(57)【要約】【課題】低倍率観察時及び高倍率観察時の双方における良好な照野を、光軸調整を要することなく確保できる手段の提供を課題とする。【解決手段】光源１２ａからの照明光Ｌ１を、開口絞り１２ｅを介して観察物Ｏに照射する照明光学系１２を備えた顕微鏡において、開口絞り１２ｅの位置に、光拡散性素子１２ｆを備える構成を採用した。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源からの照明光を、開口絞りを介して照明対象物に照射する照明光学系を備えた顕微鏡において、
前記開口絞りの位置に、光拡散性素子が設けられている
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、
前記光拡散性素子の位置が、前記照明光の光路上、または、この光路外の何れか一方に切り替え可能とされている
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、
前記照明光学系で照明された前記照明対象物からの光を受光する対物レンズが複数備えられ、
これら対物レンズの各倍率に対応した拡散率を有する前記光拡散性素子が複数設けられている
ことを特徴とする顕微鏡。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばクリーンルーム内の培養細胞観察装置に備えられて遠隔操作に適した顕微鏡に関し、特に、低倍率観察時及び高倍率観察時の双方における良好な照野を確保できる技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
医療・生物学分野をはじめとして広く用いられている顕微鏡では、良好な観察像を得るためにケーラー照明が採用されている。このケーラー照明は、光源の像をコンデンサーレンズの瞳位置に設けられた開口絞りの位置に投影することで、原理的に観察物をムラなく照明するように構成されている。このケーラー照明を改良してさらにムラのない照明を達成させることを目的として、下記特許文献１では、光源と観察物との間の光路中に光拡散性素子を配置する構成が開示されている。
【０００３】
ところで、良好な観察像を得ることを考えた場合、上述の照明ムラの問題に加えて、拡大率に応じた照野（照明範囲）の確保も必須となる。
すなわち、顕微鏡観察においては、拡大率に合わせて対物レンズを交換するため、これら対物レンズそれぞれの倍率に応じて照野を拡大または縮小することが必要となる。例えば図５に示すように、対物レンズ１として拡大率の大きなものを用いる場合には照野が狭くなっても良いが、同図に示す角度ωの値を大きくする必要がある。これに対し、対物レンズ１として拡大率の小さいものを用いる場合には角度ωの値が小さくても良いが、照野を広くする必要がある。
【０００４】
高倍率の対物レンズ１に最適な照明をする場合にはωを大きくする必要があり、これは、同図の開口径φを大きくすることと等価である。開口径φを大きくするためには、光源を開口絞り位置に投影する倍率を大きくする必要がある。しかし、投影倍率を大きくすると同図に示す角度αの値が小さくなり、照野を広くすることができなくなる。
したがって、低倍率観察と高倍率観察の双方を行う場合には、必然的に、低倍率観察時の照野が狭くなるという制限が生じることになる。高倍率の対物レンズ１を使用する際に開口径φの値を最適に保つとともに、低倍率の対物レンズ１を使用する際の角度αを大きくするためには、光源から開口絞りへの投影倍率を各倍率毎に可変とする構成が必要となる。しかし、光源の投影倍率を可変にすることは、照明光学系の構成を複雑化かつ大型化することとなり、実現が難しい。
【０００５】
【特許文献１】
特開平９−２７４１３８号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、実際には、高倍率の対物レンズ１のＮＡ（開口数）と、低倍率の対物レンズ１の照野との両方を確保する方法として、コンデンサーレンズを構成する一部のレンズを、高倍率の観察時には照明光路中に配置し、低倍率の観察時には照明光路からはね除けることで切り替える方法が採用されている。
【０００７】
しかしながら、このようなレンズの切り替え動作を用いる場合には、照明光路外から照明光路中に入れる度に光軸調整が必要となる。このような光軸調整を顕微鏡観察中に行うことは、非常に手間であり、円滑な観察作業の妨げとなる。
また、この顕微鏡を、人が出入りできないクリーンルーム内に配置し、外部から内部の顕微鏡を遠隔操作する場合があるが、この場合には、人手で光軸調整を行うことができないため、上述の構成を採用することが難しくなる。
【０００８】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、低倍率観察時及び高倍率観察時の双方における良好な照野を、光軸調整を要することなく確保できる手段の提供を目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するために以下の手段を採用した。
すなわち、請求項１に記載の顕微鏡は、光源からの照明光を、開口絞りを介して照明対象物に照射する照明光学系を備えた顕微鏡において、前記開口絞りの位置に、光拡散性素子が設けられていることを特徴とする。
上記請求項１に記載の顕微鏡によれば、光源から発せられた照明光は、光拡散性素子及び開口絞りを経た後、照明対象物に照射される。この時、光源から開口絞りに入射する光は、光拡散性素子によって様々な向きを有する光線に分解される。これにより、開口絞りから照明対象物に向かう照明光の拡散角度を、光拡散性素子を光路上に入れない場合に比較して広げることができるようになる。したがって、光拡散性素子の有無、または光拡散性素子の拡散率を変えることにより、照明対象物を照らす範囲である照野を任意に変更できるようになる。しかも、光拡散性素子は、光路内外への出し入れを行っても照明光学系の光軸に悪影響を及ぼすことがない。
【００１０】
請求項２に記載の顕微鏡は、請求項１に記載の顕微鏡において、前記光拡散性素子の位置が、前記照明光の光路上、または、この光路外の何れか一方に切り替え可能とされていることを特徴とする。
上記請求項２に記載の顕微鏡によれば、光拡散性素子を光路内外に挿脱させたり、または、異なる拡散率を有する複数の光拡散性素子の中から適宜選択して光路内に入れるだけの構成で、所望の照野を得ることができる。
【００１１】
請求項３に記載の顕微鏡は、請求項２に記載の顕微鏡において、前記照明光学系で照明された前記照明対象物からの光を受光する対物レンズが複数備えられ、これら対物レンズの各倍率に対応した拡散率を有する前記光拡散性素子が複数設けられていることを特徴とする。
上記請求項３に記載の顕微鏡によれば、光拡散性素子を用いて照野の調整を行うに際し、比較的倍率の小さい対物レンズを用いて観察を行う場合には、これに連動して、拡散率の大きな光拡散性素子を選択して開口絞り位置に配置する。また、比較的倍率の大きな対物レンズを用いて観察を行う場合には、これに連動して、拡散率の小さな光拡散性素子を選択して開口絞り位置に配置する。このように、用いる対物レンズが必要とする照野の調整を、光拡散性素子の選択により容易に行うことができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明の顕微鏡の一実施形態についての説明を、図面を参照しながら以下に行うが、本発明がこれらのみに限定解釈されるものでないことは勿論である。なお、図１は、本実施形態の顕微鏡を備えた培養細胞観察装置を示す説明図である。また、図２は、同顕微鏡に備えられている照明光学系と結像光学系とを示す縦断面図である。また、図３は、同顕微鏡で得られる照野を示す図であって、図２のＡ−Ａ矢視図である。また、図４は、同顕微鏡の照明光学系に備えられている光拡散性素子を示す図であって、図２のＢ−Ｂ矢視図である。
【００１３】
図１に示すように、本実施形態の培養細胞観察装置は、クリーンルームＲ内に配置された顕微鏡１０及びロボット２０と、クリーンルームＲ外に配置された端末装置３０とを備えて概略構成されている。
顕微鏡１０は、図１及び図２に示すように、ガラス板１１ａ上に載せられた観察物（照明対象物）Ｏを載置する試料台１１（図２では省略）と、この試料台１１上に載置された観察物Ｏに照明光を照射する照明光学系１２と、この照明光学系１２で照明された観察物Ｏの像を結像する結像光学系１３と、これらを収容するケーシング１４とを備えている。
【００１４】
試料台１１は、図示を省略するが、載せられた観察物Ｏの位置をＸ軸方向（図２の紙面左右方向）に移動させるＸステージと、Ｙ軸方向（図２の紙面垂直方向）に移動させるＹステージと、Ｚ軸方向（図２の紙面上下方向）に移動させるＺステージとで構成されている。これらＸステージ及びＹステージ及びＺステージのそれぞれには、図１に示す配線Ｃ１を介して前記端末装置３０に接続されたモータが備えられており、クリーンルームＲ外から観察物Ｏの位置決めを遠隔操作で行うことが可能となっている。
【００１５】
照明光学系１２は、図２に示すように、光源であるランプ１２ａとランプ１２ａから発せられた照明光Ｌ１をコンデンサーレンズ１２ｄの瞳位置に結像させるためのコレクターレンズ１２ｂを備え、コレクターレンズ１２ｂとコンデンサーレンズ１２ｄの間に照明光を略直角に偏向するミラー１２ｃが配置されている。更に、コンデンサーレンズ１２ｄの瞳位置には、開口径が可変な開口絞り１２ｅ及び光拡散性素子１２ｆが備えられている。
【００１６】
光拡散性素子１２ｆは、フォログラフィック素子、すりガラス、フロスト、オパールガラス等の光散乱特性を有する光学素子から構成され、コンデンサーレンズ１２ｄの瞳に入射する照明光Ｌ１を複数の方向に散乱させ、照明光Ｌ１が瞳から射出される際の角度を広げる機能を有している。これにより、照明光Ｌ１は、コンデンサーレンズ１２ｄの開口絞り１２ｅに入射した角度よりも広い角度で開口絞り１２ｅから射出されることになり、光拡散性素子１２ｆを光路に挿入しない場合に比較して広い照明範囲を得ることができる。
【００１７】
そして、この光拡散性素子１２ｆは、前記結像光学系１３側の結像倍率に応じて複数種類が備えられている。本実施形態では、例えば図４の符号１２ｆ１〜１２ｆ４に示す４種類（４枚）を備えており、一枚の光拡散性素子保持部材１２ｇ内に互いに等角度間隔をおいて環状配置されている。
光拡散性素子保持部材１２ｇは、同図に示すように円盤形状を有しており、各光拡散性素子１２ｆ１〜１２ｆ４が配置される部分に、照明光Ｌ１を通すための貫通孔１２ｇ１がそれぞれ形成されている。また、この光拡散性素子保持部材１２ｇは、図示されないモータにより、その中心軸線１２ｇ２回りに回転動作することが可能となっている。これにより、各光拡散性素子１２ｆ１〜１２ｆ４のうちの１枚のみを選んで、図２に示す各コンデンサーレンズ１２ｄ間の光路内に位置決めすることが可能となっている。なお、この光拡散性素子保持部材１２ｇを回転させるモータも、前記配線Ｃ１を介して前記端末装置３０に接続されており、クリーンルームＲ外から、各光拡散性素子１２ｆ１〜ｆ４のうちの何れか１枚を選択して光路内に配置させる遠隔操作が可能となっている。すなわち、各光拡散性素子１２ｆ１〜１２ｆ４の位置は、照明光Ｌ１の光路上、または、この光路外の何れか一方に切り替え可能とされている。
【００１８】
各光拡散性素子１２ｆ１〜１２ｆ４は、互いに拡散率が異なっており、図３に示すように、観察物Ｏにおける照明範囲である照野を、符号Ｒ１〜Ｒ４に示す何れかの大きさの領域に変更することが可能となっている。すなわち、光拡散性素子１２ｆは、１２ｆ１，１２ｆ２，１２ｆ３，１２ｆ４の順に徐々に拡散率が大きく設定されており、光拡散性素子１２ｆ１を選んだ場合には最も小さい照野Ｒ１、光拡散性素子１２ｆ２を選んだ場合には照野Ｒ１よりも広い照野Ｒ２、光拡散性素子１２ｆ３を選んだ場合には照野Ｒ２よりも広い照野Ｒ３、光拡散性素子１２ｆ４を選んだ場合には照野Ｒ３よりも広い照野Ｒ４を得ることが可能となっている。同図に示す符号Ｒ０は、各コンデンサーレンズ１２ｄ間から光拡散性素子１２ｆを除いた場合の照野であり、前記照野Ｒ１よりも小さなものとなっている。したがって、実質的には、Ｒ０〜Ｒ４の５つの大きさの照野を選択することが可能となっている。
なお、これら光拡散性素子１２ｆ１〜１２ｆ４はレンズではないので、光路内外への出し入れを行っても、各コンデンサーレンズ１２ｄ間の光軸を狂わすことがないものとなっている。
【００１９】
そして、上記構成を有する光拡散性素子１２ｆは、図２で示したように開口絞り１２ｅの位置に設けられている。ここで言う「開口絞り１２ｅの位置」とは、コンデンサーレンズ１２ｄの瞳位置の近傍を表す。光拡散性素子１２ｆは、入射した光を特定の方向に散乱させる特性を有しているので、コンデンサーレンズ１２ｄの瞳位置以外の場所に配置した場合には、コンデンサーレンズ１２ｄの瞳位置に投影されるランプ１２ａの像を大きくする効果が顕著になり、照野を広げる効果がなくなる。よって、光散乱特性の異なる複数の光拡散性素子１２ｆをコンデンサーレンズ１２ｄの瞳位置以外で交換しても照野を変えることはできない。
【００２０】
結像光学系１３は、前記照明光学系１２によって照らされた観察物Ｏの透過光Ｌ２が入射する対物レンズ１３ａと、この対物レンズ１３ａを経た透過光Ｌ２を伝送するミラー１３ｂ，結像レンズ１３ｃ，接眼レンズ１３ｄと、この接眼レンズ１３ｄを経た後の透過光Ｌ２を受光するＣＣＤカメラ１３ｅとを備えて構成されている。
対物レンズ１３ａは、互いに倍率の異なるものが例えば５個、互いに等角度間隔をおいて環状配置されており（図２では、そのうちの１個のみを図示している。）、図示されないモータの駆動により、これら５個のうちの１個が選択されて透過光Ｌ２の光軸と同軸配置されるようになっている。この選択動作は、配線Ｃ１を介して前記端末装置３０の遠隔操作により行われる。
【００２１】
ＣＣＤカメラ１３ｅは、配線Ｃ２を介して前記端末装置３０に接続されており、受光信号を送信することが可能となっている。端末装置３０では、その内部に備えられた制御装置により、配線Ｃ２を介して得た受光信号を画像に変換してモニタ３０ａに表示させるようになっている。したがって、クリーンルームＲ外から観察物Ｏの顕微鏡画像を観察することが可能となっている。
【００２２】
前記ロボット２０は、図１に示すように、複数の観察物Ｏが載置される基台２１と、この基台２１上に固定されたロボットハンド２２とを備えて構成されている。このロボット２０は、配線Ｃ３を介して前記端末装置３０に接続されており、クリーンルームＲ外からロボットハンド２２を遠隔操作して、基台２１から顕微鏡１０への観察物Ｏの移動、及び、顕微鏡１０から基台２１への観察物Ｏの移動を行うことが可能となっている。
【００２３】
前記端末装置３０は、パーソナルコンピュータであり、ユーザの入力操作またはプログラムに基づいて、ロボット２０の遠隔操作と、顕微鏡１０の遠隔操作と、顕微鏡１０で得た観察画像の表示及び記録とを行うことが可能となっている。
顕微鏡１０の遠隔操作に際しては、前記結像光学系１３の焦点調整や、前記各対物レンズ１３ａの交換による拡大倍率調整や、この拡大倍率調整に連動して行われる照野調整などが行えるようになっている。照野調整では、選択された対物レンズ１３ａの拡大倍率に応じて決まる最適な照野を、端末装置３０が前記照野Ｒ０〜Ｒ４より選択し、照野Ｒ１〜Ｒ４の何れか１つを選択した場合には、これに対応する光拡散性素子１２ｆ１〜１２ｆ４のうちの何れかを端末装置３０が選んで顕微鏡１０に指示する。これにより、ユーザが選択した拡大倍率の対物レンズ１３ａと、この対物レンズ１３ａの拡大倍率に応じた照野を確保できる光拡散性素子１２ｆとが対になってその観察実施位置（図２に示す位置）に配置される。
なお、各対物レンズ１３ａのうちで最も高倍率のものを選択した場合には、全ての光拡散性素子１２ｆを光路から外すことで、最も小さい前記照野Ｒ０を確保する。
【００２４】
以上説明の本実施形態の顕微鏡１０は、開口絞り１２ｅの位置に光拡散性素子１２ｆを設ける構成を採用した。この構成によれば、照野の大きさを任意に変更することができるので、低倍率観察時及び高倍率観察時の双方における良好な照野を簡素な構成で確保することが可能となっている。しかも、照野の調整に用いる光拡散性素子１２ｆは、光路内外への出し入れを行っても照明光学系１２の光軸に悪影響を及ぼすものではないので、光軸調整を不要とすることも可能としている。
また、本実施形態の顕微鏡１０は、各対物レンズ１２ａの倍率に対応した拡散率を有する光拡散性素子１２ｆ１〜１２ｆ４を備える構成を採用した。この構成によれば、対物レンズ１２ａの倍率に連動して照野Ｒ０〜Ｒ４を選択することができるので、照明光Ｌ１の利用効率を高めることが可能となっている。
【００２５】
【発明の効果】
本発明の請求項１に記載の顕微鏡は、開口絞りの位置に光拡散性素子を設ける構成を採用した。この構成によれば、照野を任意に変更することができるので、低倍率観察時及び高倍率観察時の双方における良好な照野を、簡素な構成で確保することが可能となる。しかも、照野の調整に用いる光拡散性素子は、光路内外への出し入れを行っても照明光学系の光軸に悪影響を及ぼすものではないので、光軸調整を不要とすることも可能としている。
【００２６】
また、請求項２に記載の顕微鏡は、前記光拡散性素子の位置が、照明光の光路上または光路外の何れか一方に切り替え可能である構成を採用した。この構成によれば、複雑な構成を用いることなく容易に所望の照野を得ることが可能となる。
【００２７】
また、請求項３に記載の顕微鏡は、照明対象物からの光を取り込む対物レンズを複数備え、なおかつ、これら対物レンズの各倍率に対応した拡散率を有する前記光拡散性素子を複数備える構成を採用した。この構成によれば、対物レンズの倍率に連動して照野を選択することができるので、照明光の利用効率を高めることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の顕微鏡を備えた培養細胞観察装置を示す説明図である。
【図２】同顕微鏡に備えられている照明光学系と結像光学系とを示す縦断面図である。
【図３】同顕微鏡で得られる照野を示す図であって、図２のＡ−Ａ矢視図である。
【図４】同顕微鏡の照明光学系に備えられている光拡散性素子を示す図であって、図２のＢ−Ｂ矢視図である。
【図５】従来の顕微鏡に備えられている照明光学系を説明するための説明図である。
【符号の説明】
１０・・・顕微鏡
１２・・・照明光学系
１２ａ・・・光源
１２ｅ・・・開口絞り
１２ｆ，１２ｆ１，１２ｆ２，１２ｆ３，１２ｆ４・・・光拡散性素子
１３ａ・・・対物レンズ
Ｌ１・・・照明光
Ｏ・・・観察物（照明対象物）
【図１】
2004325869.tif 000003
【図２】
2004325869.tif 000004
【図３】
2004325869.tif 000005
【図４】
2004325869.tif 000006
【図５】
2004325869.tif 000007