔の内面に押し広がるように押圧力が加えられている。吸収フィルタ２８を段付き孔に落とし込んでからリングバネ１１６を装着することにより、リングバネ１１６と段付き部との間で吸収フィルタ２８を挟み込んで固定している。
【００２６】
ターレット上面１０６ａの段付き孔の周囲には、図６の（Ａ）、（Ｂ）に示すように、一段座ぐった長孔に沿って矢印方向にスライドする板状の蓋１１８が設けられている。蓋１１８はスライドさせることにより、ターレット１０６の吸収フィルタ２８の装着されている孔を部分的に塞いだり（図６の（Ａ））、開けたりして（図６の（Ｂ））、吸収フィルタ２８を交換のために着脱できるようになっている。蓋１１８にはスライドさせる方向に長孔が設けられており、この長孔を貫通してビス１２０を締めることで蓋１１８を固定する。蓋１１８は１つの吸収フィルタ２８毎に２個設けられ、計１６個の蓋１１８が設けられる。
【００２７】
ターレット１０６の外周には、励起フィルタ２０を取付けるための円筒形状をした励起フィルタ枠１２２がビス１３０により固定される。励起フィルタ枠１２２には、その円筒面の８等分位置に段付き貫通孔が設けらており、照明光の光路を確保するとともに、励起フィルタ２０が貫合し、落とし込まれている。励起フィルタ２０は、段付き孔のネジ部１２６にねじ込まれる押え環１２４により固定されている。
【００２８】
光源１２から出射した照明光は、照明光学系１４を透過し照明光軸１８に沿って水平に進み、励起フィルタ２０で励起波長が選択的に透過され、励起光はダイクロイックミラー２２で反射され、観察光軸３５上の対物レンズ２４を介して標本２６に垂直に照射される。一方、標本の蛍光色素が励起されて発生された蛍光は、対物レンズにより結像され、ダイクロイックミラー２２、吸収フィルタ２８により波長が選択され、接眼レンズ３２を介して、細胞の形態を表わす蛍光像として観察される。
【００２９】
別の蛍光色素を観察する場合は、図２に示すようにカバー１０４の一部から露出しているターレット１０６のローレット１０６ｃを手で回して、ターレット１０６を回転し、板バネ１１６、ローラ１１４、クリック溝１０６ｂによる位置決め機構により、所望の励起波長に対応した励起フィルタ２０、ダイクロイックミラー２２、吸収フィルタ２８を光軸上に挿入する。本発明では、従来例とは異なりフィルタ／ダイクロイックミラーが配置されたキューブをアリ等の着脱機構を介してターレットに装着するのではなく、ターレットに直にフィルタ／ダイクロイックミラーを装着している。そのため、ターレットを大型化することなく、通常は４セットである従来例に比べて２倍である８つのフィルタセットがターレットに装着されるので、殆どの蛍光色素の励起波長に応じたフィルタを、ターレットを回転させることのみで、選択することができる。しかも、ダイクロイックミラー２２はターレットの４５°錘面１０６ｄに取付けられているので、照明光軸が観察光軸に対して偏心し、照明ムラが生じたりすることがない。
【００３０】
しかし、８個のフィルタの中には所望の波長のフィルタが存在せず、どうしてもフィルタ／ダイクロイックミラーを取り換える必要がある場合は、次のようにする。励起フィルタ２０は、押え環１２４を緩めて、フィルタ枠１２２のネジ部１２６から抑え環１２４を外すことにより簡単に交換することができる。吸収フィルタ２８も、同様に、図６の（Ｂ）に示すようにビス１２０を緩めて蓋１１８をスライドさせて開けるとともに、リングバネ１１６を内側に縮めることによりリングバネ１１６を孔から外すことにより、容易に交換することができる。さらに、ダイクロイックミラー２２は、押え部材２２ａ、２２ｂを外すことにより、容易に交換することができる。
【００３１】
以上説明したように本実施形態によれば、照明光を発する光源と、照明光から所定の波長の成分光を抽出する複数の励起フィルタと、照明光の光軸と直交する光軸を有する対物レンズと、励起フィルタにより抽出された励起光を反射して対物レンズを介して蛍光色素が付された標本へ照射し、標本の蛍光色素から発せられ対物レンズを介して得られた蛍光像を透過する複数のダイクロイックミラーと、ダイクロイックミラーを通過した蛍光像から所定の波長から所定量シフトした波長の成分光を抽出する複数の吸収フィルタと、複数の励起フィルタ、ダイクロイックミラー、吸収フィルタを保持するターレット，照明光の光軸と対物レンズの光軸の両方に４５°の傾斜面を有し、ここにダイクロイックミラーが取付けられ、ターレットが回転することによりいずれか１セットの励起フィルタ、ダイクロイックミラー、吸収フィルタを照明光軸に介挿する、を具備する落射蛍光顕微鏡が提供される。このように、ターレット式のフィルタカセットにおいて、励起／吸収フィルタ及びダイクロイックミラーをキューブに固定してから、キューブをアリを介してターレットに装着するのではなく、ターレットに直に吸収フィルタ、ダイクロイックミラーをそれぞれ取付けるとともに、ターレットの周囲に固定された円筒形状の取付け枠に励起フィルタを取付けることにより、大型化することなく、多くのフィルタセットを備えることができるとともに、照明光軸が観察光軸に対して偏心し、照明ムラが生じたりすることのない落射蛍光顕微鏡用フィルタカセットを提供することができる。また、フィルタ／ダイクロイックミラーがそれぞれ取付けられているので、これらの交換も容易な落射蛍光顕微鏡用フィルタカセットを提供することもできる。
【００３２】
なお、本願発明は上記実施形態に限定されるものではなく、実施段階ではその趣旨を逸脱しない範囲で種々に変形することが可能である。また、各実施形態は可能な限り適宜組み合わせて実施してもよく、その場合組合わせた効果が得られる。さらに、上記実施形態には種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件における適宜な組合わせにより種々の発明が抽出され得る。例えば、実施形態に示される全構成要件から幾つかの構成要件が削除されても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題（の少なくとも１つ）が解決でき、発明の効果の欄で述べられている効果（の少なくとも１つ）が得られる場合には、この構成要件が削除された構成が発明として抽出され得る。
【００３３】
また、上記実施形態では、フィルタ／ダイクロイックミラーを交換可能な構成としたが、前述したように、従来に例べて多数のフィルタセットを取付けているので、交換の必要が無い場合もある。そのような場合には、フィルタ、ミラーは接着、固着しても構わない。また、励起フィルタと吸収フィルタの固定方法は異なると説明したが、同一の固定方法を両フィルタの固定に使ってもよい。
【００３４】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、フィルタ、ダイクロイックミラーが直にターレットに取付けられているので、ターレットを大型化することなく、多くのフィルタ、ダイクロイックミラーを取付けることができ、小型、省スペース設計の落射蛍光顕微鏡用フィルタカセットが提供される。
【００３５】
また、本発明によれば、ターレットに、照明光軸、観察光軸の両方に対して４５°の傾斜面が形成され、ダイクロイックミラーがこの傾斜面に直に取付けられているので、照明光軸が観察光軸に対して偏心し、照明ムラが生じたりすることのない落射蛍光顕微鏡用フィルタカセットが提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による落射蛍光顕微鏡の第１実施形態の全体を示す概略図。
【図２】第１実施形態の落射蛍光顕微鏡に用いられるフィルタカセットを横から見た断面図。
【図３】ターレットのみの斜視図。
【図４】ターレットへのダイクロイックミラーの取付け方法を説明するための図。
【図５】（Ａ）はフィルタカセットを上から見た平面図、（Ｂ）は吸収フィルタが取付けられるターレットの段付き孔の断面図。
【図６】ターレットへの吸収フィルタの取付け、取り外しを説明するための図。
【図７】フィルタカセットを下から見た平面図である。
【符号の説明】
１０…顕微鏡本体
１２…光源
１４…照明光学系
１６…フィルタカセット
１８…照明光軸
２０…励起フィルタ
２２…ダイクロイックミラー
２４…対物レンズ
２６…標本
２８…吸収フィルタ
３０…プリズム
３２…接眼レンズ
３４…回転軸
３５…観察光軸

Claims

回転軸を中心軸とした多角錐の鋭角部を中心軸に直交する面で切り取った形状のターレットと、
前記ターレットの各錘面と上面とを貫通して設けられる貫通孔と、第１の光路がターレットの錘面に入射し、第２の光路がターレットの上面に入射される、
前記ターレットの各錘面に設けられた第１の光学素子と、
前記ターレットの上面に設けられた第２の光学素子と、
を具備する光学系切換え装置。
前記ターレットの回転軸は前記第２の光路と平行であり、前記錘面は回転軸、第１の光路、第２の光路に対して４５°傾斜していることを特徴とする請求項１に記載の光学系切換え装置。
前記第１の光学素子はダイクロイックミラーであり、第２の光学素子は吸収フィルタであることを特徴とする請求項１に記載の光学系切換え装置。
前記第１の光学素子の形状は台形であることを特徴とする請求項１に記載の光学系切換え装置。
前記第１の光学素子の形状は台形の底辺の両角部が切り落とされた６角形であることを特徴とする請求項１に記載の光学系切換え装置。
前記第１の光学素子の形状は矩形の２角部が切り落とされた６角形であることを特徴とする請求項１に記載の光学系切換え装置。
前記ターレットは回転軸を中心軸とした８角錐の鋭角部を中心軸に直交する面で切り取った形状を有することを特徴とする請求項１に記載の光学系切換え装置。
ターレットの外周に設けられ、ターレットともに回転し、前記第１の光路中に設けられる第３の光学素子を保持する円筒形状の枠をさらに具備することを特徴とする請求項１に記載の光学系切換え装置。
前記第３の光学素子は励起フィルタであることを特徴とする請求項８に記載の光学系切換え装置。
前記枠はターレットの上部の外周に取付けられることを特徴とする請求項８に記載の光学系切換え装置。