(57)【要約】【課題】複数の光源、および光源の切り替え機構を設けることなく、単一の白色光源によるカラー観察と単色光観察とを行なうことができる顕微鏡観察装置を提供する。【解決手段】白色光源６から射出された光を試料２に照射し、試料２を透過または反射した光を結像して試料２の観察像を取得する照射光学系１８および観察光学系１９と、観察光学系１９により結像した観察像を観察するために、光を異なる複数の波長成分毎に分離して受光し、受光した各波長成分の光を電気信号として取り出す機能を有する３ＣＣＤカメラ１７と、を備え、３ＣＣＤカメラ１７が受光する全波長成分の電気信号に基づき形成された画像を観察するカラー観察と、各波長成分単独の電気信号に基づき形成された画像を観察する単色光観察とを、スイッチ２１の切り替えにより行なう。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
白色光源から射出された光を試料に照射し、前記試料を透過または反射した光を結像して前記試料の観察像を取得する光学系と、
前記光学系により結像した観察像を観察するために、光を異なる複数の波長成分毎に分離して受光し、受光した各波長成分の光を電気信号として取り出す機能を有する撮像素子と、
を備え、前記撮像素子が受光する全波長成分の電気信号に基づき形成された画像を観察するカラー観察と、各波長成分単独の電気信号に基づき形成された画像を観察する単色光観察とを行なうことを特徴とする顕微鏡観察装置。
【請求項２】
前記白色光源は、白色ＬＥＤであることを特徴とする請求項１に記載の顕微鏡観察装置。
【請求項３】
前記白色ＬＥＤは、波長特性として４５０ｎｍ近傍にピークを有することを特徴とする請求項２に記載の顕微鏡観察装置。
【請求項４】
前記撮像素子は、３ＣＣＤカメラであ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観察装置。
【請求項５】
前記光学系は、明視野観察と暗視野観察とを切り替える光学素子切替手段を備えることを特徴とする請求項４に記載の顕微鏡観察装置。 
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＲＧＢ等のすべての波長成分の光から形成される画像を観察するカラー観察と、青色、緑色、赤色等の各波長成分の光から形成される画像を観察する単色光観察とを行なうことが可能な顕微鏡観察装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、顕微鏡における光源として、ハロゲンランプ等の各種照明用光源を使用して顕微鏡観察が行なわれている。ハロゲンランプは所定の照度が得られやすいものの、エネルギーが熱に変換してしまうため、ファンなどの冷却装置が必要となり、光源装置の大型化、およびこれに伴うコスト的な問題を有していた。
【０００３】
近年、高輝度、小型化、安価という特徴を有する種々のＬＥＤが開発され、ＬＥＤを光源として使用する顕微鏡装置が開示されている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１では、白色ＬＥＤ、赤色ＬＥＤ、青色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤ等の発光色の異なる種々のＬＥＤを備え、当該ＬＥＤが取り付けられた基板の軸を中心として回転することで、各光源を光学系の所定光源位置にセットし、各色光での被検体観察を行なっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−２０７７１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載のものでは、発光色の異なる複数のＬＥＤを設ける必要があるためコスト的な問題を有するとともに、光源の切り替えが必要となるため操作性が劣るものである。
【０００６】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、複数の光源、および光源の切り替え機構を設けることなく、簡易な構成でカラー観察と単色光観察とを行なうことができる顕微鏡観察装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の顕微鏡観察装置は、白色光源から射出された光を試料に照射し、前記試料を透過または反射した光を結像して前記試料の観察像を取得する光学系と、前記光学系により結像した観察像を観察するために、光を異なる複数の波長成分毎に分離して受光し、受光した各波長成分の光を電気信号として取り出す機能を有する撮像素子と、を備え、前記撮像素子が受光する全波長成分の電気信号に基づき形成された画像を観察するカラー観察と、各波長成分単独の電気信号に基づき形成された画像を観察する単色光観察とを、行なうことを特徴とする。
【０００８】
また、本発明の顕微鏡観察装置は、上記発明において、前記白色光源は、白色ＬＥＤであることを特徴とする。
【０００９】
また、本発明の顕微鏡観察装置は、上記発明において、前記白色ＬＥＤは、波長特性として４５０ｎｍ近傍にピークを有することを特徴とする。
【００１０】
また、本発明の顕微鏡観察装置は、上記発明において、前記撮像素子は、３ＣＣＤカメラであることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明の顕微鏡観察装置は、上記発明において、前記光学系は、明視野観察と暗視野観察とを切り替える光学素子切替手段を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明にかかる顕微鏡観察装置は、光学系により結像した観察像を観察するために、光をＲＧＢ等の波長成分毎に分離して受光し、受光した各波長成分の光を電気信号として取り出す機能を有する撮像素子を備えることにより、前記撮像素子が受光するＲＧＢ等の全波長成分の電気信号に基づき形成された画像を観察するカラー観察と、ＲＧＢ等の各波長成分単独の電気信号に基づき形成された画像を観察する単色光観察とを、低コストに、かつ操作性よく行なうことができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１は、実施例１の顕微鏡観察装置の概略構成を示す右側面図である。
【図２】図２は、青色ＬＥＤのスペクトル分布を示す図である。
【図３】図３は、青色ＬＥＤと緑色蛍光体の組み合わせによる白色ＬＥＤのスペクトル分布を示す図である。
【図４】図４は、実施例１の顕微鏡観察装置で使用する３ＣＣＤカメラの概略構成図である。
【図５】図５は、３ＣＣＤカメラの分光感度特性を示す図である。
【図６】図６は、単板カラーＣＣＤカメラのカラーフィルタを模式的に示す図である。
【図７】図７は、実施例２の顕微鏡観察装置の概略構成例を示す右側面図である。
【図８】図８は、光学素子切替装置の水平断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下に、本発明にかかる顕微鏡観察装置の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、本発明は、これらの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で種々の変更実施の形態が可能である。
【実施例１】
【００１５】
図１は、本発明の実施例１の顕微鏡観察装置の概略構成を示す右側面図である。顕微鏡本体１は、下部側に、上面に試料２が載置されて矢印Ａで示す上下方向（Ｚ軸方向）に移動可能なステージ３を備えている。また、顕微鏡本体１は、ステージ３を上下方向に移動させるための焦準機構における焦準ハンドル４を側面に備えている。
【００１６】
また、顕微鏡本体１は、上部側に落射投光管５を備え、さらに、この落射投光管５の背面側に白色ＬＥＤ等の白色光源６を内蔵している。また、落射投光管５は、落射照明光軸Ｌ１上に白色光源６側から順に配置させた、照明レンズ７および８、開口絞り９、視野絞り１０、照明レンズ１１および１２、光路切換え用のハーフミラー１３等の所定の光学素子を備えている。試料２は、白色光源６、照明レンズ７および８、開口絞り９、視野絞り１０、照明レンズ１１および１２、光路切換え用のハーフミラー１３から構成される照明光学系１８を用いて照明される。照明光学系１８を構成する各光学素子は、落射照明光軸Ｌ１上に配置される。
【００１７】
白色光源６から射出された光は、照明レンズ７により平行光とされ、照明レンズ８により集光される。開口絞り９は対物レンズ１４の瞳と共役な位置に設置され、開口絞り９を調節することにより開口数ＮＡを調整する。視野絞り１０は、対物レンズ１４の焦点位置と共役な位置に設置され、視野絞り１０を調整することにより視野を調整する。照明レンズ１１は、視野絞り１０を通過した光を再び平行光とし、照明レンズ１２は、照明レンズ１１を通過した光を対物レンズ１４の瞳位置に集光する。ハーフミラー１３は、照明レンズ１２が集光する光を落射照明光軸Ｌ１に直交する観察光軸Ｌ２方向に反射し、試料２で反射した光を透過する。
【００１８】
白色光源６として、ハロゲンランプ、キセノンランプ等の照明用光源のほか、高輝度で、小型化可能であり、かつ安価な白色ＬＥＤが好適に使用される。白色ＬＥＤとしては、青色ＬＥＤと、その光で励起される緑色の蛍光を発する蛍光物質をカバーしたものの他、赤色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤおよび青色ＬＥＤを組み合わせて白色を得るタイプ、近紫外線または紫色ＬＥＤにより、赤色、緑色及び青色の蛍光体を光らせるタイプも使用可能であるが、青色ＬＥＤと緑色蛍光体の組み合わせによる白色ＬＥＤが発光効率の点で好ましい。
【００１９】
図２に、青色ＬＥＤのスペクトル分布を示す。図２に示す青色ＬＥＤのスペクトル分布は、４５０ｎｍ近傍に急峻な最大ピークを有し、このようなスペクトル分布を有する青色波長で観察を行なうと、高い分解能を示し、高コントラストな結像観察が可能となる。図３に、青色ＬＥＤと緑色蛍光体の組み合わせによる白色ＬＥＤのスペクトル分布を示す。青色ＬＥＤと緑色蛍光体の組み合わせによる白色ＬＥＤは、図３に示すように４５０ｎｍ近傍で最大ピークを有し、５００〜６５０ｎｍ近傍で緩やかなピークを有する。当該白色ＬＥＤからの照射光を、後述する撮像素子によりＲＧＢの波長成分毎に分離して受光し、受光した各波長成分、特に４５０ｎｍ近傍にピークを有する青色波長の光を電気信号として取り出すことにより、青色ＬＥＤでの単色光観察と同様の観察を行なうことが可能となる。また、他の単色光での観察も同様に行なうことができる。
【００２０】
対物レンズ１４は、落射照明光軸Ｌ１に直交する観察光軸Ｌ２上の下面側に取り付けられている。一方、落射投光管５における観察光軸Ｌ２上の上方には、結像レンズ１５が内蔵された鏡筒１６が設けられている。この鏡筒１６の上部には、撮像素子である３ＣＣＤカメラ１７が備えられている。対物レンズ１４、ハーフミラー１３、結像レンズ１５から観察光学系１９は構成され、観察光学系１９と３ＣＣＤカメラ１７とを用いて結像が観察される。観察光軸Ｌ２上に、観察光学系１９を構成する各光学素子は配置される。
【００２１】
焦準ハンドル４を操作して、ステージ３上の試料２を所望の位置に移動させて観察を行なう。ハーフミラー１３が反射した光は、対物レンズ１４によって試料２に照射され、照射された光は、試料２で反射した後、対物レンズ１４、ハーフミラー１３を透過して、結像レンズ１５により３ＣＣＤカメラ１７の撮像面に結像される。
【００２２】
３ＣＣＤカメラ１７は、光をＲＧＢの波長毎に別々の素子に取り込む機能を有する。図４に、３ＣＣＤカメラ１７の概略構成図を示す。３ＣＣＤカメラ１７は、特定の波長の光を反射し、その他の光を透過するダイクロイックプリズム２０により、光をＲＧＢの波長毎に分解し、各波長の光は別々のＣＣＤ素子１７ａ、１７ｂ、１７ｃで検知される。例えば、面Ｆ１では、青色波長（Ｂ）が反射され、赤色波長（Ｒ）および緑色波長（Ｇ）は透過される。面Ｆ１で反射された青色波長（Ｂ）はＣＣＤ素子１７ａにより検知される。面Ｆ２では、赤色波長（Ｒ）が反射され、緑色波長（Ｇ）は透過される。面Ｆ２で反射された赤色波長（Ｒ）はＣＣＤ素子１７ｂにより検知される。面Ｆ２を透過した緑色波長（Ｇ）はＣＣＤ素子１７ｃにより検知される。
【００２３】
図５に、３ＣＣＤカメラ１７の分光感度特性を示す。図５に示すように、青色波長を検知するＣＣＤ素子１７ａの感度は４５０ｎｍ近傍、緑色波長のピークを検知するＣＣＤ素子１７ｃの感度は５２０ｎｍ近傍、赤色波長のピークを検知するＣＣＤ素子１７ｂの感度は６００ｎｍ近傍となっている。
【００２４】
試料２をカラー観察する場合は、各ＣＣＤ素子１７ａ、１７ｂ、１７ｃが検知したすべての信号に基づき画像を形成して、表示部２２に表示し、表示されたカラー画像を観察する。試料２を単色光観察する場合には、ＣＣＤ素子１７ａ、１７ｂ、１７ｃのうち、所望の単色光波長を検知するいずれか一つが検知した信号に基づき画像を形成して、表示部２２に表示し、表示された単色光画像を観察する。カラー観察または単色光観察の切り替えはスイッチ２１によって行なわれ、観察波長の切り替えは３ＣＣＤカメラ１７内の各ＣＣＤ素子１７ａ、１７ｂ、１７ｃのチャンネル切り替えだけで極めて簡易に行なうことができるため操作性に優れ、複数の光源の設置も必要がなく安価に行なうことが可能となる。
【００２５】
また、上記の実施例１では、撮像素子として３ＣＣＤカメラ１７を使用するが、単板のカラーＣＣＤカメラを使用する顕微鏡観察装置が、上記実施例１の変形例１として例示される。本変形例１は、単板カラーＣＣＤカメラを撮像素子として使用する以外は、上述した実施例１と同様の構成を有する。白色光源６から出射された光は、上述した実施例１と同様の照射光学系１８をとおり試料２に照射され、照射された光は試料２で反射した後、観察光学系１９によって単板カラーＣＣＤカメラの撮像面に結像される。
【００２６】
変形例１で使用する単板カラーＣＣＤカメラは、モノクロの撮像素子上にＲＧＢのカラーフィルタを配置したものであり、図６に、単板カラーＣＣＤカメラのカラーフィルタの配列を模式的に示す。Ｒ，Ｇ，Ｂの各カラーフィルタは図６に示すように配列され、単板カラーＣＣＤカメラに入射した光は、Ｒ，Ｇ，Ｂの各カラーフィルタにより各波長成分の光のみ透過され、各カラーフィルタ下に配置される素子により透過した光の強度が検出される。この場合、各素子はＲ，Ｇ，Ｂいずれかの波長成分しか撮像することはできないが、近傍の他の素子の画素値を利用することで、不足するＲ，Ｇ，Ｂ成分が補間される。この手法は、例えば特許第３５１００３７号公報で開示されている。
【００２７】
図６に示すように、単板カラーＣＣＤカメラに入射された光は、単板カラーＣＣＤカメラの各素子上に配置されたＲ，Ｇ，ＢのカラーフィルタによってＲＧＢの各波長成分に分解されて受光される。試料２をカラー観察する場合は、各素子が検知したすべての信号に基づき画像を形成して、表示部２２に表示し、表示されたカラー画像を観察する。試料２を単色光観察、例えば青色波長観察する場合には、図６に示すＢのカラーフィルタによりフィルタされた素子（Ｂ）が検知した信号のみを抽出し、当該信号に基づき画像を形成して表示部２２に表示し、表示された青色光画像を観察する。他の単色光観察する場合も同様である。
【００２８】
変形例１に示す単板カラーＣＣＤカメラを使用することにより、装置費用の低減が可能となるので好ましい。
【００２９】
さらに、撮像素子としてＣＭＯＳイメージセンサを使用する顕微鏡観察装置が、上記実施例１の変形例２として例示される。本変形例２は、ＣＭＯＳイメージセンサを撮像素子として使用する以外は、上述した実施例１と同様の構成を有する。白色光源６から出射された光は、上述した実施例１と同様の照射光学系１８をとおり試料２に照射され、照射された光は試料２で反射した後、観察光学系１９によってＣＭＯＳイメージセンサの撮像面に結像される。
【００３０】
変形例２で使用するＣＭＯＳイメージセンサは、撮像素子である単位セル上にＲＧＢのカラーフィルタを配置したものであり、白色光源６から出射され、ＣＭＯＳイメージセンサに入射した光はＲ，Ｇ，ＢのカラーフィルタによってＲＧＢの波長毎に分解されて受光される。試料２をカラー観察する場合は、Ｒ，Ｇ，Ｂを検知する各セルが検知したすべての信号に基づき画像を形成して、表示部２２に表示し、表示されたカラー画像を観察する。試料２を単色光観察、例えば青色波長観察する場合には、青色波長を検知するセルの信号のみを抽出し、当該信号に基づき画像を形成して表示部２２に表示し、表示された青色光画像を観察する。他の単色光観察する場合も同様である。
【００３１】
変形例２に示すＣＭＯＳイメージセンサを使用することにより、装置費用の低減が可能となるほか、消費電力の抑制も可能となる。
【実施例２】
【００３２】
実施例２にかかる顕微鏡観察装置は、明視野観察光路と暗視野観察光路とを切り替える光学素子切替装置を備える点で実施例１と異なる。明視野観察を行なう光学素子は実施例１と同様の構成であり、以下、暗視野観察を行なう光学素子、ならびに光学素子切替装置について説明する。
【００３３】
図７は、実施例２の顕微鏡観察装置の概略構成例を示す右側面図である。図７に示すように、落射照明光軸Ｌ１上には暗視野観察を行なうための光学素子であるリング絞り２５、およびリング状ミラー２４が配置されるとともに、観察光軸Ｌ２上には明視野観察と暗視野観察とを切り替え観察するための明暗視野対物レンズ１４Ａが配置される。
【００３４】
図８は、光学素子切替装置２３の水平断面図である。明視野観察を行なう光学素子である照明レンズ１２およびハーフミラー１３と、暗視野観察を行なう光学素子であるリング絞り２５およびリング状ミラー２４は、保持部材２９に保持され、保持部材２９には落射投光管５外から保持部材２９を移動させるための操作つまみ２６が取り付けられる。保持部材２９はガイド２８に摺動可能に係合され、操作つまみ２６によりＹ軸方向に往復直動される。
【００３５】
操作つまみ２６により保持部材２９を図８に示す矢印方向に移動させると、ガイド２８の端部に設置される規制ピン２７に保持部材２９の端部が接した状態で移動が制限される。ガイド２８の両端部に設置される規制ピン２７は、保持部材２９の移動範囲を制限するために設けられ、これによって明視野観察用の光学素子と暗視野観察用の光学素子の観察光軸Ｌ２上に位置決めを行なう。
【００３６】
暗視野観察用のリング絞り２５、およびリング状ミラー２４が観察光軸Ｌ２上に配置されると、白色光源６から出射された光は、上述した実施例１と同様に、照明レンズ７により平行光とされ、照明レンズ８により集光される。集光された光は、開口絞り９、視野絞り１０を通過し、照明レンズ１１に入射される。照明レンズ１１に入射した光は再び平行光とされ、リング絞り２５により平行光はリング状の光束となる。リング状光束はリング状ミラー２４により、落射照明光軸Ｌ１に直交する観察光軸Ｌ２方向に反射され、明暗視野対物レンズ１４Ａを介して試料２に入射される。
【００３７】
試料２からの散乱・回折光は、明暗視野対物レンズ１４Ａを通過し、リング状ミラー２４の中心の穴部を通過してそのまま観察光軸Ｌ２上の結像レンズ１５により３ＣＣＤカメラ１７の撮像面に結像される。
【００３８】
試料２を暗視野において単色光観察する場合には、実施例１で説明したように、図４に示すＣＣＤ素子１７ａ、１７ｂ、１７ｃのうち、所望の単色光波長を検知するいずれか一つが検知した信号に基づき画像を形成して、表示部２２に表示し、表示された単色光画像を観察する。カラー観察する場合には、スイッチ２１によりカラー観察に切り替えた後、各ＣＣＤ素子１７ａ、１７ｂ、１７ｃが検知したすべての信号に基づき画像を形成して、表示部２２に表示し、表示された暗視野カラー画像を観察する。実施例２の顕微鏡観察装置は、光学素子切替装置２３により暗視野観察と明視野観察との切り替えのみならず、観察波長の切り替えを極めて簡易に行なうことができるため操作性に優れ、複数の光源の設置も必要がなく安価に行なうことが可能である。また、暗視野において単色光観察、特に短波長観察が可能となるので、よりコントラストの高い試料観察が可能となる。
【００３９】
なお、上述した顕微鏡観察装置では、照明光学系１８、１８Ａは、照明光としての白色光源を対物レンズ１４、１４Ａを介して試料２に照射する落射照明光学系としたが、ステージ３に対して対物レンズ１４、１４Ａと反対側に集光レンズとしてのコンデンサレンズを設け、このコンデンサレンズを介して照明光を試料２に照射する透過照明光学系としてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
以上のように、本発明にかかる顕微鏡観察装置は、ＲＧＢすべての波長成分の光から形成される画像を観察するカラー観察と、青色、緑色、赤色等の各波長成分の光から形成される画像を観察する単色光観察とを行う顕微鏡に有用である。
【符号の説明】
【００４１】
１  顕微鏡本体
２  試料
３  ステージ
４  焦準ハンドル
５  落射投光管
６  白色光源
７、８、１１、１２  照明レンズ
９  開口絞り
１０  視野絞り
１３  ハーフミラー
１４  対物レンズ（明視野）
１４Ａ  明暗視野対物レンズ
１５  結像レンズ
１６  鏡筒
１７  ３ＣＣＤカメラ
１７ａ、１７ｂ、１７ｃ  ＣＣＤ素子
１８、１８Ａ  照明光学系
１９  観察光学系
２０  ダイクロイックプリズム
２１  スイッチ
２２  表示部
２３  光学素子切替装置
２４  リング状ミラー
２５  リング絞り
２６  操作つまみ
２７  規制ピン
２８  ガイド
２９  保持部材
Ｌ１  落射照明光軸
Ｌ２  観察光軸
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図７】
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【図８】
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【図６】
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