JP2004318181A - 倒立顕微鏡 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、撮影光路の増加を目的とする。
【解決手段】照明光を発生する光源３と、光源３で発生させた照明光を試料９へ照射する照明光学系４と、試料９に対向配置され試料９から物体光が入射する対物レンズ１１と、対物レンズ１１による第１次像と対物レンズ１１の間の光路上に配置され対物レンズ１１を通過した光を互いに異なる３方向以上の方向に分岐する光分岐手段１６，２２と、光分岐手段１６，２２で分岐された光が入射する観察光路２３と、光分岐手段１６，２２で分岐された光が入射する３つ以上の撮影光路１７ａ，１７ｂ，１７ｃ，１７ｄとを具備し、撮影光路１７ａ，１７ｂ，１７ｃ，１７ｄのうちの１つは光分岐手段１６，２２の下方光路に分岐可能であり、かつ下方光路１７ｄを含む複数の撮影光路１７ａ，１７ｂ，１７ｃ，１７ｄを同時に使用できる倒立顕微鏡。
【選択図】 図１

Description

本発明は、試料像を接眼レンズで観察しおよびスチールカメラ，ＴＶカメラで撮影するための複数の光路を必要とし、また培養細胞等の位相物体試料の像を観察および撮影するための顕微鏡に関する。

接眼レンズを通して行なう目視観察と共に、スチールカメラやＴＶカメラを鏡体に取り付けてそれらカメラで試料の拡大像を撮影できるようにした顕微鏡が知られている。特公平４−３０５６５公報には、試料の拡大像の光を撮影光路へ導くための光学素子を備えた顕微鏡が開示されている。この顕微鏡は、対物レンズからの光を撮影光路へ導くための第１の光学素子と、対物レンズからの光を観察光路へ導くための第２の光学素子とを備えている。この顕微鏡では、第１の光学素子を光軸に対して直交する方向に三段階に切り換えることによって、２方向の撮影光路が選択可能となり、観察光路に加えてＴＶカメラまたはスチールカメラ等の撮影光路が適宜選択できる。

また、特開平３−１７２８１６号公報には、第２の光学素子で反射（分岐）された観察光路の途中にビ―ムスプリッタ―が介挿され、このビ―ムスプリッタ―により対物レンズからの光を観察光路のみならず撮影光路へも同時に導く顕微鏡が開示されている。

近年、生命科学の研究分野では、高感度撮像デバイスの開発，蛍光試薬の発達等に伴い、微弱蛍光観察，微弱測光等の人間の目では検出できない極微弱光を検出する研究実験が増大している。又、ビデオマイクロスコピ―という観察手法においては、試料（標本）からの光に変調、例えば微分干渉効果を加え、この変調された像を別途撮像デバイスで検出した映像に画像処理（エンハンス）することによって、動きのある標本の移動量，位置の検出感度の向上を図るようにしている。
特公平４−３０５６５公報 特開平３−１７２８１６号公報

しかしながら、上述した顕微鏡においてもまだ解消すべき次のような課題があった。

（１）撮影光路の数が少ない。すなわち、ＴＶカメラと写真を得るためのスチールカメラとの併設による２撮影光路は当然必要であるが、２種類以上のＴＶカメラの併設及び使い分けができない。

例えば、微弱蛍光観察においては、空間分解能の向上を図るためのク―ルドＣＣＤカメラ，時間分解能の向上を図るためフォトダイオ―ドアレイ、それに、標本の形態記録用に小型ＣＣＤカメラとの３種類のＴＶカメラを設置する必要があるので、少なくとも３つ以上の撮影光路が必要となる。

なお、特公平４−３０５６５号公報における倒立顕微鏡においては、第１の光学素子を三段階に切り換えることで２方向（手前側と左側）の撮影光路が確保されているが、手前側の撮影光路は３５ｍｍのスチールカメラ専用である。したがって、ＴＶカメラは１台しか取り付けることができない。

（２）各々の撮影光路に形成される像の大きさが正確に一致しない。すなわち、複数のＴＶカメラで像を撮像した場合、得られた各映像の大きさを正確に把握し、映像の重ね合せや、比較を行なうことによって、標本の時間経過に伴う変化や動きを正確に測定する手法が提唱されているが、各像の大きさが不一致の場合、これらの手法を採用できない。

（３）各撮影光路や観察光路において光量損失が大きく、しかも各撮影光路や各観察光路の光量損失量が一致しない。

例えば、一般的な倒立顕微鏡では、観察鏡筒までの光の反射回数は３回もあり、反射に伴う光量ロスと像の劣化は著しい。特に倒立顕微鏡では観察像の向きとして標本を上方から見た方向に一致させる慣例があり、反射回数は奇数回である必要上、観察光路の反射回数として１回，３回，５回等が選ばれる。

例えば、特開平３−１７２８１６号公報においては、観察光路を１回の反射で観察鏡筒に導き、観察光路の途中にビ―ムスプリッタ―を挿脱可能にして、ＴＶカメラや写真装置を取り付ける付属装置へ光を導く構成が開示されている。しかし、観察鏡筒内にビ―ムスプリッタ―による光路の延び量を補正するためのプリズムを予め組込んでおく必要があるので、観察光量のロスや像の劣化が生じやすい。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、撮影光路として３つ以上の光路が確保でき、生命科学等の研究分野においても、有用で種々の研究要望に対応できる倒立顕微鏡を提供することを目的とする。

本発明による倒立顕微鏡は、照明光を発生する光源と、前記光源で発生させた照明光を試料へ照射する照明光学系と、前記試料に対向配置され前記試料から物体光が入射する対物レンズと、前記対物レンズによる第１次像と前記対物レンズの間の光路上に配置され前記対物レンズを通過した光を互いに異なる３方向以上の方向に分岐する光分岐手段と、前記光分岐手段で分岐された光が入射する観察光路と、前記光分岐手段で分岐された光が入射する３つ以上の撮影光路とを具備し、前記撮影光路のうちの１つは前記光分岐手段の下方光路に分岐可能であり、かつ前記下方光路と他の撮影光路とを同時に使用できることを特徴とする。

本発明による別の倒立顕微鏡は、照明光を発生する光源と、前記光源で発生させた照明光を試料へ照射する照明光学系と、前記試料に対向配置され前記試料から物体光が入射する対物レンズと、前記対物レンズを通過した光の光路上に設けられ前記試料の第１次像を形成するため前記対物レンズを通過した光を所定位置に結像させる結像レンズと、前記対物レンズと前記第１次像との間の光路上に配置され前記対物レンズを通過した光を互いに異なる３方向以上の方向に分岐する光分岐手段と、前記光分岐手段で分岐された光が入射する観察光路と、前記光分岐手段で分岐された光が入射する３つ以上の撮影光路とを具備し、前記撮影光路のうちの１つは前記光分岐手段の下方光路に分岐可能であり、かつ前記下方光路と他の撮影光路とを同時に使用できることを特徴とする。

本発明によるさらに別の倒立顕微鏡は、照明光を発生する光源と、前記光源で発生させた照明光を試料へ照射する照明光学系と、前記試料に対向配置され前記試料から物体光が入射する対物レンズと、前記対物レンズを通過した光の光路上に設けられ前記試料の第１次像を形成するため前記対物レンズを通過した光を所定位置に結像させる結像レンズと、前記対物レンズと前記第１次像との間の光路上に配置され前記対物レンズを通過した光を異なる方向に分岐する第１の光学素子と、前記第１の光学素子で分岐された分岐光の光路上に設けられ前記第１の光学素子から入射する前記分岐光を観察光路を含む複数方向に導く第２の光学素子と、前記第１の光学素子で分岐された光および前記第１の光学素子と前記第２の光学素子とを経由した光とが入射する３つ以上の撮影光路とを具備し、前記撮影光路のうちの１つは前記第２の光学素子の下方光路に分岐可能であり、かつ前記下方光路と他の撮影光路とを同時に使用できることを特徴とする。

本発明によれば、撮影光路として３つ以上の光路が確保でき、生命科学等の研究分野においても、有用で種々の研究要望に対応できる倒立顕微鏡を提供できる。

以下、本発明の実施形態について説明する。

（第１実施形態）図１〜図３は、本発明を倒立顕微鏡に適用した実施形態を示している。図１は、倒立顕微鏡における各光学系の相互位置関係を示す透視斜視図であり、図２は同顕微鏡を側面から見た透視図であり、図３は同顕微鏡を正面から見た透視図である。

この倒立顕微鏡は、鏡体ハウジング１の上端に照明ハウジング２が取り付けられ、照明ハウジング２内に光源３が収納されている。光源３から出力された光４は反射ミラー５で進行方向を下方に変更される。下方に曲げられた光４は、視野絞り６を通過してコンデンサレンズ７に入射する。コンデンサレンズ７が光４をステージ８上に載置された試料９上に集光する。この試料９を通過した光はステージ８の下側に配設されたレボルバ１０に支持された対物レンズ１１へ入射する。

対物レンズ１１を通過した光は、光軸に対して４５度傾斜したダイクロイックミラーを内蔵した蛍光キュ―ブ１２へ入射される。この蛍光キュ―ブ１２は、落射照明系１３の光源１４から照明光が入射される。

蛍光キュ―ブ１２の下側には、対物レンズ１１から入射する光を焦点距離の位置に結像させる結像レンズ１５が配設されている。図１中、符号２９ａ〜２９ｄは結像レンズ１５による試料９の第１次像が形成される位置を示す。この結像レンズ１５を通過した光は第１の光学素子１６に入射する。

第１の光学素子１６は、図１に示すように、光軸に直交する方向に互いに接して配列された３個の半透過プリズム１６ａ，１６ｂ，１６ｃで構成されている。各半透過プリズム１６ａ〜１６ｃは、それぞれ上方から入射される光を、下方に透過すると共に、それぞれ入射光の光軸と直交しかつ互いに９０°異なる方向に反射する半透過面を有する。

具体的には、半透過プリズム１６ａは上方から入射した光を下方に透過すると共に、当該入射光を第１の撮影光路１７ａ方向（左方向）に導く。中央の半透過プリズム１６ｂは上方から入射した光を下方に透過すると共に、当該入射光を第２の撮影光路１７ｂ方向（手前方向）に導く。半透過プリズム１６ｃは上方から入射した光を下方に透過すると共に、当該入射光を第３の撮影光路１７ｃ方向（右方向）に導く。

３個の半透過プリズム１６ａ，１６ｂ，１６ｃは図中点線で示す支持台１８に移動自在に支持されている。支持台１８に支持された半透過プリズム１６ａ，１６ｂ，１６ｃは、先端が鏡体ハウジング１の外壁に露出した位置調整ツマミ１９によって、その水平位置がＡ，Ｂ，Ｃの３段階に移動可能である。位置調整ツマミ１９をＡ位置に停止させると、半透過プリズム１６ａが光４の光路上に配置され、光４が撮影光路１７ａに導かれて位置２９ａで結像する。位置調整ツマミ１９をＢ位置に停止させると、半透過プリズム１６ｂが光路上に配置され、光４が撮影光路１７ｂに導かれて位置２９ｂで結像する。位置調整ツマミ１９をＣ位置に停止させると、半透過プリズム１６ｃが光路上に配置され、光４が撮影光路１７ｃに導かれて位置２９ｃで結像する。すなわち、任意の半透過プリズム１６ａ，１６ｂ，１６ｃを入射光の光軸位置に選択的に移動できる。その結果、観察者は結像レンズ１５を通過した光を第１〜第３の撮影光路１７ａ〜１７ｃのうちの任意の撮影光路に導くことが可能である。

なお、第１の光学素子１６を構成する各半透過プリズム１６ａ〜１６ｃおよび第２の光学素子２２の半透明ミラーの光学特性は任意に変更できる。例えば、反射率を０〜１００％の範囲でＺｎＳ−Ａｇの薄膜の蒸着により膜厚を選定することで選択できる。

また、研究者の実験目的によって、第１，第２の光学素子１６，２２に求められる要求仕様は様々であるので、半透過プリズム１６ａ〜１６ｃの反射率／透過率においても、８０／２０％，５０／５０％，１００／０％，０／１００％の種類が考えられる。また、２波長以上の蛍光を同時測光する場合は、半透過プリズム１６ａ〜１６ｃの代りに短波長光を反射し、長波長光を透過する特性を持ったダイクロイックミラーを用いる。撮影光路１７ａと１７ｂ、または撮影光路１７ｃと１７ｄにＴＶカメラや測定系素子を配置して同時比較測光することが可能である。さらに、第２の光学素子２２の半透明ミラーとして反射１００％のミラー、つまり全反射ミラーを選択することも可能である。

各撮影光路１７ａ〜１７ｃに結像される試料９の第１次像の像倍率は、完全に一致するように調整されている。すなわち、対物レンズ１１自体が無限遠補正対物レンズであるために有限補正対物レンズに無限遠用の結像レンズを備える必要がなく、また試料９のピント合わせはレボルバ１０を動かせば良い。さらに、結像レンズ１５が無限遠補正対物レンズに対応した結像レンズであり、結像レンズ１５と、各光路の焦点位置２９との間にレンズは入っていないので各光路の像倍率は等しい。実施形態においては、結像レンズ１５の焦点距離ｆ_Ｂが１８０ｍｍで、像倍率は［１ｘ］に設定されている。

第１の光学素子１６のいずれか１つの半透過プリズム１６ａ〜１６ｃを下方に通過した光は第２の光学素子２２に入射される。この第２の光学素子２２は例えば半透明ミラーで構成されており、入射した光を観察光路２３方向に反射すると共に、入射光をそのまま下方の新たな撮影光路１７ｄへ透過させる。

この第２の光学素子２２は支持台２４に移動自在に支持されており、第１の光学素子１６と同様に、挿脱レバー２５を操作することによって、鏡体ハウジング１の外部へ引き出すことが可能である。第２の光学素子２２が挿脱レバー２５により光路外に引き出されると、光は観察光路２３に導かれることなく撮影光路１７ｄへのみ入射する。第２の光学素子２２が光路内に挿入されたときには、観察光路２３および撮影光路１７ｄの双方に入射する。

第２の光学素子２２は、第１の光学素子１６と同様に、上記挿脱機構によって観察者が必要に応じて他の光学特性を有した半透明ミラーと交換が可能である。また、変形例として、鏡体ハウジング１の底面から光学素子２２を保持する支持台２４および挿脱レバー２５の一体物を光路からハネノケ可能に底面に取り付けるようにしてもよい。このハネノケ機構によっても、入射した光を観察光路２３方向に反射する場合と下方の新たな撮影光路１７ｄにのみ透過する場合の切り換えが可能となる。

第２の光学素子２２を透過して撮影光路１７ｄに導入された光は前記第１の光学素子１６の各撮影光路１７ａ〜１７ｃと同一距離の所定位置２９で結像する。さらに、この撮影光路１７ｄに結像される試料９の第１次像の像倍率は前記第１の光学素子１６の各撮影光路１７ａ〜１７ｃの各像倍率と完全に一致することは、結像レンズ１５と焦点位置２９ａ〜２９ｄとの間にレンズが介在されていないことから明らかである。撮影光路１７ｄの焦点位置２９ｄにＴＶカメラの撮像面を配置するため、撮影光路１７ｄ中には所望のＴＶカメラのフランジバックに合う図示しないＴＶカメラ取り付け用マウントが鏡体ハウジング１の外側に取り付け可能となっている。言い換えれば、前記マウントを鏡体ハウジング１の外側に取り付けられる程度の焦点距離を結像レンズは有している。撮影光路１７ａ，１７ｃの焦点距離２９ａ，２９ｃについても同様である。

但し、第１の光学素子１６を透過する側の撮影光路１７ｄの焦点距離２９ｄは第１の光学素子１６を取り外し素通しの状態にしても前記マウントが鏡体ハウジング１の外側に取り付け可能な大きさに鏡体ハウジング１が形成されている。

第２の光学素子２２で反射されて観察光路２３に導入された光も所定位置２９ｅで結像する。この結像位置には撮影領域を確認するためのマスクガラスや、像の大きさを比較するためのスケールガラスを挿入することが可能である。

一方、第１の光学素子１６で水平方向に反射された光が入射する撮影光学系１７ｂでは、焦点型写真レンズ３０ａ内に第１次結像される。この第１次像は写真レンズ３０ａで拡大されてフィルム面２９に第２次結像し、フィルム面２９に試料９の像が記録される。

第２の光学素子２２の下方、すなわち顕微鏡の裏側にも撮影光路を設け、他の撮影光路の投影倍率と等しくなっているので、さらに多くのＴＶカメラの装着が可能となる。

第１の光学素子１６および第２の光学素子２２を鏡体ハウジング１に対して挿脱可能に、かつ簡単に交換できるようにしたので、種々の異なった研究実験や研究者個々の要求仕様に合致する撮影光路を構成することができ、研究実験の多様化や発展性に一台の顕微鏡で対応でき、さらに作業の効率化を図れる。

このように本実施形態によれば、第１の光学素子１６で反射される撮影光路を、３光路備えているので１光路を写真撮影のための３５ｍｍカメラ光路としても、残りの２光路を使って、高感度ＴＶカメラと、高分解能ＴＶカメラの組合わせといった使い方ができ、また、各撮影光路の投影倍率が等しいので、得られる複数の映像を使って標本の大きさ把握，映像の重ね合わせ，比較作業を容易にし微弱蛍光観察，測光という研究実現の使い勝手，作業効率，実験精度の向上が図れる。具体的には、視野内の観察細胞の一部をクールドＣＣＤの中心に合わせて、これにさらにフォトダイオードアレイを合致させると共に、小型ＣＣＤで標本の形態記憶など、同時に２光路または観察などと合わせて切り換えても良い。

図４は、半透過プリズム１６ａ〜１６ｃと支持台１８との関係を示す斜視図である。支持台１８は、アリ溝１８ａが水平方向に刻設されており、アリ溝１８ａに位置調整ツマミ１９で移動する移動部材２０のアリ２０ａが摺動自在に係合している。位置調整ツマミ１９の操作により、移動部材２０はアリ２０ａとアリ溝１８ａとで水平方向に摺動する。

ストッパーネジ２１´は、図示するように、アリ溝１８ａの端部近傍にネジ込まれている。このストッパーネジ２１´頭部の張出し量を調整することによって、反対側の半透過プリズム１６ｃが光軸位置に入るときの位置決めが行なわれる。

アリ溝１８ａの図示反対側にも同様にストッパーネジが設けられている。このストッパーネジの調整によって、手前側に位置する半透過プリズム１６ａが光軸位置に入るときの位置決めが行なわれる。なお、中央の半透過プリズム１６ｂを光軸位置に位置決めする手法として、図示しないが、公知のクリック機構が用いられている。

移動部材２０はアリ溝２０ａ″，２０ｂ″，２０ｃ″が上下方向に刻設されており、アリ溝２０ａ″，２０ｂ″，２０ｃ″に半透過プリズム１６ａ，１６ｂ，１６ｃを支持する支持枠２１ａ，２１ｂ，２１ｃが挿入されている。なお、アリ溝２０ａ″，２０ｂ″，２０ｃ″の方向は上下方向だけとは限らず移動部材２０の摺動方向と同じでも何等支障はない。この場合、半透過プリズム１６ａ〜１６ｃの支持枠２１ａ〜２１ｃは、ネジ２１ａ′〜２１ｃ′の先端をアリ溝２０ａ″，２０ｂ″，２０ｃ″に夫々押圧させることにより固定される。

また、変形例として、位置決めピンもしくは溝とビス等の締結手段を併用し、移動部材２０と支持枠２１を固定しても支障ない。ストッパーネジ２１´を緩めて外し、位置調整ツマミ１９を操作することによって、各支持枠２１ａ〜２１ｃを搭載した移動部材２０全体を鏡体ハウジング１の外部へ引き出すことが可能である。

図５は、図４を一点鎖線Ａ−Ａに沿って切断して、矢印方向に見た断面図である。観察者は、引き出された移動部材２０の半透過プリズム１６ａ〜１６ｃを各支持枠２１ａ，２１ｂ，２１ｃ毎に個別に上方に引き抜くことによって、簡単に他の光学特性を有した各半透過プリズム１６ａ〜１６ｃに交換することが可能である。半透過プリズム１６ａ〜１６ｃは、各支持枠２１ａ〜２１ｃを固定している各ネジ２１ａ´，２１ｂ´，２１ｃ´を緩めて上方に引き抜くことにより移動部材２０から外される。

結像レンズ１５を通過した光は位置調整ツマミ１９で選択された一つの半透過プリズム１６ａ〜１６ｃおよび各支持枠２１ａ〜２１ｃに形成した貫通孔３５ａ〜３５ｃを介して一つの撮影光路１７ａ〜１７ｃ上の所定位置２９ａ〜２９ｂで結像する。

観察光路２３に導かれた光は、所定の結像位置２９ｅを通った後、複数の群レンズからなるリレーレンズ系２６を介して観察鏡筒２７方向へ向かう。前記複数の群レンズは、少なくとも２群以上の構成とし、前群は対物レンズ１１の瞳像をリレーする瞳リレーレンズ２６ｃからなり、対物レンズ１１の瞳像を位置２６ｂに投影する。この瞳像と共役な位置２６ｂには位相差用位相板や変調コントラスト用変調器のような振幅変調を有する瞳変調器２６ｂが設けられている。この瞳変調器２６ｂは後述する機構にて鏡体ハウジング１の外側より着脱自在に設けられる構成をとっている。前記複数の群レンズの後群２６ａは対物レンズ１１の１次結像位置２９ｅにできた１次像を無限遠に投影する像リレーレンズからなる。この像リレーレンズ２６ａから出射する光は、平行光になって観察鏡筒２７内の結像レンズ２７ａへ入射する。結像レンズ２７ａは入射した光を観察鏡筒２７内の所定位置２９ｅ′に結像する。観察者は接眼レンズ２７ｂを介して位置２９ｅ′に結像された試料９の拡大像を観察することができる。

ここで、本実施形態の光学系の作用について説明を加える。図６は、図１〜図３に示す倒立顕微鏡における透過照明光学系を除く光学系の構成を示している。試料９の像は対物レンズ１１で拡大され、その拡大光束が結像レンズ１５および第１の光学素子１６を通り、反射ミラー２２に入射して観察光路２３へ反射される（同図には不図示であるが一部は透過して撮影光路１７ｄに入射する）。反射ミラー２２により観察光路２３へ反射された拡大光束は点２９ｅで第１次像を結像する。この第１次像は、瞳リレーレンズ２６ｃ，瞳変調器２６ｂおよび第１群の像リレーレンズ２７ａに導かれ、第２群の像リレーレンズ２７ａで接眼レンズ２７ｂの近傍に結像する。この第２次結像が接眼レンズ２７ｂで観察されるのは上述した通りである。

ここで、第１群と第２群の像リレーレンズ２６ａ，２７ａとの間には、観察鏡筒２７の鏡体ハウジング１への取り付け面（図中破線で示す）が位置する。それ故第２群の像リレーレンズ２７ａは観察鏡筒内２７内の結像レンズ２７ａに相当する。

結像関係を説明すると、対物レンズ１１は無限遠設計となっており、結像レンズ１５によって第１次結像され、瞳リレーレンズ２６ｃと像リレーレンズ２７ａによって接眼レンズ２７ｂの近傍に第２次結像する。対物レンズ１１が無限遠設計となっているので、対物レンズ１１と結像レンズ１５との間は平行光学系となっており、例えば試料９にピントを合わせるときには対物レンズ１１を動かしても前記第１次結像の位置は変わらない。したがって、ピント合わせ機構は、対物レンズ１１を動かすようにすればよく、対物レンズ１１が複数取り付けられレボルバ１０を上下動させる一般にレボ上下方式と呼ばれている機構をピント合わせ機構として採用できる。

また、本実施形態では対物レンズ１１のレボルバ取り付け面近傍に存在する対物レンズ１１の瞳を、結像レンズ１５および第１の光学素子１６を通り反射ミラー２２で焼く４５°上方に反射して瞳変調器２６ｂに投影している。さらに、コンデンサレンズ７の近傍に対物レンズ１１の瞳と共役な位置があり、そこにもう一つの瞳変調器を配置可能に構成している。ここで、リレーレンズ系２６内の瞳変調器２６ｂを第１の瞳変調器とし、コンデンサレンズ７近傍に配置される瞳変調器を第２の瞳変調器１００とする。

実際には、リレー系に使用した各光学部品の誤差、特に屈折率誤差によって最適な瞳変調器の光軸方向の位置が微妙に変わるため、瞳変調器は光軸方向の微調整ができる構造とする方が望ましい。そこで、本実施形態では瞳変調器を光軸方向の位置調整および芯合わせを可能に構成した。

マイクロウェルプレートやプラスチック三角フラスコ中に培養した生細胞や培養細胞を観察するのに最適な瞳変調器２６ｂを作成すれば、その瞳変調器２６ｂをリレーレンズ系２６に挿入するだけで、対物レンズ交換なしで各容器に最適なコントラストが得られる。

第１，第２の瞳変調器を備えた光学系によれば、第１の瞳変調器２６ｂに位相板８２ａ，８２ｂを配置し、第２の瞳変調器にリングスリットを配置したことにより、対物レンズ外位相差観察が可能になり、位相差専用の対物レンズを使用することなく位相差観察を容易に実施できる。

対物レンズ１１の倍率やＮＡ、瞳位置、および、観察したい試料９によって、最適な瞳変調器は異なるが、本実施形態では瞳変調器の種類を瞳変調スライダ８１によって切り換え可能に構成しているため、対物レンズ１１の種類または試料９の種類に応じて最適な瞳変調器に容易に切り換えることができる。

位相差や変調コントラスト顕微鏡（ホフマン法）を用いることができるため、プラスチック製培養容器中の細胞を観察する場合に、容器による偏光性能の劣化に影響を受けない利点がある。

位相差や変調コントラスト顕微鏡（ホフマン法）などは、低倍の対物レンズを用いた観察が可能であるが、低倍の対物レンズにノマルスキーを用いた場合、対物レンズの瞳収差によって、視野周辺でリタデーションが発生し、視野内にむらが生じるが、本発明は、ノマルスキー干渉方式を用いないため、視野むらは発生しないという利点がある。また、偏光観察法やノマルスキー観察法で問題になる、像の劣化は、発生しない。

図７および図８は第１の瞳変調器２６ｂの機械的な構成を示している。第１の瞳変調器２６ｂは、リレーレンズ系２６内における前記対物レンズ瞳像と共役位置９５近傍に瞳変調スライダ８１を備え、この瞳変調スライダ８１が図示しない係止機構（例えばクリック機構）にて係止するようになっている。瞳変調スライダ８１は、全体形状が長方形をなし、その長手方向に３つの開口部を有する。両側の開口部には２種類の対物に対応可能な様に２種類の位相板８２ａ，８２ｂが保持され、中央の開口部は変調をしない場合のために空穴８３となっている。対物レンズ１１の種類によりそれぞれ対応した位相板８２ａまたは８２ｂを使用する。

瞳変調スライダ８１の側面に長手方向に沿ってスライダを停止するためのＶ溝８４が設けられている。各Ｖ溝８４は対応する位相板８２ａ，８２ｂまたは空穴８３が光軸上に配置されたとき上記係止機構と係合する。位相板８２ａ（８２ｂ）は、円筒状の保持枠８５に固定されており、その保持枠８５の外周が外枠８６の内周面にて軸嵌合になっている。保持枠８５には、位相板８２ａ（８２ｂ）の位相膜８７を対物レンズの瞳と共役な位置に調整するための操作ツマミ８８が設けてある。操作ツマミ８８は、外枠８６の案内溝８９を通って保持枠８５の外周に螺合している。この操作ツマミ８８を案内溝８９に沿って光軸方向に移動させることにより、位相膜８７を共役位置９５に調整できる。また、操作ツマミ８８のツマミ先端部外周に形成したフランジ９０を外枠８６に押し付けることで、位相板８２ａ（８２ｂ）を固定する。

又、位相差観察の場合、コンデンサレンズ７近傍には照明の変調を行なうため、位相差開口を設けているが、この開口の位置に位相膜８７の心を合わせるために、瞳変調スライダ８１にプランジャー９１と２つの調整ツマミ９２を具備している。プランジャー９１及び２つの調整ツマミ９２の先端の３点が外枠８６の外周に当接し、調整ツマミ９２を回転することにより位相膜８７の心合わせを行なえるようになっている。

なお、位相差観察によればシャープな像が得られるが、透明試料の方向性がわからない。ホフマン式変調コントラストでは、試料の方向性が判ると共に、厚い透明試料が観察可能であり、さらに焦点深度が深いことから立体的に見ることができる。また、生態試料はガラスシャーレまたはプラスチックシャーレに入っているが、ホフマン式の場合、ガラスシャーレでは両瞳変調器に偏光板を入れてコントラストのさらなる向上が図られ、プラスチックシャーレでは偏光板を入れずにプラスチックシャーレの偏光歪みから解放可能となる利点がある。

本実施形態では鏡体ハウジング１内に第１の瞳変調器２６ｂを配置したことにより、中間鏡筒のような別体化することなく、対物レンズ外位相差，ホフマン式変調コントラスト等の観察が可能となる。

変調コントラスト像は、位相差像と異なり、像のコントラストの方向性を調整するために、瞳変調器を回転させる必要があるが、本実施形態ではスライダ方式を採用しているため、顕微鏡本体から簡単に取り外すことができ、該ユニットごと交換できる。

鏡体ハウジング１内に瞳変調器２６ｂを挿脱自在および着脱自在に儲けたので、瞳変調部の小形化および操作性が向上する。また、観察光路２３の像リレーレンズ２６ａと観察鏡筒２７の結像レンズ２７ａの間が平行光学系になっているので、観察鏡筒２７を鏡体ハウジング１に直接取り付けるのではなく、図１２（ａ）に示すように光路偏向装置３３を介して傾斜角の異なる観察鏡筒３４を取り付けるようにすることができる。

ここで、光路偏向装置３３内の光路偏向プリズム３３ａは観察鏡筒取付面を水平にするためのものであり、観察鏡筒３４の先端部に取り付けられたプリズム３４ｂは観察鏡筒傾斜角度を例えば３０度にするプリズムである。結像レンズ３４ａは結像レンズ２７ａに、接眼レンズ３４ｂは結像レンズ２７ｂにそれぞれ対応している。

また、図１２（ａ）に示す光路偏向プリズム３３ｂの代わりに図１２（ｂ）に示す光路偏向プリズム３３ｂを使用するようにしても良い。図１２（ｂ）に示す光路偏向プリズム３３ｂを使用すれば、試料９から接眼レンズ２７ｂのアイポイントまでの距離を短くできる。

また、上記平行光学系に、中間鏡筒としてディスカッション鏡筒，変倍鏡筒，フォト鏡筒等を簡単に挿入することが可能である。具体的には、観察鏡筒２７は鏡体ハウジング１に対して簡単に取り外しが可能であるので、観察鏡筒２７と鏡体ハウジング１との間に上述した各種中間鏡筒を必要に応じて介在させることが可能である。

図９は、実施形態の倒立顕微鏡に、中間鏡筒の一例として、ディスカッション鏡筒２８を組合わせて、正面から見た場合の透視図である。ディスカッション鏡筒２８は、主観察者と同時に副観察者が観察するための観察筒であり、観察光路２３内の像リレーレンズ２６ａの上部に取り付けられる。そして、このディスカッション鏡筒２８は、図示するように、主に、光路分割プリズム２８ａ，リレーレンズ２８ｂ，反射プリズム２８ｃとで構成されている。副観察鏡筒２７´は観察鏡筒２７と同一構造を有している、また、副観察鏡筒側には装置を安定させるための支持脚３１が設けられている。

図９では、ディスカッション鏡筒２８は、光路偏向装置３３を介して取り付けてあるが、これに限らず顕微鏡本体（鏡体ハウジング１）に直接取り付けても何等支障はない。但し、取り付け面が傾いているので、傾いたディスカッション鏡筒２８を支持できるように支持脚３１の鏡筒支持部は交換もしくは対応可能となっている。

観察光路の途中に平行光学系を設け、その位置で鏡体ハウジング１と観察鏡筒２７を分離できるので、その間に中間鏡筒としてディスカッション鏡筒や、変倍鏡筒を研究実験の目的に合わせて挿入または２段重ねすることができる。その結果、顕微鏡の応用範囲をさらに拡大できる。また、中間鏡筒を平行光学系内に挿入しているので中間鏡筒に特別なレンズを付加する必要がなく、常時品質の高い像が得られる。

像リレーレンズを、１次像を無限遠に投影するための１群２６ａと無限遠に投影された像を有限にする２群２７ａとから構成し、１群と２群の間で鏡体が鏡筒が取り外せる構造としたので、観察専用鏡筒や写真撮影用鏡筒を取り付け可能となり、瞳モジューレータで変調した後の像を写真装置に導くことで写真撮影を可能とすることもできる。

なお、結像レンズの焦点距離は、所望の視野数（例えば２０以上）の視野で光学特性および全体の光学素子配置が可能な範囲であれば、１８０ｍｍに限定されることなく、１５０ｍｍから２００ｍｍ程度でも良い。また、無限遠設計対物レンズについて説明したが、有限設計対物レンズでも適用可能である。この場合、有限設計対物レンズ単体での結像位置を延ばすか、または有限設計対物レンズを取り付けるレボルバ内の転換で不動位置に無限遠用補助レンズを設けて無限遠化すればよい。

無限遠設計の対物レンズ１１を用いるため、結像レンズ１５と対物レンズ１１の間隔を５０ｍｍ以上にすることができ、この間隔中に蛍光照明用投光管から落射照明を行なうためのダイクロックミラーやノマルスキー用プリズム、偏光観察用偏光板等を挿入することができ、様々な観察法が可能となる。

図１３は、図６の有限設計の対物レンズ１１ａを倒立顕微鏡に使用した例である。この倒立顕微鏡は、試料９から対物レンズ１１ａを通り、凹レンズ１１ｂで平行光学系となり、結像レンズ１５ａで集光されて図中では所定位置２９ｂ，２９ｅ等（図１と同様）に結像する。リレー光学系は図６と同様であるが、有限設計の対物レンズ１１ａに対応して多少の変更はあるがほぼ同等である。有限設計の場合、観察鏡筒に結像レンズを含まないので、図中の２点破線が観察鏡筒の鏡体ハウジングへの取り付け面となり、結像レンズ２６ａ′，２７ａ′または一体の２６ａ′′にする以外は、無限遠設計と大差なく構成できる。

（第２実施形態）次に、本発明の第２実施形態について説明する。

図１０は、実施形態の正立顕微鏡における各光学系の相互位置関係を示す透視斜視図であり、図１１は同実施形態の顕微鏡を側面から見た透視図である。鏡体ハウジング５１の下端に取り付けられた照明ハウジング５２内に収納された光源５３から出力された光５４は反射ミラー５５で上方に照射方向が偏向され、視野絞り５６を通過してコンデンサレンズ５７でステージ５８上に載置された試料（標本）５９上に集光される。この試料（標本）５９を透過した光は、ステージ５８の上側に配設されたレボルバ６０に支持された対物レンズ６１へ入射される。対物レンズ６１を通過した拡大画像の光は励起フィルタ６２ａ，ダイクロイックミラー６２ｂ、吸収フィルタ６２ｃを内蔵した蛍光キューブ６２へ入射される。この蛍光キューブ６２には水銀灯、キセノン光源等の落射照明系の光源６４から照明光が入射される。

蛍光キューブ６２の上側には、対物レンズ６１から来た光を焦点位置に結像させる結像レンズ６５が配設されている。この結像レンズ６５を通過した光は第１の光学素子６６に入射する。

第１の光学素子６６は、図１０に示すように、光軸に直交する方向に互いに接して配列された３個の半透過プリズム６６ａ，６６ｂ，６６ｃで構成されている。各半透過プリズム６６ａ〜６６ｃは、それぞれ下方から入射した光を上方に透過すると共に、それぞれ前記入射光の光軸と直交し、かつ互いに９０°異なる方向に入射光を分岐する。

具体的には、半透過プリズム６６ａは下方から入射した光を上方に透過すると共に、該入射光を第１の撮影光路６７ａ方向（左方向）に導き、中央の半透過プリズム６６ｂは下方から入射した光を上方に透過すると共に、該入射光を第２の撮影光路６７ｂ方向（図１１参照）に導き、さらに半透過プリズム６６ｃは下方から入射した光を上方に透過すると共に、該入射光を第３の撮影光路６７ｃ方向（右方向）に導く。

また、３個の半透過プリズム６６ａ，６６ｂ，６６ｃは図中点線で示す支持台６８に移動自在に支持されている。この支持台６８に支持された半透過プリズム６６ａ，６６ｂ，６６ｃはまとめて先端が光路分割ユニット６９の外壁に露出した位置調整ツマミ７０によって、その水平位置が（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）の３段階に移動可能である。よって、位置調整ツマミ７０を操作することによって、任意の半透過プリズム６６ａ，６６ｂ，６６ｃを入射光の光軸位置に選択的に移動できる。その結果、観察者は結像レンズ６５を通過した光を第１〜第３の撮影光路６７ａ〜６７ｃのうちの任意の撮影光路に導くことが可能である。

位置調整ツマミ７０をＡにすると半透過プリズム６６ａが光軸中に配置され光が撮影光路６７ａに導かれて所定位置（７１ａ）で結像する。他は同様に位置調整ツマミ７０のアルファベットに対応して移動する。半透過プリズム６６ａ〜６６ｃと支持台６８との関係は第１実施形態の図４の構成と同様であり、半透過プリズム６６ａ〜６６ｃを搭載しかつ任意のプリズムを選択的に光路７２内に移動させて移動部材（第２実施形態では図示しないが図４の移動部材２０と同部材）を、光路分割ユニットのハウジング６９の外部へ引き出すことが可能である。又、第１実施形態と同様に各半透過プリズム６６ａ〜６６ｃは着脱自在であり、他の光学特性を有した半透過プリズムに交換可能である。

又、各撮影光路６７ａ〜６７ｃに結像される試料（標本）５９の像倍率は、完全に一致するように調整されている。すなわち、対物レンズ６１自体が無限遠補を対物レンズであるために、有限補正対物レンズに無限遠交換用レンズが不要であり、試料のピント合わせはステージ５８を被かせばよく、また結像レンズ６５が無限遠補を対物レンズに対応した結像レンズであり、結像レンズ６５と各光路の焦点位置７１との間にレンズは入っていないので各光路の像倍率は等しい。本実施形態においては、結像レンズ６５の焦点距離ｆ_Ｂが１８０ｍｍで、像倍率は［１ｘ］に設定されている。

第１の光学素子６６のいずれか１つの半透過プリズム６６ａ〜６６ｃを上方に通過した光は第２の光学素子７３に入射される。第２の光学素子７３を有する光路分割ユニットのハウジング７４は、本実施形態では、一般的に公知である三眼鏡筒であり、光路分割プリズム７３は、眼視するための観察光路７５と、写真やＴＶ撮影のための撮像光路７６へ分光するプリズムであり、分割比の違いによる３種類のプリズムによって構成される。

第２光学素子によって透過／反射された撮像光路７６と観察光路７５中の光は、第１光学素子６６の各撮影光路６７ａ〜６７ｃと同一距離の所定位置Ｘ（７１ｄ，ｅ）で結像する。さらに前記２光路７５，７６に結像される試料５９の像の像倍率は前記第１の光学素子６６の各撮影光路６７ａ〜６７ｃの各像倍率と完全に一致することは、結像レンズ６５と各光路の焦点位置との間にレンズが介在されていないことから明らかである。

撮影光路６７ａ，６７ｃ，７６における３カ所の焦点位置（７１ａ，７１ｃ，７１ｄ）にはＴＶカメラの撮像面を配置するため、前記３光路（６７ａ，６７ｃ，７６）中には所望のＴＶカメラのフランジバックに合うＴＶカメラ取り付け用マウント（６９ｃ，７４ｄ）が、光路分割ユニット６９および三眼鏡筒７４の外側に配置されている。なお、撮影光路６７ａ側にも図示しないマウントは存在する。

第１光学素子６６ｂを光路７２中に挿入した場合について、図１１に基づき詳述する。前述の対物レンズ６１を通過した試料５９の拡大画像の光は、結像レンズ６５を通過後、第１の光学素子６６ｂの分割比の割合に応じた光量が撮影光路６７ｂ側に反射または三眼鏡筒７４側に透過される。透過側について既に記載したので、ここでは撮影光路６７ｂ側に反射した光路について記述する。

反対側の光路上には、図１１に示す如く対物レンズの瞳像をリレーする瞳リーレンズ群７７と、結像レンズ６５によって焦点位置７１ｂに結像された（対物レンズ６１を通過した試料（標本）５９の）１次像をさらにリレーする２次像リレーレンズ群（２群構成）７８，７９および第１光学素子６６ｂにより水平方向に偏向された光を上方に偏向する反射ミラー９６が配置されている。

前述の光路分割ユニットのハウジング６９は、結像レンズ６５、半透過プリズム６６ａ〜６６ｃ、瞳リレーレンズ７７、２次像リレーレンズ群の一方７８および反射ミラー９６の光学素子から構成されている。又、２次像リレーレンズ群７８は１次像を無限遠に投影するための群であり、７９は無限遠に投影された像を有限にする群という役割をもっており、７８と７９の間は平行光束となっている。又、９５は瞳リレーレンズ７７によって投影された対物レンズ６１の瞳像と共役な位置である。

光路分割ユニットのハウジング６９には、前記対物レンズ瞳像と共役位置９５近傍に図示しない開口と図７，８に示す瞳変調器と同じ構成の瞳変調器９７が設けられている。この瞳変調器９７は瞳共役位置９５の近傍に設けられた係止機構（例えばクリック機構）により間欠的に固定されるようになっている。瞳変調器のもう一方９７ａは図１１図中のコンデンサレンズ５７近傍に配置されている。

以上のように構成された本実施形態によれば、第１の光学素子６６で反射される投影光路を、３光路備えているので１光路を瞳変調のための光路としても、残りの２光路を使って、高感度ＴＶカメラ、高分解ＴＶカメラの組合わせといった使い方ができ、また、各投影光路の投影倍率が等しいので、得られる複数の映像を使って標本の大きさ把握、映像の重ね合わせ、比較作業を容易にし微弱蛍光観察、測光という研究実現の使い勝手、作業効率、実験精度の向上が図れる。

位相差や立体視のための瞳変調器９７をリレーレンズ光路中に着脱自在にしたことで、明視野と位相差および蛍光と蛍光位相差などの同時観察が可能になった。

極微弱光を検出する場合、試料の位置出しに位相差観察をした後に、蛍光測光することになるが、同一対物レンズで位相差観察および蛍光測光を可能なため、対物転換による芯ずれしかなく測定精度の向上が図れる。

第１光学素子の光路分割ユニットと、瞳変調可能なリレーレンズを中間鏡筒タイプで顕微鏡に対して着脱可能にしたことで、正立顕微鏡におけるシステム性の維持向上が回れる。

リレーレンズを２群にし、中間鏡筒（光路分割ユニット６９）を像リレーレンズ系の無限遠投影（光束）部分で区切っているため、像リレーレンズの第２群を含む観察もしくは撮影鏡筒をつければユニット分割による心精度が劣化が少なくおさえられ、安価に提供できる。

対物レンズ直上の観察鏡筒から結像レンズを外し、結像レンズを中間鏡筒内の第１光学素子直下に設けたので、通常の明視野や蛍光検鏡時には中間鏡筒をはずし結像レンズ付きの観察鏡筒を顕微鏡本体に挿着すればよく顕微鏡のシステム性への影響を極力少なくでき、かつ像倍率の等しい複数の撮像光路を設けられる。

なお、半透過プリズム６６ｂで反射される側に瞳変調可能なリレーレンズ系を光路分割ユニットのハウジング６９から分離し、別々のユニット化し、さらに、その別々のユニットのインターフェースを該光路分割ユニットのハウジング６９の両側面についているＴＶカメラ取り付け用マウント（６９ｃ）と同形状にしておけばリレーレンズ系ユニットを３方向（光路６７ａ，ｂ，ｃ）どこでも装着可能となる。本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々変形実施可能である。

本発明の第１実施形態に係わる倒立顕微鏡の光学系の構造を示す模式図。 第１実施形態を側面から見た光学系を示す透視図。 第１実施形態を正面から見た光学系を示す透視図。 第１実施形態における第１の光学素子の鏡体ハウジングからの挿脱機構の要部を示す斜視図。 図４に示すＡ−Ａ線矢示断面図。 第１実施形態の光学系を抜出して示す図。 第１実施形態に備えた瞳変調器の機械構成を示す図。 図７に示すＡ−Ａ線矢示断面図。 第１実施形態に組込まれるディスカッション鏡筒を示す透視図。 第２実施形態に係わる正立顕微鏡の光学系の構造を示す模式図。 第２実施形態を側面から見た光学系を示す透視図。 第１実施形態に他の観察鏡筒を取り付けた光学系を示す図、および光路偏向装置の変形例を示す図。 第１実施形態に有限設計光学系を適用した場合を示す図である。

符号の説明

１…鏡体ハウジング、９…試料、１１，６１…対物レンズ、１５，６５…結像レンズ、１６，６６…第１の光学素子、１６ａ〜１６ｃ…半透過プリズム、１７ａ〜１７ｄ…撮影光路、２２，７３…第２の光学素子、２３…観察光路、２６ｂ，９７，１００…瞳変調器、２７…観察筒体。

Claims (6)

1. 照明光を発生する光源と、
   前記光源で発生させた照明光を試料へ照射する照明光学系と、
   前記試料に対向配置され前記試料から物体光が入射する対物レンズと、
   前記対物レンズによる第１次像と前記対物レンズの間の光路上に配置され前記対物レンズを通過した光を互いに異なる３方向以上の方向に分岐する光分岐手段と、
   前記光分岐手段で分岐された光が入射する観察光路と、
   前記光分岐手段で分岐された光が入射する３つ以上の撮影光路とを具備し、
   前記撮影光路のうちの１つは前記光分岐手段の下方光路に分岐可能であり、かつ前記下方光路と他の撮影光路とを同時に使用できることを特徴とする倒立顕微鏡。
2. 照明光を発生する光源と、
   前記光源で発生させた照明光を試料へ照射する照明光学系と、
   前記試料に対向配置され前記試料から物体光が入射する対物レンズと、
   前記対物レンズを通過した光の光路上に設けられ前記試料の第１次像を形成するため前記対物レンズを通過した光を所定位置に結像させる結像レンズと、
   前記対物レンズと前記第１次像との間の光路上に配置され前記対物レンズを通過した光を互いに異なる３方向以上の方向に分岐する光分岐手段と、
   前記光分岐手段で分岐された光が入射する観察光路と、
   前記光分岐手段で分岐された光が入射する３つ以上の撮影光路とを具備し、
   前記撮影光路のうちの１つは前記光分岐手段の下方光路に分岐可能であり、かつ前記下方光路と他の撮影光路とを同時に使用できることを特徴とする倒立顕微鏡。
3. 照明光を発生する光源と、
   前記光源で発生させた照明光を試料へ照射する照明光学系と、
   前記試料に対向配置され前記試料から物体光が入射する対物レンズと、
   前記対物レンズを通過した光の光路上に設けられ前記試料の第１次像を形成するため前記対物レンズを通過した光を所定位置に結像させる結像レンズと、
   前記対物レンズと前記第１次像との間の光路上に配置され前記対物レンズを通過した光を異なる方向に分岐する第１の光学素子と、
   前記第１の光学素子で分岐された分岐光の光路上に設けられ前記第１の光学素子から入射する前記分岐光を観察光路を含む複数方向に導く第２の光学素子と、
   前記第１の光学素子で分岐された光および前記第１の光学素子と前記第２の光学素子とを経由した光とが入射する３つ以上の撮影光路とを具備し、
   前記撮影光路のうちの１つは前記第２の光学素子の下方光路に分岐可能であり、かつ前記下方光路と他の撮影光路とを同時に使用できることを特徴とする倒立顕微鏡。
4. 前記光分岐手段または前記光学素子は、少なくとも半透過プリズムまたはダイクロイックミラーを有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の倒立顕微鏡。
5. 前記光分岐手段または前記光学素子は、少なくともその一部が挿脱可能または交換可能であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の倒立顕微鏡。
6. 複数の前記撮影光路は、互いに等しい像倍率であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の倒立顕微鏡。

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