JP6108908B2 - 倒立顕微鏡システム - Google Patents

Description

本発明は、照明光を標本に照射し、標本から反射した光を受光して標本の観察を行う倒立顕微鏡システムに関するものである。

従来、医学や生物学等の分野では、細胞等の観察に、標本を照明して観察する顕微鏡が用いられている。また、工業分野においても、金属組織等の品質管理や、新素材の研究開発、電子デバイスや磁気ヘッドの検査等、種々の用途で顕微鏡システムが利用されている。

標本からの蛍光を観察するために用いられる光学系として、標本を載置するガラス界面で照明光を全反射させて、この全反射照明により発生するエバネッセント光によってガラス界面のごく近傍の標本のみを照明し、発生する蛍光を観察することが可能な全反射照明観察光学系がある。

全反射照明観察光学系の適用例として、チャネルロドプシン等を用いた光刺激による細胞膜内へのイオンの出し入れが注目されている。上述したガラスに張り付いた細胞の細胞膜周辺のみを照明観察することに加え、チャネルロドプシンを用いた局所的な光刺激を行うことができる。

ここで、ガラスに張り付いている細胞が、チャネルロドプシンによりイオン濃度変化が起きて興奮状態になると、その興奮が周りの細胞にも伝播していく現象がある。ここで言う周りの細胞とは、ガラスに張り付いている細胞よりもガラス面に対して上層に存在している細胞である。しかしながら、上述した全反射照明観察光学系による観察範囲は、ガラス界面からエバネッセント光の届く数百ｎｍまでであるため、全反射照明観察光学系ではその伝播の現象を観察することができない。

これに対し、標本からの蛍光を観察するために用いられる他の光学系として、標本面（対物レンズ焦点位置）と共役な位置にスリットやピンホールといった共焦点開口を配置したディスクを高速回転させることで、標本面からの蛍光のみをリアルタイムで観察することが可能なディスク走査型共焦点光学系がある。

ディスク走査型共焦点光学系では、ディスク上のスリットやピンホールを通して標本を照射し、観察したい断面からの蛍光像だけをリアルタイムに観察することができる。ＦＲＥＴ(Fluorescence resonance energy transfer；蛍光共鳴エネルギー移動)等の観察においては、細胞が興奮したことを蛍光の色で判断することができ、ディスク走査型共焦点光学系の特徴であるセクショニング効果により、光軸方向に興奮状態が伝播していくような実験系でも、その興奮状態の変化の強さを色の変化として断面ごとにカウントすることができる。

伝播の開始点を局所的に光刺激し、細胞の局所光刺激に伴う細胞興奮状態の伝播を観察する技術として、全反射照明観察光学系とディスク走査型共焦点光学系とを組み合わせた顕微鏡が開示されている（例えば、特許文献１を参照）。この技術では、標本の下側に全反射照明観察光学系、標本の上側にディスク走査型共焦点光学系を配置している。

特開２００５−２４６４７号公報

しかしながら、特許文献１が開示する技術では、比較的大きいスペースが必要なディスク走査型共焦点光学系が標本の上側に配置されるため、標本直上の作業スペースの減少や、顕微鏡の重心が顕微鏡の載置面から高くなることに起因する安定性の低下により、外乱やディスク回転等に伴う振動の影響を受けやすい。また、特許文献１が開示する技術では、ディスク走査型共焦点光学系による観察において、観察している断面よりさらに奥側の断面を観察するために観察位置を変更する構成は開示されていない。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、ディスク走査型共焦点光学系における観察位置の変更を行うことができるとともに、全反射照明観察光学系およびディスク走査型共焦点光学系を有する場合の作業スペースの確保、および振動による影響を抑制した観察が可能である倒立顕微鏡システムを提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる倒立顕微鏡システムは、少なくとも標本からの観察光を集光する対物レンズを保持する対物レンズ保持手段と、前記対物レンズが集光した前記観察光を結像する結像レンズと、前記対物レンズと前記結像レンズとの間に設けられ、全反射照明を用いて前記標本からの観察光を観察する全反射照明観察光学系と、共焦点開口が形成された回転ディスクを有し、前記対物レンズの焦点位置と略共役な位置に前記共焦点開口を配置したディスク走査型共焦点光学系と、を備え、前記対物レンズの焦点位置と前記略共役な位置との相対距離が変更可能であることを特徴とする。

また、本発明にかかる倒立顕微鏡システムは、上記の発明において、前記回転ディスクの位置が前記観察光の光路に沿って移動することによって、前記対物レンズの焦点位置と共役な位置が移動することを特徴とする。

また、本発明にかかる倒立顕微鏡システムは、上記の発明において、前記結像レンズの位置が光路に沿って移動することによって、前記対物レンズの焦点位置と共役な位置が移動することを特徴とする。

また、本発明にかかる倒立顕微鏡システムは、上記の発明において、前記ディスク走査型共焦点光学系は、前記全反射照明観察光学系の光路の一部を通過することを特徴とする。

また、本発明にかかる倒立顕微鏡システムは、上記の発明において、前記ディスク走査型共焦点光学系は、前記結像レンズに対して前記対物レンズ側と異なる側で構成されることを特徴とする。

また、本発明にかかる倒立顕微鏡システムは、上記の発明において、前記結像レンズと前記回転ディスクとの間に、少なくとも一つの光路分割部材を備えたことを特徴とする。

また、本発明にかかる倒立顕微鏡システムは、上記の発明において、前記回転ディスクの前記共焦点開口を、前記結像レンズの焦点位置に配置したことを特徴とする。

また、本発明にかかる倒立顕微鏡システムは、上記の発明において、前記ディスク走査型共焦点光学系は、前記対物レンズ保持手段および前記結像レンズを保持する本体部に着脱自在であることを特徴とする。

本発明によれば、少なくとも標本からの観察光を集光する対物レンズを保持する対物レンズ保持手段と、対物レンズが集光した観察光を結像する結像レンズと、対物レンズと結像レンズとの間に設けられ、全反射照明を用いて標本からの観察光を観察する全反射照明観察光学系と、共焦点開口が形成された回転ディスクを有し、対物レンズの焦点位置と略共役な位置に共焦点開口を配置したディスク走査型共焦点光学系と、を備え、対物レンズの焦点位置と略共役な位置との相対距離が変更可能となるようにしたので、ディスク走査型共焦点光学系における観察位置の変更を行うことができるとともに、全反射照明観察光学系およびディスク走査型共焦点光学系を有する場合の作業スペースの確保、および振動による影響を抑制した観察が可能であるという効果を奏する。

図１は、本発明の実施の形態にかかる倒立顕微鏡システムの全体構成を示す模式図である。 図２は、本発明の実施の形態にかかる倒立顕微鏡システムの内部構造を示す側面図である。 図３は、本発明の実施の形態にかかる倒立顕微鏡システムの要部の構成を示す模式図である。 図４は、本発明の実施の形態にかかる倒立顕微鏡システムにおける全反射照明観察光学系を説明する図である。 図５は、本発明の実施の形態にかかる倒立顕微鏡システムの要部の構成を示す模式図である。 図６は、本発明の実施の形態にかかる倒立顕微鏡システムの要部の構成を模式的に示す部分断面図である。 図７は、本発明の実施の形態にかかる倒立顕微鏡システムの要部の構成を示す模式図である。 図８は、本発明の実施の形態の変形例にかかる倒立顕微鏡システムの要部の構成を示す模式図である。

以下、本発明を実施するための形態を図面と共に詳細に説明する。なお、以下の実施の形態により本発明が限定されるものではない。また、以下の説明において参照する各図は、本発明の内容を理解し得る程度に形状、大きさ、および位置関係を概略的に示してあるに過ぎない。すなわち、本発明は各図で例示された形状、大きさ、および位置関係のみに限定されるものではない。

まず、本発明の実施の形態にかかる倒立顕微鏡システムについて、図面を参照して詳細に説明する。図１は、本実施の形態にかかる倒立顕微鏡システムの全体構成を示す模式図である。図２は、図１に示した倒立顕微鏡システムの内部構造を示す側面図である。

倒立顕微鏡システムは、観察対象となる標本Ｓを、この標本Ｓの下から観察する倒立型の顕微鏡であって、顕微鏡本体１（本体部）と、顕微鏡本体１に支持されたステージ２と、ステージ２の上に載置された標本Ｓを下から観察する観察光学系３とを備えている。なお、倒立顕微鏡システムは、倒立顕微鏡システム全体の制御を行う制御部（図示せず）の制御のもとで駆動する。

顕微鏡本体１は、箱状を呈しており、前後方向に延びる基部１ａと、基部１ａの後縁部から上方に延びる後壁部１ｂと、基部１ａの前縁部から上方に延びる前壁部１ｃと、後壁部１ｂの上部と前壁部１ｃの上部とを相互に接続する梁部１ｄとを有している。そして、上方域に対物レンズ３１の取付領域が画成されている。

後壁部１ｂの上面１ｂ１と前壁部１ｃの上面１ｃ１とは、水平方向に延びる同一平面を構成しており、ステージ２は、後壁部１ｂの上面１ｂ１と前壁部１ｃの上面１ｃ１とに跨って取り付けられ、支持される。

ステージ２は、上面と下面とがそれぞれ平坦な板状体であって、その上面に標本が載置される。また、ステージ２のほぼ中央には、標本が落下しない程度の開口（透孔）２ａが設けてあり、励起光、または標本Ｓからの観察光が通過するようになっている。

取付領域を画成する梁部１ｄの上面には、レボルバ４（対物レンズ保持手段）と準焦装置５とが取り付けてある。レボルバ４は、回転可能かつ昇降可能であって、互いに倍率の異なる複数の対物レンズ３１が装着可能である。そして、レボルバ４に装着された対物レンズ３１のうち一個の対物レンズ３１が光軸上に配置される。準焦装置５は、対物レンズ３１の焦点を標本Ｓに合わせるためのもので、準焦装置５を操作することにより、レボルバ４が昇降し、レボルバ４に装着した対物レンズ３１の焦点が標本に合焦する。

一方、梁部１ｄの下方域には、全反射照明光学ユニット６ａ、全反射照明用観察光学ユニット６ｂおよび自動合焦光学ユニット７の装着領域が画成されている。装着領域を画成する後壁部１ｂの内側と前壁部１ｃの内側とには、例えば前後で対になる嵌合溝がそれぞれ形成され、この嵌合溝により、全反射照明光学ユニット６ａ、全反射照明用観察光学ユニット６ｂおよび自動合焦光学ユニット７を着脱自在に装着することができる。また、基部１ａには、ディスク走査型共焦点光学系８０を有する共焦点ユニット８が着脱自在に接続されている。

全反射照明光学ユニット６ａは、内部において全反射照明光学系６０ａを形成している。また、全反射照明用観察光学ユニット６ｂは、内部において全反射照明用観察光学系６０ｂを形成している。全反射照明光学系６０ａと全反射照明用観察光学系６０ｂとにより、全反射照明観察光学系６０が構成される。

全反射照明観察光学系６０は、標本Ｓを載置するガラス１００の界面で照明光を全反射させて、この全反射照明により発生するエバネッセント光によってガラス界面のごく近傍の標本のみを照明し、発生する蛍光を観察することが可能である。

自動合焦光学ユニット７は、内部において自動合焦光学系７０を形成している。自動合焦光学系７０は、標本Ｓを観察するためのものではなく、検鏡者が行う標本Ｓへの焦準操作を自動で行うためのものであり、例えば、内部に図示しない自動合焦用の光源、合焦信号を得るための検出器、各種光学部品等を備える。自動合焦光学系７０は、ダイクロイックミラー７１を介して自動合焦用光源からの光の標本Ｓ方向への照射、その戻り光の検出を行い、得られた検出信号を用いて、制御部の制御のもと、準焦機構５を駆動制御し、標本Ｓに対する焦準操作を自動で行う。

図２に示すように、観察光学系３は、標本の観察を可能にするもので、顕微鏡本体１と顕微鏡本体１に取り付けられた鏡筒９とにわたって設けられている。観察光学系３は、上述した対物レンズ３１のほか、結像レンズ３２、ミラー３３、リレーレンズ３４、結像レンズ３５、接眼レンズ３６を有している。

結像レンズ３２、ミラー３３、リレーレンズ３４は、顕微鏡本体１の内部に取り付けてあり、対物レンズ３１を通過することにより平行光束となった観察光は、結像レンズ３２を通過することにより結像され、ミラー３３、リレーレンズ３４を経由して鏡筒９に入射する。

結像レンズ３５は鏡筒９の内部に取り付けてあり、接眼レンズ３６は鏡筒９に取り付けられている。これにより、顕微鏡本体１から入射した観察光は、結像レンズ３５を通過することにより結像され、接眼レンズ３６を覗くことにより観察される。

また、結像レンズ３２とミラー３３（リレーレンズ３４）との間には、光路を分割する光路分割部材３７が設けられている。光路分割部材３７は、例えば反射と透過との分割比率が１：１のビームスプリッターやハーフミラーが用いられ、光が光軸Ｎ方向（紙面下方）に光路分割部材３７を透過して、鏡筒９に導かれる光路と、光路分割部材３７によって対物レンズ３１の光軸Ｎから紙面と直交する方向に折り曲げられた光路に分割する。対物レンズ３１の光軸Ｎから紙面と直交する方向に折り曲げられた光路は、ＣＣＤイメージセンサやＣＭＯＳイメージセンサからなる撮像素子に接続される外部ポート１ｅに入射する。

外部ポート１ｅには、共焦点ユニット８が接続されている。共焦点ユニット８の内部には、ディスク走査型共焦点光学系８０が形成されている。ディスク走査型共焦点光学系８０は、標本Ｓにおける照明光の照射面（対物レンズ３１の焦点位置）と共役位置にスリットやピンホールといった共焦点開口を設けたディスクを配置して高速回転させることで、照射面からの蛍光のみをリアルタイムで観察することが可能である。

次に、全反射照明観察光学系６０およびディスク走査型共焦点光学系８０について、図面を参照して説明する。図３は、本発明の実施の形態にかかる倒立顕微鏡システムの要部の構成を示す模式図であって、全反射照明観察光学系６０およびディスク走査型共焦点光学系８０の構成を示す図である。

全反射照明観察光学系６０は、全反射照明光学系６０ａおよび全反射照明用観察光学系６０ｂにより構成される。全反射照明光学系６０ａは、レーザ光源６１と、レンズ６２，６３と、励起フィルタ６４と、ダイクロイックミラー６５と、を有する。レーザ光源６１は、所定の波長の光を含むレーザ光を出射する。

励起フィルタ６４は、レーザ光源６１からのレーザ光のうち、標本Ｓを蛍光標識している蛍光色素を励起するための励起光の波長に応じた光を透過する。

ダイクロイックミラー６５は、所定の波長の光を選択的に反射または透過する。ダイクロイックミラー６５は、例えば、標本Ｓを蛍光標識している蛍光色素を励起するための励起光の波長に応じた光を反射するとともに、該波長以外の波長の光を透過する。

また、全反射照明用観察光学系６０ｂは、ダイクロイックミラー６６と、吸収フィルタ６７と、結像レンズ６８と、撮像素子６９と、を有する。

ダイクロイックミラー６６は、所定の波長の光を選択的に反射または透過する。ダイクロイックミラー６６は、例えば、標本Ｓを蛍光標識している蛍光色素からの観察光の波長に応じた光を反射するとともに、該波長以外の波長の光を透過する。

吸収フィルタ６７は、標本Ｓを蛍光標識している蛍光色素からの観察光（蛍光）の波長に応じた光を選択的に透過するとともに、該波長以外の波長の光を吸収する。

撮像素子６９は、ＣＣＤイメージセンサやＣＭＯＳイメージセンサからなり、結像レンズ６８によって結像された観察光を受光して、画像信号を生成する。

図４は、本実施の形態にかかる倒立顕微鏡システムにおける全反射照明観察光学系６０を説明する図であって、対物レンズ３１近傍を示す図である。レーザ光源６１から出射され、ダイクロイックミラー６５によって反射されたレーザ光Ｌ１は、対物レンズ３１の外縁部に入射して屈折し、ガラス１００と標本Ｓとの境界において全反射する角度でガラス１００に入射する。この際、レーザ光Ｌ１を対物レンズ３１の後ろ側焦点位置Ｐ１に集光させることで、レーザ光Ｌ１が平行光としてガラス１００に入射するようにしている。ガラス１００と標本Ｓとの境界で全反射したレーザ光Ｌ１は、再び対物レンズ３１の外縁部に入射する。なお、対物レンズ３１とガラス１００との間は、イマージョンオイル１０１で満たされている。

レーザ光Ｌ１がガラス１００と標本Ｓとの境界で全反射した際、レーザ光Ｌ１の全反射の際、ガラス１００から標本Ｓ側の数百ｎｍ程度の範囲にはエバネッセント光Ｌ２が染み出しており、このエバネッセント光Ｌ２により、ガラス１００界面近傍の標本Ｓだけを局所的に照明することができる。エバネッセント光Ｌ２により励起されて発生した蛍光Ｌ３は、対物レンズ３１およびダイクロイックミラー６５を通過するとともに、ダイクロイックミラー６６に反射されて撮像素子６９に導かれる。このように、全反射照明観察光学系６０ではエバネッセント光以外の余計な照明光が無いため、非常にコントラストの良い画像が得られ、かつ標本Ｓに優しく、蛍光色素の退色も極力抑えることができる。

図５は、本実施の形態にかかる倒立顕微鏡システムの要部の構成を示す模式図であって、ディスク走査型共焦点光学系８０の構成を説明する図である。なお、説明のため、光路分割部材３７を省略している。ディスク走査型共焦点光学系８０は、光源８１と、レンズ８２と、励起フィルタ８３と、ダイクロイックミラー８４と、回転ディスク８５と、吸収フィルタ８６と、結像レンズ８７と、撮像素子８８とを有する。また、ディスク走査型共焦点光学系８０は、結像レンズ３２に対して対物レンズ３１側と異なる側であって、観察光学系３の結像レンズ３２より先で構成される。

光源８１は、例えば水銀光源が用いられ、白色光を出射する。

励起フィルタ８３は、光源８１からの白色光のうち、標本Ｓが保持する発光物質を励起するための励起光の波長に応じた光を透過する。

ダイクロイックミラー８４は、所定の波長の光を選択的に反射または透過する。ダイクロイックミラー８４は、例えば、標本Ｓを蛍光標識している蛍光色素からの観察光の波長に応じた光を透過するとともに、該波長以外の波長の光を反射する。

回転ディスク８５は、スリットやピンホールといった共焦点開口が複数設けられた板状をなすディスク部８５ａと、ディスク部８５ａの主面と直交する軸を中心軸としてディスク部８５ａを回転させる駆動部８５ｂと、を有する。回転ディスク８５は、標本Ｓにおける照明光の照射面（対物レンズ３１の焦点位置）と略共役な中間像位置（結像レンズ３２の焦点位置）にディスク部８５ａの共焦点開口が位置するように設けられる。ディスク部８５ａは、駆動部８５ｂにより、一定の速度で回転する。駆動部８５ｂには、例えばディスク部８５ａの主面の中心を通過する中心軸まわりにディスク部８５ａを回転させるモータが用いられる。

吸収フィルタ８６は、標本Ｓを蛍光標識している蛍光色素からの観察光（蛍光）の波長に応じた光を選択的に透過するとともに、該波長以外の波長の光を吸収する。

撮像素子８８は、ＣＣＤイメージセンサやＣＭＯＳイメージセンサからなり、結像レンズ８７によって結像された観察光を受光して、画像信号を生成する。

つづいて、ディスク走査型共焦点光学系８０における照明光の照射および観察光の取得について説明する。光源８１から出射された照明光は、レンズ８２、励起フィルタ８３を通過して所定波長の照明光となった後、ダイクロイックミラー８４で折り返され、回転ディスク８５に入射する。

回転ディスク８５のディスク部８５ａは、駆動部８５ｂの駆動により一定速度で回転しており、ディスク部８５ａ上の複数の共焦点開口を通過した照明光は、結像レンズ３２、対物レンズ３１を経てガラス１００上の標本Ｓ（照明位置Ｐ２）に複数の共焦点開口像として投影、照射される。

照明光の照射により励起された標本Ｓを蛍光標識している蛍光色素から発せられた観察光（蛍光）は、同様に対物レンズ３１、結像レンズ３２、回転ディスク８５上の共焦点開口を通過し、ダイクロイックミラー８４を透過する。その後、ダイクロイックミラー８４を透過した観察光は、吸収フィルタ８６を経て、結像レンズ８７により撮像素子８８上に集光される。ディスク走査型共焦点光学系８０では、照明光および観察光が、全反射照明観察光学系６０の光路の一部を通過する。

上述したように、ディスク部８５ａの配設位置と照明位置Ｐ２（＝対物レンズ焦点位置）とが共役位置の関係にあるため、撮像素子８８上には対物レンズ３１で観察している照明位置Ｐ２における標本面からの光のみが集光する。よって、光軸方向のセクショニング効果が高い共焦点画像をリアルタイムで得ることができる。

また、照明光は、回転ディスク８５を通過することで光源８１から出射された照明光の光量の数％程度に減衰するが、発生する蛍光は回転ディスク８５を通ってもほとんど減衰しないため、標本Ｓに優しく、蛍光色素の退色も極力抑えることができる。

つづいて、外部ポート１ｅと共焦点ユニット８との接続について、図面を参照して説明する。図６は、本実施の形態にかかる倒立顕微鏡システムの要部の構成を模式的に示す部分断面図である。外部ポート１ｅには、共焦点ユニット８と接続するための接続部１ｆが形成されている。

接続部１ｆは、凹形状をなす丸アリであって、凹の底部に開口が形成されている。接続部１ｆは、この開口の中心軸上に、光路分割部材３７に入射する光または光路分割部材３７によって折り曲げられた光が通過するように配設されている。

共焦点ユニット８は、上述したディスク走査型共焦点光学系８０が内部に設けられた筐体部８０１と、回転ディスク８５から出射または回転ディスク８５に入射する光の光軸と一致する中心軸を有する開口を有し、筐体部８０１の側面から突出する突出部８０２と、突出部８０２および接続部１ｆとそれぞれ着脱自在に設けられる連結部８０３と、を有する。

突出部８０２は、筐体部８０１に連結する基部８０２ａと、基部８０２ａから突出する円筒状をなす円筒部８０２ｂと、を有する。

連結部８０３は、円筒部８０２ｂの外周の径と略同等の内径を有する筒状の筒状部８０３ａと、筒状部８０３ａの中心軸方向の一端に設けられ、接続部１ｆの丸アリと嵌合可能な凸状の丸アリ形状をなすアダプタ部８０３ｂと、を有する。

ここで、連結部８０３では、円筒部８０２ｂが筒状部８０３ａに挿嵌され、筒状部８０３ａの側面に形成された貫通孔を介して固定ビス８０４により両者の相対位置が固定される。また、接続部１ｆとアダプタ部８０３ｂとは、互いの丸アリ形状によって嵌合するとともに、接続部１ｆの側面に形成された貫通孔を介して固定ビス１ｇにより両者の相対位置が固定される。

円筒部８０２ｂには、筒状部８０３ａに対する相対位置を示す目盛りが付与されており、この目盛りに合わせて位置を調整することによって、筒状部８０３ａに対する相対位置を決定することができる。ここで、回転ディスク８５のディスク部８５ａの配設位置と照明位置Ｐ２（＝対物レンズ焦点位置）とが、共役な位置関係となっている時の円筒部８０２ｂの位置を基準位置として、その時のディスク部８５ａの端面から接続部１ｆの端面までの距離をｄ１とすると、この距離ｄ１に対応する目盛位置に円筒部８０２ｂの位置を調整すれば、基準位置を再現することができる。これにより、固定ビス８０４を緩めて筒状部８０３ａに対する円筒部８０２ｂの位置を任意に変更すること、および変更した位置を基準位置に戻すことができる。なお、上記目盛りの代わりに、厚さの異なるスペーサ部品を挟んで位置調整を行うような方式でもよい。この場合、上記の距離ｄ１に対応する厚さのスペーサ部品の時、基準位置の状態となる。

図７は、本実施の形態にかかる倒立顕微鏡システムの要部の構成を示す模式図であって、ディスク走査型共焦点光学系８０による照明位置の変更を説明するための図である。円筒部８０２ｂを筒状部８０３ａに対して移動させると、ディスク部８５ａの端面位置Ｐ３が、光路に沿って端面位置Ｐ４に移動する。この移動によって、共焦点開口の位置Ｂ１が位置Ｂ２にずれたとすると、対物レンズ３１の焦点位置に投影されていた共焦点開口像の投影位置も投影位置Ｅ１から投影位置Ｅ２にずれる（図７中の二点鎖線）。

円筒部８０２ｂによるずらし量（ディスク部８５ａの移動量）をｄ２、対物レンズ３１側の共役位置のずれ量をｄ３とすると、ずれ量ｄ３は、ｄ３＝ｄ２／（対物レンズ倍率の２乗）の関係を満たす。例えば、ディスク部８５ａの移動量ｄ２を２ｍｍ、対物レンズ３１の倍率を６０倍とすると、対物レンズ３１側の共役位置のずれ量ｄ３は、約５５０ｎｍとなり、元の共役位置であった対物レンズ３１の焦点位置（＝標本面）に対し、約５５０ｎｍ奥側に共焦点画像が得られることとなる。上述した操作により、ディスク走査型共焦点光学系８０における観察位置の変更を行うことができる。

このとき、ずらし量ｄ２とずれ量ｄ３とは異なるため、投影位置Ｅ１から共焦点開口の位置Ｂ１までの距離と、投影位置Ｅ２から共焦点開口の位置Ｂ２までの距離とが異なる。すなわち、ディスク部８５ａが移動することによって、対物レンズ３１の焦点位置とこの焦点位置に略共役な位置との相対距離が変わる。

上述した本実施の形態によれば、結像レンズ３２とディスク走査型共焦点光学系８０のディスク部８５ａとの相対位置を変更して、対物レンズ３１の焦点位置とこの焦点位置に略共役な位置との相対距離を変更することによって、ディスク走査型共焦点光学系８０における観察位置を変更するようにしたので、ディスク走査型共焦点光学系における観察位置の変更を行うことができる。

また、上述した本実施の形態によれば、ディスク走査型共焦点光学系８０を、全反射照明観察光学系６０と共通の光路を含むとともに、観察光学系３の結像レンズ３２より先の光路に配置したことで、標本直上の作業スペースが十分確保され、システム全体の重心バランスへの影響も小さい倒立顕微鏡システムを提供することができる。これにより、作業スペースの確保、およびシステムの重心位置を低くして振動による影響を抑制した観察が可能となる。

また、上述した本実施の形態によれば、全反射照明観察光学系６０とディスク走査型共焦点光学系８０とが一つの対物レンズ３１を共用するため、より安価に提供することができる。

なお、上述した本実施の形態では、光路を切り換える光学素子（光路分割部材）として反射と透過との分割比率が１：１のビームスプリッターやハーフミラーを挙げて説明したが、誘電体多層膜等のコーティングにより、反射率と透過率がある比率に設定されているダイクロイックミラーやビームスプリッター、反射光路のみとなる直角プリズムやミラー等を用いてもよい。

また、上述した本実施の形態では、光路分割部材３７が顕微鏡本体１において一つ設けられるものとして説明したが、反射と透過との分割比率が異なる複数の光路分割部材を設けるものであってもよい。例えば、上述したビームスプリッターに加え、共焦点観察側を重視した直角プリズム（反射光路のみ）や、目視観察側を重視した円柱プリズム（透過光路のみ）といった複数の光路分割部材を設け、観察法により適宜切り換えて使用してもよい。

図８は、本実施の形態の変形例にかかる倒立顕微鏡システムの要部の構成を示す模式図であって、ディスク走査型共焦点光学系８０における観察位置の変更を説明する図である。上述した実施の形態では、顕微鏡本体１と共焦点ユニット８との相対位置を変更して、ディスク走査型共焦点光学系８０における観察位置の変更を行うものとして説明したが、変形例のように、結像レンズを移動させてディスク走査型共焦点光学系８０における観察位置の変更を行うものであってもよい。

図８に示す変形例では、結像レンズ３２ａが、対物レンズ３１の光軸Ｎに沿って移動可能に設けられている。具体的には、例えば、図示しない駆動部によって移動することや、複数の嵌合孔を設けて、観察位置に応じた嵌合孔に結像レンズを挿入することで、ディスク走査型共焦点光学系８０における観察位置の変更を行うことができる。また、上述した実施の形態と同じく、変更した観察位置は図示しない目盛り等により、元の基準位置に戻すことができる。

例えば、結像レンズ３２ａの中心が位置Ｐ５から光軸Ｎに沿って距離ｄ４離れた位置Ｐ６に移動したとすると、対物レンズ３１の焦点位置に投影されていた共焦点開口像の投影位置も投影位置Ｅ３から投影位置Ｅ４にずれる（図８中の二点鎖線）。

対物レンズ３１側の共役位置のずれ量（投影位置Ｅ３と投影位置Ｅ４との間の距離）をｄ５とすると、ずれ量ｄ５は、ｄ５＝ｄ４／（対物レンズ倍率の２乗）の関係を満たす。例えば、結像レンズ３２ａの移動量である距離ｄ４を２ｍｍ、対物レンズ３１の倍率を６０倍とすると、対物レンズ３１側の共役位置のずれ量ｄ５は、約５５０ｎｍとなり、元の共役位置であった対物レンズ３１の焦点位置（＝標本面）に対し、約５５０ｎｍ奥側の共焦点画像が得られることとなる。上述した操作により、ディスク走査型共焦点光学系８０における観察位置の変更を行うことができる。

このとき、距離ｄ４とずれ量ｄ５とは異なるため、投影位置Ｅ３から共焦点開口までの距離と、投影位置Ｅ４から共焦点開口までの距離とが異なる。すなわち、結像レンズ３２ａが移動することによって、対物レンズ３１の焦点位置とこの焦点位置に略共役な位置との相対距離が変わる。

以上のように、本発明にかかる倒立顕微鏡システムは、ディスク走査型共焦点光学系における観察位置の変更が可能であるとともに、全反射照明観察光学系およびディスク走査型共焦点光学系を有する場合の作業スペースの確保、および振動による影響を抑制した観察を行うのに有用である。

１ 顕微鏡本体
１ａ 基部
１ｂ 後壁部
１ｂ１，１ｃ１ 上面
１ｃ 前壁部
１ｄ 梁部
１ｅ 外部ポート
１ｆ 接続部
１ｇ，８０４ 固定ビス
２ ステージ
３ 観察光学系
４ レボルバ
５ 準焦装置
６ａ 全反射照明光学ユニット
６ｂ 全反射照明用観察光学ユニット
７ 自動合焦光学ユニット
８ 共焦点ユニット
９ 鏡筒
３１ 対物レンズ
３２，３５，６８，８７ 結像レンズ
３３ ミラー
３４ リレーレンズ
３６ 接眼レンズ
３７ 光路分割部材
６０ 全反射照明観察光学系
６０ａ 全反射照明光学系
６１ レーザ光源
６２，６３，８２ レンズ
６４ 励起フィルタ
６５，６６，７１，８４ ダイクロイックミラー
６０ｂ 全反射照明用観察光学系
６７，８６ 吸収フィルタ
６９，８８ 撮像素子
７０ 自動合焦光学系
８０ ディスク走査型共焦点光学系
８１ 光源
８３ 励起フィルタ
８５ 回転ディスク
８５ａ ディスク部
８５ｂ 駆動部
１００ ガラス
８０１ 筐体部
８０２ 突出部
８０２ａ 基部
８０２ｂ 円筒部
８０３ 連結部
８０３ａ 筒状部
８０３ｂ アダプタ部

Claims (8)

1. 少なくとも標本からの観察光を集光する対物レンズを保持する対物レンズ保持手段と、
   前記対物レンズが集光した前記観察光を結像する結像レンズと、
   前記対物レンズと前記結像レンズとの間に設けられ、全反射照明を用いて前記標本からの観察光を観察する全反射照明観察光学系と、
   共焦点開口が形成された回転ディスクを有し、前記対物レンズの焦点位置と略共役な位置に前記共焦点開口を配置したディスク走査型共焦点光学系と、
   を備え、
   前記対物レンズの焦点位置と前記略共役な位置との相対距離が変更可能であることを特徴とする倒立顕微鏡システム。
2. 前記回転ディスクの位置が前記観察光の光路に沿って移動することによって、前記対物レンズの焦点位置と前記略共役な位置との相対距離を変更することを特徴とする請求項１に記載の倒立顕微鏡システム。
3. 前記結像レンズの位置が光路に沿って移動することによって、前記対物レンズの焦点位置と前記略共役な位置との相対距離を変更することを特徴とする請求項１に記載の倒立顕微鏡システム。
4. 前記ディスク走査型共焦点光学系は、前記全反射照明観察光学系の光路の一部を通過することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の倒立顕微鏡システム。
5. 前記ディスク走査型共焦点光学系は、前記結像レンズに対して前記対物レンズ側と異なる側で構成されることを特徴とする請求項４に記載の倒立顕微鏡システム。
6. 前記結像レンズと前記回転ディスクとの間に、少なくとも一つの光路分割部材を備えたことを特徴とする請求項４に記載の倒立顕微鏡システム。
7. 前記回転ディスクの前記共焦点開口を、前記結像レンズの焦点位置に配置したことを特徴とする請求項１〜６のいずれか一つに記載の倒立顕微鏡システム。
8. 前記ディスク走査型共焦点光学系は、前記対物レンズ保持手段および前記結像レンズを保持する本体部に着脱自在であることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一つに記載の倒立顕微鏡システム。

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