(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
蛍光観察と位相物体を可視化する観察とが行われる顕微鏡であって、
対物レンズと、前記対物レンズの射出瞳面若しくは前記射出瞳面と共役な面又はそれらの近傍に配置された、光を変調する薄膜と、を含む結像光学系と、
前記位相物体を励起する励起光と前記位相物体を可視化するための照明光とを前記薄膜と共役な面から出射する光源部を含む透過照明光学系と、を備え、
前記光源部は、前記薄膜と共役な面のうちの前記薄膜と共役な領域内から前記照明光を出射するように構成され、
前記光源部は、
前記薄膜と共役な面のうちの前記薄膜と共役な領域内から前記照明光を出射する第１の光源部と、
前記薄膜と共役な面のうちの前記薄膜と共役な領域外から前記照明光と異なる波長を有する前記励起光を出射する第２の光源部と、を含み、
前記第１の光源部は、前記薄膜と共役な面のうちの前記薄膜と共役な領域内に配置された第１のＬＥＤ光源であり、
前記第２の光源部は、前記薄膜と共役な面のうちの前記薄膜と共役な領域外に配置された第２のＬＥＤ光源である
ことを特徴とする顕微鏡。
【請求項２】
請求項１に記載の顕微鏡において、
前記照明光の波長は、前記励起光の波長及び前記励起光の照射により生じる蛍光の波長よりも長く、
前記結像光学系は、さらに、前記励起光を遮断し、且つ、前記蛍光及び前記照明光を透過させる波長特性を有するバリアフィルタを含む
ことを特徴とする顕微鏡。
【請求項３】
請求項２に記載の顕微鏡において、
前記結像光学系は、さらに、前記蛍光と前記照明光を分離して異なる方向に導く光路分岐手段と、
前記光路分岐手段により分離された前記蛍光を検出する第１の光検出器と、
前記光路分岐手段により分離された前記照明光を検出する第２の光検出器と、を含む
ことを特徴とする顕微鏡。
【請求項４】
蛍光観察と位相物体を可視化する観察とが行われる顕微鏡であって、
対物レンズと、前記対物レンズの射出瞳面若しくは前記射出瞳面と共役な面又はそれらの近傍に配置された、光を変調する薄膜と、を含む結像光学系と、
前記位相物体を励起する励起光と前記位相物体を可視化するための照明光とを前記薄膜と共役な面から出射する光源部を含む透過照明光学系と、を備え、
前記光源部は、前記薄膜と共役な面のうちの前記薄膜と共役な領域内から前記照明光を出射するように構成され、
前記光源部は、前記薄膜と共役な面のうちの前記薄膜と共役な領域内から前記照明光と前記照明光と同じ波長を有する励起光とを出射するように構成され、
前記結像光学系は、さらに、前記励起光を遮断し、且つ、前記励起光の照射により生じる蛍光を透過させる波長特性を有するバリアフィルタを含み、
前記バリアフィルタは、前記対物レンズの光軸上であって、前記対物レンズの射出瞳面若しくは前記射出瞳面と共役な面又はそれらの近傍に、挿脱自在に配置され、
前記バリアフィルタと前記薄膜とが交換される
ことを特徴とする顕微鏡。
【請求項５】
請求項４に記載の顕微鏡において、
前記結像光学系は、さらに、前記蛍光と前記照明光を分離して異なる方向に導く光路分岐手段と、
前記光路分岐手段により分離された前記蛍光を検出する第１の光検出器と、
前記光路分岐手段により分離された前記照明光を検出する第２の光検出器と、を含む
ことを特徴とする顕微鏡。
【請求項６】
請求項４または５に記載の顕微鏡において、
前記光源部は、前記薄膜と共役な面のうちの前記薄膜と共役な領域に配置された面光源である
ことを特徴とする顕微鏡。
【請求項７】
請求項４または５に記載の顕微鏡において、
前記光源部は、出射端が前記薄膜と共役な面に位置するように配置された光ファイバと、前記光ファイバに入射する前記照明光及び前記励起光を出射する光源と、を含み、
前記光源部は、前記光ファイバの前記出射端のうちの前記薄膜と共役な領域から前記照明光を出射する
ことを特徴とする顕微鏡。
【請求項８】
蛍光観察と位相物体を可視化する観察とが行われる顕微鏡であって、
対物レンズと、前記対物レンズの射出瞳面若しくは前記射出瞳面と共役な面又はそれらの近傍に配置された、光を変調する薄膜と、を含む結像光学系と、
前記位相物体を励起する励起光と前記位相物体を可視化するための照明光とを前記薄膜と共役な面から出射する光源部を含む透過照明光学系と、を備え、
前記光源部は、前記薄膜と共役な面のうちの前記薄膜と共役な領域内から前記照明光を出射するように構成され、
前記光源部は、前記薄膜と共役な面のうちの前記薄膜と共役な領域内から前記照明光と前記照明光と同じ波長を有する励起光とを出射するように構成され、
前記光源部は、前記出射面のうちの前記薄膜と共役な領域に配置されたＬＥＤ光源である
ことを特徴とする顕微鏡。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ホフマンモジュレーションコントラスト（ＨＯＦＦＭＡＮ  ＭＯＤＵＬＡＴＩＯＮ  ＣＯＮＴＲＡＳＴ：ナビター・インコーポレーテッドの登録商標、以降、変調コントラスト観察と記す。）や位相差観察などの位相物体を可視化する観察と蛍光観察の両方に用いられる顕微鏡に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、培養細胞などの位相物体を観察するための顕微鏡として、蛍光観察に加えて、位相差観察、変調コントラスト観察、微分干渉観察などの位相物体を可視化する他の観察が可能な顕微鏡が知られている。このような顕微鏡を培養細胞の観察に用いる場合には、プラステック製のデッシュが使用可能であるといった理由から、特に位相差観察又は変調コントラスト観察が蛍光観察と併用されることが多い。
【０００３】
培養細胞は、通常、湿度や温度などが管理されたインキュベータに格納されている。観察における培養細胞に掛かる負担を極力軽減するためには、顕微鏡をインキュベータ内に設置して、培養細胞をインキュベータから取り出すことなく観察することが望ましい。
【０００４】
しかしながら、一般に、蛍光観察では落射照明が採用されるのに対して位相差観察又は変調コントラスト観察では透過照明が採用されるため、培養細胞を観察する顕微鏡は、透過照明光学系と落射照明光学系の両方を備えているのが通常である。従って、比較的大きな設置スペースが必要となることから、顕微鏡をインキュベータ内の限られたスペースに設置することが困難となる場合が少なくない。
【０００５】
このような事情により、蛍光観察と位相物体を可視化する観察が可能な、よりコンパクトに構成された顕微鏡が求められている。例えば、特許文献１には、蛍光観察に透過照明を採用することで、落射照明光学系を省略した顕微鏡が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００７−０４１５１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、特許文献１に開示される顕微鏡では、蛍光観察と位相物体を可視化する他の観察とを切替えるときに、観察法に応じた専用の光学素子が光路上に配置される。顕微鏡がインキュベータ内に設置されている場合、物理的な移動を伴う光学素子の挿脱や交換を手動で直接行うことは困難であるため、これらの作業は通常は切替機構を介して行われる。
【０００８】
しかしながら、切替機構を備えた顕微鏡は、切替機構自体のスペースに加えて、光学素子を退避するスペースや交換して使用する光学素子を配置するスペースなどを必要とするため大型化し易く、コンパクトに構成することが難しい。
以上のような実情を踏まえ、本発明は、蛍光観察と位相物体を可視化する観察とが可能なコンパクトな顕微鏡を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の第１の態様は、蛍光観察と位相物体を可視化する観察とが行われる顕微鏡であって、対物レンズと、前記対物レンズの射出瞳面若しくは前記射出瞳面と共役な面又はそれらの近傍に配置された、光を変調する薄膜と、を含む結像光学系と、前記位相物体を励起する励起光と前記位相物体を可視化するための照明光とを前記薄膜と共役な面から出射する光源部を含む透過照明光学系と、を備え、前記光源部は、前記薄膜と共役な面のうちの前記薄膜と共役な領域内から前記照明光を出射するように構成され、前記光源部は、前記薄膜と共役な面のうちの前記薄膜と共役な領域内から前記照明光を出射する第１の光源部と、前記薄膜と共役な面のうちの前記薄膜と共役な領域外から前記照明光と異なる波長を有する前記励起光を出射する第２の光源部と、を含み、前記第１の光源部は、前記薄膜と共役な面のうちの前記薄膜と共役な領域内に配置された第１のＬＥＤ光源であり、前記第２の光源部は、前記薄膜と共役な面のうちの前記薄膜と共役な領域外に配置された第２のＬＥＤ光源である顕微鏡を提供する。
【００１１】
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、前記照明光の波長は、前記励起光の波長及び前記励起光の照射により生じる蛍光の波長よりも長く、前記結像光学系は、さらに、前記励起光を遮断し、且つ、前記蛍光及び前記照明光を透過させる波長特性を有するバリアフィルタを含む顕微鏡を提供する。
【００１２】
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、前記結像光学系は、さらに、前記蛍光と前記照明光を分離して異なる方向に導く光路分岐手段と、前記光路分岐手段により分離された前記蛍光を検出する第１の光検出器と、前記光路分岐手段により分離された前記照明光を検出する第２の光検出器と、を含む顕微鏡を提供する。
本発明の第４の態様は、蛍光観察と位相物体を可視化する観察とが行われる顕微鏡であって、対物レンズと、前記対物レンズの射出瞳面若しくは前記射出瞳面と共役な面又はそれらの近傍に配置された、光を変調する薄膜と、を含む結像光学系と、前記位相物体を励起する励起光と前記位相物体を可視化するための照明光とを前記薄膜と共役な面から出射する光源部を含む透過照明光学系と、を備え、前記光源部は、前記薄膜と共役な面のうちの前記薄膜と共役な領域内から前記照明光を出射するように構成され、前記光源部は、前記薄膜と共役な面のうちの前記薄膜と共役な領域内から前記照明光と前記照明光と同じ波長を有する励起光とを出射するように構成され、前記結像光学系は、さらに、前記励起光を遮断し、且つ、前記励起光の照射により生じる蛍光を透過させる波長特性を有するバリアフィルタを含み、前記バリアフィルタは、前記対物レンズの光軸上であって、前記対物レンズの射出瞳面若しくは前記射出瞳面と共役な面又はそれらの近傍に、挿脱自在に配置され、前記バリアフィルタと前記薄膜とが交換されることを特徴とする顕微鏡を提供する。
【００１９】
本発明の第５の態様は、第４の態様に記載の顕微鏡において、前記結像光学系は、さらに、前記蛍光と前記照明光を分離して異なる方向に導く光路分岐手段と、前記光路分岐手段により分離された前記蛍光を検出する第１の光検出器と、前記光路分岐手段により分離された前記照明光を検出する第２の光検出器と、を含む顕微鏡を提供する。
【００２０】
本発明の第６の態様は、第４の態様または第５の態様に記載の顕微鏡において、前記光源部は、前記薄膜と共役な面のうちの前記薄膜と共役な領域に配置された面光源である顕微鏡を提供する。
【００２１】
本発明の第７の態様は、第４の態様または第５の態様に記載の顕微鏡において、前記光源部は、出射端が前記薄膜と共役な面に位置するように配置された光ファイバと、前記光ファイバに入射する前記照明光及び前記励起光を出射する光源と、を含み、前記光源部は、前記光ファイバの前記出射端のうちの前記薄膜と共役な領域から前記照明光を出射する顕微鏡を提供する。
本発明の第８の態様は、蛍光観察と位相物体を可視化する観察とが行われる顕微鏡であって、対物レンズと、前記対物レンズの射出瞳面若しくは前記射出瞳面と共役な面又はそれらの近傍に配置された、光を変調する薄膜と、を含む結像光学系と、前記位相物体を励起する励起光と前記位相物体を可視化するための照明光とを前記薄膜と共役な面から出射する光源部を含む透過照明光学系と、を備え、前記光源部は、前記薄膜と共役な面のうちの前記薄膜と共役な領域内から前記照明光を出射するように構成され、前記光源部は、前記薄膜と共役な面のうちの前記薄膜と共役な領域内から前記照明光と前記照明光と同じ波長を有する励起光とを出射するように構成され、前記光源部は、前記出射面のうちの前記薄膜と共役な領域に配置されたＬＥＤ光源である顕微鏡を提供する。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、蛍光観察と位相物体を可視化する観察とが可能なコンパクトな顕微鏡を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】実施例１に係る顕微鏡の構成を例示する図である。
【図２】実施例１に係る顕微鏡を備えたインキュベータシステムの構成を例示する図である。
【図３】実施例１に係る顕微鏡の構成の第１の変形例を示す図である。
【図４】実施例１に係る顕微鏡の構成の第２の変形例を示す図である。
【図５】実施例１に係る顕微鏡の構成の第３の変形例を示す図である。
【図６】実施例１に係る顕微鏡の構成の第４の変形例を示す図である。
【図７】実施例１に係る顕微鏡の構成の第５の変形例を示す図である。
【図８】実施例１に係る顕微鏡の構成の第６の変形例を示す図である。
【図９】実施例１に係る顕微鏡における、励起波長の変更方法について説明するための図である。
【図１０】実施例１に係る顕微鏡における、観察倍率の変更方法について説明するための図である。
【図１１】実施例２に係る顕微鏡の構成を例示する図である。
【図１２】実施例２に係る顕微鏡の構成の第１の変形例を示す図である。
【図１３】実施例２に係る顕微鏡の構成の第２の変形例を示す図である。
【図１４】実施例３に係る顕微鏡の構成を例示する図である。
【発明を実施するための形態】
【実施例１】
【００２４】
図１は、本実施例に係る顕微鏡の構成を例示する図である。図２は、本実施例に係る顕微鏡を備えたインキュベータシステムの構成を例示する図である。
【００２５】
図１及び図２を参照しながら、本実施例に係る顕微鏡及びインキュベータシステムについて説明する。
【００２６】
図１（ａ）に例示される顕微鏡１は、蛍光観察と位相差観察が行われる顕微鏡であり、位相物体である標本５を挟んで配置された、透過照明光学系と結像光学系とを備えている。
【００２７】
透過照明光学系は、面光源３と、コンデンサレンズ４と、を含んでいる。面光源３は、標本５を励起する励起光であるとともに標本５を可視化するための照明光である光を、コンデンサレンズ４の瞳面２から出射する光源部である。即ち、顕微鏡１では、照明光と励起光は同じ光であって、同じ波長（励起波長）を有している。面光源３は、コンデンサレンズ４の瞳面２に配置されていて、光軸方向から見ると、図１（ｂ）に示されるようにリング形状を呈している。面光源３は、例えば、リング状に形成されたＬＥＤ光源である。透過照明光学系では、面光源３からの光がコンデンサレンズ４の瞳面２から出射されることでケーラー照明が実現されるため、標本５全体が均一に照明される。
【００２８】
結像光学系は、位相膜８を備えた位相差対物レンズ６と、バリアフィルタ９と、結像レンズ１０と、カメラ１１と、を含んでいる。位相膜８は、標本５を透過した光を位相変調する薄膜であり、位相差対物レンズ６の射出瞳面７上に配置されている。バリアフィルタ９は、面光源３からの光を遮断し、且つ、面光源３からの光の照射により標本５から生じる蛍光を透過させる波長特性を有している。バリアフィルタ９は、位相差対物レンズ６の光軸に対して挿脱自在に配置されていて、図示しない切替機構により、観察法に応じて光路に対して挿脱される。具体的には、蛍光観察では光路上に配置され、位相差観察では光路から取り除かれて光路外に配置される。
【００２９】
顕微鏡１では、コンデンサレンズ４の瞳面２と位相差対物レンズ６の射出瞳面７は光学的に共役な関係を有しているため、瞳面２は射出瞳面７に配置された位相膜８と光学的に共役な面である。また、面光源３は、位相膜８と共役な瞳面２のうちの位相膜８と共役な領域内に配置されている。このため、面光源３は、位相膜８と共役な瞳面２のうちの位相膜８と共役な領域内から照明光及び励起光を出射するように構成されている。
【００３０】
以上のように構成された本実施例に係る顕微鏡１では、面光源３からの光は、コンデンサレンズ４により標本５全体に照射される。標本５に照射された光は、標本５を透過し位相差対物レンズ６に入射するとともに、標本５中の蛍光物質を励起して標本５から蛍光を生じさせる。面光源３からの光のうち標本５で回折することなく標本５を透過した光（以降、直接光と記す。）は、面光源３と光学的に共役な位相膜８を通過するため、位相膜８でその位相が変調される。一方、面光源３からの光のうち標本５で回折した光（以降、回折光と記す。）は、位相膜８を通過することなく位相差対物レンズ６から出射される。
【００３１】
バリアフィルタ９が光路上に配置されている状態では、標本５を透過した光（直接光と回折光）がバリアフィルタ９で遮断されて、蛍光のみがカメラ１１で検出されるため、蛍光観察で標本５が観察される。これに対して、バリアフィルタ９が光路上に配置されていない状態では、標本５で透過した光（直接光と回折光）が蛍光と共にカメラ１１で検出される。蛍光は直接光や回折光に比べて微弱であるため、直接光と回折光の干渉により位相物体が可視化される。即ち、位相差観察で標本５が観察される。
【００３２】
このように、本実施例に係る顕微鏡１によれば、透過照明光学系内の光学素子を交換や挿脱することなく、結像光学系内のバリアフィルタ９を挿脱するだけで蛍光観察と位相差観察とを切替えることができる。従って、従来技術と比較して、蛍光観察と位相観察との切替えに伴う光学素子の挿脱や交換を減らすことができるため、切替機構の数を減らすことが可能である。その結果、顕微鏡１全体をコンパクトに構成することが可能となり、図２に示すようにスペースが限られたインキュベータ７０内に設置することも可能となる。
【００３３】
なお、図２に示すインキュベータシステムは、インキュベータ７０内に設置された顕微鏡１が、無線送受信装置９１及び無線送受信装置７２を介して受信する制御端末９０からの命令に従って動作するように構成されている。顕微鏡１に供給される電力は、無線給電部７１を介して電力伝送装置８０から供給される。
【００３４】
図１（ａ）では、コンデンサレンズ４の瞳面２に面光源３を配置し、位相差対物レンズ６の射出瞳面７に位相膜８を配置する例を示したが、面光源３、位相膜８は、それぞれ、瞳面２、射出瞳面７の近傍に配置されてもよい。面光源３からの光が位相膜８を配置した領域を通過するように構成されればよく、従って、面光源３と位相膜８とが光学的に共役な位置関係にあればよい。
【００３５】
次に、図３から図８を参照しながら、本実施例に係る顕微鏡１の構成の変形例について説明する。
図３、図４、図５は、本実施例に係る顕微鏡１の構成の変形例を示す図であり、それぞれ、顕微鏡１の透過照明光学系についての変形例を示している。
【００３６】
図３（ａ）に示される第１の変形例に係る顕微鏡１２は、図３（ｂ）に示されるように、光源部として、面光源３の代わりに複数の点光源１３を含む点が、実施例１に係る顕微鏡１と異なっている。
【００３７】
複数の点光源１３は位相膜８と共役なコンデンサレンズ４の瞳面２のうちの位相膜８と共役な領域内に配置されていて、全体として六角リング形状を呈している。これにより、顕微鏡１の面光源３と同様に、位相膜８と共役な瞳面２のうちの位相膜８と共役な領域内から光を出射するように構成されている。なお、点光源１３は、例えば、ＬＥＤ光源であり、出射される光は、標本５を励起する励起光であるとともに、標本５を可視化するための照明光である。また、本変形例は、点光源１３を１つの面上に配置しているので、六角リング形状の面光源とみなすことができる。
【００３８】
図４（ａ）に示される第２の変形例に係る顕微鏡１４は、光源部として、面光源３の代わりに光ファイバ光源ユニットを含む点が、実施例１に係る顕微鏡１と異なっている。
【００３９】
光ファイバ光源ユニットは、光源１５と、楕円ミラー１６と、カップリングレンズ１７と、光ファイバ１８とを備えている。光ファイバ１８は、出射端１８ｂが位相膜８と共役な面に位置するように配置されたバンドル光ファイバである。
【００４０】
光源１５から出射された光は、直接にまたは楕円ミラー１６を介してカップリングレンズ１７に入射し、カップリングレンズ１７により光ファイバ１８の入射端１８ａに集光する。入射端１８ａに集光した光は、入射端１８ａから光ファイバ１８に入射し、図４（ｂ）に示されるように、位相膜８と共役な面（コンデンサレンズ４の瞳面）に位置する出射端１８ｂから出射する。
【００４１】
光ファイバ光源ユニットでは、光ファイバ１８の入射端１８ａの一部に図示しない遮光部材が中心部を円状に、周辺部をリング状に遮光し、リング状に光が入射するよう配置されている。これにより、光ファイバ光源ユニットは、位相膜８と共役な面に位置する光ファイバ１８の出射端１８ｂのうちの位相膜８と共役な領域１９内から光を出射するように構成されている。なお、光源１５から出射される光は、顕微鏡１の面光源３から出射される光と同様に、標本５を励起する励起光であるとともに、標本５を可視化するための照明光である。また、光ファイバ光源ユニットは、光ファイバ１８の出射端１８ｂのファイバ配列がリング状になっている面光源の構成としてもよい。
【００４２】
図５（ａ）に示される第３の変形例に係る顕微鏡２０は、光源部として、面光源３の代わりに、光源２１、コリメータレンズ２２、ミラー２３及びスリット板２４を含む点が、実施例１に係る顕微鏡１と異なっている。
【００４３】
スリット板２４は、コンデンサレンズ４の瞳面に配置されていて、光軸方向から見ると、図５（ｂ）に示されるようにリング形状のリングスリット２４ａが形成されている。リングスリット２４ａは、コンデンサレンズ４の瞳面のうちの位相膜８と共役な領域内に形成されている。これにより、顕微鏡２０の光源部は、顕微鏡１の面光源３と同様に、位相膜８と共役な面（コンデンサレンズ４の瞳面）のうちの位相膜８と共役な領域内から光を出射するように構成されている。なお、光源２１から出射される光は、顕微鏡１の面光源３から出射される光と同様に、標本５を励起する励起光であるとともに、標本５を可視化するための照明光である。
【００４４】
図３から図５に示される変形例に係る顕微鏡によっても、実施例１に係る顕微鏡１と同様に、結像光学系内のバリアフィルタ９の挿脱を行うだけで蛍光観察と位相差観察とを切替えることが可能であり、顕微鏡全体をコンパクトに構成することができる。
図６、図７、図８は、本実施例に係る顕微鏡１の構成の変形例を示す図であり、それぞれ、顕微鏡１の結像光学系についての変形例を示している。
【００４５】
図６に示される第４の変形例に係る顕微鏡２５は、結像光学系が、位相差対物レンズ６とバリアフィルタ９の間に配置されたダイクロイックミラー２６と、ダイクロイックミラー２６の反射光路上に配置された結像レンズ２７及びカメラ２８と、を含む点が、実施例１に係る顕微鏡１と異なっている。
【００４６】
ダイクロイックミラー２６は、標本５から生じた蛍光を透過させ、面光源３からの光を反射させる波長特性を有している。即ち、ダイクロイックミラー２６は、蛍光と面光源３からの光とを分離して異なる方向に導く光路分岐手段として機能する。これにより、ダイクロイックミラー２６を透過した蛍光は第１の光検出器であるカメラ１１で蛍光観察画像として、ダイクロイックミラー２６を反射した面光源３からの光は第２の光検出器であるカメラ２８で位相差観察画像として、同時に検出される。
【００４７】
図６に示される変形例に係る顕微鏡２５によれば、バリアフィルタ９を挿脱するための切替機構が不要であるため、顕微鏡全体をコンパクトに構成することができる。
また、蛍光観察と位相差観察を同時に行うことができる。
【００４８】
なお、図６では、ダイクロイックミラー２６の透過光路上に、バリアフィルタ９を配置する例を示したが、バリアフィルタ９の配置は特にこのような配置に限られない。ダイクロイックミラー２６が蛍光を反射させ面光源３からの光を透過させる波長特性を有する場合には、バリアフィルタ９はダイクロイックミラー２６の反射光路上に配置されてもよい。
【００４９】
図７に示される第５の変形例に係る顕微鏡２９は、結像光学系が位相差対物レンズ６の代わりに位相膜８の配置されない対物レンズ３６を含む点、位相差対物レンズ６と結像レンズ１０の間に挿脱自在に配置されたバリアフィルタ９が省略されている点、結像光学系が結像レンズ１０とカメラ１１の間に瞳リレーレンズ３１と位相膜３３とバリアフィルタ３４と像リレーレンズ３５とを含む点が、実施例１に係る顕微鏡１と異なっている。
【００５０】
位相膜３３とバリアフィルタ３４は、対物レンズ３６の射出瞳面と共役な面３２（以降、瞳共役面と記す）に挿脱自在に配置されている。位相膜３３とバリアフィルタ３４は、図示しない切替機構により観察法に応じて交換されて、いずれか一方のみが光路上に配置される。具体的には、蛍光観察ではバリアフィルタ３４が、位相差観察では位相膜３３が、光路上に配置される。
【００５１】
なお、位相膜３３とバリアフィルタ３４の交換は、位相膜３３が対物レンズ３６の外部に配置されていることにより実現可能となっている。従って、図７では、結像レンズ１０及び瞳リレーレンズ３１によって対物レンズ３６の射出瞳面７が投影された瞳共役面３２に位相膜３３を配置する例が示されているが、対物レンズの射出瞳面が対物レンズの外部にある場合には、位相膜３３とバリアフィルタ３４を対物レンズの射出瞳面に挿脱自在に配置してもよい。また、面光源３と位相膜３３とが光学的に共役な位置関係にあるかぎり、面光源３、位相膜３３は、それぞれ、瞳面２、瞳共役面３２の近傍に配置されてもよい。
【００５２】
図７に示される変形例に係る顕微鏡２９によれば、結像光学系内のバリアフィルタ３４と位相膜３３との交換を行うだけで蛍光観察と位相差観察とを切替えることが可能であり、顕微鏡全体をコンパクトに構成することができる。また、顕微鏡２９では、蛍光観察の際には光路上から位相膜が取り除かれるため、位相膜による蛍光の減衰を防止することができる。このため、実施例１に係る顕微鏡１に比べてより明るい蛍光画像を取得することが可能となる。
【００５３】
図８に示される第６の変形例に係る顕微鏡３７は、位相差対物レンズ６が位相膜８の代わりに励起バリア位相膜３８を含む点、位相差対物レンズ６と結像レンズ１０の間に挿脱自在に配置されたバリアフィルタ９が省略されている点が、実施例１に係る顕微鏡１と異なっている。
【００５４】
励起バリア位相膜３８は、面光源３からの光を蛍光画像が得られる程度に適度に遮断するとともに、励起バリア位相膜３８を透過する面光源３からの光の位相を変調するための光学素子である。
【００５５】
図８に示される変形例に係る顕微鏡３７によれば、光学素子の交換や挿脱を省略することができるため、顕微鏡全体をコンパクトに構成することができる。さらに、図６に例示されるような面光源３からの光と蛍光とを分離して検出する手段を顕微鏡３７に追加することで、蛍光観察と位相差観察を同時に行ってもよい。
【００５６】
以上では観察法の切替方法について説明したが、本実施例及び変形例に係る顕微鏡は、励起波長や観察倍率についても容易に変更することができる。以下、図９及び図１０を参照しながら、励起波長と観察倍率の変更方法について、本実施例に係る顕微鏡１を例にして説明する。
【００５７】
図９は、本実施例に係る顕微鏡における、励起波長の変更方法について説明するための図である。図９（ａ）に例示されるように、顕微鏡１では、コンデンサレンズ４とコンデンサレンズ４の瞳面２に配置された面光源３とが一体となったユニット３９を、コンデンサレンズ４とコンデンサレンズ４の瞳面２に配置された面光源４１とが一体となったユニット４０と交換することで、励起波長を変更することができる。
【００５８】
なお、図９（ｂ）及び図９（ｃ）に示されるように、面光源４１は、面光源３と同じリング形状を呈し、位相膜８と共役な瞳面２のうちの位相膜８と共役な領域内から、面光源３と異なる波長の光を出射するように構成されている。
【００５９】
図１０は、本実施例に係る顕微鏡における、観察倍率の変更方法について説明するための図である。図１０（ａ）及び図１０（ｂ）に例示されるように、顕微鏡１では、スライダ機構４５による位相差対物レンズ（位相差対物レンズ６、位相差対物レンズ４２）の交換に連動して、面光源とコンデンサレンズとが一体となったユニット（ユニット３９、ユニット４６）を切替えることで、観察倍率を変更することができる。
【００６０】
なお、位相差対物レンズ６と位相差対物レンズ４２は倍率が異なるため、射出瞳面７と射出瞳面４３は異なる面に形成される。また、瞳径も異なるため、位相膜８が配置される位置と位相膜４４が配置される位置も異なっている。従って、図１０（ｃ）及び図１０（ｄ）に例示されるように、面光源４７は、面光源３とは異なるリング形状を有するように形成され、それによって、位相膜４４と共役な瞳面２のうちの位相膜４４と共役な領域内から面光源３と同じ波長の光を出射するように構成されている。
【００６１】
また、顕微鏡１が蛍光観察を行う場合には、図１０（ｃ）及び図１０（ｄ）に例示されるリング形状の面光源の代わりに、図１０（ｅ）に例示される円形状の面光源４８が用いられてもよい。また、照明ユニット（ユニット３９、ユニット４６）の切り替えの代わりに、対物レンズ交換もしくは観察方法の変更に連動して光が出射する領域が図１０（ｃ）から図１０（ｅ）のように変化する、点灯領域が制御可能な面光源を用いてもよい。
【実施例２】
【００６２】
図１１は、本実施例に係る顕微鏡の構成を例示する図である。図１１（ａ）に例示される顕微鏡５０は、蛍光観察と位相差観察が行われる顕微鏡であり、位相物体である標本５を挟んで配置された、透過照明光学系と結像光学系とを備えている。
【００６３】
透過照明光学系は、標本５を励起する励起光と標本５を可視化するための照明光とを出射する光源部である面光源（面光源５１、面光源５２）と、コンデンサレンズ４と、を含んでいる。標本５を可視化するための照明光を出射する第１の光源部である面光源５１と標本５を励起する励起光を出射する第２の光源部である面光源５２は、コンデンサレンズ４の瞳面２に配置されている。光軸方向から見ると、図１１（ｂ）に示されるように、面光源５１はリング形状を呈しているのに対して、面光源５２は面光源５１の内側の円形領域と外側のリング領域とから構成されている。また、面光源５１から出射される照明光の波長と面光源５２から出射される励起光の波長とは異なっていて、照明光の波長は励起光の波長よりも長く、さらに、励起光の照射により標本５から生じる蛍光の波長よりも長い。透過照明光学系では、面光源５１からの照明光及び面光源５２からの励起光がコンデンサレンズ４の瞳面２から出射されることでケーラー照明が実現されるため、標本５全体が均一に照明される。なお、面光源５１と面光源５２は、例えば、ＬＥＤ光源である。
【００６４】
結像光学系は、位相膜８を備えた位相差対物レンズ６と、ロングパスフィルタ５３と、結像レンズ１０と、カメラ１１と、を含んでいる。位相膜８は、標本５を透過した光を位相変調する薄膜であり、位相差対物レンズ６の射出瞳面７上に配置されている。ロングパスフィルタ５３は、面光源５２からの励起光を遮断し、且つ、蛍光及び面光源５１からの照明光を透過させる波長特性を有するバリアフィルタである。
【００６５】
顕微鏡５０では、コンデンサレンズ４の瞳面２と位相差対物レンズ６の射出瞳面７は光学的に共役な関係を有していて、従って、瞳面２は、射出瞳面７に配置された位相膜８と光学的に共役な面である。また、面光源５１は、位相膜８と共役な瞳面２のうちの位相膜８と共役な領域内に配置されていて、面光源５２は、位相膜８と共役な瞳面２のうちの位相膜８と共役な領域外に配置されている。このため、面光源５１は、位相膜８と共役な瞳面２のうちの位相膜８と共役な領域内から照明光を出射し、面光源５２は、位相膜８と共役な瞳面２のうちの位相膜８と共役な領域外から励起光を出射するように構成されている。
【００６６】
以上のように構成された本実施例に係る顕微鏡５０では、面光源５１からの照明光及び面光源５２からの励起光は、コンデンサレンズ４により標本５全体に照射される。標本５に照射された照明光のうち標本５で回折することなく標本５を透過した直接光は、面光源５１と光学的に共役な位相膜８を通過するため、位相膜８でその位相が変調される。一方、照明光のうち標本５で回折した回折光は、位相膜８を通過することなく位相差対物レンズ６から出射される。さらに、標本５に照射された励起光は、標本５中の蛍光物質を励起して標本５から蛍光を生じさせるとともに標本５を透過する。つまり、顕微鏡５０では、照明光（直接光及び回折光）と励起光と蛍光が、位相差対物レンズ６から出射し、ロングパスフィルタ５３に入射する。このうち、最も波長の短い励起光はロングパスフィルタ５３で遮断されるため、照明光（直接光及び回折光）と蛍光がカメラ１１で検出される。
【００６７】
従って、本実施例に係る顕微鏡５０によれば、面光源５１と面光源５２のいずれか一方のみが発光するように発光する面光源を電気的に切替えることで、透過照明光学系及び結像光学系内の光学素子を交換や挿脱することなく、蛍光観察と位相差観察とを切替えることができる。従って、従来技術及び実施例１に係る顕微鏡１と比較して、蛍光観察と位相観察との切替えに伴う光学素子の挿脱や交換を減らすことができるため、切替機構の数を減らすことが可能である。その結果、顕微鏡５０全体をコンパクトに構成することが可能となる。また、モノクロの撮像素子の代わりにカラーの撮像素子を用いることにより、蛍光と位相差を同時に１つの画面上で観察することが可能となる。
【００６８】
なお、図１１（ａ）では、コンデンサレンズ４の瞳面２に面光源５１を配置し、位相差対物レンズ６の射出瞳面７に位相膜８を配置する例を示したが、面光源５１、位相膜８は、それぞれ、瞳面２、射出瞳面７の近傍に配置されてもよい。面光源５１からの照明光が位相膜８を配置した領域を通過するように構成されればよく、従って、面光源５１と位相膜８とが光学的に共役な位置関係にあればよい。また、面光源５２については、位相膜８との間に共役関係を必要としないため、任意の位置に配置され得る。
【００６９】
本実施例に係る顕微鏡５０についても、実施例１に係る顕微鏡１と同様に、種々の変形が可能である。図１２は、本実施例に係る顕微鏡の構成の第１の変形例を示す図である。図１３は、本実施例に係る顕微鏡の構成の第２の変形例を示す図である。
【００７０】
図１２（ａ）に例示されるように、第１の変形例に係る顕微鏡５０ａは、面光源５１の代わりに、照明光を出射する第１の光源である光源１５、楕円ミラー１６、カップリングレンズ１７、光ファイバ１８からなる第１の光源部である光ファイバ光源ユニットを含み、面光源５２の代わりに、励起光を出射する第２の光源である光源５５、楕円ミラー５６、カップリングレンズ５７、光ファイバ５８からなる第２の光源部である光ファイバ光源ユニットを含んでもよい。光ファイバ１８と光ファイバ５８はそれぞれ出射端５９が位相膜８と共役な面に位置するように配置されていて、図１２（ｂ）に例示されるように出射端５９側で束ねられている。これにより、第１の光源部が位相膜８と共役な面のうちの位相膜８と共役なリング状の領域内から照明光を出射し、第２の光源部が位相膜８と共役な面のうちの位相膜８と共役な領域外の中心部の円形の領域と照明光の射出領域の外側のリング状の領域から励起光を出射してもよい。
【００７１】
また、図１３に例示されるように、第２の変形例に係る顕微鏡５０ｂは、結像光学系が、位相差対物レンズ６とロングパスフィルタ５３の間に配置されたダイクロイックミラー２６と、ダイクロイックミラー２６の反射光路上に配置された結像レンズ２７及びカメラ２８と、を含むように構成されてもよい。この場合、モノクロの撮像素子を用いた場合でも面光源５１と面光源５２を同時に発光させて蛍光観察と位相差観察を同時に行うことができるため、発光する面光源を電気的に切替える制御を省略することができる。
【００７２】
なお、図１３では、ダイクロイックミラー２６の透過光路上に、ロングパスフィルタ５３を配置する例を示したが、ロングパスフィルタ５３の配置は特にこのような配置に限られない。ダイクロイックミラー２６が蛍光を反射させる波長特性を有する場合には、ロングパスフィルタ５３はダイクロイックミラー２６の反射光路上に配置されてもよい。
その他、面光源５１と面光源５２を図３に例示されるような点光源によって構成してもよい。
【実施例３】
【００７３】
図１４は、本実施例に係る顕微鏡の構成を例示する図である。図１４に例示される顕微鏡６０は、蛍光観察と変調コントラスト観察が行われる顕微鏡であり、位相物体である標本５を挟んで配置された、透過照明光学系と結像光学系とを備えている。なお、顕微鏡６０は、図１に例示される実施例１に係る顕微鏡１と多くの構成が共通するため、顕微鏡１との相違点を中心に説明する。
【００７４】
顕微鏡６０は、図１４（ａ）に例示されるように、位相膜８を備えた位相差対物レンズ６の代わりにモジュレータ６４を備えた対物レンズ６２を結像光学系が含む点と、面光源３の代わりに面光源６１を透過照明光学系が含む点と、が実施例１に係る顕微鏡１と異なっている。
【００７５】
モジュレータ６４は、面光源３からの光を強度変調する、透過率の異なる複数の領域からなる薄膜であり、対物レンズ６２の射出瞳面６３上に配置されている。また、面光源６１は、光軸方向から見ると、図１４（ｂ）に示されるように矩形形状を呈していて、コンデンサレンズ４の瞳面２のうちのモジュレータ６４と共役な領域内に配置されている。このため、面光源６１は、モジュレータ６４と共役な瞳面２のうちのモジュレータ６４と共役な領域内から照明光であり励起光である光を出射するように構成されている。
【００７６】
以上のように構成された本実施例に係る顕微鏡６０では、バリアフィルタ９が光路上に配置されていない状態では、面光源６１からの偏斜照明とモジュレータ６４での変調により、蛍光と共にカメラ１１に入射する標本５を透過した光が、位相物体を可視化する。即ち、変調コントラスト観察で標本５が観察される。これに対して、バリアフィルタ９が光路上に配置されている状態では、蛍光のみがバリアフィルタ９を透過してカメラ１１で検出される。即ち、蛍光観察で標本５が観察される。
【００７７】
このように、本実施例に係る顕微鏡６０によれば、透過照明光学系内の光学素子を交換や挿脱することなく、結像光学系内のバリアフィルタ９を挿脱するだけで蛍光観察と変調コントラスト観察とを切替えることができる。従って、従来技術と比較して、蛍光観察と変調コントラスト観察との切替えに伴う光学素子の挿脱や交換を減らすことができるため、切替機構の数を減らすことが可能である。その結果、顕微鏡６０全体をコンパクトに構成することができる。
【００７８】
なお、本実施例に係る顕微鏡６０についても、実施例１に係る顕微鏡１と同様の種々の変形が可能である。また、実施例２に係る顕微鏡５０と同様に、蛍光観察用の光源と変調コントラスト用の光源とを設けて、蛍光観察用の光源を瞳面２のモジュレータ６４と共役な領域内に配置し、変調コントラスト用の光源を瞳面２のモジュレータ６４と共役な領域外に配置してもよい。
【符号の説明】
【００７９】
１、１２、１４、２０、２５、２９、３７、５０、５０ａ、５０ｂ、６０・・・顕微鏡、２・・・瞳面、３、４１、４７、４８、５１、５２、６１・・・面光源、４・・・コンデンサレンズ、５・・・標本、６、４２・・・位相差対物レンズ、７、４３、６３・・・射出瞳面、８、３３、４４・・・位相膜、９、３４・・・バリアフィルタ、１０、２７・・・結像レンズ、１１、２８・・・カメラ、１３・・・点光源、１５、２１、５５・・・光源、１６、５６・・・楕円ミラー、１７、５７・・・カップリングレンズ、１８、５８・・・光ファイバ、１８ａ、５８ａ・・・入射端、１８ｂ、５９・・・出射端、１９・・・領域、２２・・・コリメータレンズ、２３・・・ミラー、２４・・・スリット板、２４ａ・・・リングスリット、２６・・・ダイクロイックミラー、３０・・・一次像面、３１・・・瞳リレーレンズ、３２・・・瞳共役面、３５・・・像リレーレンズ、３６、６２・・・対物レンズ、３８・・・励起バリア位相膜、３９、４０、４６・・・ユニット、４５・・・スライダ機構、５３・・・ロングパスフィルタ、６４・・・モジュレータ、７０・・・インキュベータ、７１・・・無線給電部、７２、９１・・・無線送受信装置、８０・・・電力伝送装置、９０・・・制御端末
【図１】
0005985883.tif 000002
【図２】
0005985883.tif 000003
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
0005985883.tif 000009
【図９】
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【図１０】
0005985883.tif 000011
【図１１】
0005985883.tif 000012
【図１２】
0005985883.tif 000013
【図１３】
0005985883.tif 000014
【図１４】
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