(57)【要約】【課題】発光体から発せられる光を高効率で出射させることの可能な光学装置を提供する。【解決手段】楕円柱部１と、楕円柱部１の第一焦点位置Ｆ１近傍に設けられた発光体格納部２と、楕円柱部１の第二焦点位置Ｆ２近傍に設けられた錐形状反射部３と、楕円柱部１の側面１ｂ、並びに上方及び下方に位置する面１ａ、１ｃに夫々設けられた反射手段４（４ａ、４ｂ、４ｃ）と、反射手段４が設けられている面のうち、錐形状反射部３に対向する面に開口部５が形成されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
楕円柱部と、
前記楕円柱部の第一焦点位置近傍に設けられた発光体格納部と、
前記楕円柱部の第二焦点位置近傍に設けられた錐形状反射部と、
前記楕円柱部の側面、並びに上方及び下方に位置する面に夫々設けられた反射手段と、
前記反射手段が設けられている面のうち、前記錐形状反射部と対向する面に開口部が形成されていることを特徴とする光学装置。
【請求項２】
前記楕円柱部が、楕円柱形状の透明体で構成されていることを特徴とする請求項１に記載の光学装置。
【請求項３】
前記錐形状反射部が、前記楕円柱形状の透明体の裏面から錐形状に窪ませて形成した穴に反射物質をコーティングして構成されていることを特徴とする請求項２に記載の光学装置。
【請求項４】
前記反射手段が、前記楕円柱形状の透明体の側面及び裏面に反射物質をコーティングしてなる第１及び第２の反射面と、前記楕円柱形状の透明体の上方において光を該楕円柱形状の透明体へ向けて反射する第３の反射面とからなり、
前記第３の反射面が、前記楕円柱形状の透明体の上面全体を覆うことができる大きさを有して、該楕円柱形状の透明体とは別体の板状部材に設けられ、
前記開口部が、前記第３の反射面に設けられていることを特徴とする請求項２又は３に記載の光学装置。
【請求項５】
前記発光体格納部が、発光体を格納可能な大きさの窪みで構成されていることを特徴とする請求項２〜４のいずれかに記載の光学装置。
【請求項６】
前記発光体格納部が、発光体を収容する透明容器を格納可能な大きさの窪みで構成されていることを特徴とする請求項２〜４のいずれかに記載の光学装置。
【請求項７】
前記楕円柱部が、矩形板状部材に形成された楕円柱形状の窪みと、前記楕円柱形状の窪みの上部全体を塞ぐことができるように構成された板状部材とに囲まれて構成されていることを特徴とする請求項１に記載の光学装置。
【請求項８】
前記錐形状反射部が、錐形状の突起の表面に反射物質をコーティングして構成されていることを特徴とする請求項７に記載の光学装置。
【請求項９】
前記反射手段が、前記楕円柱形状の窪みの側面及び底面に反射物質をコーティングしてなる第１及び第２の反射面と、前記矩形板状部材の上方において光を該矩形板状部材へ向けて反射する第３の反射面とからなり、
前記第３の反射面が、前記楕円柱形状の窪みの上部全体を塞ぐことができる大きさを有して、前記板状部材に設けられ、
前記開口部が、前記第３の反射面に設けられていることを特徴とする請求項７又は８に記載の光学装置。
【請求項１０】
前記矩形板状部材が透明体で構成され、
前記反射手段が、前記楕円柱形状の窪みの側面及び前記矩形板状の透明体の裏面に反射物質をコーティングしてなる第１及び第２の反射面と、前記矩形板状の透明体の上方において光を該矩形板状の透明体へ向けて反射する第３の反射面とからなり、
前記第３の反射面が、前記楕円柱形状の窪みの上部全体を塞ぐことができる大きさを有して、前記板状部材に設けられ、
前記開口部が、前記第３の反射面に設けられていることを特徴とする請求項７又は８に記載の光学装置。
【請求項１１】
前記発光体格納部が、前記楕円柱形状の窪みにおける第一焦点位置に配置された、発光体を収容する透明容器で構成されていることを特徴とする請求項７〜１０のいずれかに記載の光学装置。
【請求項１２】
前記楕円柱部が、矩形板状の透明体に設けられた、楕円環状溝に囲まれた部分で構成されていることを特徴とする請求項１に記載の光学装置。
【請求項１３】
前記錐形状反射部が、前記矩形板形状の透明体の裏面から錐形状に窪ませて形成した穴に反射物質をコーティングして構成されていることを特徴とする請求項１２に記載の光学装置。
【請求項１４】
前記反射手段が、前記楕円環状溝に設けられた第１の反射面と、前記矩形板状の透明体の裏面に反射物質をコーティングしてなる第２の反射面と、前記矩形板状の透明体の上方において光を該矩形板状の透明体へ向けて反射する第３の反射面とからなり、
前記第３の反射面が、前記矩形板状の透明体の上面における前記楕円環状溝に囲まれた部分全体を覆うことができる大きさを有して、該矩形板状の透明体とは別体の板状部材に設けられ、
前記開口部が、前記第３の反射面に設けられていることを特徴とする請求項１２又は１３に記載の光学装置。
【請求項１５】
前記発光体格納部が、前記楕円環状溝に設けられた第１の反射面による第一焦点位置に配置された、発光体を格納可能な大きさの窪みで構成されていることを特徴とする請求項１２〜１４のいずれかに記載の光学装置。
【請求項１６】
前記発光体格納部が、前記楕円環状溝に設けられた第１の反射面による第一焦点位置に配置された、発光体を収容する透明容器を格納可能な大きさの窪みで構成されていることを特徴とする請求項１２〜１４のいずれかに記載の光学装置。
【請求項１７】
更に、前記開口部の上方に、蛍光と励起光のうちの一方を透過し他方を透過する、光路分割手段を備えたことを特徴とする請求項１〜１６のいずれかに記載の光学装置。
【請求項１８】
更に、前記反射手段が設けられている面のうち、前記楕円柱部の上方に位置する面における前記発光体格納部に対応する箇所に設けられた、該発光体格納部の最大径部と略同じ大きさの径を持つ開口部を有することを特徴とする請求項１〜１６のいずれかに記載の光学装置。
【請求項１９】
前記発光体が、自家発光する試料である請求項１〜１６のいずれかに記載の光学装置。
【請求項２０】
前記発光体が、励起光を照射されることにより蛍光を発する試料である請求項１７又は１８に記載の光学装置。
【請求項２１】
前記発光体が、光源であり、
更に、前記発光体格納部の前記窪みと、前記板状部材における該発光体格納部に対応する箇所に、夫々前記光源の電極部を通す穴を備えたことを特徴とする請求項４、５、１４、１５のいずれかに記載の光源装置。
【請求項２２】
前記楕円柱部における前記上方に位置する面が、前記第一焦点位置から前記第二焦点位置に向かう直線方向に沿って前記下方に位置する面から離れるように傾斜していることを特徴とする請求項１〜２１のいずれかに記載の光学装置。
【請求項２３】
前記錐形状反射部が円錐形状に形成されていることを特徴とする請求項１〜２２のいずれかに記載の光学装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、生体試料から発せられる微弱な蛍光や発光を検出する装置や、拡散光を発する光源からの光を所定箇所に集中して照射する装置に好適な光学装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、試料から発せられる微弱な蛍光や発光を検出するために用いる装置として、例えば、次の特許文献１に記載の装置が開示されている。
【特許文献１】特表２００６−５０４１０２号公報
【０００３】
図１０は特許文献１に記載されている装置の要部概略構成を示す説明図である。
図１０の装置は、複数の楕円鏡５１と、複数の導波路５４および検出器５３を備えている。複数の楕円鏡５１は前方列（検出器５３に近い側の列）と、後方列（検出器５３から遠い側の列）に別れている。また、各楕円鏡５１の第一焦点位置ＦＡ近傍には、発光体５２が配置されている。ここで、検出器５３に近い側の列では、楕円鏡５１の第二焦点位置ＦＢ近傍に検出器５３が位置している。一方、検出器５３から遠い側の列では、楕円鏡５１の第二焦点位置ＦＢ近傍に導波路５４が配置されている。そして、導波路５４の他端は検出器５３側に位置している。
【０００４】
このような構成により、図１０の装置では、発光体５２から発せられる光のうち、楕円鏡５１に向かう光は反射面５１ａで反射される。反射された光は、直接検出器５３に導かれるか、あるいは導波路５４を介して検出器５３に導かれる。このようにして、発光体５２から発せられる光を、検出器５３で検出できる。
【０００５】
また、光源からの光を所定箇所に照射するための装置として、例えば、次の特許文献２に記載の装置が開示されている。特許文献２に記載の装置では、拡散光を発する光源からの光を、所定箇所に集中して照射するようになっている。
【特許文献２】特開平７−１９１４０７号公報
【０００６】
図１１は特許文献２に記載されている装置の要部概略構成を示す説明図である。
図１１の装置は、楕円鏡６１と、ランプ６２と、球面鏡６３とコリメータレンズ６４を備えている。ランプ６２は発光部６２ａを有し、楕円鏡６１の第一焦点位置ＦＡ’に発光部６２ａが配置されている。曲率中心が第一焦点位置ＦＡ’にあり、且つ中央部に孔部６３ａを有している。ここで、球面鏡６３の曲率半径は、楕円鏡の第一焦点位置ＦＡ’と第二焦点位置ＦＢ’との間隔以下になっている。ランプ６２から楕円鏡６１で反射した光は、第二焦点位置ＦＢ’で収束した後発散する。コリメータレンズ６４は、この発散した光束を、平行光束または収束する光束にするために用いられる。そして、図１１の装置は、このような構成において、ＮＡ変換板６５を、ランプ６２とコリメータレンズ６４間の光束中に備えている。ＮＡ変換板６５は、入射する光束を微小領域に分割するものである。更に、ＮＡ変換板６５は、個々の微小領域のＮＡが、第二焦点位置ＦＢ’に収束する光束中の影部６８，６９のうち最大の影部６９のＮＡよりも大きくなるような光学素子として機能する。
図１１に示した装置では、ＮＡ変換板６５をランプ６２とコリメータレンズ６４間の光束中に配置している。このようにすることで、ランプ６２の封入部６２ｄの影部６８の周辺の光束や、電極６２ｂ，６２ｃの影部６９の周辺の光束を微小領域に分割している。そして、各々の領域中の光束のＮＡを拡大することができるようにして、投射レンズ６７に入射する光束径を小さくしている。その結果、図１１に示した装置では、発光光の利用効率、投射レンズの通過効率を高めている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、特許文献１に記載の装置では、発光体５２から発せられた光のうち、楕円鏡５１で反射されることなく検出器５３側に向かう光は、広範囲に拡散してしまう。このため、これらの光を検出するためには、検出器５３の面積を大きくしなければならない。また、複数個の発光体５３を図１１のように複数列配置した場合には、後方列の発光体５２から発せられた光のうち、楕円鏡５１で反射されることなく検出器５３側に向かう光が前方列の楕円鏡５１で遮られてしまう。
このため、特許文献１に記載の装置では、発光体や蛍光体から発せられる光を効率よく集光することができない。
【０００８】
また、特許文献２に記載の装置では、ランプ６２の発光部６２ａから電極６２ｂと電極６２ｃとを結ぶ方向に対して大きな角度をなす方向に発散する光は、所定の領域に集光することができる。しかしながら、電極６２ｂと電極６２ｃとを結ぶ方向に略沿うような角度で発散する光は、電極６２ｂ，６２ｃで遮られてしまい、光量のロスは避けられない。
【０００９】
さらに、従来は、一般に用いられる拡散光を発する既存の光源を用いて、簡単に、所定の領域にのみ強い光を集中させて照射することができる装置が存在しなかった。
【００１０】
このように、従来は、試料から発せられる微弱な蛍光や発光を検出する場合や、拡散光を発する光源からの光を所定箇所に集中して照射する場合などに、拡散光を発する発光体からの光を光量のロスを極力少なくして高効率で狭い領域に集中させることができなかった。
【００１１】
本発明は、上記従来の課題に鑑みてなされたものであり、発光体から発せられる光を高効率で出射させることの可能な光学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】
【００１２】
上記目的を達成するため、本発明による光学装置は、楕円柱部と、前記楕円柱部の第一焦点位置近傍に設けられた発光体格納部と、前記楕円柱部の第二焦点位置近傍に設けられた錐形状反射部と、前記楕円柱部の側面、並びに上方及び下方に位置する面に夫々設けられた反射手段と、前記反射手段が設けられている面のうち、前記錐形状反射部と対向する面に開口部が形成されていることを特徴としている。
【００１３】
また、本発明の光学装置においては、前記楕円柱部が、楕円柱形状の透明体で構成されているのが好ましい。
【００１４】
また、本発明の光学装置においては、前記錐形状反射部が、前記楕円柱形状の透明体の裏面から錐形状に窪ませて形成した穴に反射物質をコーティングして構成されているのが好ましい。
【００１５】
また、本発明の光学装置においては、前記反射手段が、前記楕円柱形状の透明体の側面及び裏面に反射物質をコーティングしてなる第１及び第２の反射面と、前記楕円柱形状の透明体の上方において光を該楕円柱形状の透明体へ向けて反射する第３の反射面とからなり、前記第３の反射面が、前記楕円柱形状の透明体の上面全体を覆うことができる大きさを有して、該楕円柱形状の透明体とは別体の板状部材に設けられ、前記開口部が、前記第３の反射面に設けられているのが好ましい。
【００１６】
また、本発明の光学装置においては、前記発光体格納部が、発光体を格納可能な大きさの窪みで構成されているのが好ましい。
【００１７】
また、本発明の光学装置においては、前記発光体格納部が、発光体を収容する透明容器を格納可能な大きさの窪みで構成されているのが好ましい。
【００１８】
また、本発明の光学装置においては、前記楕円柱部が、矩形板状部材に形成された楕円柱形状の窪みと、前記楕円柱形状の窪みの上部全体を塞ぐことができるように構成された板状部材とに囲まれて構成されているのが好ましい。
【００１９】
また、本発明の光学装置においては、前記錐形状反射部が、錐形状の突起の表面に反射物質をコーティングして構成されているのが好ましい。
【００２０】
また、本発明の光学装置においては、前記反射手段が、前記楕円柱形状の窪みの側面及び底面に反射物質をコーティングしてなる第１及び第２の反射面と、前記矩形板状部材の上方において光を該矩形板状部材へ向けて反射する第３の反射面とからなり、前記第３の反射面が、前記楕円柱形状の窪みの上部全体を塞ぐことができる大きさを有して、前記板状部材に設けられ、前記開口部が、前記第３の反射面に設けられているのが好ましい。
【００２１】
また、本発明の光学装置においては、前記矩形板状部材が透明体で構成され、前記反射手段が、前記楕円柱形状の窪みの側面及び前記矩形板状の透明体の裏面に反射物質をコーティングしてなる第１及び第２の反射面と、前記矩形板状の透明体の上方において光を該矩形板状の透明体へ向けて反射する第３の反射面とからなり、前記第３の反射面が、前記楕円柱形状の窪みの上部全体を塞ぐことができる大きさを有して、前記板状部材に設けられ、前記開口部が、前記第３の反射面に設けられているのが好ましい。
【００２２】
また、本発明の光学装置においては、前記発光体格納部が、前記楕円柱形状の窪みにおける第一焦点位置に配置された、発光体を収容する透明容器で構成されているのが好ましい。
【００２３】
また、本発明の光学装置においては、前記楕円柱部が、矩形板状の透明体に設けられた、楕円環状溝に囲まれた部分で構成されているのが好ましい。
【００２４】
また、本発明の光学装置においては、前記錐形状反射部が、前記矩形板形状の透明体の裏面から錐形状に窪ませて形成した穴に反射物質をコーティングして構成されているのが好ましい。
【００２５】
また、本発明の光学装置においては、前記反射手段が、前記楕円環状溝に設けられた第１の反射面と、前記矩形板状の透明体の裏面に反射物質をコーティングしてなる第２の反射面と、前記矩形板状の透明体の上方において光を該矩形板状の透明体へ向けて反射する第３の反射面とからなり、前記第３の反射面が、前記矩形板状の透明体の上面における前記楕円環状溝に囲まれた部分全体を覆うことができる大きさを有して、該矩形板状の透明体とは別体の板状部材に設けられ、前記開口部が、前記第３の反射面に設けられているのが好ましい。
【００２６】
また、本発明の光学装置においては、前記発光体格納部が、前記楕円環状溝に設けられた第１の反射面による第一焦点位置に配置された、発光体を格納可能な大きさの窪みで構成されているのが好ましい。
【００２７】
また、本発明の光学装置においては、前記発光体格納部が、前記楕円環状溝に設けられた第１の反射面による第一焦点位置に配置された、発光体を収容する透明容器を格納可能な大きさの窪みで構成されているのが好ましい。
【００２８】
また、本発明の光学装置においては、更に、前記開口部の上方に、蛍光と励起光のうちの一方を透過し他方を透過する、光路分割手段を備えるのが好ましい。
【００２９】
また、本発明の光学装置においては、更に、前記反射手段が設けられている面のうち、前記楕円柱部の上方に位置する面における前記発光体格納部に対応する箇所に設けられた、該発光体格納部の最大径部と略同じ大きさの径を持つ開口部を有するのが好ましい。
【００３０】
また、本発明の光学装置においては、前記発光体として、自家発光する試料が適用できる。
【００３１】
また、本発明の光学装置においては、前記発光体として、励起光を照射されることにより蛍光を発する試料が適用できる。
【００３２】
また、本発明の光学装置においては、前記発光体として、光源が適用できる。その場合、更に、前記発光体格納部の前記窪みと、前記板状部材における該発光体格納部に対応する箇所に、夫々前記光源の電極部を通す穴を備えるのが好ましい。
【００３３】
また、本発明の光学装置においては、前記楕円柱部における前記上方に位置する面が、前記第一焦点位置から前記第二焦点位置に向かう直線方向に沿って前記下方に位置する面から離れるように傾斜しているのが好ましい。
【００３４】
また、本発明の光学装置においては、前記錐形状反射部が円錐形状に形成されているのが好ましい。
【発明の効果】
【００３５】
本発明の光学装置によれば、発光体から発せられる光を高効率で集光、あるいは出射させることの可能な光学装置が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３６】
図１は本発明の一実施形態にかかる光学装置の原理説明図であって、(a)は上面図、(b)は(a)のＡ−Ａ断面図である。図２は図１に示した実施形態の変形例の光学装置の概略構成を示す断面図である。
【００３７】
本実施形態の光学装置は、楕円柱部１と、発光体格納部２と、円錐形状反射部３と、反射手段４と、開口部５とを有している。
【００３８】
楕円柱部１は、内部に透明媒質を有している。透明媒質としては、楕円柱部の内部が中空の場合、その空間に充填された気体（例えば、空気）がある。また、楕円柱部の内部が中空でない場合、透明媒質は屈折率ｎが１よりも大きい透明素材であればよい。
【００３９】
発光体格納部２は、楕円柱部１における第一焦点位置Ｆ１近傍に配置されている。
【００４０】
円錐形状反射部３は、楕円柱部１における第二焦点位置Ｆ２近傍に配置されている。
反射手段４（４ｂ，４ａ，４ｃ）は、楕円柱部１の側面１ｂ並びに、上方及び下方に位置する面１ａ，１ｃに夫々設けられており、光を楕円柱部１の内部へ向けて反射する。
【００４１】
開口部５は、円錐形状反射部３の頂部３ｂと対向する位置に設けられている。図１では、面１ａ，１ｂ，１ｃのうち、楕円柱部１の上方に位置する面１ａに設けられている。また、開口部５は、円錐形状反射部３の底部３ａと略同じ大きさの径を有している。
【００４２】
前述のように、第一焦点位置Ｆ１近傍には、発光体格納部２が配置されている。この発光体格納部２には発光体が格納されている。発光体から発する光は、あらゆる方向（３６０度）へ発する。これらの光は反射手段４ｂ，４ｃ，４ｃを介して、楕円柱部１の内部での反射を繰り返す。そして、繰り返し反射された光は、第二焦点位置Ｆ２に到達する。
詳しくは、発光体格納部２から発する光のうち、楕円柱部１の側面１ｂに向かう光は、反射手段４ｂで反射されて第二焦点位置Ｆ２に向かう。また、楕円柱部１の上方及び下方に位置する面１ａ，１ｃに向かう光は、夫々設けられた反射手段４ａ，４ｃの間で反射を繰り返し、楕円柱部１の側面１ｂ又は第二焦点位置Ｆ２に到達する。このように、１回の反射あるいは反射を繰り返すことにより、発光体から出射したほぼ全ての光が、最終的に第二焦点位置Ｆ２に到達することになる。
第二焦点位置Ｆ２に到達した光は、円錐形状反射部３で反射される。そして、円錐形状反射部３で反射された光のうち、所定の光が開口部５を通過して外部に出射される。
【００４３】
このように、本実施形態の光学装置では、発光体からの光は楕円柱部１の周囲に設けられた反射手段４ａ，４ｂ，４ｃで反射を繰り返し、円錐形状反射部３に集まる。そして、円錐形状反射部３で反射され、開口部５を経て外部に出射される。このため、本実施形態の光学装置によれば、発光体から発せられる光を、高効率で集光し、集光した光を所定の方向に出射させることができる。また、開口部５の上方に配置する検出手段として、検出面の小さい検出手段を用いることができる。その際、発光体から発せられる光を、高効率で検出することができる。
【００４４】
なお、本実施形態では、第二焦点位置Ｆ２近傍に配置する反射部の形状を円錐状としたのは、発光体からの光を極力効率的に上方の開口部５へ向けて反射することができるからである。すなわち、発光体からの光は、楕円柱部１の周囲に設けられた反射手段４ａ，４ｂ，４ｃで反射される。反射された光は面１ａ，１ｃに沿う方向に進行して、第二焦点位置Ｆ２に向かう。その結果、円錐形状反射部３には、３６０度の方向から光が到達する。ここで、反射部の形状を円錐状すれば、この到達した光を、面１ａ，１ｃと直交する方向、すなわち開口部５へ向けることができる。このようにすることで、発光体からの光を、極力効率的に上方の開口部５へ向けて反射することができるからである。だたし、反射部の形状は、３６０度の方向からの入射光を開口部５へ向けて反射できる形状であれば、円錐状に限定されず、例えば、三角錐や四角錐などの錐形状であってもよい。
【００４５】
なお、本実施形態の光源装置において、発光体としては、蛍光を発する試料あるいは光源が適用できる。
【００４６】
ここで、発光体が蛍光を発する試料である場合は、開口部の上方に光路分割手段（図１においては不図示）を備えるとよい。この光路分割手段は、蛍光と励起光のうちの一方を透過し他方を透過するものである。
【００４７】
このようにすれば、発蛍光と励起光を分離することができるので、本実施形態の光学装置を蛍光顕微鏡や蛍光内視鏡等の装置に用いることができる。
【００４８】
また、発光体が蛍光を発する試料である場合は、所定の位置に、発光体格納部２の最大径部と略同じ大きさの径を持つ開口部（図１においては不図示）を有するようにしてもよい。この所定の位置は、面４ａにおける発光体格納部２と対向する位置と面４ｃにおける発光体格納部２と対向する位置の少なくとも一方の位置である。
【００４９】
このようにすれば、発光体１を交換することができるので、本実施形態の光学装置を蛍光顕微鏡あるいはフローサイトメータ等の装置に用いることができる。そして、このような装置においても、試料から発せられる蛍光についても高効率で集光させることができる。また、開口部５の上方に配置する検出手段として、検出面の小さい検出手段を用いることができる。その際、発光体から発せられる光を、ロスが極めて少なく抑えて、高効率で検出することができる。
【００５０】
また、本実施形態の光学装置においては、図２に示すように、楕円柱部１の断面形状がクサビ状となるようにするのが良い。すなわち、楕円柱部１における上方に位置する面１ａが、第一焦点位置Ｆ１から第二焦点位置Ｆ２に向かう直線方向に沿って、下方に位置する面１ｃから離れるように傾斜するようにすると更に良い。このようにすれば、面１ａ及び面１ｃでの光の反射角度θが、第二焦点位置Ｆ２に向かうに従って大きくなる。その結果、円錐形状反射部３で反射される光の方向を垂直方向に近付け易くなるので、出射光の指向性を高くすることができる。
【００５１】
実施例１
図３は本発明の実施例１にかかる光学装置の概略構成を示す説明図であり、(a)は上面図、(b)は分解斜視図である。図４は図３の光学装置の裏面側を示す図であって、裏面側を斜め方向から見たときの円錐形状反射部の形状を示す説明図である。
【００５２】
実施例１の光学装置は、楕円柱部１１と、発光体格納部１２と、円錐形状反射部１３と、反射手段１４と、開口部１５とを有している。
【００５３】
楕円柱部１１は、楕円柱形状に形成された透明体で構成されている。楕円柱部１１に用いられる材料としては、例えば、硝子や透明樹脂等の透明素材がある。また、楕円柱部１１は、上面１１ａ、側面１１ｂ及び裏面１１ｃを有する。上面１１ａ及び裏面１１ｃは楕円形状となっている。また、側面１１ｂの形状は帯状であって、一端が上面１１ａの外周と接し、他端が裏面１１ｃの外周と接している。
【００５４】
発光体格納部１２は、楕円柱部１１における第一焦点位置Ｆ１近傍に配置されている。発光体格納部１２は、楕円柱部１１の上面１１ａ側から裏面１１ｃに向かって形成された凹形状となっている。この凹形状の部分に、発光体が格納可能となっている。
【００５５】
円錐形状反射部１３は、楕円柱部１１における第二焦点位置Ｆ２近傍に配置されている。円錐形状反射部１３は、図４に示すように、楕円柱部１１の裏面１１ｃ側から上面１１ａに向かって形成された凹形状となっている。この凹形状は、円錐形状の窪んだ穴になっている。そして、この穴の円錐面に、反射部材がコーティングされている。
【００５６】
反射手段１４は、反射面１４ｂ，１４ｃと、反射面１４ａを有する反射板１４ａ’とで構成されている。
反射面１４ｂ，１４ｃは、楕円柱部１１の側面１１ｂ及び裏面１１ｃに反射物質がコーティングされて構成されている。楕円柱部１１の上面１１ａには反射物質はコーティングされておらず、それに代わるものとして反射板１４ａ’が用意されている。
【００５７】
反射板１４ａ’は、楕円柱部１１とは別体に構成されている。また、反射板１４ａ’は、楕円柱部１１の上面１１ａと同一の楕円形状に形成されていて、楕円柱部１１の上面１１ａ全体を覆うことができるようになっている。
【００５８】
開口部１５は、反射板１４ａ’に設けられている。開口部１５の位置は、円錐形状反射部１３に対応する位置である。
【００５９】
次に、実施例１の光学装置の作用について説明する。発光体格納部１２に発光体を格納する。そして、反射板１４ａ’で楕円柱形状の透明体１１の上面１１ａ全面を覆う。このようにすると、発光体から発する光は、第一実施形態の光学装置と同様、あらゆる方向へ向かう。これらの光は、楕円柱部１１の周囲に設けられた反射面１４ａ，１４ｂ，１４ｃを介して、楕円柱形状の透明体１１の内部での反射を繰り返す。そして、反射を繰り返した光は、第二焦点位置Ｆ２に到達する。
第二焦点位置Ｆ２に到達した光は、円錐形状反射部１３で反射される。そして、円錐形状反射部１３で反射された光が開口部１５を通過して外部に出射される。
【００６０】
このように、実施例１の光学装置によれば、発光体から発せられる光を、高効率で出射させることができる。よって、検出手段として検出面の小さい検出手段を用いても、発光体から発せられる光を、ロスが極めて少なく抑えて、高効率に検出することができる。
【００６１】
なお、発光体格納部１２は、楕円柱部１１の裏面１１ｃ側から上面１１ａに向かって形成されていても良い。この場合、上面１１ａ側に反射物質をコーティングする。一方、裏面１１ｃ側に反射板を設けることになる。
【００６２】
あるいは、楕円柱部１１の上面１１ａから裏面１１ｃまで、貫通孔を形成されていても良い。この場合、上面１１ａ側と裏面１１ｃ側の各々に、反射板を設けることになる。
【００６３】
なお、楕円柱部１１の上面１１ａと裏面１１ｃに反射物質をコーティングしておいて、凹部の上方、あるいは貫通孔の上下に反射板を設けても良い。
【００６４】
実施例２
図５は本発明の実施例２にかかる光学装置の概略構成を示す説明図であり、(a)は上面図、(b)は分解斜視図である。
【００６５】
実施例２の光学装置は、楕円柱部１１と、発光体格納部１２’と、円錐形状反射部１３と、反射手段１４と、開口部１５とを有している。本実施例でも、発光体格納部１２’は、楕円柱部１１の上面１１ａ側から裏面１１ｃに向かって形成された凹形状となっている。ただし、本実施例では、発光体格納部１２’に格納可能な透明容器１６を有する。
その他の構成は、実施例１の光学装置と略同じである。
【００６６】
実施例２の光学装置によれば、発光体格納部１２’に対して透明容器１６が挿脱可能になっている。よって、透明容器１６で発光体となる試料を保持することで、発光体格納部１２’と発光体となる試料が直接的に接触しない。このため、異なる発光体からの発光を検出する場合に、透明容器１６を交換するだけで良い。これにより、交換の都度、発光体格納部１２’の内部を掃除しないで済むので、操作者の手間が省ける。
【００６７】
なお、発光体格納部１２’および透明容器１６としては、図５に示すような形状のものに限定されない。例えば、発光体格納部１２’を貫通孔としておき、透明容器１６を流路を設けた透明容器（図５において不図示）を用いてもよい。このようにすることによって、流路を移動する生体細胞からの光を効率的に検出することもできるので、観察用途が広がる。
その他の作用効果は、実施例１の光学装置と略同じである。
【００６８】
実施例３
図６は本発明の実施例３にかかる光学装置の概略構成を示す説明図であり、(a)は上面図、(b)は分解斜視図である。
【００６９】
実施例３の光学装置は、矩形板状の透明体１７と、楕円柱部１１’と、発光体格納部１２”と、円錐形状反射部１３’と、反射手段１４’と、開口部１５とを有している。
【００７０】
楕円柱部１１’は、矩形板状の透明体１７に形成された空間である。この空間は、楕円柱形状の窪み１７ａと、板状部材である反射板１４ａ'とに囲まれて形成されている。
【００７１】
発光体格納部１２”は、楕円柱形状の凹み１７ａにおける第一焦点位置Ｆ１近傍に設けられている。発光体格納部１２”は、楕円柱形状の凹み１７ａの底面から上方に向かって形成されている。そして、発光体格納部１２”は、発光体を収容する透明容器を有する。なお、発光体格納部１２”は、楕円柱形状の凹み１７ａの底面と一体成形されていても、別体に成形されていても良い。
【００７２】
円錐形状反射部１３’は、楕円柱形状の凹み１７ａにおける第二焦点位置Ｆ２近傍に設けられている。そして、発光体格納部１２”と同様に、円錐形状反射部１３’は、楕円柱形状の凹み１７ａの底面から上方に向かって形成されている。そして、円錐形状の突起の表面に反射部材がコーティングされて構成されている。なお、円錐形状反射部１３’は、楕円柱形状の凹み１７ａの底面と一体成形されていても、別体に成形されていても良い。
【００７３】
反射手段１４’は、反射面１４ｂ’，１４ｃ’と、反射面１４ａを有する反射板１４ａ’とで構成されている。
反射面１４ｂ’，１４ｃ’は、楕円柱形状の凹み１７ａの側面１７ａ’及び矩形形状の透明体１７の裏面１７ｃに反射物質がコーティングされて構成されている。また、反射板１４ａ’は、矩形板状の透明体１７とは別体で構成されていて、楕円柱形状の凹み１７ａの上部全体を塞ぐことができるようになっている。
【００７４】
開口部１５は、反射板１４ａ’に設けられている。開口部１５の位置は、円錐形状反射部１３’に対応する位置である。
【００７５】
次に、実施例３の光学装置の作用について説明する。発光体格納部１２”に発光体を格納する。そして、反射板１４ａ’で楕円柱形状の凹み１７ａの上部全面を塞ぐ。このようにすると、発光体から発するあらゆる光は、楕円柱部１１’の周囲に設けられた反射面１４ａ，１４ｂ’，１４ｃ’を介して、楕円柱部１１’の内部での反射を繰り返す。そして、反射を繰り返した光は、第二焦点位置Ｆ２に到達する。
第二焦点位置Ｆ２に到達した光は、円錐形状反射部１３’で反射される。そして、円錐形状反射部１３’で反射された光が開口部１５を通過して外部に出射される。
【００７６】
このように、実施例３の光学装置によれば、透明素材からなる透明体で構成した実施例１，２の光学装置に比べて、装置全体を軽量化することができる。
その他の作用効果は実施例１の光学装置と略同じである。
【００７７】
なお、実施例３の光学装置では、反射面１４ｃ’を矩形板状の透明体１７の裏面に備えたが、反射面１４ｃ’は楕円柱形状の凹み１７ａの底面に設けても略同様の作用効果が得られる。また、その場合は、楕円柱形状の凹み１７ａを備えた板状部材であれば、透明体でなくても略同様の作用効果が得られる。
【００７８】
実施例４
図７は本発明の実施例４にかかる光学装置の概略構成を示す斜視図である。
【００７９】
実施例４の光学装置は、矩形板状の透明体１８と、楕円柱部１１”と、発光体格納部１２”’と、円錐形状反射部１３と、反射手段１４”と、開口部１５とを有している。
【００８０】
楕円柱部１１”は、矩形板状の透明体１８に設けられた楕円環状溝１８ａ’に囲まれた部分で構成されている。矩形板状の透明体１８および楕円柱部１１”に用いられる材料としては、例えば、硝子や透明樹脂等の透明素材がある。
【００８１】
円錐形状反射部１３は、楕円環状溝１８ａ’における第二焦点位置Ｆ２近傍に配置されている。円錐形状反射部１３は、矩形板状の透明体１８の裏面１８ｃ側から上面１８ａに向かって形成された凹形状となっている。この凹形状は、円錐形状の窪んだ穴になっている。そして、この穴の円錐面に、反射物質がコーティングされている。
【００８２】
反射手段１４”は、楕円環状反射面１９と、反射面１４ｃと、反射面１４ａを有する反射板１４ａ’とで構成されている。ここで、楕円環状反射面１９は、楕円環状溝１８ａ’に設けられている。また、反射面１４ｃは、矩形形状の透明体１８の裏面１８ｃに反射物質がコーティングされて構成されている。矩形板状の透明体１８の上面１８ａには反射物質はコーティングされておらず、それに代わるものとして反射板１４ａ’が用意されている。
【００８３】
反射板１４ａ’は、矩形板状の透明体１８とは別体に構成されている。また、反射板１４ａ’は、矩形板状の透明体１８の上面１８ａと同一の形状に形成されていて、環状溝１８ａ’に囲まれた部分全体を覆うことができるようになっている。
【００８４】
開口部１５は、反射板１４ａ’ 設けられている。開口部１５の位置は、円錐形状反射部１３に対応する位置である。
【００８５】
発光体格納部１２”’は、楕円環状反射面１９における第一焦点位置Ｆ１近傍に配置されている。発光体格納部１２”は、矩形板状の透明体１８の上面１８ａ側から裏面１８ｃに向かって形成された凹形状となっている。この凹形状の部分に、発光体が格納可能となっている。
【００８６】
次に、実施例４の光学装置の作用について説明する。発光体格納部１２”’に発光体を格納する。そして、反射板１４ａ’で矩形板状の透明体１８の上面１８ａ、すなわち楕円環状溝１８ａ’に囲まれた部分全体を覆う。このようにすると、発光体から発せられた光は、あらゆる方向へ向かう。これらの光は、楕円柱部１１”の周囲に設けられた反射面１９、１４ａ’，１４ｃを介して、楕円柱部１１”の内部での反射を繰り返す。そして、反射を繰り返した光は、第二焦点位置Ｆ２に到達する。
第二焦点位置Ｆ２に到達した光は、円錐形状反射部１３で反射される。そして、円錐形状反射部１３で反射された光が開口部１５を通過して外部に出射される。
【００８７】
このため、実施例４の光学装置によっても、実施例１の光学装置と同様、発光体から発せられる光を、高効率で出射させることができる。よって、検出手段として検出面の小さい検出手段を用いても、発光体から発せられる光を、ロスが極めて少なく抑えて、高効率に検出することができる。
【００８８】
実施例５
図８は本発明の実施例５にかかる光学装置の概略構成を示す斜視図である。
【００８９】
実施例５の光学装置は、図３に示した実施例１の光学装置の構成に、更に、光路分割手段としてのダイクロイックミラー２０を開口部１５の上方に有している。
ダイクロイックミラー２０は、励起光を反射し、蛍光を透過する特性を有している。
【００９０】
なお、このように構成された実施例５の光学装置を用いて蛍光を検出する場合には、励起光提供手段と検出手段を備えるようにする。励起光提供手段は、発光体格納部１２に照射する励起光を生成する。励起光提供手段は、ダイクロイックミラー２０に到る側の光路に配置されている。図８においては励起光提供手段を図示していないが、励起光提供手段としては、例えば、光源と照明レンズがある。また、検出手段は、蛍光を透過する側の光路に配置されている。
【００９１】
また、蛍光体（試料）は発光体格納部１２に格納しておく。そして、反射板１４ａ’で楕円柱形状の透明体１１の上面１１ａ全面を覆っておく。
【００９２】
このようにした後に、励起光提供手段から励起光を出射する。出射された励起光は、ダイクロイックミラー２０で反射されて開口１５を通り、楕円柱形状の透明体１１の内部に入射する。楕円柱形状の透明体１１の内部に入射した励起光は、円錐形状反射部１３で反射される。励起光は、更に、楕円柱形状の透明体１１の周囲に設けられた反射面１４ａ，１４ｂ，１４ｃを介して、楕円柱形状の透明体１１の内部での反射を繰り返す。そして、反射を繰り返した励起光は、第一焦点位置Ｆ１に到達し、発光体格納部１２に格納された蛍光体を励起する。
【００９３】
蛍光体から発せられた蛍光は、あらゆる方向に進行する。これらの光も、反射面１４ａ，１４ｂ，１４ｃを介して、楕円柱形状の透明体１１の内部で反射を繰り返す。反射を繰り返した蛍光は、第二焦点位置Ｆ２に到達する。
【００９４】
第二焦点位置Ｆ２に到達した蛍光は、円錐形状反射部１３で反射される。そして、円錐形状反射部１３で反射された光が開口部１５を通過して外部に出射される。開口部１５から出射した蛍光は、ダイクロイックミラー２０を透過して、検出手段に到達する。
【００９５】
このため、実施例５の光学装置によれば、励起光を高効率で蛍光体に集光させることができる。また、蛍光体から発せられる蛍光を高効率で出射させることができる。よって、検出手段として検出面の小さい検出手段を用いても、蛍光体から発せられる蛍光を、ロスが極めて少なく抑えて、高効率に検出することができる。
【００９６】
なお、ダイクロイックミラー２０として、蛍光を反射し、励起光を透過する特性を有するものを用いても良い。その場合には、励起光を透過する側の光路に励起光提供手段（例えば、光源と照明レンズ）を配置し、蛍光を反射する側の光路に検出手段を備えることによって、図８の光学装置と同様の効果が得られる。
【００９７】
また、実施例５では、光路分割手段を用いて励起光の入射光路と蛍光の出射光路とが一部で重なるように構成したが、このような構成に限定されない。例えば、発光体格納部１２に直接、励起光を照射するようにしても良い。この場合、励起光が入射する位置は、反射面１４ａにおける発光体格納部１２に対応する箇所である。この箇所に、発光体格納部１２の最大径部と略同じ大きさの径を持つ開口部（図８においては不図示。）を有するようにし、その開口部の上方から励起光を照射するようにすればよい。なお、この場合、開口を物理的に空間で構成する他に、透明部材、又は励起光を透過し蛍光を反射する特性を持つダイクロイックミラーで構成してもよい。
【００９８】
以上の実施例１〜５では、発光体として、自家発光する試料や励起されることにより蛍光を発する試料を用いて、これらの試料から発せられる微弱な光を効率よく検出するための装置として用いた例について説明した。しかしながら、本発明の光学装置は、そのような微弱な光を検出する用途に限定されず、光源からのエネルギーを効率よく一箇所に集中させて指向性の高く、強いエネルギーを持つ光として目的物を照射する装置として用いることも可能である。
【００９９】
実施例６
図９は本発明の実施例６にかかる光学装置の概略構成を示す説明図であり、(a)は分解斜視図、(b)は(a)のＡ’−Ａ’断面を模式的に示す説明図である。
【０１００】
図９の光学装置は、実施例１における発光体格納部１２に、例えば、光源３０を発光体として配置したものである。光源３０を配置するため、図９において、楕円柱部１１の上面１１ａには穴２１が形成され、裏面１１ｃには穴２１が形成されている。光源３０の電極部３０ａは穴２１を通して保持され，電極部３０ｂは穴２２を通して保持されている。これにより、発光体格納部１２には、光源３０の発光部３０ｃが位置している。
【０１０１】
このように構成された実施例６の光学装置では、反射板１４ａ’を取り外した状態で、光源３０の電極部３０ｂを穴２２に通す。これにより、発光体格納部１２に、光源３０の発光部３０ｃが位置する。続いて、穴２１に電極部３０ａを通しながら反射板１４ａ’で楕円柱形状の透明体１１の上面１１ａ全面を覆う。そして、光源３０の発光部３０ｃを発光させる。
【０１０２】
すると、発光部３０ｃから発する光は、第一実施形態の光学装置と同様、あらゆる方向へ向かう。これらの光は、楕円柱形状の透明体１１の周囲に設けられた反射面１４ａ，１４ｂ，１４ｃを介して、楕円柱形状の透明体１１の内部での反射を繰り返す。そして、反射を繰り返した光は、第二焦点位置Ｆ２に到達する。
第二焦点位置Ｆ２に到達した光は、円錐形状反射部１３で反射される。そして、円錐形状反射部１３で反射された光のうち、所定の指向性を持つ光が開口部１５を通過して外部に出射される。
【０１０３】
そして、実施例６の光学装置の場合、図１１に示した特許文献２に記載の装置とは異なり、光源３０の発光部３０ｃから電極３０ａと電極３０ｂとを結ぶ方向に略沿うような角度で発散する光は、電極３０ａ，３０ｂで遮られることなく反射面１４ａ，１４ｂを介して反射されるので、電極による光量ロスを殆どなくすことができる。
その他の効果は、実施例１の光学装置と略同じである。
【０１０４】
実施例６の光学装置では、電極を備えた光源における電極による光量ロスをなくすようにした例について説明した。なお、本発明の光学装置において発光体に光源を用いる場合は、上記効果にとどまらない。例えば、電極による光量ロスを考慮しなくてもよい場合には、本発明の光学装置を用いることで、拡散光を発する既存の光源を発光体格納部に格納することにより、簡単に、所定箇所に指向性の高い明るい光を照射することができる。
【０１０５】
さらに、本発明の上記各実施例にかかる光学装置においては、図２に示したように、楕円柱部１における上方に位置する面１ａが、第一焦点位置Ｆ１から第二焦点位置Ｆ２に向かう直線方向に沿って下方に位置する面１ｃから離れるように傾斜するようにすると更に良い。このようにすれば、面１ａ及び面１ｃでの光の反射角度θが第二焦点位置Ｆ２に向かうに従って大きくなり、第二焦点位置Ｆ２近傍に配置された円錐形状反射部３で反射される光の方向を垂直方向に近付け易くなり、出射光の指向性を高くすることができる。
【産業上の利用可能性】
【０１０６】
本発明の光学装置は、生体試料などの発光、蛍光観察や、特定の箇所に高エネルギーで指向性の高い光を照射することが必要とされる分野に有用である。
【図面の簡単な説明】
【０１０７】
【図１】本発明の一実施形態にかかる光学装置の原理説明図であって、(a)は上面図、(b)は(a)のＡ−Ａ断面図である。
【図２】図１に示した実施形態の変形例の光学装置の概略構成を示す断面図である。
【図３】本発明の実施例１にかかる光学装置の概略構成を示す説明図であり、(a)は上面図、(b)は分解斜視図である。
【図４】図３の光学装置の裏面側を示す図であって、裏面側を斜め方向から見たときの円錐形状反射部の形状を示す説明図である。
【図５】本発明の実施例２にかかる光学装置の概略構成を示す説明図であり、(a)は上面図、(b)は分解斜視図である。
【図６】本発明の実施例３にかかる光学装置の概略構成を示す説明図であり、(a)は上面図、(b)は分解斜視図である。
【図７】本発明の実施例４にかかる光学装置の概略構成を示す斜視図である。
【図８】本発明の実施例５にかかる光学装置の概略構成を示す斜視図である。
【図９】本発明の実施例６にかかる光学装置の概略構成を示す説明図であり、(a)は分解斜視図、(b)は(a)のＡ’−Ａ’断面を模式的に示す説明図である。
【図１０】特許文献１に記載されている装置の要部概略構成を示す説明図である。
【図１１】特許文献２に記載されている装置の要部概略構成を示す説明図である。
【符号の説明】
【０１０８】
１、１１、１１’、１１”          楕円柱部
１ａ        楕円柱部１の上方に位置する面
１ｂ        側面
１ｃ        楕円柱部１の下方に位置する面
２、１２、１２’、１２”、１２”’          発光体格納部
３、１３，１３’          円錐形状反射部
３ａ        底部
３ｂ        頂部
４、４ａ、４ｂ、４ｃ、１４、１４’、１４”          反射手段
５、１５    開口部
１１ａ      上面
１１ｃ      裏面
１４ａ、１４ｂ、１４ｂ’、１４ｃ、１４ｃ’          反射面
１４ａ’          反射板
１６        透明容器
１７        矩形板状の透明体
１７ａ      楕円柱形状の凹み
１７ａ’    側面
１７ｃ      裏面
１８        矩形板状に形成された透明体
１８ａ’    楕円環状溝
１８ａ      上面
１８ｃ      裏面
１９        楕円環状反射面
２０        ダイクロイックミラー
２１、２２  穴
３０        光源
３０ａ、３０ｂ          電極
３０ｃ      発光部
５１、６１  楕円鏡
５１ａ      反射面
５２        発光体
５３        検出器
５４        導波路
６２        ランプ
６２ａ      発光部
６２ｂ、６２ｃ          電極
６２ｄ      封入部
６３        球面鏡
６３ａ      孔部
６４        コリメータレンズ
６５        ＮＡ変換板
６７        投射レンズ
６８、６９  影部
Ｆ１        第一焦点位置
Ｆ２        第二焦点位置
ＦＡ、ＦＡ’          第一焦点位置
ＦＢ、ＦＢ’          第二焦点位置
【図１】
2008216139.tif 000003
【図２】
2008216139.tif 000004
【図３】
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【図４】
2008216139.tif 000006
【図５】
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【図６】
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【図７】
2008216139.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
2008216139.tif 000012
【図１１】
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