JP5988629B2 - 複数の光学ユニットを備えた顕微鏡 - Google Patents

Description

本発明は、フィルタブロックを含むオートフォーカス（以降、ＡＦと記す）用、観察用、光刺激用などの複数の光学ユニットを備えた顕微鏡に関する。

生体顕微鏡の分野では、培養サンプルを照明して観察する機能だけではなく、培養サンプルを光刺激する機能や培養サンプルを長時間観察するために必要なフォーカスずれを補正するＡＦ機能などの種々の機能を備えた顕微鏡が知られている。

このような多様な機能は、対物レンズと結像レンズの間に、従来から備わっている励起光を対物レンズの光軸に導入する蛍光観察用光学ユニットに加えて、刺激光を対物レンズの光軸に導入する光刺激用やオートフォーカス光を対物レンズの光軸に導入するＡＦ用の光学ユニットを有することにより実現される。

対物レンズと結像レンズの間に複数の光学ユニットを備える顕微鏡は、例えば、特許文献１に開示されている。特許文献１に開示される顕微鏡は、対物レンズと結像レンズの間に、ランプ光源からの光を導入するダイクロイックミラーを含む光学ユニットと、レーザー発振器からのレーザー光を導入するダイクロイックミラーを含む光学ユニットとを備えた倒立顕微鏡が開示されている。

特開２００６−０９１７２３号公報

ところで、無限遠補正型の対物レンズを備えた顕微鏡では、軸上光は、光軸に対して平行な平行光束として対物レンズから結像レンズに向けて出射されるのに対して、軸外光は、光軸に対して傾いた平行光束として対物レンズから結像レンズへ向けて出射される。

このため、対物レンズと結像レンズの間に観察や照明のための光の入力や出力を行うための複数の光学ユニットを設けるために、対物レンズから結像レンズまでの距離を長くとると、対物レンズから遠く離れた光学ユニットで軸外光に対してケラレが発生してしまう。その結果、周辺光量が不足して周辺が暗く観察されることになるため、広い観察視野を確保することが困難になる。

なお、このような事象は検出光でのみ生じるものではなく、照明光においても同様に生じ得る。このため、対物レンズから遠く離れた光学ユニットから導入された光は、周辺を明るく照明することができない。この点も、広い観察視野の確保を困難にする要因になっている。

以上のような実情を踏まえ、広い観察視野を有する、複数の光学ユニットを備えた顕微鏡を提供することを目的とする。

本発明の第１の態様は、対物レンズと結像レンズの間にそれぞれフィルタブロックを含む複数の光学ユニットを備えた顕微鏡において、前記複数の光学ユニットのうちの最も前記対物レンズ側の光学ユニットは、第１の有効径を有する光学フィルタを含む第１のフィルタブロックを含み、前記複数の光学ユニットのうちの最も前記結像レンズ側の光学ユニットは、前記第１の有効径よりも大きな第２の有効径を有する光学フィルタを含む第２のフィルタブロックを含み、前記複数の光学ユニットのうちのいずれかの光学ユニットは、さらに、複数のフィルタブロックが装着可能で、且つ、前記対物レンズの光軸上に前記複数のフィルタブロックのうちの一のフィルタブロックを選択的に配置する切替機構を含み、前記切替機構は、前記第１の有効径を有する光学フィルタを含む前記第１のフィルタブロックと前記第２の有効径を有する光学フィルタを含む前記第２のフィルタブロックの２種類のフィルタブロックを装着可能であることを特徴とする顕微鏡を提供する。

本発明の第２の態様は、第１の態様に記載の顕微鏡において、前記複数のフィルタブロックは、それぞれ、励起フィルタ、ダイクロイックミラー、吸収フィルタを含む顕微鏡を提供する。

本発明の第３の態様は、第２の態様に記載の顕微鏡において、Ｄ１を前記第１の有効径とし、Ｄ２を前記第２の有効径とするとき、以下の条件式を満たす顕微鏡を提供する。
１．１≦Ｄ２／Ｄ１≦１．５

本発明の第４の態様は、第３の態様に記載の顕微鏡において、ｆを前記結像レンズの焦点距離とし、Ｌ１を前記対物レンズの胴付面から前記対物レンズの光軸と前記第１のフィルタブロックに含まれるダイクロイックミラーとの交点までの距離とし、Ｌ２を前記対物レンズの胴付面から前記対物レンズの光軸と前記第２のフィルタブロックに含まれるダイクロイックミラーとの交点までの距離とするとき、以下の条件式を満たす顕微鏡を提供する。
１２＜ｆ×（Ｄ２−Ｄ１）／（Ｌ２−Ｌ１）＜３１

本発明の第５の態様は、第２の態様に記載の顕微鏡において、前記第２のフィルタブロックに含まれるダイクロイックミラーの形状は、四隅が面取りされた八角形形状である顕微鏡を提供する。

本発明の第６の態様は、第５の態様に記載の顕微鏡において、前記第２のフィルタブロックに含まれるダイクロイックミラーの面取り角度は、５５度以上８０度以下であり、Ｓを前記第２のフィルタブロックに含まれるダイクロイックミラーの面取り前の短辺の長さとし、Ｃを前記第２のフィルタブロックに含まれるダイクロイックミラーの四隅に形成される各面取り部の前記短辺方向の長さとするとき、以下の条件式を満たす顕微鏡を提供する。
０．３≦２×Ｃ／Ｓ≦０．７

本発明の第７の態様は、第１の態様に記載の顕微鏡において、前記第２のフィルタブロックのみを装着する場合に前記切替機構に装着可能なフィルタブロックの最大装着数と、前記第１のフィルタブロックのみを装着する場合に前記切替機構に装着可能なフィルタブロックの最大装着数とが同数である顕微鏡を提供する。

本発明の第８の態様は、第７の態様に記載の顕微鏡において、前記複数の光学ユニットのうちの最も前記対物レンズ側の光学ユニットは、さらに、複数のフィルタブロックが装着可能で、且つ、前記対物レンズの光軸上に前記複数のフィルタブロックのうちの一のフィルタブロックを選択的に配置する切替機構を含む顕微鏡を提供する。

本発明の第９の態様は、第１の態様に記載の顕微鏡において、前記第２のフィルタブロックに含まれるダイクロイックミラーは、基板の両面に干渉膜がコーティングされたダイクロイックミラーである顕微鏡を提供する。

本発明の第１０の態様は、対物レンズと結像レンズの間にそれぞれフィルタブロックを含む複数の光学ユニットを備えた顕微鏡において、前記複数の光学ユニットのうちの最も前記対物レンズ側の光学ユニットは、第１の有効径を有する光学フィルタを含む第１のフィルタブロックを含み、前記複数の光学ユニットのうちの最も前記結像レンズ側の光学ユニットは、前記第１の有効径よりも大きな第２の有効径を有する光学フィルタを含む第２のフィルタブロックを含み、前記第２のフィルタブロックに含まれるダイクロイックミラーの傾きを調整する手段を含む顕微鏡を提供する。

本発明によれば、広い観察視野を有する、複数の光学ユニットを備えた顕微鏡を提供することができる。

本発明の実施例１に係る顕微鏡の構成を示した図である。 図１に示される結像レンズ側の光学ユニットのフィルタブロック切替機構の、光軸と直交する断面における断面図である。 図１に示される結像レンズ側の光学ユニットのフィルタブロック切替機構の、図２Ａに示されるＡＡ断面における断面図である。 図１に示される結像レンズ側の光学ユニットに含まれるダイクロイックミラーの形状を示す図である。 図１に示される結像レンズ側の光学ユニットに含まれるダイクロイックミラーの他の形状を示す図である。 図１に示される結像レンズ側の光学ユニットに含まれるダイクロイックミラーで生じる漏れ光について説明するための図である。 図１に示される結像レンズ側の光学ユニットに含まれるダイクロイックミラーの変形例について説明するための図である。 図１に示される顕微鏡の対物レンズから結像レンズまでの光学系の断面図である。 図１に示される結像レンズ側の光学ユニットに含まれる有効径の小さな光学フィルタを含むフィルタブロックを光軸上に配置した場合の像面における光量分布を示した図である。 図１に示される結像レンズ側の光学ユニットに含まれる有効径の大きな光学フィルタを含むフィルタブロックを光軸上に配置した場合の像面における光量分布を示した図である。 本発明の実施例２に係る顕微鏡の構成を示した図である。

図１は、本実施例に係る顕微鏡の構成を示した図である。図２Ａ及び図２Ｂは、図１に示される顕微鏡に備えられた結像レンズ側の光学ユニットのフィルタブロック切替機構を示した図である。なお、図２Ａは、対物レンズの光軸と直交する断面における断面図であり、図２Ｂは、図２Ａに示されるＡＡ断面における断面図である。

図１に例示される顕微鏡１００は、対物レンズ７と結像レンズ８の間に複数の光学ユニット（光学ユニット１０、光学ユニット２０）を備えた倒立顕微鏡である。

対物レンズ７側の光学ユニット１０は、ランプハウス１内の刺激用光源１ａから出射されたＵＶ（ultraviolet）域の刺激光を投光管２内のレンズ群３を介して対物レンズ７の光軸に導入するための光学ユニットである。光学ユニット１０に導入された刺激光は、対物レンズ７を介して標本を刺激する。

光学ユニット１０は、複数のフィルタブロックが装着可能で対物レンズ７の光軸上にその複数のフィルタブロックのうちの一のフィルタブロックを選択的に配置する切替機構１９と、切替機構１９に装着された複数のフィルタを含んでいる。なお、図１では、切替機構１９に装着された複数のフィルタのうち、光軸上に配置されたフィルタブロック１１のみが図示されている。

フィルタブロック１１（第１のフィルタブロック）は、ＵＶ域の刺激光を反射させて標本からの蛍光を透過させるダイクロイックミラー１１ａと、励起フィルタ１１ｂと、励起フィルタ１１ｂと同じサイズの吸収フィルタ１１ｃを含んでいる。

励起フィルタ１１ｂと吸収フィルタ１１ｃの両光学フィルタのサイズは、光学フィルタの一般的なサイズであり、例えば、外径が２５ｍｍで有効径（第１の有効径）Ｄ１が２２ｍｍである。ダイクロイックミラー１１ａのサイズは、ダイクロイックミラーの一般的なサイズであり、例えば、（短辺×長辺×厚さ）＝（２６ｍｍ×３６ｍｍ×１ｍｍ）である。ダイクロイックミラー１１ａから励起フィルタ１１ｂまでの距離Ｓ１とダイクロイックミラー１１ａから吸収フィルタ１１ｃまでの距離Ｓ２とはほぼ同じであり、それぞれ、例えば、１８ｍｍ程度、１５ｍｍ程度である。対物レンズ７の胴付き面から対物レンズ７の光軸とダイクロイックミラー１１ａとの交点までの距離Ｌ１は、例えば７０ｍｍであり、胴付き面と交点の間には図示してないがレボルバやレボルバの上下機構がある。

結像レンズ８側の光学ユニット２０は、ランプハウス４内の励起用光源４ａから出射された励起光を投光管５内のレンズ群６を介して対物レンズ７の光軸に導入するための光学ユニットである。光学ユニット２０に導入された励起光は、対物レンズ７を介して標本全体に照射される。

光学ユニット２０は、複数のフィルタブロックが装着可能で対物レンズ７の光軸上にその複数のフィルタブロックのうちの一つのフィルタブロックを選択的に配置する切替機構２９と、切替機構２９に装着された複数のフィルタブロックを含んでいる。なお、図１では、切替機構２９に装着された複数のフィルタのうち、光軸上に配置されたフィルタブロック２１のみが図示されている。

より詳細には、光学ユニット２０では、図２Ａ及び図２Ｂに例示されるように、複数のフィルタブロック（フィルタブロック２１、フィルタブロック２２、フィルタブロック２３、フィルタブロック２４、フィルタブロック２５、フィルタブロック２６、フィルタブロック２７、フィルタブロック２８）がターレット式の切替機構２９に同心円状に配列された状態で装着されている。

フィルタブロック２１（第２のフィルタブロック）は、励起光を反射させて標本からの蛍光を透過させるダイクロイックミラー２１ａと、励起フィルタ２１ｂと、励起フィルタ２１ｂと同じサイズの吸収フィルタ２１ｃと、ダイクロイックミラー２１ａの角度調整する機構を含んでいる。角度調整する機構としては、ダイクロイックミラーとフィルタブロック枠の間に薄い箔をはさむ方法でもいいし、フィルタブロック２１に形成されたダイクロイックミラー当て付け面を複数のネジで抑えてつけている図２Ａに示すようなネジ部２１ｄを調整することでダイクロイックミラーの反射面の角度を調整するような機構でもいい。なお、図中ではネジをダイクロイックミラーに直接あてつけて反射面の角度を調整しているが、ダイクロイックミラー当て付け面をネジで角度調整し、ダイクロイックミラーの反射面の角度を間接的に調整してもよい。

励起フィルタ２１ｂと吸収フィルタ２１ｃの両光学フィルタのサイズは、フィルタブロック１１に含まれる光学フィルタのサイズよりも大きく、例えば、外径が３０ｍｍで有効径（第２の有効径）Ｄ２が２８ｍｍである。ダイクロイックミラー２１ａのサイズは、フィルタブロック１１に含まれるダイクロイックミラー１１ａのサイズよりも大きく、例えば、（短辺×長辺×厚さ）＝（３０ｍｍ×４２ｍｍ×１ｍｍ）である。ダイクロイックミラー２１ａから励起フィルタ２１ｂまでの距離Ｓ１は１８ｍｍであり、ダイクロイックミラー２１ａから吸収フィルタ２１ｃまでの距離Ｓ２は１５ｍｍである。対物レンズ７の胴付き面から対物レンズ７の光軸とダイクロイックミラー２１ａとの交点までの距離Ｌ２は、例えば、１４０ｍｍであり、対物レンズ７の胴付き面から結像レンズ８までの距離Ｌ３は、例えば、１９０ｍｍである。

フィルタブロック２２、フィルタブロック２３、フィルタブロック２４も、それぞれダイクロイックミラーと励起フィルタと吸収フィルタを含み、各フィルタブロックのダイクロイックミラー、励起フィルタ、吸収フィルタのサイズは、フィルタブロック２１のダイクロイックミラー、励起フィルタ、吸収フィルタのサイズと同様である。

フィルタブロック２５（第３のフィルタブロック）は、励起光を反射させて標本からの蛍光を透過させるダイクロイックミラー２５ａと、励起フィルタ２５ｂと、励起フィルタ２５ｂと同じサイズの吸収フィルタ２５ｃを含んでいる。

励起フィルタ２５ｂと吸収フィルタ２５ｃの両光学フィルタのサイズは、フィルタブロック１１に含まれる光学フィルタのサイズと同じであり、例えば、外径が２５ｍｍで有効径（第１の有効径）Ｄ１が２２ｍｍである。ダイクロイックミラー２５ａのサイズは、フィルタブロック１１に含まれるダイクロイックミラー１１ａのサイズと同じであり、例えば、（短辺×長辺×厚さ）＝（２６ｍｍ×３６ｍｍ×１ｍｍ）である。

フィルタブロック２６、フィルタブロック２７、フィルタブロック２８も、それぞれダイクロイックミラーと励起フィルタと吸収フィルタとを含み、各フィルタブロックのダイクロイックミラー、励起フィルタ、吸収フィルタのサイズは、フィルタブロック２５のダイクロイックミラー、励起フィルタ、吸収フィルタのサイズと同様である。

即ち、切替機構２９は、光学フィルタの有効径が異なる２種類のフィルタブロック（第２のフィルタブロック、第３のフィルタブロック）を装着することができるように構成されている。

なお、光学フィルタの有効径が異なる２種類のフィルタブロックでは、幅などは異なるが取り付け部が共通化され、図１に示されるように、光軸の位置が一致するよう構成されている。このため、２種類のフィルタブロックには互換性があり、相互に交換することができる。従って、図２Ａでは、２種類のフィルタブロックがそれぞれ４つずつ切替機構２９に装着された例が示されているが、２種類のフィルタブロック間の割合は任意に変更することが可能である。例えば、切替機構２９には、光学フィルタの有効径が大きなフィルタブロックを８つ装着してもよく、光学フィルタの有効径が小さなフィルタブロックを８つ装着してもよい。即ち、フィルタブロックの種類によらず、切替機構２９の最大装着数は８つである。
なお、２種類のフィルタブロックのサイズを同じにし、光学フィルタの有効形のみ異なる構成としてもよい。

以上のように構成された顕微鏡１００では、結像レンズ８側の光学ユニット２０に含まれるフィルタブロック２１内の光学フィルタの有効径が、対物レンズ７側の光学ユニット１０に含まれるフィルタブロック１１内の光学フィルタの有効径よりも大きくなるように構成されている。また、フィルタブロック２１内のダイクロイックミラー２１ａのサイズもフィルタブロック１１内のダイクロイックミラー１１ａのサイズよりも大きくなるように構成されている。これにより、対物レンズ７から遠い結像レンズ８側のフィルタブロック２１における軸外光のケラレの発生が抑制されて、周辺光量の低下が軽減される。従って、顕微鏡１００によれば、複数の光学ユニットにより実現される多様な機能を備えた上で、広い観察視野を確保することができる。

また、顕微鏡１００では、光学フィルタの有効径が異なる２種類のフィルタブロックのサイズをほぼ同じにし、且つ、取り付け部の寸法を共通にすることで、２種類のフィルタブロックの互換性が確保されている。これにより、光学フィルタの有効径が異なる２種類のフィルタブロックを相互に交換して装着することが可能であり、任意の種類のフィルタブロックを必要な数だけで装着することができる。一般的なサイズの光学フィルタを含むフィルタブロックに比べてより大きなサイズの光学フィルタを含むフィルタブロックは高価であること、ユーザはすでに一般的なサイズの光学フィルタを含むフィルタブロックを保有している可能性が高いことを考慮すると、光学フィルタの有効径が異なるフィルタブロックを並存させて必要な場合にのみ大きなサイズの光学フィルタを含むフィルタブロックを使用することができる構成は、ユーザにとってコスト面で大きなメリットとなり得る。

なお、フィルタブロック２１における軸外光のケラレの発生をより効率的に抑制し、且つ、一般的なサイズの光学フィルタを含むフィルタブロック１１と大きなサイズの光学フィルタを含むフィルタブロック２１との互換性を確保するためには、顕微鏡１００は、以下の条件式（１）を満たすことが望ましく、さらに、条件式（２）を満たすことがより望ましい。
１．１≦Ｄ２／Ｄ１≦１．５ ・・・（１）
１２＜ｆ×（Ｄ２−Ｄ１）／（Ｌ２−Ｌ１）＜３１ ・・・（２）

ここで、Ｄ１は、対物レンズ７側の光学ユニット１０に含まれるフィルタブロック１１内の光学フィルタの有効径であり、Ｄ２は、結像レンズ８側の光学ユニット２０に含まれるフィルタブロック２１内の光学フィルタの有効径である。ｆは、結像レンズ８の焦点距離であり、Ｌ１は対物レンズ７の胴付面から対物レンズ７の光軸とダイクロイックミラー１１ａとの交点までの距離であり、Ｌ２は対物レンズ７の胴付面から対物レンズ７の光軸とダイクロイックミラー２１ａとの交点までの距離である。

条件式（１）は、フィルタブロック１１に含まれる光学フィルタとフィルタブロック２１に含まれる光学フィルタの有効径の比を規定した式である。条件式（１）の下限を下回ると、フィルタブロック２１における軸外光のケラレを抑制する効果がほとんど得られない。一方、条件式（１）の上限を上回ると、フィルタブロック１１に含まれる光学フィルタの有効径がフィルタブロック２１に含まれる光学フィルタの有効径に対して大きくなりすぎてフィルタブロック１１とフィルタブロック２１をほぼ同じサイズとすることが困難になる。

条件式（２）は、フィルタブロック１１とフィルタブロック２１との間の間隔を考慮して光学フィルタの有効径を規定した式である。条件式（２）の下限を下回ると視野数１８以上の顕微鏡においてフィルタブロック２１における軸外光のケラレを十分に抑制することが難しい。一方、条件式（２）の上限を上回ると、フィルタブロック１１に含まれる光学フィルタの有効径がフィルタブロック２１に含まれる光学フィルタの有効径に対して大きくなりすぎてフィルタブロック１１とフィルタブロック２１をほぼ同じサイズとすることが困難になる。

図１に例示される顕微鏡１００の場合、有効径Ｄ１＝２２ｍｍ、有効径Ｄ２＝２８ｍｍであり、Ｄ２／Ｄ１＝１．２７であるので、条件式（１）を満たしている。また、距離Ｌ１＝７０ｍｍ、距離Ｌ２＝１４０ｍｍ、焦点距離ｆ＝１８０ｍｍであり、ｆ×（Ｄ２−Ｄ１）／（Ｌ２−Ｌ１）＝１５．４であるので、条件式（２）を満たしている。

また、一般的なサイズのダイクロイックミラー１１ａを含むフィルタブロック１１と大きなサイズのダイクロイックミラー２１ａを含むフィルタブロック２１との互換性を確保するためには、ダイクロイックミラー２１ａの形状は、四隅が面取りされた八角形形状であることが望ましい。

図３は、フィルタブロック２１に含まれるダイクロイックミラーの形状を示す図である。図４は、フィルタブロック２１に含まれるダイクロイックミラーの他の形状を示す図である。図３に示されるように、ダイクロイックミラー２１ａの形状を四隅が面取りされた八角形形状とすることで、ダイクロイックミラー１１ａに比べて大きなダイクロイックミラー２１ａを、ダイクロイックミラー１１ａを含むフィルタブロック１１とほぼ同じサイズのフィルタブロック２１に収納することができる。これにより、光学フィルタの有効径が異なる２種類のフィルタブロックのサイズをほぼ同じにすることができる。

なお、ダイクロイックミラー２１ａは光軸に対して４５度傾けて配置されるため、ダイクロイックミラー２１ａに入射する光束の範囲ＬＲは楕円形状となる。このため、面取りされる領域（以降、面取り部と記す）が光束の範囲ＬＲと重ならない範囲で面取り部をできるだけ大きくするためには、ダイクロイックミラー２１ａの四隅を楕円の短軸方向と平行なダイクロイックミラー２１ａの短辺に対して大きな面取り角度で面取りすることが望ましい。具体的には、短辺に対して面取り角度は５５度以上８０度以下であることが望ましい。従って、図３では、四隅が短辺に対して７５度の面取り角度で面取りされたダイクロイックミラー２１ａが例示されているが、フィルタブロック２１は、ダイクロイックミラー２１ａの代わりに、図４に例示される四隅が短辺に対して６０度の面取り角度で面取りされたダイクロイックミラー３１ａを含んでもよい。

さらに、面取り角度が上記の条件を満たしている場合であっても、面取り部の大きさが大きくなるとは限らない。このため、ダイクロイックミラー２１ａは、上記の面取り角度の条件に加えて、以下の条件式（３）を満たすことが望ましい。
０．３≦２×Ｃ／Ｓ≦０．７ ・・・（３）

ここで、Ｓは、フィルタブロック２１に含まれるダイクロイックミラー２１ａの面取り前の短辺の長さ（つまり、ダイクロイックミラー２１ａの短軸方向の長さ）とし、Ｃは、フィルタブロック２１に含まれるダイクロイックミラー２１ａの四隅に形成される各面取り部の短辺方向の長さである。

条件式（３）は、面取り前の短辺の長さに対する面取り部の短辺方向の長さの比を規定した式である。即ち、下限値０．３は、面取り前の短辺の３割が面取りされた状態を示し、上限値０．７は、面取り前の短辺の７割が面取りされた状態を示している。

条件式（３）の下限を下回ると、面取り部が小さすぎるため、フィルタブロック２１内にダイクロイックミラー２１ａを収納することが難しくなる。一方、条件式（３）の上限を上回ると、面取り部が大きくなりすぎて、面取り部と光束の範囲ＬＲが一部で重なってしまう。その結果、入射光の一部がダイクロイックミラー２１ａに入射することなく通過してしまう。

図３に例示されるダイクロイックミラー２１ａの場合、短辺の長さＳは３０ｍｍ、面取り部の短辺方向の長さＣは５ｍｍであり、２×Ｃ／Ｓ＝０．３３となるため、条件式（３）を満たしている。また、図４に例示されるダイクロイックミラー３１ａの場合、短辺の長さＳは３０ｍｍ、面取り部の短辺方向の長さＣは９ｍｍであり、２×Ｃ／Ｓ＝０．６となるため、条件式（３）を満たしている。

また、図５Ａに示すように、光学フィルタのサイズが従来に比べて大きいことから、フィルタブロック２１はダイクロイックミラー２１ａから漏れ出た励起光（以降、漏れ光と記す）がフィルタブロック２１内で反射して検出光路へ入射しやすい構成となっている。このため、図５Ｂに示すように、フィルタブロック２１は、ダイクロイックミラー２１ａの代わりに、基板の両面に干渉膜がコーティングされたダイクロイックミラー４１ａを含むことが望ましい。両面に干渉膜がコーティングされたダイクロイックミラー４１ａを用いることで、漏れ光の光量を抑えることができる。

また、図１に示すように、結像レンズ８側の光学ユニット２０に含まれるフィルタブロック２１には、ダイクロイックミラー２１ａを回転させて光軸に対する角度を調整する手段が設けられていることが望ましい。たとえば、ダイクロイックミラー面をネジ部２１ｄで押して角度を変えられるような機構である。ダイクロイックミラー２１ａはダイクロイックミラー１１ａに比べて対物レンズ７からの距離が長いため、角度誤差による照射位置の変動が大きい。このため、ダイクロイックミラー２１ａは光軸に対する角度を高い精度で設定する必要がある。顕微鏡１００では、ダイクロイックミラーの角度調整機構が設けられていることでダイクロイックミラー２１ａの角度を適宜調整することができる。なお、ダイクロイックミラーの角度を調整するための機構は、光学ユニット２０内の他のフィルタブロックにも同様に設けられていることが望ましい。

以下、図６、図７Ａ、図７Ｂを参照しながら、本実施例に係る顕微鏡１００の光学ユニット２０内で、有効径が大きい光学フィルタを含むフィルタブロック２１を光軸上に配置した場合と有効径が小さい光学フィルタを含むフィルタブロック２５を配置した場合での、撮像素子９に入射する検出光の光量の違いについて説明する。
図６は、本実施例に係る顕微鏡の対物レンズから結像レンズまでの光学系の断面図である。図６に示される光学系のレンズデータは、以下のとおりである。
s r d nd vd
IMG INF 148.3305
1 INF 8.7111
2 -40.6619 3.0298 1.64450 40.82
3 50.7100 6.0238 1.83400 37.16
4 -84.3099 0.6973
5 102.8477 3.4742 1.80610 40.92
6 37.5679 7.7321 1.48749 70.23
7 -68.7541 35.0000
8 INF 15.0000
9 INF 55.0000
10 INF 15.0000
11 INF 70.0000
12 INF -3.9523
13 16.8356 3.0324 1.49700 81.54
14 INF 0.1300
15 12.7726 3.2167 1.49700 81.54
16 19.9601 2.7687 1.48749 70.23
17 6.3912 5.6402
18 -8.2650 1.2763 1.55836 54.01
19 9.8106 3.6739 1.43875 94.93
20 -10.2087 6.5068
21 INF 4.5781 1.43875 94.93
22 -11.8739 1.1100
23 35.6271 4.0793 1.56907 71.30
24 -83.9358 0.2125
25 9.2112 2.7505 1.49700 81.54
26 -55.2737 6.0670 1.67300 38.15
27 10.0179 3.8000
28 INF 0.1700 1.52100 56.02
OBJ INF

ここで、ｓは面番号を、ｒは曲率半径（ｍｍ）を、ｄは面間隔（ｍｍ）を、ｎｄはｄ線に対する屈折率を、ｖｄはアッベ数を示す。なお、ＩＭＧは像面を、ＯＢＪは標本面を示している。また、面番号ｓ２から面番号ｓ７までは結像レンズ８のレンズ面を、面番号ｓ１３から面番号ｓ２７までは対物レンズ７のレンズ面を示している。面番号ｓ８は光学ユニット２０内の吸収フィルタの位置を、面番号ｓ９は光学ユニット２０内のダイクロイックミラーと光軸との交点の位置を示している。面番号ｓ１０は光学ユニット１０内の吸収フィルタ１１ｃの位置を、面番号ｓ１１は光学ユニット１０内のダイクロイックミラー１１ａと光軸との交点の位置を示している。面番号ｓ１２は対物レンズ７の胴付き面を、面番号ｓ２７はカバーガラスの対物レンズ７側の面を示している。

図７Ａは、光学ユニット１０内でフィルタブロック１１を光軸上に配置し、光学ユニット２０内でフィルタブロック２５を光軸上に配置した場合に、標本面が均一に発光したときの像面における照度分布を示した図である。図７Ｂは、光学ユニット１０内でフィルタブロック１１を光軸上に配置し、光学ユニット２０内でフィルタブロック２１を光軸上に配置した場合に、標本面が均一に発光したときの像面における照度分布を示した図である。

図７Ａに示されるように、対物レンズ７側の光学ユニット１０と結像レンズ８側の光学ユニット２０で同じ大きさの光学フィルタを用いた場合には、視野数２２すなわち像高１１の視野周辺部分は中心部分に対して５６パーセント程度の光量しか検出することができない。これに対して、図７Ｂに示されるように、対物レンズ７側の光学ユニット１０と結像レンズ８側の光学ユニット２０で異なる大きさの光学フィルタを用いた場合には、視野数２２の視野周辺部分は中心部分に対して８４パーセント程度の光量を検出することができる。

このように、対物レンズ７側の光学ユニット１０と結像レンズ８側の光学ユニット２０で異なる大きさの光学フィルタを用いることで、軸外光のケラレの発生を大幅に抑制して周辺光量の不足を改善することができる。その結果、広い観察視野を確保することが可能となる。

図８は、本実施例に係る顕微鏡の構成を示した図である。図８に例示される顕微鏡１０１は、図１に例示される実施例１に係る顕微鏡１００と同様に、対物レンズ７と結像レンズ８の間に複数の光学ユニット（光学ユニット１０、光学ユニット２０）を備えた倒立顕微鏡である。

顕微鏡１０１は、ランプハウス４と投光管５の代わりに結像レンズ５１と撮像素子５２が設けられている点と、ランプハウス１と投光管２の代わりにランプハウス４と投光管５が設けられている点が、顕微鏡１００と異なっている。その他の構成は、顕微鏡１００と同様であるので、同一の符号を付して説明を省略する。

対物レンズ７側の光学ユニット１０は、ランプハウス４内の励起用光源４ａから出射された励起光を投光管５内のレンズ群６を介して対物レンズ７の光軸に導入するための光学ユニットである。光学ユニット１０に導入された励起光は、対物レンズ７を介して標本全体に照射され、例えば、蛍光共鳴エネルギー移動（FRET:Fluorescence Resonance Energy Transfer）現象を引き起こす。

結像レンズ８側の光学ユニット２０は、ＦＲＥＴ現象により生じる２波長の蛍光を分離して、一方の波長の蛍光を撮像素子９へ、他方の波長の蛍光を撮像素子５２へ導くための光学ユニットである。このため、顕微鏡１０１では、フィルタブロック２１に含まれる励起フィルタ２１ｂは、検出対象である蛍光のみを透過させる吸収フィルタとして機能する。

本実施例に係る顕微鏡１０１でも、実施例に係る顕微鏡１００と同様に、フィルタブロック２１内の光学フィルタの有効径がフィルタブロック１１内の光学フィルタの有効径よりも大きいため、対物レンズ７から遠い結像レンズ８側のフィルタブロック２１における軸外光のケラレの発生が抑制されて、周辺光量の低下が軽減される。従って、顕微鏡１０１によっても、複数の光学ユニットにより実現される多様な機能を備えた上で、広い観察視野を確保することが可能であり、実施例１に係る顕微鏡１００と同様の効果を得ることができる。

なお、実施例１及び実施例２では、顕微鏡の具体的な構成を示して説明したが、顕微鏡の構成は、実施例１に係る顕微鏡１００や実施例２に係る顕微鏡１０１の構成に限られず、種々の変形が可能である。

図１及び図８では、対物レンズ７と結像レンズ８との間に、光学ユニットが２つ備えられた顕微鏡が例示されているが、光学ユニットの数は２つに限られない。光学ユニットの数は２つ以上であればよく、例えば、さらにＡＦ用光学ユニットなどを設けてもよい。

また、図１及び図８では、倒立顕微鏡が例示されているが、本実施例に係る発明の適用範囲は倒立顕微鏡に限られない。対物レンズ７と結像レンズ８の間に複数の光学ユニットを備えた顕微鏡であれば、正立顕微鏡にも同様に適用することができる。

また、図１及び図８では、ランプハウスが投光管に直接接続された構成が例示されているが、ランプハウスと投光管の間に光ファイバを設けて、顕微鏡本体への熱の伝導を抑えるように構成してもよい。また、光源についても、ランプ光源に限られず、レーザー光源など任意の光源を用いてもよい。

また、図２Ａ及び図２Ｂでは、フィルタブロックを切り替える切替機構として、ターレット式の切替機構２９を例示したが、切替機構はターレット式の切替機構に限られず、例えば、複数のフィルタブロックが装着されたスライド式の切替機構であってもよい。

また、図２Ａでは、フィルタブロックを８つ装着可能な切替機構２９を例示したが、切替機構は複数のフィルタブロックを装着できればよく、より好ましく６個以上のフィルタブロックを装着できればよい。なお、従来は、フィルタブロックが一般的なサイズより大きいダイクロイックミラー（以降、ＸＬミラーと記す）を含む場合には、フィルタブロック自体も大きくなることから、通常サイズのフィルタブロックとＸＬミラーを含むフィルタブロックで切替機構に装着できる最大装着数が異なっていた。しかし、本発明の各実施例に係る顕微鏡では、ダイクロイックミラーのサイズによらずフィルタブロックのサイズをほぼ同じにすることで、切替機構にダイクロイックミラーのサイズによらず同数のフィルタブロックを装着することができる。
また、光学ユニット１０、光学ユニット２０は、顕微鏡本体に対して着脱可能に構成されていてもよい。
また、光学ユニット１０及び光学ユニット２０を、必要に応じて適宜追加し、または、１つを取り外しても、顕微鏡として使用することができる。
また、複数の光学ユニットでは、切替機構の構成が共通化されているため、切替機構に装着されるフィルタブロックが適宜交換できる。また、光学ユニットに装着する投光管や観察光学系等は着脱可能に構成されている。光学ユニットでは、投光管や観察光学系を複数の光学ユニットに装着した位置、投光管や観察光学系の種類に合わせて、フィルタブロックが選択されるものとしてもよい。

１、４・・・ランプハウス
１ａ・・・刺激用光源
２、５・・・投光管
３、６・・・レンズ群
４ａ・・・励起用光源
７・・・対物レンズ
８、５１・・・結像レンズ
９、５２・・・撮像素子
１０、２０・・・光学ユニット
１１、２１、２２、２３、２４、２５、２６、２７、２８・・・フィルタブロック
１１ａ、２１ａ、３１ａ、４１ａ・・・ダイクロイックミラー
１１ｂ、２１ｂ・・・励起フィルタ
１１ｃ、２１ｃ・・・吸収フィルタ
１９、２９・・・切替機構
２１ｄ・・・ネジ部
１００、１０１・・・顕微鏡

Claims (10)

1. 対物レンズと結像レンズの間にそれぞれフィルタブロックを含む複数の光学ユニットを備えた顕微鏡において、
   前記複数の光学ユニットのうちの最も前記対物レンズ側の光学ユニットは、第１の有効径を有する光学フィルタを含む第１のフィルタブロックを含み、
   前記複数の光学ユニットのうちの最も前記結像レンズ側の光学ユニットは、前記第１の有効径よりも大きな第２の有効径を有する光学フィルタを含む第２のフィルタブロックを含み、
   前記複数の光学ユニットのうちのいずれかの光学ユニットは、さらに、複数のフィルタブロックが装着可能で、且つ、前記対物レンズの光軸上に前記複数のフィルタブロックのうちの一のフィルタブロックを選択的に配置する切替機構を含み、
   前記切替機構は、前記第１の有効径を有する光学フィルタを含む前記第１のフィルタブロックと前記第２の有効径を有する光学フィルタを含む前記第２のフィルタブロックの２種類のフィルタブロックを装着可能である
   ことを特徴とする顕微鏡。
2. 請求項１に記載の顕微鏡において、
   前記複数のフィルタブロックは、それぞれ、光学フィルタとダイクロイックミラーを含む
   ことを特徴とする顕微鏡。
3. 請求項２に記載の顕微鏡において、
   Ｄ１を前記第１の有効径とし、Ｄ２を前記第２の有効径とするとき、以下の条件式
   １．１≦Ｄ２／Ｄ１≦１．５
   を満たすことを特徴とする顕微鏡。
4. 請求項３に記載の顕微鏡において、
   ｆを前記結像レンズの焦点距離とし、Ｌ１を前記対物レンズの胴付面から前記対物レンズの光軸と前記第１のフィルタブロックに含まれるダイクロイックミラーとの交点までの距離とし、Ｌ２を前記対物レンズの胴付面から前記対物レンズの光軸と前記第２のフィルタブロックに含まれるダイクロイックミラーとの交点までの距離とするとき、以下の条件
   式
   １２＜ｆ×（Ｄ２−Ｄ１）／（Ｌ２−Ｌ１）＜３１
   を満たすことを特徴とする顕微鏡。
5. 請求項２に記載の顕微鏡において、
   前記第２のフィルタブロックに含まれるダイクロイックミラーの形状は、四隅が面取りされた八角形形状である
   ことを特徴とする顕微鏡。
6. 請求項５に記載の顕微鏡において、
   前記第２のフィルタブロックに含まれるダイクロイックミラーの面取り角度は、５５度以上８０度以下であり、
   Ｓを前記第２のフィルタブロックに含まれるダイクロイックミラーの面取り前の短辺の長さとし、Ｃを前記第２のフィルタブロックに含まれるダイクロイックミラーの四隅に形成される各面取り部の前記短辺方向の長さとするとき、以下の条件式
   ０．３≦２×Ｃ／Ｓ≦０．７
   を満たすことを特徴とする顕微鏡。
7. 請求項１に記載の顕微鏡において、
   前記第２のフィルタブロックのみを装着する場合に前記切替機構に装着可能なフィルタブロックの最大装着数と、前記第１のフィルタブロックのみを装着する場合に前記切替機構に装着可能なフィルタブロックの最大装着数とが同数である
   ことを特徴とする顕微鏡。
8. 請求項７に記載の顕微鏡において、
   前記複数の光学ユニットのうちの最も前記対物レンズ側の光学ユニットは、さらに、複数のフィルタブロックが装着可能で、且つ、前記対物レンズの光軸上に前記複数のフィルタブロックのうちの一のフィルタブロックを選択的に配置する切替機構を含む
   ことを特徴とする顕微鏡。
9. 請求項１に記載の顕微鏡において、
   前記第２のフィルタブロックに含まれるダイクロイックミラーは、基板の両面に干渉膜がコーティングされたダイクロイックミラーである
   ことを特徴とする顕微鏡。
10. 対物レンズと結像レンズの間にそれぞれフィルタブロックを含む複数の光学ユニットを備えた顕微鏡において、
    前記複数の光学ユニットのうちの最も前記対物レンズ側の光学ユニットは、第１の有効径を有する光学フィルタを含む第１のフィルタブロックを含み、
    前記複数の光学ユニットのうちの最も前記結像レンズ側の光学ユニットは、前記第１の有効径よりも大きな第２の有効径を有する光学フィルタを含む第２のフィルタブロックを含み、
    前記第２のフィルタブロックに含まれるダイクロイックミラーの傾きを調整する手段を含む
    ことを特徴とする顕微鏡。