JPH07507150A - 顕微鏡システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 鏡検システム 技術分野 本発明は顕微鏡に関し、さらに詳細には、６０００倍またはそれ以上の倍率にお いて改善された高い解像力と被写界深度（ｄｅｐｔｂ−ｏｆ−ｒ　１ｅｌｄ）と を備えた高倍率顕微鏡検査（鏡検）システムに関する。

従来の技術 医学用顕微鏡では、対物レンズは三つの性質、すなわち、できるだけよい解像力 、できるだけ高い倍率、および可能な最高の被写界深度をもつことが要求される 。光学システムの設計におけるこのような対物レンズは一般に妥協を必要とする 。標準的光学顕微鏡では、被写界深度は倍率に反比例する。倍率が高くなるにつ れて被写界深度は浅くなる。もし観察中の対物レンズが人の目で見えるようにな る点まで拡大しなければならないほど小さかったら、被写界深度があまりに浅く なって、見ている物の輪郭がな（なりかつ被写界深度がなくなるので輪郭が不明 瞭になる。

鏡検に関する他の局面は、数年前まで血液は無菌であると信じられて来たという 事実である。苛酷な病理学的な状況下を除き、血液中には菌類やバクテリアは存 在しないと考えられて来た。今日では、全身の血液中の微生物が、血液は無菌で あるという初期の考え方を変えた。エイズの発見は、抑制された免疫システムを 利用する適切な生物の免疫システムの新たな完全な理解をもたらした。標準的研 究用顕微鏡はあまりに小さいので、生物体を研究するのに使えない。これらの顕 微鏡では、倍率の大きさは約１０００倍か１５００倍である。ある種の複雑なシ ステムでは、２０００倍または２５００倍のものが入手できるが、被写界深度は 非常に浅くなって、研究のためしか使用できない。生物体の血液の検査に必要と されるものは５０００倍以上の倍率である。同様に被写界深度は、生物体の全体 の輪郭が見えれば充分のはずである。問題の一般的な考え方を示せば、赤血球を 見たいと欲するときは少な（とも７ミクロンの被写界深度を必要とする。もし、 被写界深度が３％ミクロン以下に低下すると、赤血球の半分を見ることのみが可 能となる。被写界深度がだんだん小さくなるにつれて、赤血球の切片が見えるだ けになる。もし、研究中の興味が膜やこの種のものに関するものである場合は、 標準光学システムの制限から脱出するためには異なるアプローチをとることが必 要となる。

今まで見られなかった他の重要な基準は、はとんどの研究用顕微鏡が暗視野鏡検 として知られているものに集中している点である。問題は如何にして照明を行い 、カリ観察したい物にコントラストをつけるかである。同様に、如何なる型式の 光源がコントラストを高めるために使用できるかである。成る種の新しい微生物 は、研究される必要がありかつ暗視野では見られない。したがって他の型式の光 学的モード、たとえば相コントラスト（ｐｈａｓｅ　ｃｏｎｔｒａｓｔ）、偏光 、および暗視野、を用いることが必要である。このことは差動干渉相（ｄ　ｉ　 ｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ　１ｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ　ｐｈａｓｅ）のようなもの に入り込むことになる。これらは異なる型式の光を高める異なる手段である。理 解されるように、倍率と被写界深度の増大の他に、３または４種の光学モードの すべてを行うことが必要である。光学によれば、成る種の被写界深度を維持しよ うとすれば、成る程度の倍率が得られるだけである。光学的倍率は１０００倍で なく４００倍前後でなければならないことが決寞された。したがって、可視的分 析に必要な倍率の程度を得るために、当初の光学倍率と関連して投影倍率が使用 され得ることが決定された。投影レンズを研究用顕微鏡と、それが光学倍率を得 た後に結合するというユニークな鏡検システムが出願人によって設計され々。投 影レンズによって生ずる余分な倍率は、ビームが拡散するので、被写界深度に影 響を与えない。投影像はビデオカメラに受像され、そして倍率の大きさを変える ために、投影レンズに近づけたり離したりするように動かされる。カメラの解像 レンズはこのようにして制約となる。より優れたカメラおよびカメラシステムが 開発されるにつれて、解像力は高価格カメラにおいて高（なっている。鏡検対象 物を照明するのに必要な燭光は、現在研究用顕微鏡に使われているものより大き くなければならない、ということは重要である。こんにち市場に出回っている最 高の顕微鏡ははＳ：８０ワツトの照明をもつ。これは、１０，０００倍またはそ れ以上の倍率水準を問題にするときには明らかに不充分である。このため、光源 は１５０ワツトのオーダーの光であることが必要であり、それによって対象物が 観察されているときに、１００燭尤のオーダーが得られるようになる。テレビカ メラが使用されると、カメラから出るすべての色を得るために、多くの燭光のル ーメンも必要となる。

より安価な投影レンズを利用できるようにするために、高価なレンズにとっても 安価なレンズにとっても実質的に同じ品質のレンズの中央の平らな部分を使うよ うに設計されてきた。

基本的なシステムが、ハロゲン白色光１５０ワット電球を用いて非常によ（機能 することが見出された。そのような電球は、もし試料台の下に配置されると非常 に多くの熱を発生するので、出口端部が試料台の下に位置するファイバーオプテ ィックケーブルを通過して光が導かれるようにして、遠隔のハウジング内に光源 を設けることが必要であった。このことは、生きた血液を見ることが望ましいと き、過度の熱は血液中の生物を破壊するので、極めて重要である。電子ビーム顕 微鏡は２５０，０００倍に達し、かつ良好な解像力と高い倍率をもつように、解 像のために電子ビームを用いる。問題は、試料台上の通常の条件下にある時、生 きた血液試料を破壊することである。集光レンズをファイバーオプティックケー ブルの肪端に使用して、ビームの焦点を絞る。このことは、暗視野、明視野、相 コントラスト、単側波帯差動干渉相コントラスト、および偏光および中性濃厚明 視野のような光学モードをあるモードから他のモードへシステムが変更されるこ とを可能にする。

投影管の底端内に位置する投影像レンズは、光が約３０°の角度で出てくるのを 許容するが、問題となる唯一の場所は中央部分でありかつ他の部分は投影管の内 部に吸収される。投影像はカメラレンズ上に受像されるので、投影管内の上方か つ下方へのカメラの動きは倍率を変化させる。カメラがその一番低い位置に下げ られた時、倍率は光学的倍率システムの倍率である。カメラがその一番高い位置 に上げられたとき、倍率は１５０ワツトの光源によって１２，０００倍程度にま で高くできるが、その被写界深度はその最低および最高位置の間で変わらないま ま賎る。なぜなら、被写界深度は完全に光学的倍率によって決まり、可変投影倍 率によっては決まらないからである。このことは、今や膜の完全な状態の改造や 破壊に伴って小さな微生物が観察できるので、医学的鏡検の面ですべての新しい 窓を開くことになる。カメラは、モニターの寸法にもよるが、４０倍までの大き さでビデオモニター上の管ハウジング内において見えるものは何でも写し出す。

ビデオシステム上の被写界深度は一定に保たれる。

制約と解決は、使用される光源に関係する。単色光または単一波長光に近づくに つれて、解像力は最高になる。高い倍率が要求され、かつ、より高い解像力が必 要なときは、レーザータイプの光に到達するということになるであろう。

発明の開示 新規な鏡検システムは、光学的倍率の部分と可変の投影倍率部分とを結合するよ うに設計されてきた。光学的倍率は、研究用顕微鏡の基本的構造を形成する対物 拡大レンズを通して生ずる。可変の投影倍率は、投影管の内で、ビデオモニター に接続された可動カメラによって生じる。

１５０ワット電球のような高強度光を含む光源ハウジングは、頂部開口に集光レ ンズまたはコリメート化レンズ（ｃｏｌｌｉｍａｔｉｎｇ　１ｅｎｓ）をもつカ ラー（ｃｏｌｌａｒ）内に装架されているファイバーオプティックケーブルの前 端によって、その光がファイバーオプティックケーブルを通って顕微鏡の基台へ 向けられる。集光レンズを通過する光は、ついで試料台とそこに装架されるスラ イドを通って上方に進む。対物拡大レンズを通って上方に投影される像は、つい で研究用顕微鏡の光学ハウジングに取付けられた管状部材の頂部端部における投 影レンズに向かって進む。光学的倍率の全量は投影レンズまでおよびそれを含ん で生じ、それによって投影レンズを越えるいかなる倍率も、もはや被写界深度に 影響を与えない。像が投影レンズを通過するにつれて、それは分散されかつ拡大 される。投影レンズの中央における像の部分だけが見られる。これは、装架され たＴ、　Ｖ、カメラのレンズ上に見えるものである。投影像の残部は投影管の黒 化壁の内部によって捕捉される。Ｔ、　Ｖ、カメラの頂部端部に接続されたモー ターを作動させることにより、Ｔ、　Ｖｔ　カメラを上方または下方に動かすこ とができ、かくて投影倍率の量を変化させる。Ｔ、　Ｖ、カメラ自身の可変投影 システムは像をビデオモニター上で見える寸法に拡大する。ビデオモニターはま た、ＶＣＲまたはビデオプリンターに接続できる。投影管内のＴ、　Ｖ、カメラ を、投影された像を捕捉するための写真板で置き換えることも可能である。

従来技術は、一定数の倍率拡大工程、限られた量の作像に利用できる光、対応す る熱を発生させて試料をＪＪｉ傷させる光源、限られた被写界深度、球面収差、 試料と対物レンズとの間の近接した距離、一定の寸法のレンズ要素からの回折効 果および低品質レンズからの面解像力（ｆｉｅｌｄ　ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ）に よって制約を受ける。新規な鏡検システムの目的と効果は以下の通りである：（ １）各対物レンズの連続的に変化する倍率による試料の寸法への最適化、（２） ファイバーオプティックケーブルによって結合された高強度の光源が試料に損傷 を与えることなく充分な光を供給する、（３）可変倍率のための一定の被写界深 度、（４）作像レンズおよび投影レンズの平坦な中心部分のみを使用することに よる、低減された球面収差、（５）一定の被写界深度での増大した解像力、（６ ）レンズの一部除去による低減した回折効果、（７）他の場所（投影レンズの上 方）で起こる倍率拡大を許容することによって増加した、対物レンズと試料との 距離、（８）投影レンズの形状によって決定される投影長さくｐｒｏｊｅｃｔｉ ｏｎｌｅｎｇｔｈ）、（９）作像媒体が付加的な倍率をもたらす、（１０）可変 投影倍率は光源の型式または性質と関係がない（独立している）こと、そして、 （１１）可変投影倍率は、作像媒体から独立していること。

図面の簡単な説明 図１は、新規な鏡検システムの構成要素を示す正面斜視図である。

図２は、新規な鏡検システムの構成要素のブロックダイアダラムである：そして 、 新規な鏡検システムは一般に番号１０を付けられ、かつ添付図面の図１〜３を参 照して記載される。鏡検システム１０の主たる構成部材は、研究用顕微鏡１２、 光源ハウジング１４、ファイバーオプティックケーブル１６、電源ユニット１８ 、ビデオモニター２０、ＶＣＲ２２およびビデオプリンター２４である。

顕微鏡１２は基台２６、ポスト２７、アーム２８、および光学ハウジング２９を もつ。観察アイピース３０と複数個の対物電動拡大レンズ３２が光学ハウジング ２９に結合されている。基台２６の頂部表面上に装架されたカラー３４は、その 頂端部に装架された集光レンズ３５をもつ。試料載置台３７は、その上に設けら れたスライド３９をもつ。投影ハウジングまたは管４０は、光学ハウジング２９ の頂部表面に装架されている。

投影ハウジング４０は、頂部カバープレート４３と底部プレート４４をもつ管状 部材４２を備えている。アダプターカラー４６は可変投影ハウジング４０を光学 ハウジング２９の頂端部上に装架させる。顕微鏡１２の管状スリーブ４８はアダ プターカラー４６を通って上方へ通過しかつそれは顕微鏡アイピースに装架され た投影レンズ５０をもつ。Ｔ、　Ｖ、カメラ５２は、モーター支持ブロック５４ に固定されたカメラバックプレート５３によって支持される。電気的ケーブル５ ５はカメラ５２をビデオモニター２０に接続する。モーター５６は、頂部端部が 頂部支持ロッド支持体６０で軸受支持されているモーター支持ロッド５８上に装 架されている。モーター支持ロッド５８はモーター支持ブロック５４内の整列し た穿孔を自由に通過する。ベアリングブロック５７は同様にカメラのバックプレ ート５３に固定されかつベアリングブロック５７はモーター支持ロッド５８の底 端が上下に自由に動くのを許容する穿孔をもつ。一対の横に場所を占める垂直支 持シャフト６２は、モーター５６がモーター支持ロッドに沿って上方および下方 に動くにつれて、モーター５６の係合を保障する。電気的ケーブル５９は電カニ ニット１８をモーター５６に接続する。投影レンズ固定板６４は、投影像６６が 通過する間隙と、部材５８および６２の上を上昇または下降できるようにする穿 孔とをもつ。位置表示板６８は、その前方端部に接続されたＬＥＤ支持ブラケッ ト６９をもち、該前方端部は装架したＬＥＤ７０をもつ。位置指示板６８の裏側 端部は、一対の間隔をおいて設けられた穿孔をもつ横断支持板７１に保持されて おり、該穿孔は、上記Ｔ、　Ｖ、カメラ５２の両側上に位置する垂直支持シャフ トを上下に駆動するのを許容する。カメラ５２が上下方向に移動するにつれて、 ＬＥＤ７０は垂直スロット７２を通して可視となる。

ＦＩＧ、２ 補正書の写しく翻訳文）提出書 （特許法第１８４条の８） 平成６年７月２８１

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. １．光学ハウジングの底部上に装架された複数個の異なる動力駆動の対物拡大レ ンズを備えた回転可能なタレットをもつ光学ハウジングを有する研究用顕微鏡で あって、さらに基台と試料載置台とを有する上記顕微鏡；光を上方に試料を通過 して導くための、上記試料載置台の下方に整列して配置される集光レンズ； 光源ハウジング； 上記光源ハウジングと上記集光レンズとの間を接続するファイバーオプティック ケーブル； 上記顕微鏡の光学ハウジングの項部に装架された投影ハウジング；ここで、上記 投影ハウジングは頂端部と底端部をもつ垂直に配向された管状部材とをもち、投 影レンズが該管状部材の底端部に装架されている；および上記投影レンズを通っ て上方に投影された像を受け取るための、上記投影ハウジングに装架された投影 像の受像手段；とを有する鏡検システム。
2. ２．上記投影レンズと上記受像手段との間の距離を調整して投影像の倍率の大き さを調節する手段をさらに含む、請求項１記載の鏡検システム。
3. ３．上記投影受像手段がビデオカメラである、請求項１記載の鏡検システム。
4. ４．上記ビデオカメラに電気的に接続されたビデオモニターをさらに含む、請求 項３記載の鏡検システム。
5. ５．上記ビデオモニターに電気的に接続されたＶＣＲをさらに含む、請求項４記 載の鏡検システム。
6. ６．上記ビデオモニターに電気的に接続されたビデオプリンターをさらに含む、 請求項４記載の鏡検システム。
7. ７．投影レンズと受像手段との間の距離を調節する上記の手段が、垂直に配向さ れたロッド上に装架されたモーターを含み、該モーターは上記の受像手段に強固 に結合され、それによってそれらが単一ユニットとして上方および下方に動くも のである、請求項２記載の鏡検システム。
8. ８．光学ハウジングの底部上に装架された複数個の異なる動力駆動の対物拡大レ ンズを傭えた回転可能なタレットをもつ光学ハウジングをもつ研究用顕微鏡であ って、さらに基台と試料載置台； 光を上方に試料を通過して導くための、上記試料載置台の下方に整列して配置さ れる集光レンズ； 上記集光レンズの下方に位置する光源；上記顕微鏡の光学ハウジングの頂部に装 架された投影ハウジング；ここで上記投影ハウジングは、頂端部と底端部とをも つ垂直に配向された管状部材をもち、投影レンズは上記管状部材の底端部に装架 されている；上記投影レンズを通って上方に投影された像を受けるための上記投 影ハウジングに装架された投影像の受像手段；および上記投影レンズと上記受像 手段との間の距離を調整して、投影像の倍率の大きさを調節する手段；を有する 鏡検システム。