(57)【要約】【課題】  常に最適な照明条件を設定することができる観察装置を提供する。【解決手段】  試料Ｓに照射する光を発生する光源１０、試料Ｓからの光を観察する対物レンズ６ａ（６ｂ）と結像レンズ７ａ（７ｂ）からなる観察光学系８（９）、試料Ｓに対する観察光軸ａ上に観察光学系８（９）を選択的に切換えるターレット５、観察光学系８（９）に対しそれぞれ最適な照明条件に設定され、光源１０の光を試料Ｓに照射するファイバー１４（１６）、ターレット５により観察光軸ａ上に選択された観察光学系８（９）に応じて光源１０からの光をファイバー１４（１６）に導入させる反射ミラー１２ａ（１２ｂ）を具備する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料に照射する光を発生する光源と、
前記試料からの光を観察する複数の観察光学系と
前記試料に対する観察光軸上に前記複数の観察光学系を選択的に切換える切換え手段と、
前記複数の観察光学系に対しそれぞれ最適な照明条件に設定され前記光源の光を前記試料に照射する複数の照明手段と、
前記切換え手段により前記観察光軸上に選択された前記観察光学系に応じて前記照明手段を選択する選択手段と
を具備したことを特徴とする観察装置。
【請求項２】
前記複数の観察光学系は、それぞれ前記試料からの光を集光する対物レンズと、該対物レンズの試料上の像を結像させる結像レンズからなり、且つ前記対物レンズの倍率が異なることを特徴とする請求項１記載の観察装置。
【請求項３】
前記切換え手段は、前記複数の観察光学系を取付けたターレットからなることを特徴とする請求項１又は２記載の観察装置。
【請求項４】
前記複数の照明手段は、それぞれ対応する観察光学系の対物レンズの観察範囲を満たすような範囲で前記試料に対し光を照射することを特徴とする請求項１記載の観察装置。
【請求項５】
前記選択手段は、前記切換え手段により前記観察光軸上に切換えられた前記観察光学系に対応する前記照明手段に対し、前記光源からの光を導入させる光学部材を有することを特徴とする請求項１記載の観察装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、顕微鏡観察装置などの観察装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、観察装置、例えば顕微鏡観察装置として、特許文献１に開示されるものが知られている。この顕微鏡観察装置は、試料に対向配置される対物レンズと、ＣＣＤカメラ等の撮像手段に拡大像を結像させる結像レンズを有し、さらに、これら対物レンズと結像レンズとの間に、所定の倍率範囲にわたって連続的に倍率を変更可能とした変倍リレーレンズを配置するようにしている。
【０００３】
この場合、対物レンズと結像レンズの倍率は、固定されていて、変倍リレーレンズの変倍により観察倍率を変更することができるようになっている。  
しかし、このような特許文献１のものは、低い倍率から高い倍率まで全て、同一の対物レンズを使用しているため、特に、低い倍率の場合には、開口数が過度に小さくなって取得される画像の解像度が極端に低下してしまい、広い倍率範囲にわたる変倍が困難になるという問題があった。
【０００４】
そこで、対物レンズについて、倍率の異なるものを複数用意するとともに、これら複数の対物レンズを対物レンズ切替機構により切替え可能とするとともに、結像レンズについても倍率の異なるものを複数用意し、これら複数の結像レンズを結像レンズ切替機構により切替え可能とした観察装置が考えられている。
【０００５】
このような構成を採用すれば、対物レンズ切替機構を作動させて対物レンズの倍率を切換えると同時に、結像レンズ切替機構を作動させて対物レンズに適合する結像レンズを選択することにより、低い倍率においても開口数を過度に小さくなることがなくなり、高い解像度で画像を取得することが可能となる。
【特許文献１】特開平７-１０４１９２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、このように構成したものでは、低い倍率で観察する場合には、試料の広い範囲を観察するため、広い範囲を照明する必要があるが、一方で、高い倍率で観察する場合、低い倍率と同様の照明では暗い観察像しか得ることができないため、より明るい照明が必要になる。この場合、試料を照明する照明手段に変倍リレーレンズを設けるなどの方法が考えられるが、低倍から高倍までの広い倍率範囲を持つような場合は、低い倍率の際に必要となる広い照明範囲と、高い倍率の際に必要となるな明るい照明を両立させるのが難しいという問題を生じる。
【０００７】
一方、このような観察装置では、試料に対する照明方法として、観察光軸に対して角度を持って照明光を試料に照射する偏射照明が用いられることがあるが、このような偏射照明においては、試料表面の凹凸に対して斜めから照明することにより生じる影を小さくするために、観察光軸に対する照明光の角度をできるだけ小さくしたい。しかし、一般に低い倍率の対物レンズはレンズ先端と試料の間隔が広く、高い倍率の対物レンズは試料との間隔が狭いため、低い倍率から高い倍率まで一様に、照明光の角度を小さくすることが難しい。
【０００８】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、常に最適な照明条件を得ることができる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】
【０００９】
請求項１記載の発明は、試料に照射する光を発生する光源と、前記試料からの光を観察する複数の観察光学系と、前記試料に対する観察光軸上に前記複数の観察光学系を選択的に切換える切換え手段と、前記複数の観察光学系に対しそれぞれ最適な照明条件に設定され前記光源の光を前記試料に照射する複数の照明手段と、前記切換え手段により前記観察光軸上に選択された前記観察光学系に応じて前記照明手段を選択する選択手段とを具備したことを特徴としている。
【００１０】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記複数の観察光学系は、それぞれ前記試料からの光を集光する対物レンズと、該対物レンズの試料上の像を結像させる結像レンズからなり、且つ前記対物レンズの倍率が異なることを特徴としている。
【００１１】
請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載の発明において、前記切換え手段は、前記複数の観察光学系を取付けたターレットからなることを特徴としている。
【００１２】
請求項４記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記複数の照明手段は、それぞれ対応する観察光学系の対物レンズの観察範囲を満たすような範囲で前記試料に対し光を照射することを特徴としている。
【００１３】
請求項５記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記選択手段は、前記切換え手段により前記観察光軸上に切換えられた前記観察光学系に対応する前記照明手段に対し、前記光源からの光を導入させる光学部材を有することを特徴としている。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、常に最適な照明条件を得ることができる観察装置を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態を図面に従い説明する。
【００１６】
(第１の実施の形態)
図１（ａ）（ｂ）、図２（ａ）（ｂ）は、本発明の第１の実施の形態が適用される顕徴鏡観察装置の概略構成を示している。
【００１７】
図において、１はベースで、このベース１は、水平な設置面に設置される第１ベース１ａと、この第１ベース１ａの上方に所定間隔をおいて平行に配置される第２ベース１ｂとを備えている。これら第１ベース１ａと第２ベース１ｂの間には、第１ベース１ａと第２ベース１ｂの間の距離を決定する複数の間隔部材２が設けられている。
【００１８】
第１ベース１ａ上には、ステージ３が配置されている。このステージ３には、マウス等の実験小動物からなる試料Ｓが載置される。この場合、ステージ３は、載置された試料Ｓを水平方向、つまりＸＹ方向および鉛直方向に移動させることができるようになっている。
【００１９】
第２ベース１ｂには、支柱４が直立して設けられている。この支柱４には、切換え手段としてのターレット５が回転可能に支持されている。このターレット５には、円板状の対物レンズ支持板５ａと結像レンズ支持板５ｂが所定間隔をおいて平行に配置されている。これら対物レンズ支持板５ａと結像レンズ支持板５ｂは、ターレット５の回転操作により一体に回転するようになっている。
【００２０】
対物レンズ支持板５ａには、円周方向に沿って等間隔に複数、図示例では２個の対物レンズ６ａ、６ｂが配置されている。この場合、対物レンズ６ａは、高倍のもの、対物レンズ６ｂは、低倍のものからなっている。また、結像レンズ支持板５ｂには、円周方向に沿って等間隔に複数、図示例では２個の結像レンズ７ａ、７ｂが配置されている。この場合、高倍の対物レンズ６ａと結像レンズ７ａは、同一光軸上に配置され、第１の観察光学系８を構成し、また、低倍の対物レンズ６ｂと結像レンズ７ｂは、同一光軸上に配置され、第２の観察光学系９を構成している。これら第１の観察光学系８及び第２の観察光学系９は、ターレット５の回転操作により選択的に試料Ｓに対する観察光軸ａ上に配置される。
【００２１】
なお、対物レンズ支持板５ａには、対物レンズ６ａ、６ｂの他に、さらに倍率の異なる対物レンズを多数備えてもよい。この場合は、結像レンズ支持板５ｂには、これら倍率の異なる対物レンズに対応する結像レンズが配置される。また、これら倍率の異なる対物レンズ６ａ（６ｂ）を用いる代わりに、対物レンズと結像レンズの間にズーム機構を設けるようにしてもよい。
【００２２】
一方、１０は光源で、この光源１０は、試料Ｓを照明するための照明光を発生するものである。光源１０から発せられる光の光路には、不図示の集光レンズを介してファイバー１１が配置されている。そして、このファイバー１１の出射端１１ａに対向する位置には、選択手段としての光学部材、ここでは、反射部材の反射ミラー１２ａ、１２ｂが配置されている。これら反射ミラー１２ａ、１２ｂは、図１（ｂ）に示すような関係で対物レンズ支持板５ａ上に配置されるもので、ここでは、図１（ａ）に示すように第１の観察光学系８が観察光軸ａ上に位置された状態で、反射ミラー１２ａがファイバー１１の出射端１１ａに対応し、図２（ａ）に示すように第２の観察光学系９が観察光軸ａ上に位置された状態で、反射ミラー１２ｂがファイバー１１の出射端１１ａに対応するようになっている。
【００２３】
ファイバー１１の出射端１１ａに対応した反射ミラー１２ａ（図１（ｂ）参照）の反射光路には、照明手段として集光レンズ１３を介してファイバー１４の入射端１４ａが配置されている。  
集光レンズ１３は、反射ミラー１２ａにより反射され光を集光して適切に整え、ファイバー１４の入射端１４ａに入射する。ファイバー１４は、入射端１４ａより入射された光を出射端１４ｂより所定の広がり角を持って出射する。この場合、ファイバー１４は、図１（ａ）に示すように出射端１４ｂより高倍の対物レンズ６ａの観察範囲を満たすような比較的狭い範囲で明るい光を出射するようになっている。
【００２４】
また、ファイバー１１の出射端１１ａに対応した反射ミラー１２ｂ（図２（ｂ）参照）の反射光路には、他の照明手段として集光レンズ１５を介してファイバー１６の入射端１６ａが配置されている。  
集光レンズ１５は、反射ミラー１２ｂにより反射され光を集光して適切に整え、ファイバー１６の入射端１６ａに入射する。ファイバー１６は、入射端１６ａより入射された光を出射端１６ｂより所定の広がり角を持って出射する。この場合、ファイバー１６は、図２（ａ）に示すように、出射端１６ｂより低倍の対物レンズ６ｂの観察範囲を満たすような広い範囲で照明光を出射するようになっている。
【００２５】
支柱４の先端には、支持部材１７を介して撮像手段としてＣＣＤカメラ１８が配置されている。ＣＣＤカメラ１８は、観察光軸ａ上に配置され、対物レンズ６ａ（６ｂ）、結像レンズ７ａ（７ｂ）を介して拡大された試料Ｓ上の像を撮像するようになっている。
【００２６】
このような構成において、いま、低倍観察を行なう場合、ターレット５を回転させ、低倍の対物レンズ６ｂと結像レンズ７ｂからなる第２の観察光学系９を観察光軸ａ上に位置させる（図２（ａ））。
【００２７】
この状態で、光源１０より照明光が発せられると、照明光は、不図示の集光レンズを介してファイバー１１に入射する。また、ファイバー１１の出射端１１ａから出射する光は、反射ミラー１２ｂで反射し、集光レンズ１５を介してファイバー１６の入射端１６ａに入射する。そして、出射端１６ｂから出射した光は、試料Ｓ上から照射される。この場合、出射端１６ｂから出射する光は、図２（ａ）に示すように低倍の対物レンズ６ｂにより観察される範囲を満たすような広がり角を有し、低倍観察に最適な広い照明範囲が得られる。
【００２８】
次に、高倍観察を行なう場合は、ターレット５を回転させ、高倍の対物レンズ６ａと結像レンズ７ａからなる第１の観察光学系８を観察光軸ａ上に位置させる（図１（ａ））。
【００２９】
この状態で、光源１０より発せられる照明光は、不図示の集光レンズを介してファイバー１１に入射する。また、ファイバー１１の出射端１１ａから出射する光は、反射ミラー１２ａで反射し、集光レンズ１３を介してファイバー１４の入射端１４ａに入射する。そして、出射端１４ｂから出射した光は、試料Ｓ上から照射される。この場合、出射端１４ｂから出射する光は、図１（ａ）に示すように高倍の対物レンズ６ａにより観察される範囲を満たすような広がり角を有し、高倍観察に最適な明るい照明範囲が得られる。
【００３０】
以下、同様にして、ターレット５を回転し、高倍の対物レンズ６ａと結像レンズ７ａからなる第１の観察光学系８又は低倍の対物レンズ６ｂと結像レンズ７ｂからなる第２の観察光学系９を選択的に観察光軸ａ上に位置させることで、これら低倍又は高倍観察に最適な照明条件による試料観察を行なうことができる。
【００３１】
したがって、このようにすれば、低倍又は高倍の対物レンズで観察するのに最適な照明条件を簡単に得ることができる。つまり、高倍の対物レンズ６ａを使用する場合は、ファイバー１４の出射端１４ｂより、高倍の対物レンズ６ａの観察範囲を満たすような広がり角を有する最適な明るさの照明を得ることができ、また、低倍の対物レンズ６ｂを使用する場合は、ファイバー１６の出射端１６ｂより低倍の観察範囲を満たすような広い範囲の照明を得ることができる。このことは、特に、高倍の対物レンズ６ａを使用しているような場合、観察像の明るさと両立しにくい、例えばφ５０ｍｍを超えるような広い範囲を照明するようなことも可能になる。また、このような照明条件の切り換えは、観察倍率、つまり倍率の異なる対物レンズ６ａ、６ｂの切換えに連動させることができるので、使用者は観察倍率を切り換えるだけの操作で、最適な照明条件を簡単に得ることができる。
【００３２】
また、各対物レンズ６ａ、６ｂに対する照明条件の設定は、ファイバー１４、１６を用いることから、簡単に微調整できるので、常に最適な照明条件を維持することができる。  なお、上述した実施の形態では、対物レンズ６ａ（６ｂ）により観察される範囲を最適に照明するために、ファイバー１４（１６）の出射端を最適な位置に設定するようにしたが、ファイバー出射端に集光レンズを配置し、照明範囲を設定するようにしても良い。
【００３３】
(第２の実施の形態)
次に、本発明の第２の実施の形態を説明する。
【００３４】
図３（ａ）（ｂ）は、第２の実施の形態が適用される顕徴鏡観察装置の概略構成を示すもので、図１と同一部分には同符号を付している。
【００３５】
この場合、対物レンズ支持板５ａ上に反射ミラー１２ｂに代わって設けられる光学部材としての反射ミラー２０は、ファイバー１１の出射端１１ａから出射される光の光軸ｌに沿って図示矢印方向に移動可能に設けられ、第１の位置Ａと第２の位置Ｂを選択できるようになっている。反射ミラー２０の第１の位置Ａでの反射光路には、照明手段として集光レンズ２１を介してファイバー２２の入射端２２ａが配置されている。また、反射ミラー２０の第２の位置Ｂでの反射光路には、他の照明手段として集光レンズ２３を介してファイバー２４の入射端２４ａが配置されている。
【００３６】
ファイバー２２は、出射端２２ｂが環状に形成され、この環状の出射端２２ｂの全体から光を出射するようになっている。そして、この環状の出射端２２ｂは、試料Ｓの上方に配置され、出射端２２ｂ全体から出射する光により試料Ｓ全体を略均一に照明できるようになっている。また、ファイバー２４は、入射端２４ａより入射された光を出射端２４ｂより所定の広がり角を持って、所定方向から試料Ｓに向け出射するようになっている。
【００３７】
このような構成によると、反射ミラー２０を移動して第１の位置Ａを選択すれば、光源１０より発せられた照明光は、反射ミラー２０で反射し、集光レンズ２１を介してファイバー２２に導入され、環状の出射端２２ｂ全体から出射する光により試料Ｓ全体を略均一に照明することができる。また、第２の位置Ｂを選択すれば、光源１０より発せられた照明光は、反射ミラー２０で反射し、集光レンズ２３を介してファイバー２４に導入され、出射端２４ｂから出射する光により試料Ｓの広い範囲を所定方向から照明することができる。
【００３８】
これにより、試料Ｓ全体を均一に照明する場合と、試料Ｓを所定方向から広い範囲にわたって照明する場合とで、試料Ｓ上に異なる影（観察状態）が得られるようになり、これら異なる観察状態の下での顕微鏡観察を行なうことができる。
【００３９】
(第３の実施の形態)
次に、本発明の第３の実施の形態を説明する。
【００４０】
図４（ａ）（ｂ）は、第３の実施の形態が適用される顕徴鏡観察装置の概略構成を示すもので、図３と同一部分には同符号を付している。
【００４１】
この場合、対物レンズ支持板５ａ上には、ファイバー１１の出射端１１ａから出射される照明光の光軸、つまり照明光軸ｌ上の第１の位置Ａと第２の位置Ｂに、それぞれ光学部材としての反射ミラー３１ａ、３１ｂが配置されている。これら反射ミラー３１ａ、３１ｂは、それぞれ図示矢印方向に移動可能で照明光軸ｌに対して挿脱可能になっている。そして、反射ミラー３１ａが照明光軸ｌ上の第１の位置Ａに挿入された状態で、反射ミラー３１ａの反射光路には、照明手段としての集光レンズ２１を介してファイバー２２の入射端２２ａが配置されている。また、反射ミラー３１ｂが照明光軸ｌ上の第２の位置Ｂに挿入された状態で、反射ミラー３１ｂの反射光路には、他の照明手段としての集光レンズ２３を介してファイバー２４の入射端２４ａが配置されている。
【００４２】
また、照明光軸ｌ上には、他の光学部材としてのハーフミラー(またはダイクロイックミラー)３２が配置されている。このハーフミラー３２は、ターレット５の対物レンズ６ｂと結像レンズ７ｂとの間で、照明光軸ｌと観察光軸ａの交点に対し挿脱可能に配置されるもので、反射ミラー３１ａ、３１ｂがいずれも照明光軸ｌから退避された状態で、照明光軸ｌの照明光が入射され、この照明光を反射し、観察光軸ａに沿って対物レンズ６ｂを介して試料Ｓの上方から照射させる。また、ハーフミラー３２は、試料Ｓからの反射光を透過し、結像レンズ７ｂを介してＣＣＤカメラ１８に入射させる。なおハーフミラー３２は、十分な明るさの観察像が得られるのであれば、照明光軸ｌから退避させる必要はない。
【００４３】
このような構成によると、反射ミラー３１ａを照明光軸ｌ上の第１の位置Ａに挿入すれば、光源１０より発せられた照明光は、反射ミラー３１ａで反射し、集光レンズ２１を介してファイバー２２に導入され、環状の出射端２２ｂ全体から出射する光により試料Ｓ全体を均一に照明することができる。また、反射ミラー３１ｂを照明光軸ｌ上の第２の位置Ｂに挿入すれば、照明光は、反射ミラー３１ｂで反射し、集光レンズ２３を介してファイバー２４に導入され、出射端２４ｂから出射する光により試料Ｓを所定方向から照明することができる。さらに、反射ミラー３１ａ、３１ｂの両方を照明光軸ｌから退避させると、光源１０より発せられた照明光は、ハーフミラー３２で反射し、対物レンズ６ｂを介して試料Ｓに上方から照射される。
【００４４】
したがって、このようにすれば、反射ミラー３１ａ、３１ｂ及びハーフミラー３２の照明光軸ｌへの選択的な挿脱により、異なる照明条件を得ることができる。この場合、反射ミラー３１ａ、３１ｂの挿脱によって、第２の実施の形態で述べたと同様な効果を得られる。
【００４５】
また、ハーフミラー３２により対物レンズ６ｂを介して試料Ｓの真上から照明する同軸照明を得られるので、観察方向に対し影がつきにくい照明による観察を行なうこともできる。  
さらに、ファイバー１１を介して照射される照明光を適切に設定しておけば、仮に、対物レンズ６ｂと結像レンズ７ｂの間に、ズーム機構が設けられズーム作動が行われても、適切な照明を得ることができる。
【００４６】
なお、本発明は、上記実施の形態に限定されるものでなく、実施段階では、その要旨を変更しない範囲で種々変形することが可能である。例えば、上述した実施の形態では、照明光を試料まで導く手段としてファイバーを用いているが、反射部材やリレーレンズなどの光学部材を使用しても同様の効果が得られる。また、上述した実施の形態では、顕微鏡観察装置として、光源から試料を照明する照明光を発生するものについて述べたが、例えば、蛍光観察装置に適用することもできる。この場合、光源として、例えばレーザ光源を用い、このレーザ光源よりレーザ光の励起光を発生させ、この励起光を試料まで導いて蛍光を励起し、この励起された蛍光をＣＣＤカメラなどで撮像するようになる。この場合、レーザ光源には、所定波長のレーザ光を発生させるため励起フィルターなどが内蔵される。このような蛍光観察装置についても、第１〜３の実施の形態で述べたのと同様な構成により実現できる。
【００４７】
さらに、上記実施の形態には、種々の段階の発明が含まれており、開示されている複数の構成要件における適宜な組み合わせにより種々の発明が抽出できる。例えば、実施の形態に示されている全構成要件から幾つかの構成要件が削除されても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題を解決でき、発明の効果の欄で述べられている効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成が発明として抽出できる。
【００４８】
なお、上述した実施の形態には、以下の発明も含まれる。
【００４９】
（１）請求項４記載の観察装置において、前記複数の照明手段は、さらに前記試料全体に対し光を照射する手段を有することを特徴としている。
【００５０】
（２）請求項４記載の観察装置において、前記複数の照明手段は、前記試料に対し光を照射する手段としてファイバーを用いたことを特徴としている。
【００５１】
（３）請求項１乃至５のいずれかに記載の観察装置において、前記光源は、照明光を発生することを特徴としている。
【００５２】
（４）請求項１乃至５のいずれかに記載の観察装置において、前記光源は、励起光を発生することを特徴としている。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明の第１の実施の形態の概略構成を示す図。
【図２】第１の実施の形態の概略構成を示す図。
【図３】本発明の第２の実施の形態の概略構成を示す図。
【図４】本発明の第３の実施の形態の概略構成を示す図。
【符号の説明】
【００５４】
Ｓ…試料、ａ…観察光軸、ｌ…照明光軸
１…ベース、１ａ…第１ベース、１ｂ…第２ベース
２…間隔部材、３…ステージ
４…支柱、５…ターレット
５ａ…対物レンズ支持板、５ｂ…結像レンズ支持板
６ａ．６ｂ…対物レンズ、７ａ．７ｂ…結像レンズ
８…第１の観察光学系、９…第２の観察光学系
１０…光源、１１…ファイバー
１１ａ…出射端、１２ａ．１２ｂ…反射ミラー
１３…集光レンズ、１４…ファイバー
１４ａ…入射端、１４ｂ…出射端
１５…集光レンズ、１６…ファイバー
１６ａ…入射端、１６ｂ…出射端
１７…支持部材、１８…ＣＣＤカメラ
２０…反射ミラー、２１…集光レンズ
２２…ファイバー、２２ａ…入射端
２２ｂ…出射端、２３…集光レンズ
２４…ファイバー、２４ａ…入射端、２４ｂ…出射端
３１ａ．３１ｂ…反射ミラー、３２…ハーフミラー
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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