(57)【要約】【課題】出射波長域、発光部の面形状及び大きさが異なり、特に、紫外波長域を出射波長とする光源を含む３種類以上の光源のいずれから出射される光も、光量ロスを最大限に抑えて効率よく顕微鏡本体に供給可能な顕微鏡照明装置を提供する。【解決手段】出射波長域と発光部の形状及び大きさが異なる３種類以上の光源２１〜２４、コリメートレンズ２５〜２８、各コリメートレンズから出射された光を共通の光路に導く手段２９、共通の光路上に配置された結像レンズ３０、結像レンズを経て結像される各光源像の結像位置に入射端面３１ａが位置する光ファイバ３１を有し、各コリメートレンズは、結像レンズを経て光ファイバに入射される光線の入射角が光ファイバの臨界角よりも小さく、且つ、結像レンズを経て結像される光源像が光ファイバの入射端面を超えない範囲で最大となるように、夫々異なる光学特性を有している。【選択図】図４
2008139820.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
出射波長域と発光部の形状及び大きさが異なる３種類以上の光源を有し、該各光源からの出射光を顕微鏡本体に標本を観察するための照明光として供給する顕微鏡照明装置において、
前記各光源の射出側に夫々配置された、入射光線を平行光線に変換するコリメートレンズと、
前記各コリメートレンズから出射された光を共通の光路に導く光路共通化手段と、
共通の光路上に配置された、前記光路共通化手段を介して該共通の光路に導かれた前記各光源の像を共通位置に結像する結像レンズと、
前記結像レンズを経て結像される前記各光源の像の結像位置に入射端面が位置するように配置された光ファイバを有し、
前記各コリメートレンズは、対応する前記光源から出射した光が前記結像レンズを経て前記光ファイバに入射される該光線の入射角が該光ファイバの臨界角よりも小さくなり、且つ、該結像レンズを経て結像される該光源の像が該光ファイバの入射端面を超えない範囲で最大の大きさとなるように、前記各光源の出射波長域と発光部の形状及び大きさに対応して夫々異なる光学特性を有して構成されていることを特徴とする顕微鏡照明装置。
【請求項２】
前記結像レンズを経て結像される前記各光源の像倍率が、該各光源の出射波長域と発光部の形状及び大きさに対応して夫々異なるように、前記各コリメートレンズが構成されていることを特徴とする請求項１に記載の顕微鏡照明装置。
【請求項３】
前記３種類以上の光源のうちの一つが、紫外波長域の波長を出射する光源であり、
前記紫外波長域の波長を出射する光源から前記光ファイバの入射端面までの光路長が他の前記光源から該光ファイバの入射端面までの光路長に比べて短くなるように、該紫外波長域の波長を出射する光源及び対応する前記コリメートレンズが配置されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の顕微鏡照明装置。
【請求項４】
前記光路共通化手段が、二つの光路が交差する位置に配置されたダイクロイックミラーで構成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の顕微鏡照明装置。
【請求項５】
前記ダイクロイックミラーが、前記３種類以上の光源のうち、照明光として用いる光源が通る光路を含む前記二つの光路が交差する位置に挿脱可能に構成されていることを特徴とする請求項４に記載の顕微鏡照明装置。
【請求項６】
前記光路共通化手段が、前記３種類以上の光源及び対応するコリメートレンズを保持し、中心軸を中心として回転することによって、前記各光源及び対応するコリメートレンズの光軸を前記結像レンズの光軸に時分割で位置合わせ可能なターレットであることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の顕微鏡照明装置。
【請求項７】
前記光路共通化手段が、前記３種類以上の光源のうち、照明光として用いる光源が通る光路を含む前記二つの光路が交差する位置に挿脱可能なミラーであることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の顕微鏡照明装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、出射波長域及び発光部の形状が異なる３種類以上の光源を有し、所望の蛍光観察に応じて所望波長の光を顕微鏡本体に供給することが可能な顕微鏡照明装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の顕微鏡照明装置としては、例えば、次の特許文献１に記載の蛍光顕微鏡の光源部がある。
【特許文献１】特開２００５−１０２９６号公報
【０００３】
図９は特許文献１に記載されている顕微鏡照明装置の一構成例の要部を示す説明図である。
図９の顕微鏡照明装置では、夫々波長域の異なる３つの光源（赤色ＬＤ１５１、緑色ＬＥＤ１５２及び青色ＬＥＤ１５３からなるＬＥＤ群）と、コリメートレンズ群１５４と、ミラー１５５と、ダイクロイックミラー１５６と、レンズ１５７及び光ファイバ１５８を有している。そして、夫々の光源１５１〜１５３から出射した光をミラー１５４及びダイクロイックミラー１５５を介して一つの光路に導き、レンズ１５７を介して光ファイバ１５８の入射端面に入射させている。また、このとき射出光線が拡散し易い光源（緑色ＬＥＤ１５２、青色ＬＥＤ１５３）についてはコリメートレンズ１５４を介して平行光線に変換している。
そして、光ファイバ１５８から出射した光が、図示省略したコリメートレンズ等の投射手段を介して顕微鏡本体部へ供給されるようになっている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、ＬＥＤやＬＤなどの光源は、出射波長域が異なるごとに発光部の形状や大きさが異なる。
しかるに、発光部の形状や大きさが異なると、光ファイバの入射端面に結像される光源の像の大きさや入射光線の角度が各光源によって異なる。また、光ファイバにおいて、入射光が全反射する最小角度（臨界角）は、入射波長に応じて異なる。
【０００５】
しかし、特許文献１のような従来の３種類以上の光源を用いた顕微鏡照明装置には、光源における出射波長、発光部の形状や大きさの相違による光ファイバ入射端面への光の入射角、光源像の大きさの相違に配慮して、共通光路上に配置される光ファイバ等の伝送手段に効率よく光を導くようにするという着想がない。
このため、従来の３種類以上の光源を用いた顕微鏡照明装置では、光源における出射波長、発光部の形状や大きさによっては、共通の光路から共通のレンズを用いて光ファイバ等に入射させる場合、光源の像が光ファイバ端面よりも大きくなり、あるいは、光ファイバ端面への入射角度が光ファイバの臨界角以上になって、一部の光が光ファイバの内部に入射できず、光量をロスし、顕微鏡本体へ効率よく光を供給することができなくなり易い。
【０００６】
また、顕微鏡照明装置の照明光源として紫外波長を用いる場合、紫外光は他の顕微鏡用照明波長に比べて光路内で通過する光学部材に吸収されやすい。
しかし、従来、この種の顕微鏡照明装置の先行技術文献においては、３種類以上の光源の一つに紫外光を出射波長域とする光源を含む構成であって、他の照明波長の光と共に紫外光の光量ロスを抑えて効率よく顕微鏡本体に導くようにするという着想が記載されたものは存在しない。
【０００７】
本発明は、上記従来の課題に鑑みてなされたものであり、出射波長域、発光部の面形状及び大きさが異なる３種類以上の光源、特に、紫外波長域を出射波長とする光源を含む３種類以上の光源のいずれの光源から出射される光についても、光量ロスを最大限に抑えて効率よく顕微鏡本体に供給可能な顕微鏡照明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】
【０００８】
上記目的を達成するため、本発明による顕微鏡照明装置は、出射波長域と発光部の形状及び大きさが異なる３種類以上の光源を有し、該各光源からの出射光を顕微鏡本体に標本を観察するための照明光として供給する顕微鏡照明装置において、前記各光源の射出側に夫々配置された、入射光線を平行光線に変換するコリメートレンズと、前記各コリメートレンズから出射された光を共通の光路に導く光路共通化手段と、共通の光路上に配置された、前記光路共通化手段を介して該共通の光路に導かれた前記各光源の像を共通位置に結像する結像レンズと、前記結像レンズを経て結像される前記各光源の像の結像位置に入射端面が位置するように配置された光ファイバを有し、前記各コリメートレンズは、対応する前記光源から出射した光が前記結像レンズを経て前記光ファイバに入射される該光線の入射角が該光ファイバの臨界角よりも小さくなり、且つ、該結像レンズを経て結像される該光源の像が該光ファイバの入射端面を超えない範囲で最大の大きさとなるように、前記各光源の出射波長域と発光部の形状及び大きさに対応して夫々異なる光学特性を有して構成されていることを特徴としている。
【０００９】
また、本発明の顕微鏡照明装置においては、前記結像レンズを経て結像される前記各光源の像倍率が、該各光源の出射波長域と発光部の形状及び大きさに対応して夫々異なるように、前記各コリメートレンズが構成されているのが好ましい。
【００１０】
また、本発明の顕微鏡照明装置においては、前記３種類以上の光源のうちの一つが、紫外波長域の波長を出射する光源であり、前記紫外波長域の波長を出射する光源から前記光ファイバの入射端面までの光路長が他の前記光源から該光ファイバの入射端面までの光路長に比べて短くなるように、該紫外波長域の波長を出射する光源及び対応する前記コリメートレンズが配置されているのが好ましい。
【００１１】
また、本発明の顕微鏡照明装置においては、前記光路共通化手段が、二つの光路が交差する位置に配置されたダイクロイックミラーで構成されているのが好ましい。
【００１２】
また、本発明の顕微鏡照明装置においては、前記ダイクロイックミラーが、前記３種類以上の光源のうち、照明光として用いる光源が通る光路を含む前記二つの光路が交差する位置に挿脱可能に構成されているのが好ましい。
【００１３】
また、本発明の顕微鏡照明装置においては、前記光路共通化手段が、前記３種類以上の光源及び対応するコリメートレンズを保持し、中心軸を中心として回転することによって、前記各光源及び対応するコリメートレンズの光軸を前記結像レンズの光軸に時分割で位置合わせ可能なターレットであるのが好ましい。
【００１４】
また、本発明の顕微鏡照明装置においては、前記光路共通化手段が、前記３種類以上の光源のうち、照明光として用いる光源が通る光路を含む前記二つの光路が交差する位置に挿脱可能なミラーであるのが好ましい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の顕微鏡照明装置によれば、出射波長域、発光部の面形状及び大きさが異なる３種類以上の光源、特に、紫外波長域を出射波長とする光源を含む３種類以上の光源のいずれの光源から出射される光についても、光量ロスを最大限に抑えて効率よく顕微鏡本体に供給可能な顕微鏡照明装置が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
実施形態の説明に先立ち、本発明の作用効果について説明する。
図１は本発明の顕微鏡照明装置における基本的な概念を説明するための前段階として、光ファイバと入射光との一般的な関係を示した説明図であり、(a)は光ファイバの入射端面と臨界角を示す説明図、(b)は光源の大きさ、指向角、光ファイバ入射端面への入射角、及び光源像の大きさ等を用いて光ファイバ入射端面での光源の投影倍率を示す説明図、(c)は光源の投影倍率が小さすぎて、光ファイバ入射端面への入射角が光ファイバの臨界角以上になっている状態を示す説明図、(d)は光ファイバ入射端面への入射角が光ファイバの臨界角よりも小さくしても光源の投影倍率が大きすぎて光ファイバの入射端面に結像される光源像の大きさが光ファイバのコア径よりも大きくなっている状態を示す説明図、(e)は上記(a)〜(d)とは異なる出射波長の光源を用いた場合において、光ファイバ入射端面への入射角が上記(a)〜(d)の光源を用いた場合における光ファイバの臨界角より小さいものの、この上記(a)〜(d)とは異なる出射波長の光源を用いた場合における光ファイバの臨界角以上になっている状態を示す説明図である。
【００１７】
図１(a)に示すように、所定の出射波長域を持つ光源の光が直径Ｒのコア径の光ファイバで全反射する最小角(臨界角）をθとする。この場合は、光源から出射された光線は、θよりも小さい入射角であるものが光ファイバの内部へ入射する。
一方、光源における発光部の形状及び大きさＬと指向角φは、光源の出射波長域に応じて所定の角度に定まっている。
ここで、図１(b)に示すように、光源からの光を入射されて光ファイバの入射端面へ光源像を結像する光学系の前側焦点距離をｆ１、後側焦点距離ｆ２、光ファイバ入射端面への光線の入射角をφ’、光ファイバ入射端面における光源像の大きさをＬ’としたとき、光ファイバ入射端での大きさＬの光源の投影倍率βは、
β＝Ｌ’／Ｌ＝ｆ２／ｆ１＝ｔａｎφ／ｔａｎφ’
β・ｔａｎφ’＝ｔａｎφ
の関係となる。
ここで、指向角φは光源の出射波長域に応じて定まるから、ｔａｎφは固定された値である
よって、倍率βを大きくするとｔａｎφ’が小さくなり、ｔａｎφ’を大きくすると倍率βが小さくなる。
【００１８】
しかるに、光源の投影倍率βを小さくすると入射角φ’が大きくなるが、投影倍率βを大きくし過ぎて入射角φ’が、光ファイバの臨界角θ以上になると、図１(c)に示すように、光ファイバの入射端面に入射する光線のうち、光ファイバの臨界角θ以上の入射角となる光線（図１(c)において斜線部分で示してある）は光ファイバの内部に入射しない。
【００１９】
一方、光ファイバの臨界角θよりも小さくなるように入射角φ’を設定しても、倍率βで光ファイバの入射端面に投影された光源の像Ｌ’が光ファイバのコア径Ｒよりも大きくなると、図１(d)に示すように、光ファイバの入射端面に入射する光線のうち、光ファイバのコア径Ｒよりも大きな像部分の光線（図１(d)において斜線部分で示してある）は、光ファイバの内部に入射しない。
【００２０】
さらに、光源の出射波長が異なると、光ファイバの臨界角θも入射する波長に応じて異なる。
このため、出射波長、発光部の大きさや形状が図１(b)に示した光源とは異なる別の光源（ここではその光源の大きさをＬ２とする）については、光ファイバ入射端面へ光線の入射角が上記光ファイバの臨界角θよりも小さく、かつ、光源の像が光ファイバのコア径Ｒ以下となるように設定しても、図１(e)に示すように、光ファイバ入射端面へ光線の入射角φ２’が光ファイバの臨界角θ２以上になると、その光ファイバの臨界角θ２以上の入射角となる部分の光線は光ファイバの内部に入射しない。
【００２１】
しかるに、本発明は、これらの点に鑑みて、出射波長域、発光部の大きさや形状が異なる３種類以上の光源のいずれからの出射光も、光ファイバの入射端面に全て入射することができるようにしたものである。
図２は本発明の顕微鏡照明装置の基本構成を示す概念図、図３は図２の顕微鏡照明装置における光ファイバ入射端面への光線の入射角及び光源像の大きさを示す説明図であり、(a)は第１の光源からの光が光ファイバ入射端面に入射する状態、(b)は第２の光源からの光が光ファイバ入射端面に入射する状態、(c)は第３の光源からの光が光ファイバ入射端面に入射する状態を夫々示している。
【００２２】
本発明の顕微鏡照明装置は、光源１１，１２，１３と、コリメートレンズ１４，１５，１６と、光路共通化手段１７と、結像レンズ１８と、光ファイバ１９を有している。
光源１１，１２，１３は、夫々、出射波長域と発光部の形状及び大きさが異なっている。なお、ここでは、便宜上、３種類の光源を有した構成について説明するが、光源は３種類以上であってもよい。
コリメートレンズ１４，１５，１６は、夫々、光源１１，１２，１３の射出側に夫々配置されていて、光源１１，１２，１３からの入射光線を平行光線に変換するように構成されている。
光路共通化手段１７は、コリメートレンズ１４，１５，１６から出射された光を共通の光路に導くように構成されている。
結像レンズ１８は、光路共通化手段１７を介して共通の光路に導かれた光源１１，１２，１３の像を共通位置に結像するように構成されている。
光ファイバ１９は、結像レンズ１８を経て結像される光源１１，１２，１３の像の結像位置に入射端面１９ａが位置するように配置されている。
【００２３】
さらに、コリメートレンズ１４，１５，１６は、対応する光源１１，１２，１３から出射した光が結像レンズ１８を経て光ファイバ１９に入射される光線の入射角が光ファイバ１９の臨界角よりも小さくなり、且つ、結像レンズ１８を経て結像される光源の像が光ファイバ１９の入射端面を超えない範囲で最大の大きさとなるように、光源１１，１２，１３の出射波長域と発光部の形状及び大きさに対応して夫々異なる光学特性を有して構成されている。
この構成を、関係式を用いて次のように示すことができる。
光ファイバ１９のコア径をＲ、結像レンズ１８の焦点距離をｆ２とする。
また、光源１１の出射波長域をＷ１１、発光部の大きさをＬ１１、指向角をφ１１、コリメートレンズ１４の焦点距離をｆ１１、光ファイバ１９の入射端面１９ａへの光線の入射角をφ１１’、光ファイバ１９の出射波長域Ｗ１１の光に対する臨界角をθ１１とし、コリメートレンズ１４、結像レンズ１８を経て光ファイバ１９の入射端面１９ａに投影される光源１１の像の大きさをＬ１１’、投影倍率をβ１１とする。
また、光源１２の出射波長域をＷ１２、発光部の大きさをＬ１２、指向角をφ１２、コリメートレンズ１５の焦点距離をｆ１２、光ファイバ１９の入射端面１９ａへの光線の入射角をφ１２’、光ファイバ１９の出射波長域Ｗ１２の光に対する臨界角をθ１２とし、コリメートレンズ１５、結像レンズ１８を経て光ファイバ１９の入射端面１９ａに投影される光源１２の像の大きさをＬ１２’、投影倍率をβ１２とする。
また、光源１３の出射波長域をＷ１３、発光部の大きさをＬ１３、指向角をφ１３、コリメートレンズ１６の焦点距離をｆ１３、光ファイバ１９の入射端面１９ａへの光線の入射角をφ１３’、光ファイバ１９の出射波長域Ｗ１３の光に対する臨界角をθ１３とし、コリメートレンズ１６、結像レンズ１８を経て光ファイバ１９の入射端面１９ａに投影される光源１３の像の大きさをＬ１３’、投影倍率をβ１３とする。
このとき本発明の顕微鏡照明装置は、次の条件式(1)〜(6)を全て満足するように、コリメートレンズ１４，１５，１６が夫々構成されている。
φ１１’＜θ１１                                        …(1)
Ｌ１１’≦Ｒ                                            …(2)
φ１２’＜θ１２                                        …(3)
Ｌ１２’≦Ｒ                                            …(4)
φ１３’＜θ１３                                        …(5)
Ｌ１１’≦Ｒ                                            …(6)
但し、β１１＝Ｌ１１’／Ｌ１１＝ｆ２／ｆ１１＝ｔａｎφ１１／ｔａｎφ１１’
β１２＝Ｌ１２’／Ｌ１２＝ｆ２／ｆ１２＝ｔａｎφ１２／ｔａｎφ１２’
β１３＝Ｌ１３’／Ｌ１３＝ｆ２／ｆ１３＝ｔａｎφ１３／ｔａｎφ１３’
【００２４】
このようにすれば、出射波長、発光部の大きさや形状が異なる光源１１，１２，１３から出射した夫々の光を光ファイバ１９の入射端面１９ａにおいて全反射することなく極力大きな像として結像させて入射させることができる。このため、光量ロスを最大限に抑えて効率よく顕微鏡本体に供給することが可能な顕微鏡照明装置が得られる。
なお、光ファイバ１９の端面１９ａに入射した光源１１，１２，１３からの互いに異なる波長の光は、光ファイバ１９内を通過することによって分布が均一化される。
【００２５】
また、出射波長域に応じて発光部の形状及び大きさＬ１１，Ｌ１２，Ｌ１３が互いに異なる場合、投影倍率β１１，β１２，β１３も互いに異なるようにするのがよい。
このようにすれば、光ファイバ１９の入射端面１９ａにおいて各光源１１，１２，１３からの像の大きさをほぼ同じになるようにすることができ、照明光の波長分布をより均一化できる。
【００２６】
なお、３種類以上の光源１１，１２，１３のうちの一つが、紫外波長域の波長を出射する光源である場合には、その紫外波長域の波長を出射する光源から光ファイバ１９の入射端面までの光路長が他の光源から光ファイバ１９の入射端面までの光路長に比べて短くなるように、紫外波長域の波長を出射する光源及び対応するコリメートレンズを配置するのが好ましい。
このようにすれば、上記効果に加えて、紫外波長の光を通過させる光学部材を最小限に抑えることができ、紫外波長のロスを最小限に抑えることができる。
【００２７】
なお、光路共通化手段１７は、二つの光路が交差する位置に配置されたダイクロイックミラーで構成するとよい。
その場合、ダイクロイックミラーは、３種類以上の光源１１，１２，１３の光が通る二つの光路が交差する位置に固定配置することができる。
また、ダイクロイックミラーは、３種類以上の光源１１，１２，１３のうち、照明光として用いる光源が通る光路を含む二つの光路が交差する位置に挿脱可能に構成してもよい。
【００２８】
または、光路共通化手段１７は、３種類以上の光源１１，１２，１３及び対応するコリメートレンズ１４，１５，１６を保持し、中心軸を中心として回転することによって、各光源１１，１２，１３及び対応するコリメートレンズ１４，１５，１６の光軸を結像レンズ１８の光軸に時分割で位置合わせ可能なターレットで構成してもよい。
【００２９】
さらには、光路共通化手段１７は、３種類以上の光源１１，１２，１３のうち、照明光として用いる光源が通る光路を含む二つの光路が交差する位置に挿脱可能なミラーで構成してもよい。
【００３０】
第１実施形態
図４は本発明の第１実施形態にかかる顕微鏡照明装置の概略構成図である。
第１実施形態の顕微鏡照明装置は、光源２１，２２，２３，２４と、コリメートレンズ２５，２６，２７，２８と、光路共通化手段２９と、結像レンズ３０と、光ファイバ３１を有している。なお、図４中、３２〜３５はフィルタ等の平行平板である。
光源２１は、赤色ＬＥＤで構成されている。光源２２は、緑色ＬＥＤで構成されている。光源２３は青色ＬＥＤで構成されている。光源２４は紫外ＬＥＤで構成されている。また、光源２１〜２４は、互いに発光部の形状及び大きさが異なっている。
【００３１】
コリメートレンズ２５，２６，２７，２８は、夫々、光源２１，２２，２３，２４の射出側に夫々配置されていて、光源２１，２２，２３，２４からの入射光線を平行光線に変換するように構成されている。
光路共通化手段２９は、ダイクロイックミラー２９ａ，２９ｂ，２９ｃで構成されている。ダイクロイックミラー２９ａは、光源２１からの光路と、光源２２からの光路とが交差する位置に配置されていて、光源２１からの光を透過し、光源２２からの光を反射するように構成されている。ダイクロイックミラー２９ｂは、ダイクロイックミラー２９ａを介して共通化された光路と、光源２３からの光路とが交差する位置に配置されていて、光源２１，２２からの光を透過し、光源２３からの光を反射するように構成されている。ダイクロイックミラー２９ｃは、ダイクロイックミラー２９ｂを介して共通化された光路と、光源２４からの光路とが交差する位置に配置されていて、光源２１，２２，２３からの光を透過し、光源２４からの光を反射するように構成されている。
結像レンズ３０は、光路共通化手段２９を介して共通の光路に導かれた光源２１，２２，２３，２４の像を共通位置に結像するように構成されている。
光ファイバ３１は、結像レンズ３０を経て結像される光源２１，２２，２３，２４の像の結像位置に入射端面３１ａが位置するように配置されている。
【００３２】
さらに、コリメートレンズ２５，２６，２７，２８は、対応する光源２１，２２，２３２４から出射した光が結像レンズ３０を経て光ファイバ３１に入射される光線の入射角が光ファイバ３１の臨界角よりも小さくなり、且つ、結像レンズ３０を経て結像される光源の像が光ファイバ３１の入射端面を超えない範囲で最大の大きさとなるように、光源２１，２２，２３，２４の出射波長域と発光部の形状及び大きさに対応して夫々異なる光学特性を有して構成されている。
【００３３】
詳しくは、ここで、光ファイバ３１のコア径をＲ、結像レンズ３０の焦点距離をｆ２とする。
また、光源２１の出射波長域をＷ２１、発光部の大きさをＬ２１、指向角をφ２１、コリメートレンズ２５の焦点距離をｆ２１、光ファイバ３１の入射端面３１ａへの光線の入射角をφ２１’、光ファイバ３１の出射波長域Ｗ２１の光に対する臨界角をθ２１とし、コリメートレンズ２５、結像レンズ３０を経て光ファイバ３１の入射端面３１ａに投影される光源２１の像の大きさをＬ２１’、投影倍率をβ２１とする。
また、光源２２の出射波長域をＷ２２、発光部の大きさをＬ２２、指向角をφ２２、コリメートレンズ２６の焦点距離をｆ２２、光ファイバ３１の入射端面３１ａへの光線の入射角をφ２２’、光ファイバ３１の出射波長域Ｗ２２の光に対する臨界角をθ２２とし、コリメートレンズ２６、結像レンズ３０を経て光ファイバ３１の入射端面３１ａに投影される光源２２の像の大きさをＬ２２’、投影倍率をβ２２とする。
また、光源２３の出射波長域をＷ２３、発光部の大きさをＬ２３、指向角をφ２３、コリメートレンズ２７の焦点距離をｆ２３、光ファイバ３１の入射端面３１ａへの光線の入射角をφ２３’、光ファイバ３１の出射波長域Ｗ２３の光に対する臨界角をθ２３とし、コリメートレンズ２７、結像レンズ３０を経て光ファイバ３１の入射端面３１ａに投影される光源３３の像の大きさをＬ２３’、投影倍率をβ２３とする。
また、光源２４の出射波長域をＷ２４、発光部の大きさをＬ２４、指向角をφ２４、コリメートレンズ２８の焦点距離をｆ２４、光ファイバ３１の入射端面３１ａへの光線の入射角をφ２４’、光ファイバ３１の出射波長域Ｗ２４の光に対する臨界角をθ２４とし、コリメートレンズ２８、結像レンズ３０を経て光ファイバ３１の入射端面３１ａに投影される光源３４の像の大きさをＬ２４’、投影倍率をβ２４とする。
【００３４】
このとき第１実施形態の顕微鏡照明装置は、次の条件式(1')〜(8')を全て満足するように、コリメートレンズ２５，２６，２７，２８が夫々構成されている。
φ２１’＜θ２１                                        …(1')
Ｌ２１’≦Ｒ                                            …(2')
φ２２’＜θ２２                                        …(3')
Ｌ２２’≦Ｒ                                            …(4')
φ２３’＜θ２３                                        …(5')
Ｌ２３’≦Ｒ                                            …(6')
φ２４’＜θ２４                                        …(7')
Ｌ２４’≦Ｒ                                            …(8')
但し、β２１＝Ｌ２１’／Ｌ２１＝ｆ２／ｆ２１＝ｔａｎφ２１／ｔａｎφ２１’
β２２＝Ｌ２２’／Ｌ２２＝ｆ２／ｆ２２＝ｔａｎφ２２／ｔａｎφ２２’
β２３＝Ｌ２３’／Ｌ２３＝ｆ２／ｆ２３＝ｔａｎφ２３／ｔａｎφ２３’
β２４＝Ｌ２４’／Ｌ２４＝ｆ２／ｆ２４＝ｔａｎφ２４／ｔａｎφ２４’
【００３５】
また、第１実施形態の顕微鏡照明装置では、出射波長域に応じて発光部の形状及び大きさＬ１１，Ｌ１２，Ｌ１３，Ｌ２４が互いに異なっており、投影倍率β２１，β２２，β２３，β２４も互いに異なっている。
【００３６】
また、紫外波長域の波長を出射する光源２４及び対応するコリメートレンズ２８は、紫外波長域の波長を出射する光源２４から光ファイバ３１の入射端面３１ａまでの光路長が、他の光源２１，２２，２３から光ファイバ３１の入射端面３１ａまでの光路長に比べて短くなるように、配置されている。
【００３７】
その他、各光源２１，２２，２３，２４からファイバ３１に入射した光は、不図示の投射光学系等を介して、顕微鏡本体に標本を観察するための照明光として供給することができるようになっている。
【００３８】
このように構成した第１実施形態の顕微鏡照明装置では、各光源２１，２２，２３，２４から出射した光は、対応する夫々のコリメートレンズ２５，２６，２６，２８を介して平行光線に変換されて、対応するダイクロイックミラー２９ａ，２９ｂ，２９ｃに入射し、ダイクロイックミラー２９ａ，２９ｂ，２９ｃを介して結像レンズ３０側に偏向させられて、共通の光路を通り、結像レンズ３０を介して光ファイバ３１の入射端面３１ａに夫々の光源２１，２２，２３，２４の像が結像され、光ファイバ３１の内部を通ることで均一な波長分布となり、不図示の投射光学系等を介して、顕微鏡本体側へ供給される。
【００３９】
このとき第１実施形態の顕微鏡照明装置によれば、コリメートレンズ２５，２６，２７，２８が上記条件式(1')〜(8')を満足するので、出射波長、発光部の大きさや形状が異なる光源２１，２２，２３，２４から出射した夫々の光を光ファイバ３１の入射端面３１ａにおいて全反射することなく極力大きな像として結像させて入射させることができる。このため、光量ロスを最大限に抑えて効率よく顕微鏡本体に供給することが可能な顕微鏡照明装置が得られる。
【００４０】
また、第１実施形態の顕微鏡照明装置では、投影倍率β２１，β２２，β２３，β２４が互いに異なるようにしたので、光ファイバ３１の入射端面３１ａにおいて各光源２１，２２，２３，２４からの像の大きさをほぼ同じになるようにすることができ、照明光の波長分布をより均一化できる。
【００４１】
しかも、第１実施形態の顕微鏡照明装置では、紫外波長域の波長を出射する光源２４及び対応するコリメートレンズ２８を、紫外波長域の波長を出射する光源２４から光ファイバ３１の入射端面３１ａまでの光路長が、他の光源２１，２２，２３から光ファイバ３１の入射端面３１ａまでの光路長に比べて短くなるように、配置したので、紫外波長の光を通過させる光学部材を最小限に抑えることができ、紫外波長のロスを最小限に抑えることができる。
【００４２】
なお、第１実施形態の顕微鏡照明装置において、ダイクロイックミラー２９ａ，２９ｂ，２９ｃは、夫々固定配置すれば足りるが、夫々中心軸２９ａ’，２９ｂ’，２９ｃ’を中心として矢印方向に回動可能する等、二つの光路が交差する位置に挿脱可能に構成してもよい。
このようにすれば、ダイクロイックミラーの光路への挿脱により、全ての光源を点灯させたままの状態で光源２５以外に使用する光源を選択できる。
【００４３】
また、ダイクロイックミラー２９ａ，２９ｂ，２９ｃの代わりに、夫々中心軸２９ａ’，２９ｂ’，２９ｃ’を中心として矢印方向に回動可能する等、二つの光路が交差する位置に挿脱可能なミラーを用いてもよい。
このようにした場合には、ミラーの光路への挿脱により、全ての光源を点灯させたままの状態で使用する光源を選択できる。
なお、この場合は、ミラーで選択できる光源は１種類であるが、図示省略した顕微鏡本体において撮像素子で撮像される画像について、夫々異なる光源を選択したときの画像と重ね合わせることにより、複数種類の蛍光波長の観察像を得ることができる。
【００４４】
なお、第１実施形態の顕微鏡照明装置では、光源としてＬＥＤを用いたが、本発明の顕微鏡照明装置の光源としては、ＬＥＤの他にも、ＬＤ、ガスレーザー（ＡｒやＨｅＮｅ等）、キセノン、ハロゲン、メタルハライド、水銀、水銀キセノン等を用いた光源が適用可能である。
【００４５】
第２実施形態
図５は本発明の第２実施形態にかかる顕微鏡照明装置の要部を示す概略構成図である。
なお、図５中、４１，４２は図４における光源２１，２２，２３，２４に対応する光源、４３，４４は図４におけるコリメートレンズ２５，２６，２７，２８に対応するコリメートレンズである。また、４５は図４における結像レンズ３０に対応する結像レンズ、４６は図４における光ファイバ３１に対応する光ファイバである。
第２実施形態の顕微鏡照明装置は、光路共通化手段４７がターレット４７ａで構成されている。
ターレット４７ａには、出射波長域、発光部の形状及び大きさの異なる３種類の光源及び夫々の光源の出射側に配置されたコリメートレンズの組合せを同心円状に備えて保持している。なお、図５では、便宜上、２種類の光源４１，４２及び夫々に対応するコリメートレンズ４３，４４を示すにとどめ、もう１種類の光源及びコリメートレンズは図示を省略してある。
ターレット４７は、図示省略した電動の回転駆動機構を介して中心軸４７ａ’を中心として回転することによって、３種類の光源及び夫々の光源の出射側に配置されたコリメートレンズの組合せの光軸を結像レンズ４５の光軸に時分割で位置合わせできるように構成されている。
その他の構成は図４の顕微鏡照明装置とほぼ同様である。
【００４６】
このように構成された第２実施形態の顕微鏡照明装置によれば、ダイクロイックミラーを光源から光ファイバに至るまでの光路上にダイクロイックミラーやミラーを設けずに済み、しかも、光路長を短くすることができるため、その分、光量の損失を少なくすることができる上、省スペース化でき、顕微鏡照明装置全体を小型化することができる。
その他の作用及び効果は、第１実施形態の顕微鏡照明装置とほぼ同様である。
【００４７】
第３実施形態
図６は本発明の第３実施形態にかかる顕微鏡照明装置を備えた顕微鏡の概略構成図である。
第３実施形態の顕微鏡照明装置は、３種類のＬＥＤ光源５１，５２，５３と、コリメートレンズ５５，５６，５７と、光路共通化手段５９と、結像レンズ６０と、光ファイバ６１と、励起フィルタ６２，６３，６４を有している。なお、図６中、６５は投影レンズ系、６６はダイクロイックミラー、６７は吸収フィルタ、６８は対物レンズ、６９は撮像レンズ、７０は標本面、７１はＣＣＤである。
ＬＥＤ光源５１，５２，５３は、図４における光源２１，２２，２３に対応する光源である。そして、ＬＥＤ光源５１は赤色ＬＥＤ、ＬＥＤ光源５２は緑色ＬＥＤ、ＬＥＤ光源５３は青色ＬＥＤ５３で、それぞれ構成されている。
【００４８】
コリメートレンズ５５，５６，５７は、図４におけるコリメートレンズ２５，２６，２７に対応するコリメートレンズである。そして、コリメートレンズ５５，５６，５７は、それぞれのＬＥＤ光源５１，５２，５３からの入射光線を平行光線に変換するように構成されている。
励起フィルタ６２，６３，６４は、図４におけるフィルタ等の平行平板に対応するフィルタである。そして、励起フィルタ６２，６３，６４は、それぞれのＬＥＤ光源５１，５２，５３から出射された特定の波長の光のみ通過させる特性を有している。
【００４９】
光路共通化手段５９は、ダイクロイックミラー５９ａ，５９ｂ，５９ｃで構成されており、それぞれのＬＥＤ光源５１，５２，５３から出射される光の光軸と結像レンズ６０の中心軸とが交差する位置に配置されている。ダイクロイックミラー５９ｂ，５９ｃは、図４におけるダイクロイックミラー２９ａ，２９ｂに対応するダイクロイックミラーである。そして、ダイクロイックミラー５９ａはＬＥＤ光源５１（赤色ＬＥＤ）からの光を反射する。ダイクロイックミラー５９ｂはＬＥＤ光源５２（緑色ＬＥＤ）からの光を反射し、ＬＥＤ光源５１（赤色ＬＥＤ）からの光を透過する。ダイクロイックミラー５９ｃはＬＥＤ光源５３（青色ＬＥＤ）からの光を反射し、ＬＥＤ光源５１，５２（赤色ＬＥＤ及び緑色ＬＥＤ）からの光を透過する。
結像レンズ６０は、図４における結像レンズ３０に対応するレンズである。そして、結像レンズ６０は、光路共通化手段５９を介して共通の光路に導かれたＬＥＤ光源５１，５２，５３の像を共通位置に結像するように構成されている。
【００５０】
光ファイバ６１は、図４における光ファイバ３１に対応する光ファイバである。そして、光ファイバ６１は、結像レンズ６０を経て結像されるＬＥＤ光源５１，５２，５３の像の結像位置に入射端面６１ａが位置するように配置されている。
【００５１】
そして、第３実施形態の顕微鏡照明装置においても、第１実施形態の顕微鏡照明装置と同様、コリメートレンズ５９ａ，５９ｂ，５９ｃは、対応するＬＥＤ光源５１，５２，５３から出射した光が結像レンズ６０を経て光ファイバ６１に入射される光線の入射角が光ファイバ６１の臨界角よりも小さくなり、且つ、結像レンズ６０を経て結像される光源の像が光ファイバ６１の入射端面を超えない範囲で最大の大きさとなるように、ＬＥＤ光源５１，５２，５３の出射波長域と発光部の形状及び大きさに対応して夫々異なる光学特性を有して構成されている。
その他の顕微鏡照明装置としての構成も、図４の顕微鏡照明装置とほぼ同様である。
【００５２】
そして、第３実施形態の顕微鏡照明装置を備えた顕微鏡では、顕微鏡照明装置からの光は次のような経路を辿る。
光ファイバ６１を通過して伝送される光は、投影レンズ系６５を経てダイクロイックミラー６６に入射する。
ダイクロイックミラー６６は、赤色ＬＥＤ光源５１、緑色ＬＥＤ光源５２、青色ＬＥＤ光源５３のいずれか一つの光源、又はいずれか二つの光源、又は全ての光源から出射された光を全て反射するように、夫々異なる透過特性を有する複数のダイクロイックミラーを備えてなり、これらのダイクロイックミラーのうち所望のダイクロイックミラーに切り替えて使用することができるように構成されている。
【００５３】
ダイクロイックミラー６６で反射された光は、吸収フィルタ６７、対物レンズ６８を経て標本面７０に照射される。標本面７０から光は、対物レンズ６８を通り、吸収フィルタ６７に入射する。吸収フィルタ６７は、入射した光のうち、蛍光を透過し、その他の光を吸収する。吸収フィルタ６７を透過した蛍光は、撮像レンズ６９を介して結像され、ＣＣＤ７１で撮像される。
【００５４】
従来の顕微鏡照明装置を用いた顕微鏡で細胞の多重染色を行う場合、照明に用いる光源がキセノン光源や水銀光源であると、光源に広域の波長の光を含んでいるため、ダイクロイックミラーの前にダブルバンド以上の励起フィルタを設ける必要がある。
しかるに、第３実施形態の顕微鏡照明装置によれば、光源部に励起フィルタ６２，６３，６４を設けているので、ダイクロイックミラー６６の前に励起フィルタを設けなくて済む。
そして、ダイクロイックミラー６６として、赤色ＬＥＤ光源５１、緑色ＬＥＤ光源５２、青色ＬＥＤ光源５３の全ての光源から出射される光を全て反射するダイクロイックミラーを使用すれば、２重染色または多重に染色された細胞の観察を容易に観察することができる。
その他の顕微鏡照明装置としての作用及び効果は、第１実施形態の顕微鏡照明装置とほぼ同様である。
【００５５】
第４実施形態
図７は本発明の第４実施形態にかかる顕微鏡照明装置の概略構成図、図８は図７の一変形例にかかる顕微鏡照明装置の概略構成図である。
第４実施形態の顕微鏡照明装置は、第１実施形態や第３実施形態の顕微鏡照明装置と同様に構成された、ＬＥＤ光源からの光を光ファイバにより伝送する顕微鏡照明装置（便宜上、図７、図８においては要部の構成を省略して示してある）と、キセノン光源７３とコリメートレンズ７４からなる顕微鏡照明装置（図７参照）又は変形例としてキセノン光源７３と結像レンズ７７と光ファイバ７８とからなり、キセノン光源からの光を光ファイバにより伝送する顕微鏡照明装置（図８参照）とを、ダイクロイックミラー７５を介して、投影レンズ７６の光軸上に配置した、顕微鏡用落射照明装置として構成されている。なお、図７中、７２はコリメートレンズ、図７、図８中、７９はコリメートレンズである。
そして、顕微鏡用落射照明装置では、細胞に光を照射する場合、ＬＥＤ光源、キセノン光源のうちのいずれか一方の光源を備えた顕微鏡照明装置の光源から出た光のみを照射することができるようになっている。
【００５６】
このように構成された第４実施形態の顕微鏡照明装置によれば、１つの装置で、多様な光源の選択が可能となる。例えば、標識された細胞が紫外域の波長の照明によって褪色してしまう場合、赤外域の波長の照明を使用することにより、長時間の露光を行っても、褪色せず細胞の観察を行うことができる。また、光ファイバによって構成上配置スペースの減少に有利になる。投影レンズを共通化できる。
その他、ＬＥＤ光源を備えた顕微鏡照明装置の部分についての作用効果は、第一実施形態の顕微鏡照明装置とほぼ同様である。
【産業上の利用可能性】
【００５７】
本発明の顕微鏡照明装置は、顕微鏡を用いて複数種類の微弱な蛍光を観察することが求められる生物学や、医学の分野に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】本発明の顕微鏡照明装置における基本的な概念を説明するための前段階として、光ファイバと入射光との一般的な関係を示した説明図であり、(a)は光ファイバの入射端面と臨界角を示す説明図、(b)は光源の大きさ、指向角、光ファイバ入射端面への入射角、及び光源像の大きさ等を用いて光ファイバ入射端面での光源の投影倍率を示す説明図、(c)は光源の投影倍率が小さすぎて、光ファイバ入射端面への入射角が光ファイバの臨界角以上になっている状態を示す説明図、(d)は光ファイバ入射端面への入射角が光ファイバの臨界角よりも小さくしても光源の投影倍率が大きすぎて光ファイバの入射端面に結像される光源像の大きさが光ファイバのコア径よりも大きくなっている状態を示す説明図、(e)は上記(a)〜(d)とは異なる出射波長の光源を用いた場合において、光ファイバ入射端面への入射角が上記(a)〜(d)の光源を用いた場合における光ファイバの臨界角より小さいものの、この上記(a)〜(d)とは異なる出射波長の光源を用いた場合における光ファイバの臨界角以上になっている状態を示す説明図である。
【図２】本発明の顕微鏡照明装置の基本構成を示す概念図である。
【図３】図２の顕微鏡照明装置における光ファイバ入射端面への光線の入射角及び光源像の大きさを示す説明図であり、(a)は第１の光源からの光が光ファイバ入射端面に入射する状態、(b)は第２の光源からの光が光ファイバ入射端面に入射する状態、(c)は第３の光源からの光が光ファイバ入射端面に入射する状態を夫々示している。
【図４】本発明の第１実施形態にかかる顕微鏡照明装置の概略構成図である。
【図５】本発明の第２実施形態にかかる顕微鏡照明装置の要部を示す概略構成図である。
【図６】本発明の第３実施形態にかかる顕微鏡照明装置を備えた顕微鏡の概略構成図である。
【図７】本発明の第４実施形態にかかる顕微鏡照明装置の概略構成図である。
【図８】図７の一変形例にかかる顕微鏡照明装置の概略構成図である。
【図９】特許文献１に記載されている顕微鏡照明装置の一構成例の要部を示す説明図である。
【符号の説明】
【００５９】
１１，１２，１３，２１，２２，２３，２４，４１，４２，５１，５２，５３
光源
１４，１５，１６，２５，２６，２７，２８，４３，４４，５５，５６，５７
コリメートレンズ
１７，２９，４７                光路共通化手段
１８，３０，４５，６０，７７    結像レンズ
１９，３１，４６，６１，７８    光ファイバ
１９ａ，３１ａ，６１ａ          入射端面
２９ａ，２９ｂ，２９ｃ，５９ａ，５９ｂ，５９ｃ    ダイクロイックミラー
２９ａ’，２９ｂ’，２９ｃ’    中心軸
３２，３３，３４，３５          平行平板
４７ａ                          ターレット
６２，６３，６４                励起フィルタ
６５                            投影レンズ系
６６                            ダイクロイックミラー
６７                            吸収フィルタ
６８                            対物レンズ
６９                            撮像レンズ
７０                            標本面
７１                            ＣＣＤ
７２，７４，７９                コリメートレンズ
７３                            キセノンランプ
７５                            ダイクロイックミラー
７６                            投影レンズ
１５１                          赤色ＬＤ
１５２                          緑色ＬＥＤ
１５３                          青色ＬＥＤ
１５４                          コリメートレンズ群
１５５                          ミラー
１５６                          ダイクロイックミラー
１５７                          レンズ
１５８                          光ファイバ
【図１】
2008139820.tif 000003
【図２】
2008139820.tif 000004
【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】
2008139820.tif 000009
【図８】
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【図９】
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