(57)【要約】【課題】光路長切替装置の小型化を図る。【解決手段】対物レンズを通した試料像を撮像面に結像させる結像レンズを有する顕微鏡の前記結像レンズと前記撮像面との間の光路中に配置され、前記結像レンズから射出された第１観察位置の前記試料像を前記撮像面に結像するための光路長補正部材を有する第１の光学素子１０と、前記第１観察位置の前記試料像を、該第１観察位置を含む光軸方向に異なる複数の観察位置の試料像に分割し、分割した前記複数の観察位置のそれぞれの前記試料像を前記撮像面の異なる位置にそれぞれ結像するための光路長補正部材を有する第２の光学素子１２と、前記第１の光学素子と前記第２の光学素子とを前記光路中で切替える切替手段４９とを有することを特徴とする光路長切替装置。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
顕微鏡の結像レンズと撮像装置の撮像面との間の光路中に配置され、
前記結像レンズから射出された第１観察位置の試料像を前記撮像面に結像するための光路長補正部材を有する第１の光学素子と、
前記第１観察位置の前記試料像を、該第１観察位置を含む光軸方向に異なる複数の観察位置の試料像に分割し、分割した前記複数の観察位置のそれぞれの前記試料像を前記撮像面に結像するための光路長補正部材を有する第２の光学素子と、
前記第１の光学素子と前記第２の光学素子とを選択的に前記光路中に配置するように前記光路中で切替える切替手段とを有することを特徴とする光路長切替装置。
【請求項２】
前記第２の光学素子は、前記結像レンズから射出された前記試料像が該第２の光学素子を通過する方向と前記光路の光軸とが平行となる向きで備えられ、前記第１の光学素子から該第２の光学素子に切替える際、前記光軸に直交する方向に移動して前記光路中に入り、さらに前記光軸に沿って前記撮像面方向に移動して配置されることを特徴とする請求項１に記載の光路長切替装置。
【請求項３】
前記第２の光学素子は、交換可能であることを特徴とする請求項２に記載の光路長切替装置。
【請求項４】
請求項１から３の何れか一項に記載された光路長切替装置を備えた顕微鏡。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、顕微鏡の光路中に配置される光路長切替装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、光軸方向に異なる複数の観察位置におけるそれぞれの画像を同時に撮影することが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特表２００１−５１１９０２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
このように複数の観察位置における試料像を同時に撮影しようとした場合、撮像装置の撮像面への投影範囲が狭くなり、また光路の分割と光路長をずらす為の光学素子を入れる為、装置が大型化してしまうという欠点があった。
【０００４】
本願発明はこのような問題に鑑みてなされたものであり、装置の小型化をその課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するため、本発明に係る撮像装置は、顕微鏡の結像レンズと撮像装置の撮像面との間の光路中に配置され、前記結像レンズから射出された第１観察位置の試料像を前記撮像面に結像するための光路長補正部材を有する第１の光学素子と、前記第１観察位置の前記試料像を、該第１観察位置を含む光軸方向に異なる複数の観察位置の試料像に分割し、分割した前記複数の観察位置のそれぞれの前記試料像を前記撮像面に結像するための光路長補正部材を有する第２の光学素子と、前記第１の光学素子と前記第２の光学素子とを選択的に前記光路中に配置するように前記光路中で切替える切替手段とを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、光路長切替装置の小型化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、本発明の一実施形態について図面を参照しつつ説明する。
【０００８】
まず、本実施形態に係る顕微鏡の全体的な構成を説明する。
【０００９】
図１は、本実施形態に係る顕微鏡１００の全体構成を示す模式図である。
【００１０】
図１に示すように本実施形態に係る顕微鏡１００は、本体部１０２と、本体部１０２のステージ４に載置された試料３を照明するための照明部１０５と、試料３からの光をカメラ６の撮像面７上に結ぶための結像部１０７と、試料３の２次元画像を撮影する前記カメラ６とから構成されている。
【００１１】
照明部１０５は、ステージ４上の試料３を照明するための光源１０８と、レンズ１０９、視野絞り１１０、及びレンズ１１１とを備えている。
【００１２】
本体部１０２は、ステージ４の他に、対物レンズ１１２と、照明部１０５からの光を反射して試料３へ導くための半透過ミラー１１３と、試料３からの光を反射して結像部１０７へ導くための全反射ミラー１１４とを備えている。
【００１３】
結像部１０７は、対物レンズ１１２を通過した試料３の試料像を撮像面７に結像する結像レンズ５を備えている。結像レンズ５とカメラ６の撮像面７との間で、カメラ６を取り付ける接続アダプタ部（ポート）に光路長切替装置１が設けられている。
【００１４】
次に、本実施形態に係る光路長切替装置１を用いたときの光路および結像状態について説明する。
【００１５】
図２は、本実施形態に係る光路長切替装置１を備えた顕微鏡１００の要部を模式的に示す図であり、（ａ）は通常の観察状態を表し、第１の光学素子１０を光路中に配置したときの光路および結像状態を示している。また、図２（ｂ）は、光軸方向に異なる複数の観察位置を同時に観察できる状態を表し、第２の光学素子１２を光路中に配置したときの光路および結像状態を示している。
【００１６】
光路長切替装置１は、第１の光学素子１０と第２の光学素子１２とを備えている。図２（ａ）に示すように、第１の光学素子１０は、結像レンズ５と撮像面７との間の光路長を補正し、観察者が直接試料３を観察するための図示しない双眼鏡筒装置の結像状態と同じ位置で観察できるように設定されている。撮像面７には試料３のピントが合った１つの観察位置の観察像１５が一つ結像されている。
【００１７】
第２の光学素子１２は、後述する切替手段により、光軸に対する配置が第１の光学素子１０と選択的に切替え可能に設けられている。第２の光学素子１２に切替えた状態において、図２（ｂ）に示すように、結像レンズ５を出た試料像の光束が第２の光学素子１２に入る。第２の光学素子１２は、結像レンズ５と撮像面７間の光束を３つの光束に分割し、さらに分割されたそれぞれの光束の結像レンズ５から撮像面７までの光路長が異なるように補正している。
【００１８】
具体的には、第２の光学素子１２はプリズム部１２ａと平行平板１３ａ、ｂの組み合わせによって構成されている。結像レンズ５から射出され第２の光学素子１２に入射した試料像の光束は、プリズム部１２ａの作用によって３つの光束Ｌａ、Ｌｂ、Ｌｃに分割され、分割された各光束Ｌａ、Ｌｂ、Ｌｃが射出されるプリズム部１２ａの射出側端部には、光軸方向の厚さの異なる平行平板１３ａ、１３ｂが設けられている。こうして、分割された光束Ｌａ、Ｌｂ、Ｌｃは結像レンズ５からの光路長がそれぞれ異なるものとなる。
【００１９】
第２の光学素子１２に入射した試料像の光束は、第２の光学素子１２により３分割され、分割されたそれぞれの光束ごとに撮像面７の同一面上の異なる位置に結像される。撮像面７は、顕微鏡１００の対物レンズ１１２と共役関係にあり、結像レンズ５と撮像面７との光路長が変化することで、光軸Ｌ方向における異なる試料位置の像が撮像面７に観察像１５ａ、１５ｂ、１５ｃとしてそれぞれ結像される。その結果光軸Ｌ方向に異なる複数の観察位置（本実施形態では３点）で観察したときの試料３の像を並べて同時に撮像面７に結像することができる。なお、第２の光学素子１２による光路の分割は、３分割に限られないことは言うまでもない。
【００２０】
第２の光学素子に切替えた状態において、第２の光学素子１２の結像レンズ５側の端部と第１の光学素子１０の結像レンズ５側の端部とは、図２（ｂ）に示すように、光軸Ｌ方向の位置は同じ位置となる。つまり、結像レンズ５を射出した試料像の光束が第２の光学素子１２に入射する位置と、第１の光学素子１０に入射する位置とは光軸Ｌ方向で同じ位置である。この構成により、３つの観察像のうちの一つは、第１の光学素子１０を介して結像された観察像と同じ標本位置を観察できるようになっている。本実施形態においては、図２（ｂ）の観察像１５ａが第１の光学素子１０を介して撮像面７に結像された観察像１５（図２（ａ）の１５）と同じ観察像である。これは、光束Ｌａは図２（ａ）の結像レンズ５と撮像面７との光路長に等しく、光束Ｌｂは光束Ｌａより長く、光束Ｌｃは光束Ｌａより短く光学素子１２により形成されていることによる。その結果、観察像１５ｂ、１５ｃは、それぞれ、観察像１５ａの標本位置から僅かに上下にずれた標本位置の観察像となっている。
【００２１】
また、第２の光学素子１２に切替えた状態においては、３つの観察像は、上述したように撮像面７の同一面上の異なる位置に結像されるので、個々の観察像は、図２（ｂ）に示すように、第１の光学素子１０の観察像に比べて試料３の投影範囲が狭くなっている。撮像面７にこのように結像させるために、本実施形態では、第２の光学素子１２に入射する試料像の光束の幅を調節している。すなわち、第２の光学素子１２の結像レンズ５側の端面は、図２（ｂ）に示すように保持枠２２によって一部が覆われている。これにより、第２の光学素子１２に入射する光束の幅は、第１の光学素子１０における中央部近傍のほぼ３分の１に対応する部分の幅（第２の光学素子１２の中央に配置されているプリズムの幅に相当）に調節されている。このように第２の光学素子１２に入射する光束の幅を調節することで、３つの観察像を撮像面７の同一面上の異なる位置に結像している。
【００２２】
次に、本実施形態に係る光路長切替装置１の構成について説明する。
【００２３】
図３（ａ）は、本実施形態に係る光路長切替装置１において、第１の光学素子１０が光路中に配置されている状態を正面からみた一部断面図であり、（ｂ）は（ａ）をＸ方向から内部が見えるように示した図である。また、図４（ａ）は、本実施形態に係る光路長切替装置１において、第２の光学素子１２が光路中に配置されている状態を正面から見た一部断面図であり、（ｂ）は（ａ）をＸ方向から内部が見えるように示した図である。なお、図３（ａ）、図４（ａ）において、図面に対して手前が撮像面７側、奥が結像レンズ５側となる。また、図３（ｂ）、図４（ｂ）において図面の下方が撮像面７側、上方が結像レンズ５側となる。
【００２４】
図３、４に示すように、光路長切替装置１は箱型の本体１９と、本体１９内に収容された第１の光学素子１０、第２の光学素子１２と、本体１９に設けられ、第１および第２の光学素子１０、１２を切替えるための操作部４９とから構成されている。光軸Ｌは本体１９の中心を通っている。本体１９の光軸Ｌ方向で結像レンズ５側には、顕微鏡１００の結像部１０７と接続するためのマウント部４７が設けられている。また、本体１９の光軸Ｌ方向で撮像面７側には、カメラ６と接続するためのネジ部４５（接続アダプタ部）が設けられている。本体１９の光軸Ｌを挟んで左右側の壁は、断面が外方に膨らんだ円弧状になっている。操作部４９は本体１９の上部に設けられている。
【００２５】
第１の光学素子１０および第２の光学素子１２は、ブロック１８にそれぞれ保持されている。第２の光学素子１２は、保持枠２２に保持され、保持枠２２がブロック１８に支持される構成となっている。保持枠２２の結像レンズ５側の端面は、上述したように、第２の光学素子１２に入射する試料像の光束の幅を第１の光学素子１０に入射する試料像の光束の幅のほぼ３分の１に調節している。光学素子１０、１２は、これらの光学素子１０、１２内を結像レンズ５からの試料像の光束が通過する方向と、結像レンズ５と撮像面７間の光路の光軸Ｌとが平行となる向きで、光軸Ｌに直交する方向に並んで保持されている。第２の光学素子１２は、第１の光学素子１０よりも光軸Ｌ方向の寸法が大きく、撮像面７側の端部は、第１の光学素子１０の撮像面７側の端部よりも撮像面７に近い位置でブロック１８に保持されている。また、ブロック１８は、光路長切替装置１の中空の本体１９の内部を光軸Ｌ方向および光軸Ｌと直交する方向に移動可能に保持されている。
【００２６】
図３、４に示すように、本体底部２１の内側には、光軸Ｌと直交する方向に第１のレール２３が設けられている。第１のレール２３には、第１のレール２３上を摺動自在に移動可能な第１のガイド２５が取り付けられている。第１のガイド２５は光軸Ｌ方向に延在しており、上面に第２のレール２７が光軸方向に設けられている。つまり、第２のレール２７は、第１のガイド２５を介して第１のレール２３上を光軸Ｌと直交する方向に移動自在となっている。
【００２７】
第２のレール２７には、第２のレール２７上を摺動自在に移動可能な第２のガイド２９が取り付けられている。第２のガイド２９は支持板３０を介してブロック１８の下面に固定されている。つまり、ブロック１８は第２のガイド２９を介して第２のレール２７上を光軸Ｌ方向に移動自在となっている。こうして、ブロック１８は第１のレール２３および第２のレール２７によって、光軸Ｌ方向および光軸Ｌと直交する方向に移動自在となっている。また、移動する際、ブロック１８の向き、すなわち第１および第２光学素子１０、１２の光軸方向は変わらない。
【００２８】
本体上板２０とブロック１８の上面との間には四角の平板３２が設けられている。平板３２は３つの支持柱３４によって本体上板２０の内側に固定されており、空間を介して本体上板２０の内側面と対向している。平板３２には略「く」字型のカム穴３５が設けられている。カム穴３５は、平板３２の中央部よりもマウント部４７側で光軸Ｌと直角に交差する方向に延在する部分と、該部分の一方の端部と連続して形成され、該一方の端部から光軸Ｌ方向でネジ部４５側に延在する部分とで略「く」字型を形成している。それぞれの部分を連続している連続部は、円弧状に形成されている（なお、以後、上記カム穴３５の光軸Ｌと直角に交差する方向に延在する部分の他方の端部をカム穴３５の「直交側端部」と、光軸Ｌ方向に延在する部分のネジ部４５側の端部をカム穴３５の「光軸方向側端部」という。）。平板３２を本体上板２０に支持する支持柱３４は、平板３２の４箇所の隅部のうち、マウント部４７側の２箇所の隅部と、ネジ部４５側の２箇所の隅部のうち、光軸方向に延在して形成されたカム穴３５の部分が形成された側の隅部に位置している。
【００２９】
本体上板２０には、第１および第２の光学素子１０、１２の切替え操作を行う操作部４９が設けられている。操作部４９は切替ダイヤル３７と、切替ダイヤル３７の下端に取り付けられた駆動プレート４０とから構成されている。
【００３０】
切替ダイヤル３７は、本体上板２０において、平板３２の４箇所の隅部のうち支持柱３４が設けられていない隅部に対応する位置近傍に設けられている。また、切替ダイヤル３７は本体上板２０に対して回転可能に取り付けられており、本体上板２０を貫通し、下端部は本体上板２０と平板３２の間の空間内に位置している。
【００３１】
切替ダイヤル３７の下端部には、略長方形に形成された駆動プレート４０の一方の端部が固定されている。駆動プレート４０は平板３２と平行に延在し、幅は平板３２のカム穴３５よりもやや広く、長さは平板３２の一辺よりもやや短い。駆動プレート４０は、切替ダイヤル３７の下端部を中心に平板３２と本体上板２０との間の空間内で回転可能となっており、切替ダイヤル３７の回転にしたがって回転し、長手側が光軸Ｌ方向と光軸Ｌに直角に交差する方向とに向きが変えられるようになっている。
【００３２】
駆動プレート４０の他方の端部には、長手方向に長径を有する長穴４０ａが形成されており、長穴４０ａと平板３２のカム穴３５とは上下に重なるように対向している。長穴４０ａとカム穴３５とは、駆動プレート４０の向きが光軸Ｌに沿った向きから光軸Ｌに直角に交差する向きまでのどの向きにおいても、上下に重なるようになっている。
【００３３】
ブロック１８の上面には、本体上板２０に向かって突出した軸４２が固定されている。軸４２は、平板３２のカム穴３５と駆動プレート４０の長穴４０ａとを貫通し、これら両穴３５、４０ａとそれぞれ相対移動自在に嵌合されている。このような構成なので、切替ダイヤル３７を回して駆動プレート４０を回転させると、軸４２は長穴４０ａの周縁部に押されてカム穴３５に沿って移動し、軸４２がカム穴３５内を移動するのにしたがってブロック１８は本体１９内部を移動することとなる。ブロック１８の下部は第１および第２のレール２３、２７によって光軸Ｌ方向および光軸Ｌと直交する方向に移動自在に支持されているので、ブロック１８は光軸Ｌに対する向きを変えることなく移動する。
【００３４】
次に、本実施形態において、第１の光学素子１０を使用している状態から第２の光学素子１２に切替えるときの、各部の動作について説明する。
【００３５】
まず、図３（ａ）、（ｂ）に示すように、通常の観察状態である第１の光学素子１０が光軸Ｌに入っている状態（図２（ａ）参照）において、ブロック１８は、本体１９内の、カム穴３５の直交側端部に対応する位置近傍に配置されている。このとき、第２の光学素子１２は、光軸Ｌから第１の光学素子１０を挟んでカム穴３５の直交側端部方向の外側に位置し、駆動プレート４０は長手側が光軸Ｌに沿った方向を向いている。
【００３６】
この状態から、観察者が光軸Ｌ方向に異なる複数の観察位置から試料３を同時に観察するために第１および第２の光学素子１０、１２を切替えるときは、切替ダイヤル３７を時計方向に回転させる。
【００３７】
図４（ａ）、（ｂ）に示すように、切替ダイヤル３７を時計方向に回転させると、切替ダイヤル３７に固定された駆動プレート４０も同時に回転する。すると、駆動プレート４０の長穴４０ａに嵌合された軸４２が駆動プレート４０の移動により長穴４０ａの周縁部に押され、平板３２のカム穴３５に沿って移動する。軸４２はブロック１８に固定されているので、ブロック１８も軸４２と共に移動する。ブロック１８の下部は第１および第２のレール２３、２７によって光軸Ｌ方向および光軸Ｌと直交する方向に移動自在に支持されているので、ブロック１８は光軸方向を変えることなく移動する。
【００３８】
切替ダイヤル３７の回転時、ブロック１８はまず光軸Ｌに直交する方向に移動する。光軸Ｌに直交する方向への移動が終わった段階で、第１の光学素子１０に代わり、第２の光学素子１２が光軸Ｌに入っている。このとき、第１の光学素子１０は、光軸Ｌから第２の光学素子１２を挟んでカム穴３５の光軸Ｌ方向に延在する部分方向の外側に位置している。さらに切替ダイヤル３７を回転させると、軸４２はカム穴３５の連続部を経て光軸Ｌ方向に延在する部分に沿って光軸Ｌ方向に移動する。つまり、軸４２は光軸Ｌ方向で撮像面７側に向かって移動する。この際、ブロック１８も軸４２と共に光軸Ｌ方向に移動し、そして軸４２がカム穴３５の光軸方向側端部に達してブロック１８の移動が完了する。このとき、第２の光学素子１２の撮像面７側の端部は、ネジ部４５の内側を通過してネジ部４５から撮像面７側に少し突出する位置まで移動する。このように、本実施形態においては、第２の光学素子１２は、撮像面７にかなり接近する構成となっている。
【００３９】
こうして、第１の光学素子１０から第２の光学素子１２への切替えが完了する。なお、再び通常の観察状態に戻す時は、切替ダイヤル３７を反時計方向に回転させる。
【００４０】
このように、本実施形態によれば、光路の分割および光路長補正用の第２の光学素子１２が保持されたブロック１８を光軸Ｌに直交する方向だけでなく光軸Ｌ方向にも移動している。これにより、ネジ部４５の内側に第２の光学素子１２を配置することができ、第２の光学素子１２の射出側面を撮像面７、つまりカメラ６の撮像素子に近づけることができる。従来、ネジ部４５の内側の空間、すなわち光学素子と撮像面７との間はある程度の距離があり、デッドスペースとなっていたが、本実施形態によればこの空間を有効に活用することができる。その結果装置全体のサイズを小型化することができる。
【００４１】
本実施形態においては、切替ダイヤル３７にはクリック機構が備えられており、光学素子１０、１２の切替え操作の際、光学素子１０、１２を適切な位置に配置することが可能となっている。また、カム穴３５の直交側端部近傍の支持柱３４と、カム穴３５の光軸方向側端部近傍の支持柱３４とは、駆動プレート４０のストッパの役割も有している。これにより、切替ダイヤル３７の回転量が規制され、ダイヤルの回し過ぎによる光学素子の破損を防止することができる。
【００４２】
また、本実施形態においては、第２の光学素子１２は、使用する対物レンズの倍率に対応させて交換することができるようになっている。これにより、より適切な観察画像を得ることができる。
【００４３】
本実施形態においては、手動により切替えを行ったが、モータ等を用いて電動で切替えるようにしても良い。このとき、照明条件や観察条件の切替えを連動させ、第１の光学素子１０、第２の光学素子１２の各光学素子での観察に適する、顕微鏡のシステム条件に自動的に切り替わるようにしても良い。
【００４４】
以上、本願発明の一つの実施形態について説明したが、本願発明の構成は本実施形態に限定されるものではなく、適宜変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本実施形態に係る顕微鏡の全体構成を示す図である。
【図２】本実施形態に係る光路長切替装置を備えた顕微鏡の要部を模式的に示す図であり、（ａ）は通常の観察状態を表し、第１の光学素子１０を光路中に配置したときの光路および結像状態を示し、（ｂ）は、光軸方向に異なる複数の観察位置を同時に観察できる状態を表し、第２の光学素子１２を光路中に配置したときの光路および結像状態を示している。
【図３】（ａ）は、本実施形態に係る光軸長切替装置において、第１の光学素子が光路中に配置されている状態を正面からみた断面図であり、（ｂ）は（ａ）をＸ方向から内部が見えるように示した図である。
【図４】（ａ）は、本実施形態に係る光軸長切替装置において、第２の光学素子が光路中に配置されている状態を正面から見た断面図であり、（ｂ）は（ａ）をＸ方向から内部が見えるように示した図である。
【符号の説明】
【００４６】
１  光路長切替装置
３  試料
４  ステージ
５  結像レンズ
６  カメラ
７  撮像面
１０  第１の光学素子
１２  第２の光学素子
１２ａ  プリズム部
１３ａ、ｂ  平行平板
１５ａ、ｂ、ｃ  観察像
１８  ブロック
１９  本体
２０  本体上板
２１  本体底部
２２  保持枠
２３  第１のレール
２５  第１のガイド
２７  第２のレール
２９  第２のガイド
３０  支持板
３２  平板
３４  支持柱
３５  カム穴
３７  切替ダイヤル
４０  駆動プレート
４０ａ  長穴
４２  軸
４５  ネジ部
４７  マウント部
４９  操作部
１００  顕微鏡
１０２  本体部
１０５  照明部
１０７  結像部
１０９  レンズ
１１０  視野絞り
１１１  レンズ
１１２  対物レンズ
１１３  半透過ミラー
１１４  全反射ミラー
【図１】
2010078868.tif 000003
【図２】
2010078868.tif 000004
【図３】
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【図４】
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