JP2002031758A

JP2002031758A - 顕微鏡

Info

Publication number: JP2002031758A
Application number: JP2000215304A
Authority: JP
Inventors: Takashi Kasahara; 隆笠原; Katsuyuki Abe; 勝行阿部; Kenji Kawasaki; 健司川崎
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 2000-07-17
Filing date: 2000-07-17
Publication date: 2002-01-31
Also published as: US6456430B1; US20020021490A1

Abstract

(57)【要約】【課題】対物レンズを切替える操作を必要とすること
なく低倍での広い視野と、高倍での高解像の観察を可能
とし、また、フィルターや照明光の切替え操作を行なう
ことなく、異なる波長で観察することを可能とした作業
性の良い顕微鏡を提供する【解決手段】可視光から赤外光にわたる波長域の光を
発光する光源と、該光源からの光で標本を照明する照明
光学系と、標本からの光を集光する対物レンズと、対物
レンズからの光束を複数の光路に分割し、かつ、分割さ
れた光束を異なる波長の光束に分離する光路分割ユニッ
トと、光路分割後のいずれかの光路中に配置された倍率
を変換する倍率変換光学系と、分割された光束をそれぞ
れ観察するための複数の撮像素子を有する顕微鏡であっ
て、前記対物レンズを倍率が３２以下で開口数０．８５
以上の対物レンズとした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、対物レンズの切替
えをすることなく異なる倍率で観察をすることが可能で
あり、また、光路中の光学素子を切替えることなく異な
る波長での観察が可能である顕微鏡に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、生物学の研究分野では、脳などの
標本を切断して観察を行なっているが、できるだけ生き
た状態で観察するためには、切断時の損傷が少ない標本
内部を観察しなければならない。そのため、できるだけ
切断時の損傷が少ない部位を得る必要があり、標本の厚
さを従来に比べて厚くする傾向がある。このような厚い
標本の内部を観察するためには、特開平１０−２０１９
８で開示されているように、散乱が少なく透過性の良い
７００ｎｍから１２００ｎｍ波長の赤外光を用いて観察
されることが一般的である。

【０００３】また、生物学の顕微鏡分野では、マニピレ
ータを操作することによって、直径数μｍ程度の微小な
ガラス電極を細胞膜表面に密着させ、細胞膜のＣａイオ
ンチャンネルの電気特性を調べるというバッチクランプ
法が広く用いられている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】顕微鏡観察では低倍率
の対物レンズの広い視野で標本の位置を探した後、高倍
率の対物レンズで見たい細胞を拡大して標本操作や蛍光
観察を行うために倍率を切替える必要がある。顕微鏡に
おける倍率の切替えは、顕微鏡のレボルバに低倍率の対
物レンズと高倍率の対物レンズを装着しておき、レボル
バの回転操作によって低倍率の対物レンズと高倍率の対
物レンズが光路中に挿脱されることによって行われる。
しかし、対物レンズの切替え時には少なからぬ衝撃あ
り、それにより標本の位置にずれが生じて易い。特に、
対物側からバッチクランプなどの標本操作を行なう場合
は、対物レンズとバッチクランプの電極等の細胞操作を
行なうための用具との接触が起こり易く、標本からバッ
チクランプの電極針が外れてしまい、低倍率の対物レン
ズに戻して再び作業をやり直さなけばならず作業性が良
くないという問題がある。

【０００５】また、異なる波長で観察する場合はフィル
ターを切替えたり、透過照明と落射照明を切替えたりす
るなどの操作が必要であり、これらの切替え時にも少な
からぬ衝撃あり、対物レンズの切替え時と同様に標本の
位置にずれが生じて易いという問題がある。

【０００６】本発明は前記課題に鑑みてなされたもので
あり、対物レンズを切替える操作を必要とすることなく
低倍での広い視野と、高倍での高解像の観察を可能と
し、また、フィルターや照明光の切替え操作を行なうこ
となく、異なる波長で観察することを可能とした作業性
の良い顕微鏡を提供することを目的とするものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の顕微鏡は、可視
光から赤外光にわたる波長域の光を発光する光源と、該
光源からの光で標本を照明する照明光学系と、標本から
の光を集光する対物レンズと、対物レンズからの光束を
複数の光路に分割し、かつ、分割された光束を異なる波
長の光束に分離する光路分割ユニットと、光路分割後の
いずれかの光路中に配置された倍率を変換する倍率変換
光学系と、分割された光束をそれぞれ観察するための複
数の撮像素子を有する顕微鏡であって、前記対物レンズ
は倍率が３２以下で開口数０．８５以上であることを特
徴とする。

【０００８】また、前記倍率変換光学系を持つ光路は前
記対物レンズの光軸と直交方向に設けられ、更に前記倍
率変換光学系通過後に前記対物レンズの光軸と平行方向
に偏向する偏向光学素子を有し、前記対物レンズの光軸
から前記偏向光学素子によって偏向された前記倍率変換
光学系を持つ光路の光軸までの距離をＤとするとき、以
下の条件を満たすことを特徴とする。（１）１５０ｍｍ≦Ｄ≦３００ｍｍまた、前記倍率変換光学系の最も低い倍率をβ１、最も
高い倍率をβ２とするとき、以下の条件を満足すること
を特徴とする。（２）５≦β２／β１

【０００９】

【発明の実施の形態】本発明の顕微鏡は、可視光から赤
外光にわたる波長域の光を発光する光源と、この光源か
らの光で標本を照明する照明光学系とを備えているた
め、赤外光よる観察が可能となり厚い標本の深部（内
部）を観察することが可能である。

【００１０】ここで、本発明の顕微鏡に用いられる対物
レンズは、広い観察範囲を観察することができるように
倍率が３２倍以下であり、そして、標本の細部を観察で
きるだけの十分な解像を得ることができるできる０．８
５以上の開口数を持っている。また、本発明の顕微鏡に
は倍率変換光学系が配置されている。そこでこの対物レ
ンズと倍率変換光学系とを組合せることによって、対物
レンズを交換しなくても倍率変換光学系を低倍率に設定
した場合は広い視野を得ることができ、高倍率に設定し
た場合は標本の細部を観察できるだけの十分な解像を得
ることができるようにしている。

【００１１】このように、本発明の顕微鏡では対物レン
ズを切替える操作を必要とせず、厚い標本であっても倍
率変換光学系の倍率を変化させて低倍での広い視野と、
高倍での高解像な観察することが可能となる。

【００１２】また、対物レンズからの光束を複数の光路
に分割し、かつ、分割された光束を異なる波長の光束に
分離する光路分割ユニットを備えているため、光路を切
替える操作を行なうことなく赤外光と可視光との同時観
察や、波長の異なる可視光どうしによる同時観察など、
異なる波長での同時観察が可能となる。ここで、光路分
割ユニットとしてはダイクロックミラーがあるが、ハー
フミラーと複数の波長選択素子で構成することができ
る。更に、本発明の顕微鏡では、前述の可視光から赤外
光にわたる波長域の光を発光する光源とは別の第２の光
源と、この第２の光源からの光で標本を照明する第２の
照明光学系と、第２の光源からの照明光と蛍光を分離す
る分離光学素子を有する落射蛍光照明装置を更に備える
ことによって、光学素子の切替え操作を行なうことな
く、赤外光と蛍光との同時観察、波長の異なる蛍光どう
しの同時観察が可能となる。

【００１３】また、光路分割ユニットで偏向されない第
１の光路は表像であるのに対して、光路分割ユニットで
分割された第２の光路は、そのままであると反射回数が
１回のため裏像となってしまう。そこで、本発明の顕微
鏡では、光路分割ユニットによる偏向を対物レンズの光
軸と直交する方向に行い、この方向に第２の光路を形成
している。そして、第２の光路中に光偏向光学素子を配
置して表像が形成されるようにしている。これにより、
第１の光路に設けられた第１の撮像装置と第２の光路に
設けられた第２の撮像装置での像の向きを合わせること
ができる。

【００１４】なお、この光偏向光学素子は、偏向後の光
軸が対物レンズの光軸方向と平行になるように配置する
のが好ましい。ここで、対物レンズの光軸から前記偏向
光学素子による偏向後の光軸までの距離をＤとすると
き、以下の条件を満たすのが望ましい。（１）１５０ｍｍ≦Ｄ≦３００ｍｍ上記の条件につい
て説明する。光路分割ユニットで偏向されない第１の光
路側にも倍率光学系を配置すると、第１の光路と第２の
光路における像の倍率を合わせることが可能となり便利
である。また、２つの光路ともに標本の細部を観察でき
るだけの高倍率に変倍することが可能となる。

【００１５】しかしながら、条件（１）の下限値を下回
ると、第２の光路に設けた第２の撮像装置が第１の光路
に近づきすぎてしまうため、第１の光路に倍率変換光学
系を設けることが出来なくなってしまう。また、光偏向
光学素子から第２の撮像装置までの距離が長くなるため
第２の光路における像の撮影が振動による影響を受けや
すくなる。また、条件（１）の上限を上回ると、顕微鏡
に前述の落射蛍光照明光学系が備わっている場合に、第
２の撮像素子が落射蛍光照明光学系の光源に近づくため
熱の影響を受けたり、構造的に接触してしまうため好ま
しくない。

【００１６】また、赤外光での観察では、標本の位置探
しとバッチクランプ等の標本操作を行なうことが多い。
そのため、倍率変換光学系は大きな変倍比が必要であ
る。第２の光路を赤外光観察光路にするのが望ましい。
これは、倍率変換光学系の変倍比を大きくとろうとする
と全長が長くなりやすくなるため、レンズ照光路分割ユ
ニットで偏向されない第１の光路に倍率変換光学系を配
置すると高さが高くなりずぎてしまう。そこで、倍率変
換光学系は第２の光路に配置されることが望ましい。ま
た、標本を観察する際、低倍側ではできるだけ広い視野
を確保し、高倍側では標本の細部を観察できるだけの高
い解像度を確保する必要である。そのため、倍率変換光
学系の最も低い倍率をβ１、最も高い倍率をβ２とする
とき、倍率変換光学系は以下の条件を満たすことが望ま
しい。（２）５≦β２／β１以下本発明の実施例について、図
を参照しながら詳細に説明する。

【００１７】実施例１の構成を図１に示す。本実施例の
顕微鏡は、可視光から赤外光にわたる波長域の光を発光
する光源光源１ａと、光源からの光束を標本１ｃへ導く
照明光学系１ｂと、２０倍で開口数０．９５の対物レン
ズ１ｄと、光路分割ユニットであるダイクロックミラー
１ｅと、倍率変換光学系である変倍レンズ１ｆ、対物レ
ンズ１ｄの光軸と平行方向に偏向するためのミラー１
ｇ、撮像素子（第２の撮影装置）１ｈ、撮像素子（第１
の撮像装置）１ｉより構成されている。

【００１８】赤外光を発光する光源１ａからの赤外光は
照明光学系１ｂにより標本１ｃに導かれる。２０倍で開
口数０．９５の対物レンズ１ｃでは２０倍と比較的低倍
率で開口数が従来の同じ倍率の対物レンズに比べて大き
いため、変倍レンズ１ｆで低倍率に変倍すると広い視野
を得ることができ、また、標本の細部を観察できるだけ
の高倍率に変倍しても十分な解像を得ることができる。
したがって、対物レンズは変換をする必要がなく、この
対物レンズのみで良いため本発明の顕微鏡では単独で配
置されている。

【００１９】対物レンズ１ｄからの光束は光路分割と波
長分離を兼ねているダイクロックミラー１ｅで分割さ
れ、対物レンズの光軸と直交方向に偏向された光束、す
なわち第２の光路における光束は変倍レンズ１ｆで変倍
され、ミラー１ｇで対物レンズの光軸と平行方向に偏向
され撮像素子１ｈに導かれる。一方、ダイクロックミラ
ー１ｅで偏向されない光束は、すなわち第１の光路にお
ける光束は撮像素子１ｉへ導かれる。

【００２０】このように、第１の光路と第２の光路で
は、ダイクロックミラー１ｅによって異なる波長の光が
導かれるので、異なる波長の同時観察を行なうことがで
きる。そこで、例えばダイクロックミラー１ｅに赤外光
と可視光を分離する特性のものを用いれば、赤外光によ
る像と可視光による像の同時観察が可能となる。また、
異なる波長の可視光を分離する特性のものを使用すれ
ば、波長の異なる可視光どうし（例えば赤の波長と緑の
波長）の像の同時観察が可能となる。

【００２１】また、図２のように光路分割ユニットとし
て、ダイクロックミラー１ｅの代わりにハーフミラー１
ｊを配置し、波長を選択するフィルタ１ｋ、１ｋ’を光
路分割後の両光路に配置してもダイクロックミラーと同
様の効果が得られる。

【００２２】実施例２の構成を図３に示す。本実施例の
顕微鏡は、可視光から赤外光にわたる波長域の光を発光
する第１の光源２ａと、第１の光源２ａからの光束を標
本２ｃへ導く第１の照明光学系３ｂと、２０倍で開口数
０．９５の対物レンズ２ｄと、第２の光源である蛍光用
光源２ｅと、蛍光用光源２ｅからの光束を標本２ｃへ導
く第２の照明光学系である蛍光照明光学系２ｆと、蛍光
用光源２ｅからの照明光と蛍光を分離するダイクロック
ミラ−２ｇと、光路分割ユニットであるダイクロックミ
ラー２ｈと、倍率変換光学系２ｉ、２ｊと、対物レンズ
の光軸と平行方向に偏向するためのミラー２ｋ、撮像素
子２ｌ、２ｍより構成されている。

【００２３】対物レンズ２ｄからの光束はダイクロック
ミラー２ｈで分割され、対物レンズの光軸と直交方向に
偏向された光束は変倍レンズ２ｉで変倍され、ミラー２
ｋで対物レンズの光軸と平行方向に偏向され撮像素子２
ｌに導かれる。ダイクロックミラー２ｈで分割後、光路
分割ユニットで偏向されない光束は変倍レンズ２ｊで変
倍され撮像素子２ｍに導かれる。

【００２４】本実施例では、蛍光用光源２ｅと、蛍光用
光源からの光束を標本へ導く蛍光照明光学系２ｆと、照
明光と蛍光を分離するダイクロックミラ−２ｇとを有す
る落射蛍光照明装置を備えることにより、赤外光と蛍光
との同時観察、波長の異なる蛍光と蛍光との同時観察が
可能となる。

【００２５】また、図３のように光路分割ユニットで偏
向されない光路側にも倍率レンズ２ｊ（ここでは交換
式）を配置すると、異なる波長の観察する２つの光路の
倍率を合わせることが可能となり、また、２つの光路と
もに標本の細部を観察できるだけの高倍率に変倍するこ
とが可能となる。

【００２６】また、蛍光観察するためには上述のように
蛍光用光源２ｅと、蛍光用光源からの光を標本へ導く光
学系２ｆと、照明光と蛍光を分離するダイクロックミラ
−２ｇが必要となる。そのため、本実施例では蛍光用光
源や、可視側変倍レンズとの干渉を避けるため、光路分
割されてから、変倍レンズ通過後に対物レンズの光軸と
平行方向に偏向されるまでの距離Ｄを１７０ｍｍとして
いる。

【００２７】実施例３の構成を図４に示す。本実施例の
顕微鏡は、可視光から赤外光にわたる波長域の光を発光
する光源３ａと、光源からの光束を標本３ｃへ導く照明
光学系３ｂと、２０倍で開口数０．９５の対物レンズ３
ｄと、光路分割ユニットであるダイクロックミラー３ｅ
と、変倍レンズ３ｆ、対物レンズの光軸と平行方向に偏
向するためのミラー３ｇ、撮像素子３ｈ、３ｉより構成
されている。

【００２８】本実施例では、変倍レンズ３ｆとして倍率
の異なるレンズを複数用意し、例えば０．２５倍から４
倍まで倍率の異なるレンズ３ｆ１〜３ｆ４の少なくとも
２つ以上を切替え可能に配置して変倍する。低倍率での
広い視野と、標本の細部を観察できるだけの高倍率を得
るためには、低倍率と高倍率の倍率の比が大きいこと必
要であり、０．２５倍レンズ３ｆ１或いは０．３５倍レ
ンズ３ｆ２と２倍レンズ３ｆ３或いは４倍レンズ３ｆ４
が組み合わされる。

【００２９】高倍率では標本の細部を観察できるだけの
解像力が必要であるが、低倍率は主に標本の位置を探す
など、解像力を必要としない。変倍レンズ系は低倍率ほ
ど射出側の開口数が大きくなるため設計が困難であり、
また、設計できたとしても、レンズ枚数が多くなりコス
トが高くなる。そこで、高倍率のレンズ系と比べ、低倍
率のレンズ系の開口数を低くすれば、設計も容易となり
コストの上昇も防ぐことができる。

【００３０】また、変倍レンズの倍率が異なると明るさ
が大きく異なってしまい変倍する度に調光しなければな
らない。そこで、０．２５倍と０．３５倍には、レンズ
系を同時に脱着可能な構成にＮＤフィルター３ｆ１ｎ、
３ｆ２ｎが配置されている。

【００３１】また、変倍レンズを図５に示されるよう
な、光軸方向にレンズが移動することで変倍するズーム
レンズの構成としても良い。実施例４の構成を図６に示
す。本実施例の顕微鏡は、可視光から赤外光にわたる波
長域の光を発光する光源光源４ａと、光源からの光束を
標本４ｄへ導く光照明学系４ｂと、照明光学系４ｂ内に
配置された部分開口４ｃを形成する開口部材と、開口数
０．８５以上で倍率２０倍以下の対物レンズ４ｅと、光
路分割ユニットであるダイクロックミラー４ｆと、変倍
レンズ４ｇ、対物レンズの光軸と平行方向に偏向するた
めのミラー４ｈ、撮像素子４ｉ、４ｊと、画像処理装置
４ｋと、表示装置４ｌより構成されている。

【００３２】本実施例の顕微鏡では、赤外光で観察する
ときに透明な標本にコントラストをつけるため、照明光
学系４ｂ内に配置された部分開口４ｃにより偏斜照明を
し、画像処理装置４ｋでコントラスト強調して表示装置
４ｌで観察することにより、良好な像を観察すことがで
きる。

【００３３】また、図７（ａ）に示すように、部分開口
４ｃを形成する開口部材は扇型の開口を持つ開口部材４
ｃ１と、移動可能に配置された遮蔽部材４ｃ２で構成さ
れている。このように構成することで、開口形状を図７
（ｂ）に示すように変化させることができ、標本の厚さ
や散乱の度合い、観察する深さに合わせて、偏斜照明に
よる立体感と明るさを変化させることができ、画像処理
装置４ｋと組合せると良好な観察を行なうことができ
る。

【００３４】

【発明の効果】このように、本発明の顕微鏡では対物レ
ンズを切替える操作を必要とせず、厚い標本であっても
倍率を変化させて低倍での広い視野と、高倍での高解像
な観察することが可能となる切替え操作を行なうことな
く赤外光と可視光との同時観察や、赤外光と蛍光との同
時観察、波長の異なる可視光どうしによる同時観察な
ど、異なる波長での同時観察が可能となる。

【００３５】対物レンズを切替える操作を必要とするこ
となく低倍での広い視野と、高倍での高解像の観察を可
能とし、また、フィルターや照明光の切替え操作を行な
うことなく、異なる波長で観察することを可能とした作
業性の良い顕微鏡を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の顕微鏡の第１実施例を示す図。

【図２】光路分割ユニットの別の構成を示す図。

【図３】本発明の顕微鏡の第２実施例を示す図。

【図４】本発明の顕微鏡の第３実施例を示す図。

【図５】倍率変換光学系の別の構成を示す図。

【図６】本発明の顕微鏡の第４実施例を示す図。

【図７】（ａ）開口部材の構成を示す図。（ｂ）部分開
口の変化する様子を示す図。

【符号の説明】

１ａ、２ａ、３ａ、４ａ赤外光を発光する光源１ｂ、２ｂ、３ｂ、４ｂ照明光学系１ｃ、２ｃ、３ｃ、４ｄ標本１ｄ、２ｄ、３ｄ、４ｅ対物レンズ１ｅ、２ｈ、３ｅ、４ｆダイクロックミラー１ｆ、２ｉ、２ｊ、３ｆ、４ｇ変倍レンズ１ｇ、２ｋ、３ｇ、４ｈミラー１ｈ、１ｉ、２ｌ、２ｍ、３ｈ、３ｉ、４ｉ、４ｊ
撮像素子１ｊハーフミラー１ｋ波長を選択するフィルタ２ｅ蛍光用光源２ｆ蛍光照明光学系２ｇダイクロックミラ− ３ｆ１０．２５倍レンズ３ｆ２０．３５倍レンズ３ｆ３２倍レンズ３ｆ４４倍レンズ３ｆ１ｎ、３ｆ２ｎＮＤフィルタ４ｃ部分開口４ｃ１扇型の開口を持つ遮蔽部材４ｃ２移動可能に配置された遮蔽部材４ｋ画像処理装置４ｌ表示装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 2H052 AA00 AA06 AA09 AB05 AB24 AC04 AC05 AC09 AC13 AD31 AD35 AF14 2H087 KA09 LA01 LA27 NA03 RA48 SA85

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】可視光から赤外光にわたる波長域の光を
発光する光源と、該光源からの光で標本を照明する照明
光学系と、標本からの光を集光する対物レンズと、対物
レンズからの光束を複数の光路に分割し、かつ、分割さ
れた光束を異なる波長の光束に分離する光路分割ユニッ
トと、光路分割後のいずれかの光路中に配置された倍率
を変換する倍率変換光学系と、分割された光束をそれぞ
れ観察するための複数の撮像素子を有する顕微鏡であっ
て、前記対物レンズは倍率が３２以下で開口数０．８５
以上である顕微鏡。
【請求項２】前記倍率変換光学系を持つ光路は前記対
物レンズの光軸と直交方向に設けられ、更に前記倍率変
換光学系通過後に前記対物レンズの光軸と平行方向に偏
向する偏向光学素子を有し、前記対物レンズの光軸から
前記偏向光学素子によって偏向された前記倍率変換光学
系を持つ光路の光軸までの距離をＤとするとき、以下の
条件を満たす請求項１に記載の顕微鏡。（２）１５０ｍｍ≦Ｄ≦３００ｍｍ
【請求項３】前記倍率変換光学系の最も低い倍率をβ
１、最も高い倍率をβ２とするとき、以下の条件を満足
する請求項１乃至請求項２に記載の顕微鏡。（１）５≦β２／β１