JPH0843741A - 倒立顕微鏡 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】剛性の高い倒立顕微鏡を提供する。 【構成】レボルバー５、蛍光キューブカセット１０、結
像レンズ１１、光分割プリズム１５が設けられたベース
ユニット３４は、顕微鏡本体１に着脱可能となってい
る。光路分割プリズム１５の透過光をリレーレンズユニ
ット５８へ偏向するミラー４７を備えたミラーユニット
５３は本体１の底面の開口部４６に組み付けられてい
る。対物レンズ６の一次像を観察鏡筒３９の接眼レンズ
６３の像位置へリレーするリレーレンズ群６２ａと６２
ｂを内蔵するリレーレンズユニット５８が本体１の観察
鏡筒ダイ１ｂに組み付けられている。３５ｍｍカメラ６
５を取り付けるための撮影レンズ６６を備えた撮影ポー
ト６７が本体１に組み付けられる。電源ユニット４５
は、照明光源を点灯する素子を設けた電装基板１０１を
有し、対物レンズ６の光軸から離れた位置で顕微鏡本体
１に組み付けられている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、観察光学系の光学素子
が標本を載せるステージの下に配置されている倒立顕微
鏡に関する。

【０００２】

【従来の技術】倒立顕微鏡は、医学や生理学等の生きた
細胞を扱う各分野の研究に幅広く利用されている。たと
えば、顕微受精や電気生理学実験での培養細胞の活動電
位の計測などがあげられる。

【０００３】この種の顕微鏡の標本下部の光学素子の配
置は、特開平３−１７２８１６、特公昭５７−３７８４
８、特開昭６０−５３９１６、特公平４−３０５６５に
開示されている通り、顕微鏡本体には、対物レンズ直下
に落射蛍光観察をするためのダイクロイックミラーボッ
クスが挿脱自在に設置されていて、続いて対物レンズを
透過した標本の拡大像を結像するための結像レンズが設
置されている。特公平４−３０５６５では、光を部分的
に反射して観察光路と撮影光路に沿って伝搬する光に分
割するための第一光学素子が設置されている。第一光学
素子は、光軸中に適宜挿入し得るように摺動可能に設け
られていている。さらに下部に第一光学素子を透過した
光を観察光路へ偏向する第二光学素子が設置されてい
る。結像レンズにより結像された対物の一次像は、第二
光学素子による偏向後に結像し、その結像位置には焦点
鏡が設置されている。焦点鏡には、第一光学素子により
反射され、撮影光路に導かれた標本の拡大像の撮影手段
（たとえば３５ｍｍカメラや大版カメラ）に対応した撮
影範囲を示すマスクと焦点合わせのための二重複十字線
が入っている。焦点鏡の次には対物の一次像を観察鏡筒
へリレーするためのリレー光学系が配置されている。リ
レー光学系の射出口には観察鏡筒が取り付けられてい
て、接眼レンズを介して標本像が観察される。

【０００４】特開平３−１７２８１６では、光学素子の
保持方式は特に本文中には記述されていないが、実施例
の図面には、結像レンズ、第一光学素子、第二光学素
子、リレー光学系の各々を取り付けた別々の保持部材を
顕微鏡本体に固定する構成が示されている。

【０００５】また、特公昭５７−３７８４８では、測光
ポートの増設等の特殊目的の改造のため、顕微鏡本体側
面に開口を設けるとともに、この開口に光学素子を配設
したかぶせ板を交換可能に取り付ける構成が開示されて
いる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】生きた細胞を扱う研究
においては、顕微鏡下で、生きた細胞に対して、つか
む、刺す、切る、注入するなどの微細操作を行なうマニ
ピュレーターがよく使用される。数〜数十μｍの細胞に
対して微細操作を行なうため、顕微鏡操作に伴なう振動
や外部からの振動は、保持した細胞が外れたり、顕微鏡
視野外に移動したりといった事態を引き起こし、作業性
を著しく低下させる。また、小動物を顕微鏡ステージに
載せて血流速計測などを行なう微小循環などの分野など
では、ステージおよび顕微鏡本体の剛性向上が求められ
ている。

【０００７】細胞や動物を生かし続けるために、培養液
などを絶えず還流させることがよく行なわれる。このた
め、本体の内部外部を問わず、こぼれた培養液によっ
て、標本直下の光学系に汚れやカビが生じて、光学性能
が低下する場合がある。

【０００８】特開平３−１７２８１６に開示される光学
素子の保持方式では、顕微鏡本体自身の部品加工精度の
必要な場所が分散しているため、コストが高いものとな
っている。また、顕微鏡全体の光学調整を内部で行なわ
なければならないため、調整を容易に行なえるようにす
るには、広い作業スペースを確保する必要がある。しか
し、広い作業スペースを確保すると、今度は剛性の低下
を招く。剛性確保のためには、光学素子や保持部材配置
のための最小限のスペースで区切るリブを設けることが
好ましいが、広い作業スペースを確保しようとした場合
には、このような対応がとれない。

【０００９】観察光学系は標本の下に位置するため、標
本の培養液がこぼれると、対物レンズや本体内部の光学
素子が汚れる。各光学素子は別個に本体に取り付けられ
ていて、交換や清浄したい光学素子のみを取り外すこと
が難しい。また、光学素子を取り外さずに清浄するに
は、本体内部の作業スペースが狭いために作業が行ない
ずらい。

【００１０】また、特公昭５７−３７８４８に開示され
る光学素子の保持方式では、顕微鏡本体に大きな開口を
設けているため、剛性が低いものとなっている。かぶせ
板に設けた光学素子の観察光路に対する位置合わせは、
本体の当て付け面の高さで合わせているが、かぶせ板に
取り付けた光学素子は片持ち構造であるため、測光ポー
トに重い装置を取り付けた場合などに、光学素子の位置
が狂うことがある。

【００１１】倒立顕微鏡は一般に照明光源を点灯する電
源を顕微鏡本体内に内蔵している。細胞の形態観察で
は、倒立顕微鏡下で、生きた細胞の変化の様子を数分か
ら数時間毎に、カメラもしくはビデオによる間欠撮影が
行なわれる。このような状況や、長時間露出を必要とす
る蛍光写真など撮影においては、照明が長時間にわたっ
て行なわれる。長時間の照明は、本体内の電源の発熱に
より、本体の膨張やレンズの屈折率の変化を引き起こ
す。この結果、光学系に焦点ずれが生じ、写真のピント
ぼけという事態が発生する。そこで従来は、対物レンズ
を焦点深度の深い１０倍ないし２０倍程度の倍率のもの
に制限したり、電源の発熱による本体の膨張の影響が平
衡に達するまで撮影をしないなどの制限が生じていた。
これに対して、さらに高倍率の対物レンズを用いた観察
や撮影をしたいとの要望は強く、これを達成し得るよう
に電源の発熱による焦点ずれをなくすことが望まれてい
る。

【００１２】また、電源の発熱は、本体の熱膨張による
焦点ずれ以外にも、本体内部に空気の対流を引き起こ
し、これにより舞い上がった埃や塵が光学系に付着し
て、光学系の見えを劣化させるという不都合がある。

【００１３】さらに、電源を内蔵した倒立顕微鏡では、
標本である細胞を生かし続けるために培養液を還流させ
た場合に、こぼれた培養液が電源をショートさせるとい
う危険がある。

【００１４】このような実状に対応するため、電源を本
体内部に内蔵せずに、外部電源を用いて照明光源を点灯
するという構成も提案されているが、倒立顕微鏡はスペ
ースに制限のあるクリーンベンチ内で使用することも多
いため、机上スペースを犠牲にする点で好ましい構成と
いえない。

【００１５】本発明は、剛性の高い倒立顕微鏡を提供す
ることを目的とする。また本発明は、光学素子の組み付
け作業が容易に行なえる構成の倒立顕微鏡を提供するこ
とを目的とする。

【００１６】さらに本発明は、交換や清掃のために光学
素子を容易に取り外すことのできる構成の倒立顕微鏡を
提供することを目的とする。またさらに本発明は、加工
とくに当て付け面の形成が容易に行なえる構成の倒立顕
微鏡を提供することを目的とする。加えて本発明は、照
明光源を点灯させる電源の発熱による本体の膨張や空気
の対流が生じ難い構成の倒立顕微鏡を提供することを目
的とする。

【００１７】

【課題を解決するための手段】本発明の倒立顕微鏡は、
少なくとも対物レンズとこれを上下に移動させる機構が
設けられた中央ユニットと、これを着脱可能に収容保持
する本体とを有している。本体は、その内部空間を外部
空間から光学的に遮断する外壁を有し、さらに、向き合
った外壁同士の間に延び、中央ユニットが収容される空
間を定めるリブを有している。

【００１８】

【作用】中央ユニットには、対物レンズの他にも種々の
光学素子が設けられる。対物レンズを含めた光学素子の
調整は、中央ユニットを本体から外した状態で行なわれ
る。中央ユニットは光学素子の調整終了後に本体に組み
付けられる。本体は、中央ユニットを収容する空間を定
めるリブが設けられているので、その剛性は高いものと
なっている。

【００１９】

【実施例】次に図面を参照しながら本発明の実施例の倒
立顕微鏡について説明する。図１に示すように、顕微鏡
本体１は透過照明支柱を保持する照明ダイ１ａと観察鏡
筒３９を保持固定する観察鏡筒ダイ１ｂを有している。
透過照明支柱には透過照明系２とコンデンサーレンズ３
が設けられている。図２に詳しく示すように、ステージ
４はビスにより本体１の照明ダイ１ａと観察鏡筒ダイ１
ｂに固定される。

【００２０】顕微鏡本体１にはベースユニット３４が組
み込まれている。ベースユニット３４は、図３に示すよ
うに、顕微鏡本体１に対して光軸方向に着脱できるよう
に構成されている。ベースユニット３４には、特に図２
に詳細に示すように、レボルバー５、蛍光キューブカセ
ット１０、結像レンズ１１、光分割プリズム１５が設け
られている。

【００２１】レボルバー５は、複数の対物レンズ６を回
転により切り換え可能に保持している。蛍光キューブカ
セット１０は軸９を中心とする円周上に複数の蛍光キュ
ーブ８を有していて、軸９を中心に回転させることによ
って、所望の一つを落射照明系の光路７上に配置できる
ようになっている。蛍光キューブ８の各々は、ダイクロ
イックミラー８ａと励起フィルター８ｂと吸収フィルタ
ー８ｃを備えている。

【００２２】結像レンズ１１は、たとえば、対物レンズ
６の拡大像をそれぞれ１倍と１．５倍で投影する二種類
が設けられている。結像レンズ１１を保持している保持
部材１３は、アリ等のスライド機構１２によって移動可
能に支持されており、これに固定されていて顕微鏡本体
１の外側に突出している切換ノブ１４ａ（図４に示す）
を移動させることによって、所望の結像レンズ１１を光
路上に配置できるようになっている。切換ノブ１４ａ
は、ベースユニット３４を顕微鏡本体１に装着した後、
顕微鏡本体１の外部から例えばねじ込みによって組み付
けられる。

【００２３】光路分割プリズム１５は、分割する光量比
や分割する方向が異なっている複数種類たとえば三種類
が設けられていて、その各々は結像レンズ１１からの光
を一部を撮影光路１６または撮影光路１７（図５に示
す）へ向けて反射し、残りを透過する。複数の光路分割
プリズム１５は、結像レンズ１１のスライド機構１２と
同様の構造をした切換機構１８によってスライド可能に
保持されていて、切換機構１８に固定され顕微鏡本体１
の外側に突出している切換ノブ１４ｂ（図４に示す）を
操作することにより、所望の一つを光路中に配置できる
ようになっている。切換ノブ１４ｂは、ベースユニット
３４を顕微鏡本体１に装着した後、顕微鏡本体１の外部
から例えばねじ込みによって組み付けられる。

【００２４】光路分割プリズム１５の切換機構１８は、
図３に示すように、ビスなどの締結手段１９によってガ
イド保持部材２０に固定されている。ガイド保持部材２
０には、図４に示すように、ピント合わせのためにレボ
ルバー５を光軸に沿って移動させるためのクロマローラ
ーガイドに代表される案内２１の一方が固定されてい
る。案内２１の他方は上下案内部材２８に固定されてい
る。上下案内部材２８は腕２７を有しており、この腕２
７の端部には、本体外部からの操作でレボルバー５を上
下させるため、公知の粗微動共軸ハンドル２４に減速ギ
ヤボックス２５を介して連結されるラック２６が取り付
けられている。上下案内部材２８には、レボルバー５を
保持するレボ台２３が取り付けられている。レボ台２３
は上下案内部材２８へアリ２２によって組み付けられ、
アリのテーパーと同じ角度を持ったコマ２９をネジ３０
で引き込むことにより固定されている。レボ台２３はネ
ジ３０を緩めることにより外すことができ、レボルバー
５を電動レボルバーなどに組換えることも容易に行なえ
る。

【００２５】ガイド保持部材２０と上下案内部材２８の
間には、図２に示すように、ラック２６に懸かる荷重を
軽減するバランスバネ３１が設けられている。バランス
バネ３１の内側には、上下案内部材２８とガイド保持部
材２０にそれぞれ設けられたバネ案内部材３２と３３が
通っていて、バランスバネ３１が座屈することなく伸縮
するようになっている。

【００２６】ベースユニット３４は顕微鏡本体１に形成
した当て付け面３５に当てて組み付けられる。このと
き、上下案内部材２８の腕２７は、図６に示す、本体１
の両側壁３７と３８をつなぐリブ３６に設けた開口４１
を通って配置される。図５に示す、本体１の底面に設け
た開口から、組み付けられた減速ギヤボックス２５を介
して、本体１に設けられている粗微動共軸ハンドル２４
と、上下案内部材２８の腕２７の先端にビスにより組み
付けたラック２６とを、対物レンズ６の移動ストローク
範囲を合わせて連結する。腕２７の先端は、本体１のリ
ブ３６を超える長さになっていないので、ベースユニッ
ト３４に取付けられている種々の光学素子は光軸方向に
取り外し可能となる。ラック２６を組み付けた後、埃や
塵の侵入を防ぐため、本体１の底面の開口には蓋が取り
付けられる。

【００２７】図１に示すように、顕微鏡本体１の底面に
は開口部４６が設けられている。この開口部４６には、
図２に示すように、光路分割プリズム１５を透過した光
を後述するリレーレンズユニット５８に向けて反射する
反射ミラー４７を備えた反射ミラーユニット５３が組み
付けられる。反射ミラー４７を保持する部材４８はボー
ル５０とビス５１を介して固定部材４９に取り付けられ
ていて、ビス５１を調整することで反射ミラー４７の向
きを変えられるようになっている。固定部材４９は、図
５から分かるように、三本のビス５２によって本体１に
固定される。

【００２８】この開口部４６には、図３に示すように、
反射ミラーユニット５３に代えて、別の撮影ポート付き
反射ミラーユニット５４を取り付けてもよい。この反射
ミラーユニット５４は、固定部材４９に開口が設けられ
ていて、これに撮影装置を取り付けるための撮影ポート
５６が取り付けられている。反射ミラー４７は、光路分
割プリズム１５を透過した光をリレーレンズユニット５
８へ向けて反射する位置と、固定部材４９と撮影ポート
５６の開口を遮らない位置との間で切り換えられるよう
に、切換機構５５に保持されている。

【００２９】図１〜図３に示すように、顕微鏡本体１に
は、リレーレンズユニット５８が組み付けられる。リレ
ーレンズユニット５８は、焦点鏡５７の保持枠５９を保
持する案内６１を備えていて、対物レンズ６の一次像を
観察鏡筒３９の接眼レンズ６３の像位置へリレーするリ
レーレンズ群６２ａと６２ｂを内蔵している。リレーレ
ンズユニット５８は図３の矢印方向から本体１に挿入さ
れ、フランジ部５８ａがビス等の締結手段により本体１
の当て付け面６３に固定される。固定の際には、反射ミ
ラー４７の反射光の心の微調整のため、また対物レンズ
６の一次像位置と焦点鏡５７の位置を正確に合わせるた
め、フランジ５８ａと当て付け面６３の間に間隔補正環
（図示せず）を入れ、かつリレーレンズユニットを当て
付け面６３上でふることによって調整する。その後、観
察鏡筒３９を保持するためのマウント６４が当て付け面
６３に固定され、マウント６４に観察鏡筒３９が取り付
けられる。

【００３０】焦点鏡５７は保持枠５９に接着等により固
定されていて、この保持枠５９が本体１に組み付けたリ
レーレンズユニット５８の案内６１に保持される。これ
により焦点鏡５７は結像レンズ１１によって像が形成さ
れる位置に配置される。焦点鏡５７の役割は特公平４−
３０５６５で開示されている通りである。焦点鏡５７の
保持枠５９には本体１の外部へ延びたノブが取り付けら
れていて、このノブを用いて焦点鏡５７を移動できるよ
うになっていて、クリック機構等によって観察光路６０
上に位置決めされる構成になっている。また、焦点鏡５
７は、ノブを引き抜くことにより、本体１の外に取り出
せるようになっている。これにより、焦点鏡５７に付着
した埃や塵が本体１の外でクリーニングできる。

【００３１】光路分割プリズム１５で反射された撮像光
路１６上には、３５ｍｍカメラ６５を取り付けるため
の、撮影レンズ６６を備えた撮影ポート６７が本体１に
取り付けられる。撮影ポート６７もリレーレンズユニッ
ト５８と同様にユニット化されており、図３に示すよう
に、本体１の外から当て付け面６８に、撮影レンズ６６
の心調整や間隔環調整を行なった後、ビス等の締結手段
により固定される。

【００３２】電源ユニット４５は、図７に示すように、
照明光源を点灯させるための素子が配列された電装基板
１０１を有している。電装基板１０１には発熱体となる
トランジスタやトランスやコンデンサーが設けられてい
る。電装基板１０１は各素子に必要な縁面距離を確保す
るためにスペーサー１０２を介して熱伝導率の高いアル
ミ等の放熱板１０３にビス等の締結手段１０４により固
定されている。放熱板１０３には、電装基板１０１から
の輻射熱を遮る断熱板１０８が取り付けられている。放
熱板１０３は、本体１への取付部と同じ形状をした外枠
１０６に、樹脂等の熱伝導の極めて低い断熱スペーサー
１０５を介して、ビス等の締結手段１０７によって取り
付けられている。電源ユニット４５は、図３に示すよう
に、矢印の方向から顕微鏡本体１に組み付けられ、ビス
等の締結手段を用いて外枠１０６が本体１に固定され
る。電源ユニット４５の取り付けには高い位置精度は必
要ないので、顕微鏡本体１と外枠１０６の間に熱伝導率
の極めて低い断熱材を挟み込むことが好ましい。電源ユ
ニット４５の組付位置は、図１と図２に示すように、対
物レンズ６の光軸から離れた、顕微鏡本体１の照明ダイ
１ａの後方にある。また、照明ダイ１ａの下には本体１
に一体的に形成されたリブ１ｃが設けられている。この
リブ１ｃは、図７（Ｂ）に示す電源ユニット４５の外枠
１０６と断熱板１０８の間の空間１０９および放熱板１
０３と外枠１０６の隙間１１０を覆い隠す形状をしてい
る。

【００３３】これまで説明したように、本実施例の倒立
顕微鏡では、図２に示すように、ベースユニット３４は
顕微鏡本体１に対して対物レンズ６の光軸方向に着脱で
きる構成となっており、その位置決めはベースユニット
３４を顕微鏡本体１に形成した当て付け面３５へ当て付
けることで行なわれる。つまり本実施例では、顕微鏡本
体１に対する当て付け面の加工は一箇所で済む。従っ
て、加工に必要な刃物は少なくて済み、加工方向も一方
向で済む。

【００３４】ベースユニット３４に組み付ける光学素子
（対物レンズ６、蛍光キューブ８、結像レンズ１１、光
路分割プリズム１５）の調整は、ベースユニット３４を
顕微鏡本体１に組み付ける前に行なわれるので、ベース
ユニット３４が入る必要最小限のスペースで区切るリブ
３６を顕微鏡本体１に設けることができる。リブ３６は
本体１の両側壁３７と３８に連結しており、これにより
本体１は剛性の高いものとなっている。

【００３５】ベースユニット３４が入る空間と電源ユニ
ット４５が入る空間は側壁４３によって分離されている
ので、電装系修理時に光学系に塵が侵入することがな
く、保守性に優れる。

【００３６】電源ユニット４５は、放熱板１０３と外枠
１０６の間に断熱スペーサー１０５が設けられているた
め、電装基板１０１からの伝導熱は外枠１０６へ伝わり
難く、したがって顕微鏡本体１への熱伝導が低く抑えら
れる。また、図２に示すように、電装基板１０１と本体
１の側壁４３との間には断熱板１０８が存在するため、
電装基板１０１の発熱体から本体１への輻射熱が極めて
低く抑えられる。したがって、本体１の温度上昇を低く
抑えられ、本体１の熱膨張に起因する焦点ずれが軽減で
き、光学系ユニット内の埃や塵の飛散も少なく抑えられ
る。

【００３７】電源ユニット４５はステージ４の下方に位
置していないので、こぼれた培養液が電源ユニット４５
にかかってショートするといった危険がない。また、多
量の培養液がこぼれた場合でも、本体１のリブ１ｃと外
枠１０６の防水壁１０６ａにより、電装基板１０１に培
養液がかかる危険は極めて少ない。

【００３８】続いて、上述の実施例の変形例を図８を用
いて説明する。図中、上述の実施例で説明した部材は同
じ符号を用いて示してある。上述の実施例は反射ミラー
４７により観察鏡筒３９側に反射させているが、本変形
例では反射ミラー４７により対物レンズ６の光軸に直交
する方向に反射させている。

【００３９】反射ミラー４７で反射された後の光路７０
上に、焦点鏡５７とリレーレンズ６２ａとミラー７１を
備えた第一リレーレンズユニット７２が配置されてい
る。焦点鏡５７は対物レンズ６の一次像位置に配置さ
れ、ミラー７１は光路７０に沿って進行する光を上方に
偏向する。ミラー７１で偏向された光路上に、リレーレ
ンズ６２ｂを備えた第二リレーレンズユニット７３が配
置されている。第二リレーレンズユニット７３の上に観
察鏡筒３６が配置される。

【００４０】第一リレーレンズユニット７２のフランジ
部７２ａと第二リレーレンズユニット７３のフランジ部
７３ａは、本体１に形成された当て付け面に光学調整後
にビス等により固定される。他の構成は上述の実施例と
同じである。本変形例の倒立顕微鏡は上述の実施例と同
じ作用効果が得られる。

【００４１】

【発明の効果】本発明によれば、剛性の高い倒立顕微鏡
が得られる。また、光学素子の組み付け作業が容易に行
なえる構成の倒立顕微鏡が得られる。さらに、交換や清
掃のために光学素子を容易に取り外すことのできる構成
の倒立顕微鏡が得られる。またさらに、当て付け面の形
成が容易に行なえる構成の倒立顕微鏡が得られる。加え
て、照明光源を点灯させる電源の発熱による本体の膨張
や空気の対流が生じ難い構成の倒立顕微鏡が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例の倒立顕微鏡の全体の構成を示
す断面図である。

【図２】図１に示した顕微鏡本体周辺部を拡大して示す
断面図である。

【図３】顕微鏡本体に組み付けられるユニットの組付方
向を示す図である。

【図４】ベースユニットを図３の矢印Ａの方向から見た
図である。

【図５】顕微鏡本体を図１の矢印Ｂの方向から見た図で
ある。

【図６】照明ダイを除く顕微鏡本体の部分斜視図であ
る。

【図７】電源ユニットの構成を示す図で、（Ａ）は側断
面図、（Ｂ）は部分断面下面図である。

【図８】図１〜図７に示した実施例の変形例の倒立顕微
鏡の構成を示す図である。

【符号の説明】

１…顕微鏡本体、６…対物レンズ、３４…ベースユニッ
ト、３６…リブ、３７、３８…側壁。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 倒立顕微鏡において、少なくとも対物レ
   ンズとこれを上下に移動させる機構が設けられた中央ユ
   ニットと、これを着脱可能に収容保持する本体とを有し
   ている倒立顕微鏡。
2. 【請求項２】 請求項１において、本体は、その内部空
   間を外部空間から光学的に遮断する外壁を有し、さら
   に、向き合った外壁同士の間に延び、中央ユニットが収
   容される空間を定めるリブを有している倒立顕微鏡。