結像装置及び顕微鏡装置
【課題】光軸方向に合焦位置の異なる複数の標本断面の画像を観察するため、装置の製造や構成が簡単で操作の容易な結像装置及び顕微鏡装置を提供する。
【解決手段】結像装置１０を備えた顕微鏡装置１００は、標本Ｓからの光を集光する機能を有する対物レンズＬ１と、この対物レンズＬ１から出射した光を結像する第２対物レンズＬ２と、第２対物レンズから出射した結像光束を略平行光束に変換するリレーレンズＬ３，Ｌ４と、第２対物レンズＬ２及びリレーレンズＬ３，Ｌ４を介して略平行光束中に形成された対物レンズＬ１の瞳の共役像の近傍に設けられ、当該略平行光束を少なくとも２以上の光束に分割する光束分割素子２０と、光束分割素子２０で分割された光束の各々を結像するとともに、当該光束毎に結像する位置を光軸方向に変化させる位置可変結像素子としての結像レンズＬ５ａ〜Ｌ５ｃと、を有する。
【解決手段】結像装置１０を備えた顕微鏡装置１００は、標本Ｓからの光を集光する機能を有する対物レンズＬ１と、この対物レンズＬ１から出射した光を結像する第２対物レンズＬ２と、第２対物レンズから出射した結像光束を略平行光束に変換するリレーレンズＬ３，Ｌ４と、第２対物レンズＬ２及びリレーレンズＬ３，Ｌ４を介して略平行光束中に形成された対物レンズＬ１の瞳の共役像の近傍に設けられ、当該略平行光束を少なくとも２以上の光束に分割する光束分割素子２０と、光束分割素子２０で分割された光束の各々を結像するとともに、当該光束毎に結像する位置を光軸方向に変化させる位置可変結像素子としての結像レンズＬ５ａ〜Ｌ５ｃと、を有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、結像装置及び顕微鏡装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、光軸方向に合焦位置の異なる複数の標本断面の画像を同時観察する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。この特許文献１に開示されている結像装置は、光束分割手段を像面近傍に配置しており、瞳面での分割については提案されていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−２０２９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、結像光束中で行う必要のある像面近傍での光路分割には、光路を分割する手段、及び、光路長差を設ける手段の双方において製造時や操作時に制約が多くなるという課題があった。
【０００５】
本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、光軸方向に合焦位置の異なる複数の標本断面を同時観察する際に、結像光束中で行っていた従来の方法における、光束分割や適切な光路長差の設定手段の複雑かつ困難さを解消し、設計等の自由度を大きくして、構成が簡単で操作が容易な結像装置及びこの結像装置を有する顕微鏡装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記課題を解決するため、本発明に係る結像装置は、標本からの光を集光する対物レンズと、この対物レンズから出射した光を結像する第２対物レンズと、第２対物レンズから出射した結像光束を略平行光束に変換するリレーレンズと、第２対物レンズ及びリレーレンズを介して略平行光束中に形成された対物レンズの瞳の共役像の近傍に設けられ、当該略平行光束を少なくとも２以上の光束に分割する光束分割素子と、光束分割素子で分割された光束の各々を結像する機能を有するとともに、当該光束毎に、結像する位置を光軸方向に変化させることができる位置可変結像素子と、を有することを特徴とする。
【０００７】
このような結像装置において、光束分割素子は、一部の光を透過し、残りの光を反射するハーフミラーを用いて光束を分割することが好ましい。あるいは、光束分割素子は、所定の波長の光を透過し、残りの波長の光を反射するダイクロイックミラーを用いて光束を分割することが好ましい。
【０００８】
また、このような結像装置において、位置可変結像素子は、分割された光束の各々の光路上に設けられ、少なくとも一つは光路上に固定され、残りは光路上を光軸に沿って移動可能な結像レンズを有することが好ましい。
【０００９】
このとき、光束分割素子は、略平行光束を３つの光束に分割するように構成され、分割された光束の各々に設けられた結像レンズの一つは光路上に固定され、結像レンズの残りの２つは光路上を光軸に沿って移動可能なように構成されることが好ましい。
【００１０】
さらに、位置可変結像素子は、光路上に固定された結像レンズを挟んで、残りの２つの結像レンズが互いに反対方向に光路上を移動するように構成されることが好ましい。
【００１１】
あるいは、位置可変結像素子は、分割された光束の全てが透過するように配置され、分割された光束の各々を結像する機能を有する１つの結像レンズと、光束の少なくとも一つの光路長を変化させる結像位置調整部材と、を有することが好ましい。
【００１２】
また、このような結像装置は、光束分割素子で分割された光束のうち、いずれか一つを基準となる光束とし、基準となる光束以外の光束の光路上の各々に、当該光束を基準となる光束に近づける光束折曲部材が設けられていることが好ましい。このとき、光束折曲部材は、プリズムあるいはハービングガラスで構成されていることが好ましい。
【００１３】
あるいは、光束折曲部材は、光束分割素子内に設けられ、基準となる光束以外の光束の結像位置を、基準となる光束の結像位置に近づけるように反射する反射ミラーで構成されていることが好ましい。
【００１４】
また、本発明に係る顕微鏡装置は、上述の結像装置のいずれかを有して構成される。
【発明の効果】
【００１５】
本発明に係る結像装置、及び、この結像装置を有する顕微鏡装置を以上のように構成すると、光軸方向に合焦位置の異なる複数の標本断面を同時観察する際に、平行光束中の瞳共役面を利用するため、従来の方法における、光束分割や適切な光路長差の設定手段の複雑かつ困難さを解消し、設計等の自由度が大きくなり、装置の製造や構成が簡単で、操作の容易なものを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】第１の実施形態に係る結像装置を備えた顕微鏡装置の構成を示す説明図である。
【図２】第１の実施形態において、３光束の像面位置間隔を調整するため、結像レンズと撮像素子との間にプリズムを配置した状態を示す説明図である。
【図３】第１の実施形態において、３光束の像面位置間隔を調整するため、結像レンズと撮像素子との間にハービングガラスを配置した状態を示す説明図である。
【図４】光軸方向の合焦位置が異なる３つの取得画像を示す説明図である。
【図５】第２の実施形態に係る結像装置を備えた顕微鏡装置の構成を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の好ましい実施形態について、図面を参照して説明する。光軸方向に合焦位置が異なる標本断面を同時観察するには、標本からの光を対物レンズで集光し、その１つの光束を分割した後、各々の光束に光路長差を生じさせ、共通の撮像素子に結像させる必要がある。これに対して、異なる複数の撮像素子を使用するのは、構成的には容易となる面もあるが、コストアップ要因となり、また、画像取得後の処理等の複雑さを勘案すると好ましくない。そこで、本実施形態では、１つの撮像素子を使用し、撮像素子の面内を分割して合焦位置が異なる複数の画像を同時取得することを提案するものである。
【００１８】
そのような目的を達成するため、従来の方法は結像光束中に光学素子を配置して実施していたが、光路分割や光路長差設定の手段として複雑な構成となり、撮像素子が小さい場合は光学素子の加工面でも困難であった。以降の説明では、これらの困難さを解決するため、再結像リレーレンズを利用し、対物レンズ瞳面の共役面を、平行系で構成されたリレーレンズの平行光束中に設け、瞳面で光束分割をすることで対応する。再結像リレーレンズを新規に設けるのでは、装置として却って複雑で大型になってしまうが、倒立顕微鏡装置においては、すでに有している機能であり、新規に必要とはされない。
【００１９】
（第１の実施形態）
まず、図１を用いて、第１の実施形態に係る結像装置１０を備えた倒立型顕微鏡装置１００の構成について説明する。この顕微鏡装置１００は、光源から放射された照明光を標本に照射するための図示しない照明装置と、この照明光により標本から出射する観察光を結像する結像装置１０と、この結像装置１０で結像された標本の像を検出する撮像素子３０を有する撮像装置と、から構成される。
【００２０】
結像装置１０は、標本面Ｓからの光束を略平行光束に変換する対物レンズＬ１と、この対物レンズＬ１から出射した略平行光束を集光して像面Ｚ１に標本面Ｓの一次像を形成する第２対物レンズＬ２と、この第２対物レンズＬ２からの光束を反射する第１反射ミラーＭ１と、第２対物レンズＬ２からの光束を略平行光束に変換するリレーレンズＬ３，Ｌ４と、リレーレンズＬ３からの光束を反射する第２反射ミラーＭ２と、第２対物レンズＬ２及びリレーレンズＬ３，Ｌ４を介して、対物レンズＬ１の瞳面Ｐ１と共役な位置に形成される瞳面Ｐ２近傍に配置され、光束を、透過する光と反射する光の割合が「２：１」となるように透過または反射する第１ハーフミラーＨＭ１と、この第１ハーフミラーＨＭ１で反射した光束をさらに反射する第３反射ミラーＭ３と、第１ハーフミラーＨＭ１を透過した光束の光路上に配置され、透過する光と反射する光の割合が「１：１」となるように透過または反射する第２ハーフミラーＨＭ２と、この第２ハーフミラーＨＭ２で反射された光束をさらに反射する第４反射ミラーＭ４と、第２ハーフミラーＨＭ２を透過した光束、並びに、第３反射ミラーＭ３及び第４反射ミラーＭ４で反射された光束を撮像素子３０の方向に反射する第５反射ミラーＭ５と、この第５反射ミラーＭ５及び撮像素子３０間の、分割された光束の各々の光路上に配置され、標本の像を像面Ｚ２に結像する３枚の結像レンズＬ５ａ，Ｌ５ｂ，Ｌ５ｃと、から構成されている。なお、本明細書中では、第１ハーフミラーＨＭ１、第２ハーフミラーＨＭ２、第３反射ミラーＭ３、及び、第４反射ミラーＭ４を、まとめて光束分割素子２０と呼ぶ。
【００２１】
この第１の実施形態に係る顕微鏡装置１００は、基本的には対物レンズＬ１に水浸対物レンズを使用したものであり、生体標本が主な観察対象である。この観察対象となる標本は、図示しないステージ上に載置されたシャーレ内に、培養液とともに収容され、標本の上面に、カバーグラスが貼り付けられ、このカバーグラスと対物レンズＬ１との間は、液浸用の浸液が満たされている。なお、この第１の実施形態における結像装置１０は倒立型顕微鏡装置に適用されているが、本願がこれに限定されることはなく、正立型顕微鏡装置などの何れの顕微鏡装置にも適用することが可能である。また、生物標本観察用、その他標本観察用の顕微鏡装置等にも適用することが可能である。また、撮像素子３０は、ＣＣＤやＣＭＯＳ等を用いることができ、本実施形態では、２／３型ＣＣＤを用いている。この２／３型ＣＣＤは、顕微鏡装置用として一般的に使用され、何れのポートにも取り付けが可能であり、コスト面で有利であるとともに、高感度であるため蛍光に代表される暗い標本にも対応できるため好適に使用できる。なお、本実施形態では、撮像素子３０として、この２／３型ＣＣＤを１つのみ使用し、同一撮像面内を分割して３つの像を結像させているが、２以上の撮像素子３０を用いても良く、コストは高くなるが、目的に応じて標本断面の画像を扱う際の多様性が向上する。なお、これらの説明は、以降の実施形態においても同様である。
【００２２】
以下、第１の実施形態の顕微鏡装置１００を用いて、光軸方向に異なる合焦位置の複数の標本断面の画像を同時取得する仕組みについて説明する。図示しない照明装置により照明された標本（標本面Ｓ）からの光束は、図１に示すように、対物レンズＬ１で略平行光束となり、第２対物レンズＬ２により集光され第１反射ミラーＭ１を経て、像面Ｚ１に一次像を結像させる。この一次像（像面Ｚ１）は、リレーレンズＬ３，Ｌ４、及び、第２反射ミラーＭ２により再び略平行光束となる。なお、この結像装置１０において、光束分割素子２０及び第５反射ミラーＭ５を用いず、標本面Ｓの通常の観察を行う場合には、リレーレンズＬ４からの平行光束は、双眼鏡筒内の結像レンズＬ７により、第６反射ミラーＭ６を経て観察用二次像面Ｚ４に結像し、この二次像面Ｚ４に結像された像を図示されていない接眼レンズにより観察する。
【００２３】
この顕微鏡装置１００において、対物レンズＬ１の瞳面Ｐ１の共役面（瞳面Ｐ２）が、第２対物レンズＬ２及びリレーレンズＬ３，Ｌ４により形成される。ここで、リレーレンズＬ４から結像レンズＬ５ａ，Ｌ５ｂ，Ｌ５ｃまでの間は、上述したように略平行光束である。そして、観察光束は、光束分割素子２０に入射し、瞳面Ｐ２近傍に配置された第１及び第２ハーフミラーＨＭ１，ＨＭ２、並びに、第３及び第４反射ミラーＭ３，Ｍ４により、３つの平行光束に分割される。上述のように、まず、第１ハーフミラーＨＭ１により「２：１」に分割され、「１」の反射光束はさらに第３反射ミラーＭ３により反射され、「２」の透過光束は第２ハーフミラーＨＭ２で今度は「１：１」に分割される。そして、「１」の透過光束はそのまま進み、他の「１」の反射光束は第４反射ミラーＭ４で反射されて、光量比「１：１：１」となった３本の光束に分割される。さらに、これらの光束は共通の第５反射ミラーＭ５で反射され、各々の光軸上に配置された結像レンズＬ５ａ，Ｌ５ｂ，Ｌ５ｃで像面Ｚ２に各々結像される。
【００２４】
なお、３本の光束の結像位置に合焦位置差を設けるため、図１に示すように、中央の光束（２）の光路を基準光路とし、この基準光路の結像レンズＬ５ｂを光軸上に固定し、その位置を基準の位置「０」とした場合、他の光束（１）、（３）の光路上の結像レンズＬ５ａ，Ｌ５ｃを光軸方向に移動させて位置をずらす。この場合、第５反射ミラーＭ５側を「＋」、撮像素子３０側を「−」とした場合、結像レンズＬ５ａの位置が「＋ｄ」、結像レンズＬ５ｃの位置が「−ｄ」となるように設定する。各結像レンズＬ５ａ〜Ｌ５ｃは、同一の焦点距離のレンズを用いるので、像面位置が、「＋ｄ」、「０」、「−ｄ」となる３つの像を同一の撮像素子３０上に得ることができる。つまり、光束（２）の光路上の結像レンズＬ５ｂの像側の焦点面に撮像素子３０の撮像面を配置した場合、同一撮像素子３０上に像面位置で「ｄ」離れた軸上位置に相当する合焦位置の像が得られる。例えば、中央の画像の標本面Ｓにおける位置を「０」とした場合（すなわち、中央の画像は標本面Ｓと共役である）、右画面は標本面Ｓに対して「＋δ」位置の画像（光束（１）の像）、中央画面は標本面Ｓに対して「０」位置の画像（光束（２）の像）、左画面は標本面Ｓに対して「−δ」位置の画像（光束（３）の像）となる。このように、この第１の実施形態では、結像レンズＬ５ａ〜Ｌ５ｃが位置可変結像素子を構成している。なお、「ｄ」と「δ」との関係は、対物レンズＬ１の倍率に依存する。また、図４に、光軸方向の合焦位置が異なる３つの画像が取得された状態を示す。
【００２５】
この結像レンズＬ５ｂに対する結像レンズＬ５ａ，Ｌ５ｃの位置の差「ｄ」を可変とすることで、標本面Ｓに対する合焦位置差「δ」を任意に変えることが可能となる。また、「ｄ」の変化は、結像レンズＬ５ａ，Ｌ５ｃを光軸方向に移動させるという簡単な方法で達成できる。なお、以上の説明では結像レンズＬ５ｂを光軸上に固定したが、３つの結像レンズＬ５ａ〜Ｌ５ｃの全てを光軸上で移動可能としてもよい。
【００２６】
以上のように、第１の実施形態に係る顕微鏡装置１００に設けられた結像装置１０は、光軸方向に合焦位置の異なる複数の標本断面を同時観察する際に、平行光束中の瞳共役面を利用するため、従来の方法における、光束分割や適切な光路長差の設定手段の複雑かつ困難さを解消し、設計等の自由度が大きくなり、製造や構成が簡単で、操作が容易となる。その結果、最適な合焦位置差を得ることができ、高い結像性能を得て、所望の標本断面の高精度な画像を撮影することができる。
【００２７】
なお、上記第１の実施形態では、像面Ｚ２に結像された３つの像の大きさと撮像素子３０の大きさとが一致しているので、光軸間隔の調整などの対応は特に必要はない。しかし、前述の通り、一般に使用される撮像素子３０は、２／３型で横方向の撮像サイズが８．８ｍｍと小さいので、撮像素子３０の大きさに応じた対応が必要となる。図２及び図３は、その光軸間隔調整手段として、光束折曲部材４０，４０′を設けたものであり、両側の光束、すなわち、光束（１）及び（３）の光軸間隔を撮像素子３０のサイズにマッチするように調整するものである。
【００２８】
図２では、光束折曲部材４０として、プリズムＳ１ａ，Ｓ１ｂを用いている。このプリズムＳ１ａ，Ｓ１ｂは、光軸に対して略垂直に配置されて光束を透過させる入射面ａと、この入射面ａから光軸に略平行に入射した光束を光軸方向にこの光軸に対して略垂直に反射する第１の反射面ｂと、この反射された光束を再度元の光軸方向と略平行方向に反射する反射面ｃと、この光軸方向の光束を通過させて撮像素子３０の方向に射出させる射出面ｄとから構成される。そして、プリズムＳ１ａを、光束（１）の光路上に、プリズムＳ１ｂを、光束（３）の光路上に、光束（２）を挟んで対称に配置している。光束（１）は、結像レンズＬ５ａで集光された後、プリズムＳ１ａの入射面ａからプリズムＳ１ａ内に入射する。この入射した光束（１）は、第１の反射面ｂにより光軸間隔を狭める方向（基準となる光束（２）の光軸方向）に反射され、第２の反射面ｃにより、再び反射されて光束（２）の光軸方向に略平行となり、射出面ｄから射出して像面Ｚ２に結像する。一方、光束（３）は、同様に、結像レンズＬ５ｃで集光された後、プリズムＳ１ｂの入射面ａからプリズムＳ１ｂ内に入射し、第１の反射面ｂにより光軸間隔を狭める方向に反射されるとともに、第２の反射面ｃにより、再び反射されて光束（２）の光軸方向に略平行となり、射出面ｄから射出して像面Ｚ２に結像する。したがって、光束（１）及び（３）の光軸間隔を撮像素子３０のサイズにマッチさせて結像させることができる。この場合、光軸間隔は、プリズムＳ１ａ，Ｓ１ｂの第１の反射面ｂと第２の反射面ｃとの間隔、すなわち、プリズムＳ１ａ，Ｓ１ｂの厚みに依存する。この厚みを変化させることで、光軸間隔を任意に狭めることができる。
【００２９】
図３では、光束折曲部材４０′として、平行平面板状のハービングガラスＳ２ａ，Ｓ２ｂを光束（１）と光束（３）との光路上にそれぞれ配置している。このハービングガラスＳ２ａ，Ｓ２ｂは、特に限定はなく、従来公知の何れのものを用いてもよく、光束の入射する入射面ｅと、光束の光軸を所定の方向に傾斜させる光路ｆと、傾斜した光軸を像面Ｚ２方向に射出させる射出面ｇとを有して構成される。なお、入射面ｅと射出面ｇとは略平行に形成されている。この図３の例では、ハービングガラスＳ２ａ，Ｓ２ｂを、結像レンズＬ５ａ，Ｌ５ｃ側が広幅で、像面Ｚ２側が狭幅のハの字状となって、光軸（１）及び（３）が所定の光軸シフト量となるよう傾けて線対称に配置している。このような構成では、入射面ｅからハービングガラスＳ２ａ，Ｓ２ｂ内に入射した光束（１）及び（３）が、光路ｆを通過する際に、光路ｆの傾斜方向に沿って、中央の光束（２）の光軸方向に向かって導かれ、光軸間隔が狭まる。そして光軸間隔が狭まった光束（１）、（３）は、射出面ｇから光束（２）と略平行に光軸方向に進み、像面Ｚ２に結像する。
【００３０】
以上のように、この第１の実施形態に係る顕微鏡装置１００に設けられた結像装置１０は、光軸間距離の調整も比較的容易に行えるため、撮像素子３０の大きさへの対応も可能となる。なお、第１の実施形態では、光束分割を瞳面で行っているため、基準光路は全視野の光束が利用可能である。そのため、３分割の必要がなく、撮像素子３０全面で画像取得を行いたい場合には、撮像素子３０近傍に設けている光束折曲部材４０，４０′を光路から除くことで対応できる。さらに、全光量を利用する場合は、光束分割素子２０の３分割用の第１及び第２ハーフミラーＨＭ１、ＨＭ２を光路から除けばよい。
【００３１】
また、光束を３分割する具体的方法は、使用する撮像素子３０のサイズに大きく影響される。従来のように結像光束中で行っている場合は、光束分割素子と光路長差の設定は、撮像素子３０のサイズで構成が全く異なるため、撮像素子３０のサイズに対応した構成で、それぞれ製造する必要があり複雑で困難である。しかし、本実施形態では、光束折曲部材４０，４０′のみの交換で対応することができ、製作や構成が簡単で操作も容易である。また、３分割した撮像素子３０の各部への他光路からの干渉を防ぐため、照明装置（照明光学系）の視野絞り面に固定絞りを設けるのが有効である。
【００３２】
また、第１の実施形態では、第３及び第４反射ミラーＭ３，Ｍ４、並びに、第１及び第２ハーフミラーＨＭ１，ＨＭ２からなる光束分割素子２０を用いて光束を３つに分割しているが、本願はこれに限定されることはなく、例えば、ダイクロイックミラーやダイクロイックフィルターを用いて、各標本断面からそれぞれ発生する異なる光の波長によって光束を分割してもよい。これにより、標本面Ｓを、異なる波長の光により同時に観察することができる。すなわち、蛍光観察において発生する異なる波長の蛍光による像を同時に観察することができる。さらに、光束の分割数は３に限定されない。この構成は、以降の実施例においても同様である。
【００３３】
（第２の実施形態）
次に、図５を参照して第２の実施形態に係る結像装置２１０を備えた顕微鏡装置２００の構成について説明する。図５に示すように、この第２の実施形態に係る顕微鏡装置２００の基本構成は、第１の実施形態と同様の構成を有しており、光源から放射された照明光を標本に照射するための図示しない照明装置と、この照明光により標本から出射する観察光を結像する結像装置２１０と、この結像装置２１０で結像された標本の像を検出する撮像素子３０を有する撮像装置とから構成される。なお、第１の実施形態と同一の部材には、第１の実施形態と同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。
【００３４】
結像装置２１０は、対物レンズＬ１と、第２対物レンズＬ２と、第１反射ミラーＭ１と、第２反射ミラーＭ２と、リレーレンズＬ３，Ｌ４と、光束分割素子２２０と、第５反射ミラーＭ５と、結像レンズＬ６と、結像位置調整部材５０と、結像レンズＬ７と、第６反射ミラーＭ６と、接眼レンズ（図示せず）とを有している。なお、結像レンズＬ７、第６反射ミラーＭ６及び図示しない接眼レンズは図示しない双眼鏡筒に収納されている。
【００３５】
第２の実施形態は、このように、第１の実施形態とほぼ同様の構成を有しているが、結像レンズＬ５ａ〜Ｌ５ｃに代え、１つの結像レンズＬ６を使用し、この結像レンズＬ６と像面Ｚ３との間に、結像位置を所定の距離だけずらすための、結像位置調整部材５０を配置している。すなわち、この第２の実施形態では、結像レンズＬ６と結像位置調整部材５０とが、位置可変結像素子を構成している。また、光束分割素子２２０の構成も第１の実施形態とほぼ同様の構成であるが、第３及び第４反射ミラーＭ３，Ｍ４の配置角度が異なっている。詳細は、後述する。当該光束分割素子２２０は、第２対物レンズＬ２及びリレーレンズＬ３，Ｌ４により形成された瞳面Ｐ２の近傍に配置され、光束を、透過する光と反射する光との割合が「２：１」となるように透過または反射する第１ハーフミラーＨＭ１と、この第１ハーフミラーＨＭ１で反射された光束（図５に（４）で示した光束）を反射する第３反射ミラーＭ３と、第１ハーフミラーＨＭ１を透過した光束の光路に配置され、光束を、透過する光と反射する光との割合が「１：１」となるように透過または反射する第２ハーフミラーＨＭ２と、この第２ハーフミラーＨＭ２で反射された光束（図５に（６）で示した光束）を反射する第４反射ミラーＭ４と、から構成されている。また、第２ハーフミラーＨＭ２を透過した光束は、図５に（５）で示している。
【００３６】
ここで、第２の実施形態において、第１の実施形態と最も異なる構成部分は、前述の通り第３及び第４反射ミラーＭ３，Ｍ４の配置角度である。第１の実施形態の第３及び第４反射ミラーＭ３，Ｍ４の反射面は、互いに対向する第１及び第２ハーフミラーＨＭ１，ＨＭ２の透過・反射面と略平行に配置しているが、第２の実施形態の第３及び第４反射ミラーＭ３，Ｍ４は、光束（５）の光軸を中心として、線対称に、それぞれ所定の角度だけ外方向に傾けて配置されている。そのため、第２ハーフミラーＨＭ２を透過した光束（５）の光路は変化しないが、第３反射ミラーＭ３で反射された光束（４）及び第４反射ミラーＭ４で反射された光束（６）は、光束（５）の光軸を中心に、互いに線対称に傾いた状態で平行光束に設定される。すなわち、逆ハの字状に広がりながら反射ミラーＭ５方向に進む。
【００３７】
そして、３つの光束（４）〜（６）は共通の第５反射ミラーＭ５で反射された後、共通の結像レンズＬ６に入射する。３つの光束（４）〜（６）は、それぞれ光軸の傾きが異なるので、撮像面Ｚ３の異なる位置に３つの像として結像し、第１の実施形態と同様の効果が得られる。また、３つの像の間隔は、第３及び第４反射ミラーＭ３，Ｍ４の角度設定で調節できる。すなわち、撮像素子３０が大きく、像間隔を広くできる場合は、第３及び第４反射ミラーＭ３，Ｍ４の傾斜角度を大きくし、反対に、撮像素子３０が小さく、像間隔をあまり広くできない場合は、第３及び第４反射ミラーＭ３，Ｍ４の傾斜角度を小さくする。このように、光束分割素子２２０を構成する第３及び第４反射ミラーＭ３，Ｍ４が光束折曲部材の機能を有し、使用する撮像素子３０のサイズに応じ、適切な角度が設定される。
【００３８】
また、光束（４）及び（６）と、光束（５）とのそれぞれの像間隔は、光束（４）及び（６）の光軸と、光束（５）の光軸との角度、並びに、結像レンズＬ６の焦点距離の積として求められる。
【００３９】
以上のように、第１及び第２の実施形態の目的は、３つの像を造り、各々の像に合焦位置差を設けることである。そのため、第２の実施形態では、両側の像（右画像と左画像）の結像位置を、光軸方向に所定の距離だけずらす操作が必要となる。前述の第１の実施形態では、結像レンズＬ５ａ，Ｌ５ｃの位置を光軸方向に移動させ、Ｌ５ａは「＋ｄ」、Ｌ５ｃは「−ｄ」となるように配置している。「ｄ」は必要とする標本面Ｓ側の合焦位置差と、対物レンズＬ１の倍率とにより決定される。
【００４０】
一方、第２の実施形態では、結像レンズＬ６と像面Ｚ３との間の、各像の光束中に結像位置調整部材５０として、所定の厚さの平行平面板Ｓ３ａ，Ｓ３ｂを配置して対応している。この平行平面板Ｓ３ａ，Ｓ３ｂは、従来公知の何れのものを使用してもよい。そして、この平行平面板Ｓ３ａ，Ｓ３ｂの厚さに応じた空気換算長差により「ｄ」に相当する結像位置を得ることができる。
【００４１】
以上のように、第２の実施形態に係る顕微鏡装置２００においても、光軸方向に合焦位置の異なる複数の標本断面を同時観察する際に、平行光束中の瞳共役面を利用するため、従来の方法における、光束分割や適切な光路長差の設定手段の複雑かつ困難さを解消し、設計等の自由度が大きくなり、制作や構成が簡単で、操作の容易な顕微鏡装置２００や結像装置２１０を得ることができる。その結果、最適な合焦位置差を得ることができ、高い結像性能を得て、所望の標本断面の高精度な画像を撮影することができる。
【００４２】
なお、本願では、結像光学系及びこれを備えた顕微鏡装置の制作や構成が簡単で、操作が容易となることが可能であれば、上述した実施の形態に限定されず、本願の要旨を逸脱しない範囲で種々変更できることは勿論である。
【符号の説明】
【００４３】
１０，２１０ 結像装置 ２０，２２０ 光束分割素子
１００，２００ 顕微鏡装置 Ｓ 標本 Ｌ１ 対物レンズ
Ｌ２ 第２対物レンズ Ｌ３，Ｌ４ リレーレンズ
Ｌ５ａ〜Ｌ５ｃ 結像レンズ（位置可変結像素子）
Ｌ６ 結像レンズ（位置可変結像素子）
５０ 結像位置調整部材（位置可変結像素子）
ＨＭ１ 第１ハーフミラー ＨＭ２ 第２ハーフミラー
Ｍ３ 第３反射ミラー Ｍ４ 第４反射ミラー
Ｓ１ａ，Ｓ１ｂ プリズム（光束折曲部材）
Ｓ２ａ，Ｓ２ｂ ハービングガラス（光束折曲部材）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、結像装置及び顕微鏡装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、光軸方向に合焦位置の異なる複数の標本断面の画像を同時観察する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。この特許文献１に開示されている結像装置は、光束分割手段を像面近傍に配置しており、瞳面での分割については提案されていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−２０２９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、結像光束中で行う必要のある像面近傍での光路分割には、光路を分割する手段、及び、光路長差を設ける手段の双方において製造時や操作時に制約が多くなるという課題があった。
【０００５】
本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、光軸方向に合焦位置の異なる複数の標本断面を同時観察する際に、結像光束中で行っていた従来の方法における、光束分割や適切な光路長差の設定手段の複雑かつ困難さを解消し、設計等の自由度を大きくして、構成が簡単で操作が容易な結像装置及びこの結像装置を有する顕微鏡装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記課題を解決するため、本発明に係る結像装置は、標本からの光を集光する対物レンズと、この対物レンズから出射した光を結像する第２対物レンズと、第２対物レンズから出射した結像光束を略平行光束に変換するリレーレンズと、第２対物レンズ及びリレーレンズを介して略平行光束中に形成された対物レンズの瞳の共役像の近傍に設けられ、当該略平行光束を少なくとも２以上の光束に分割する光束分割素子と、光束分割素子で分割された光束の各々を結像する機能を有するとともに、当該光束毎に、結像する位置を光軸方向に変化させることができる位置可変結像素子と、を有することを特徴とする。
【０００７】
このような結像装置において、光束分割素子は、一部の光を透過し、残りの光を反射するハーフミラーを用いて光束を分割することが好ましい。あるいは、光束分割素子は、所定の波長の光を透過し、残りの波長の光を反射するダイクロイックミラーを用いて光束を分割することが好ましい。
【０００８】
また、このような結像装置において、位置可変結像素子は、分割された光束の各々の光路上に設けられ、少なくとも一つは光路上に固定され、残りは光路上を光軸に沿って移動可能な結像レンズを有することが好ましい。
【０００９】
このとき、光束分割素子は、略平行光束を３つの光束に分割するように構成され、分割された光束の各々に設けられた結像レンズの一つは光路上に固定され、結像レンズの残りの２つは光路上を光軸に沿って移動可能なように構成されることが好ましい。
【００１０】
さらに、位置可変結像素子は、光路上に固定された結像レンズを挟んで、残りの２つの結像レンズが互いに反対方向に光路上を移動するように構成されることが好ましい。
【００１１】
あるいは、位置可変結像素子は、分割された光束の全てが透過するように配置され、分割された光束の各々を結像する機能を有する１つの結像レンズと、光束の少なくとも一つの光路長を変化させる結像位置調整部材と、を有することが好ましい。
【００１２】
また、このような結像装置は、光束分割素子で分割された光束のうち、いずれか一つを基準となる光束とし、基準となる光束以外の光束の光路上の各々に、当該光束を基準となる光束に近づける光束折曲部材が設けられていることが好ましい。このとき、光束折曲部材は、プリズムあるいはハービングガラスで構成されていることが好ましい。
【００１３】
あるいは、光束折曲部材は、光束分割素子内に設けられ、基準となる光束以外の光束の結像位置を、基準となる光束の結像位置に近づけるように反射する反射ミラーで構成されていることが好ましい。
【００１４】
また、本発明に係る顕微鏡装置は、上述の結像装置のいずれかを有して構成される。
【発明の効果】
【００１５】
本発明に係る結像装置、及び、この結像装置を有する顕微鏡装置を以上のように構成すると、光軸方向に合焦位置の異なる複数の標本断面を同時観察する際に、平行光束中の瞳共役面を利用するため、従来の方法における、光束分割や適切な光路長差の設定手段の複雑かつ困難さを解消し、設計等の自由度が大きくなり、装置の製造や構成が簡単で、操作の容易なものを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】第１の実施形態に係る結像装置を備えた顕微鏡装置の構成を示す説明図である。
【図２】第１の実施形態において、３光束の像面位置間隔を調整するため、結像レンズと撮像素子との間にプリズムを配置した状態を示す説明図である。
【図３】第１の実施形態において、３光束の像面位置間隔を調整するため、結像レンズと撮像素子との間にハービングガラスを配置した状態を示す説明図である。
【図４】光軸方向の合焦位置が異なる３つの取得画像を示す説明図である。
【図５】第２の実施形態に係る結像装置を備えた顕微鏡装置の構成を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の好ましい実施形態について、図面を参照して説明する。光軸方向に合焦位置が異なる標本断面を同時観察するには、標本からの光を対物レンズで集光し、その１つの光束を分割した後、各々の光束に光路長差を生じさせ、共通の撮像素子に結像させる必要がある。これに対して、異なる複数の撮像素子を使用するのは、構成的には容易となる面もあるが、コストアップ要因となり、また、画像取得後の処理等の複雑さを勘案すると好ましくない。そこで、本実施形態では、１つの撮像素子を使用し、撮像素子の面内を分割して合焦位置が異なる複数の画像を同時取得することを提案するものである。
【００１８】
そのような目的を達成するため、従来の方法は結像光束中に光学素子を配置して実施していたが、光路分割や光路長差設定の手段として複雑な構成となり、撮像素子が小さい場合は光学素子の加工面でも困難であった。以降の説明では、これらの困難さを解決するため、再結像リレーレンズを利用し、対物レンズ瞳面の共役面を、平行系で構成されたリレーレンズの平行光束中に設け、瞳面で光束分割をすることで対応する。再結像リレーレンズを新規に設けるのでは、装置として却って複雑で大型になってしまうが、倒立顕微鏡装置においては、すでに有している機能であり、新規に必要とはされない。
【００１９】
（第１の実施形態）
まず、図１を用いて、第１の実施形態に係る結像装置１０を備えた倒立型顕微鏡装置１００の構成について説明する。この顕微鏡装置１００は、光源から放射された照明光を標本に照射するための図示しない照明装置と、この照明光により標本から出射する観察光を結像する結像装置１０と、この結像装置１０で結像された標本の像を検出する撮像素子３０を有する撮像装置と、から構成される。
【００２０】
結像装置１０は、標本面Ｓからの光束を略平行光束に変換する対物レンズＬ１と、この対物レンズＬ１から出射した略平行光束を集光して像面Ｚ１に標本面Ｓの一次像を形成する第２対物レンズＬ２と、この第２対物レンズＬ２からの光束を反射する第１反射ミラーＭ１と、第２対物レンズＬ２からの光束を略平行光束に変換するリレーレンズＬ３，Ｌ４と、リレーレンズＬ３からの光束を反射する第２反射ミラーＭ２と、第２対物レンズＬ２及びリレーレンズＬ３，Ｌ４を介して、対物レンズＬ１の瞳面Ｐ１と共役な位置に形成される瞳面Ｐ２近傍に配置され、光束を、透過する光と反射する光の割合が「２：１」となるように透過または反射する第１ハーフミラーＨＭ１と、この第１ハーフミラーＨＭ１で反射した光束をさらに反射する第３反射ミラーＭ３と、第１ハーフミラーＨＭ１を透過した光束の光路上に配置され、透過する光と反射する光の割合が「１：１」となるように透過または反射する第２ハーフミラーＨＭ２と、この第２ハーフミラーＨＭ２で反射された光束をさらに反射する第４反射ミラーＭ４と、第２ハーフミラーＨＭ２を透過した光束、並びに、第３反射ミラーＭ３及び第４反射ミラーＭ４で反射された光束を撮像素子３０の方向に反射する第５反射ミラーＭ５と、この第５反射ミラーＭ５及び撮像素子３０間の、分割された光束の各々の光路上に配置され、標本の像を像面Ｚ２に結像する３枚の結像レンズＬ５ａ，Ｌ５ｂ，Ｌ５ｃと、から構成されている。なお、本明細書中では、第１ハーフミラーＨＭ１、第２ハーフミラーＨＭ２、第３反射ミラーＭ３、及び、第４反射ミラーＭ４を、まとめて光束分割素子２０と呼ぶ。
【００２１】
この第１の実施形態に係る顕微鏡装置１００は、基本的には対物レンズＬ１に水浸対物レンズを使用したものであり、生体標本が主な観察対象である。この観察対象となる標本は、図示しないステージ上に載置されたシャーレ内に、培養液とともに収容され、標本の上面に、カバーグラスが貼り付けられ、このカバーグラスと対物レンズＬ１との間は、液浸用の浸液が満たされている。なお、この第１の実施形態における結像装置１０は倒立型顕微鏡装置に適用されているが、本願がこれに限定されることはなく、正立型顕微鏡装置などの何れの顕微鏡装置にも適用することが可能である。また、生物標本観察用、その他標本観察用の顕微鏡装置等にも適用することが可能である。また、撮像素子３０は、ＣＣＤやＣＭＯＳ等を用いることができ、本実施形態では、２／３型ＣＣＤを用いている。この２／３型ＣＣＤは、顕微鏡装置用として一般的に使用され、何れのポートにも取り付けが可能であり、コスト面で有利であるとともに、高感度であるため蛍光に代表される暗い標本にも対応できるため好適に使用できる。なお、本実施形態では、撮像素子３０として、この２／３型ＣＣＤを１つのみ使用し、同一撮像面内を分割して３つの像を結像させているが、２以上の撮像素子３０を用いても良く、コストは高くなるが、目的に応じて標本断面の画像を扱う際の多様性が向上する。なお、これらの説明は、以降の実施形態においても同様である。
【００２２】
以下、第１の実施形態の顕微鏡装置１００を用いて、光軸方向に異なる合焦位置の複数の標本断面の画像を同時取得する仕組みについて説明する。図示しない照明装置により照明された標本（標本面Ｓ）からの光束は、図１に示すように、対物レンズＬ１で略平行光束となり、第２対物レンズＬ２により集光され第１反射ミラーＭ１を経て、像面Ｚ１に一次像を結像させる。この一次像（像面Ｚ１）は、リレーレンズＬ３，Ｌ４、及び、第２反射ミラーＭ２により再び略平行光束となる。なお、この結像装置１０において、光束分割素子２０及び第５反射ミラーＭ５を用いず、標本面Ｓの通常の観察を行う場合には、リレーレンズＬ４からの平行光束は、双眼鏡筒内の結像レンズＬ７により、第６反射ミラーＭ６を経て観察用二次像面Ｚ４に結像し、この二次像面Ｚ４に結像された像を図示されていない接眼レンズにより観察する。
【００２３】
この顕微鏡装置１００において、対物レンズＬ１の瞳面Ｐ１の共役面（瞳面Ｐ２）が、第２対物レンズＬ２及びリレーレンズＬ３，Ｌ４により形成される。ここで、リレーレンズＬ４から結像レンズＬ５ａ，Ｌ５ｂ，Ｌ５ｃまでの間は、上述したように略平行光束である。そして、観察光束は、光束分割素子２０に入射し、瞳面Ｐ２近傍に配置された第１及び第２ハーフミラーＨＭ１，ＨＭ２、並びに、第３及び第４反射ミラーＭ３，Ｍ４により、３つの平行光束に分割される。上述のように、まず、第１ハーフミラーＨＭ１により「２：１」に分割され、「１」の反射光束はさらに第３反射ミラーＭ３により反射され、「２」の透過光束は第２ハーフミラーＨＭ２で今度は「１：１」に分割される。そして、「１」の透過光束はそのまま進み、他の「１」の反射光束は第４反射ミラーＭ４で反射されて、光量比「１：１：１」となった３本の光束に分割される。さらに、これらの光束は共通の第５反射ミラーＭ５で反射され、各々の光軸上に配置された結像レンズＬ５ａ，Ｌ５ｂ，Ｌ５ｃで像面Ｚ２に各々結像される。
【００２４】
なお、３本の光束の結像位置に合焦位置差を設けるため、図１に示すように、中央の光束（２）の光路を基準光路とし、この基準光路の結像レンズＬ５ｂを光軸上に固定し、その位置を基準の位置「０」とした場合、他の光束（１）、（３）の光路上の結像レンズＬ５ａ，Ｌ５ｃを光軸方向に移動させて位置をずらす。この場合、第５反射ミラーＭ５側を「＋」、撮像素子３０側を「−」とした場合、結像レンズＬ５ａの位置が「＋ｄ」、結像レンズＬ５ｃの位置が「−ｄ」となるように設定する。各結像レンズＬ５ａ〜Ｌ５ｃは、同一の焦点距離のレンズを用いるので、像面位置が、「＋ｄ」、「０」、「−ｄ」となる３つの像を同一の撮像素子３０上に得ることができる。つまり、光束（２）の光路上の結像レンズＬ５ｂの像側の焦点面に撮像素子３０の撮像面を配置した場合、同一撮像素子３０上に像面位置で「ｄ」離れた軸上位置に相当する合焦位置の像が得られる。例えば、中央の画像の標本面Ｓにおける位置を「０」とした場合（すなわち、中央の画像は標本面Ｓと共役である）、右画面は標本面Ｓに対して「＋δ」位置の画像（光束（１）の像）、中央画面は標本面Ｓに対して「０」位置の画像（光束（２）の像）、左画面は標本面Ｓに対して「−δ」位置の画像（光束（３）の像）となる。このように、この第１の実施形態では、結像レンズＬ５ａ〜Ｌ５ｃが位置可変結像素子を構成している。なお、「ｄ」と「δ」との関係は、対物レンズＬ１の倍率に依存する。また、図４に、光軸方向の合焦位置が異なる３つの画像が取得された状態を示す。
【００２５】
この結像レンズＬ５ｂに対する結像レンズＬ５ａ，Ｌ５ｃの位置の差「ｄ」を可変とすることで、標本面Ｓに対する合焦位置差「δ」を任意に変えることが可能となる。また、「ｄ」の変化は、結像レンズＬ５ａ，Ｌ５ｃを光軸方向に移動させるという簡単な方法で達成できる。なお、以上の説明では結像レンズＬ５ｂを光軸上に固定したが、３つの結像レンズＬ５ａ〜Ｌ５ｃの全てを光軸上で移動可能としてもよい。
【００２６】
以上のように、第１の実施形態に係る顕微鏡装置１００に設けられた結像装置１０は、光軸方向に合焦位置の異なる複数の標本断面を同時観察する際に、平行光束中の瞳共役面を利用するため、従来の方法における、光束分割や適切な光路長差の設定手段の複雑かつ困難さを解消し、設計等の自由度が大きくなり、製造や構成が簡単で、操作が容易となる。その結果、最適な合焦位置差を得ることができ、高い結像性能を得て、所望の標本断面の高精度な画像を撮影することができる。
【００２７】
なお、上記第１の実施形態では、像面Ｚ２に結像された３つの像の大きさと撮像素子３０の大きさとが一致しているので、光軸間隔の調整などの対応は特に必要はない。しかし、前述の通り、一般に使用される撮像素子３０は、２／３型で横方向の撮像サイズが８．８ｍｍと小さいので、撮像素子３０の大きさに応じた対応が必要となる。図２及び図３は、その光軸間隔調整手段として、光束折曲部材４０，４０′を設けたものであり、両側の光束、すなわち、光束（１）及び（３）の光軸間隔を撮像素子３０のサイズにマッチするように調整するものである。
【００２８】
図２では、光束折曲部材４０として、プリズムＳ１ａ，Ｓ１ｂを用いている。このプリズムＳ１ａ，Ｓ１ｂは、光軸に対して略垂直に配置されて光束を透過させる入射面ａと、この入射面ａから光軸に略平行に入射した光束を光軸方向にこの光軸に対して略垂直に反射する第１の反射面ｂと、この反射された光束を再度元の光軸方向と略平行方向に反射する反射面ｃと、この光軸方向の光束を通過させて撮像素子３０の方向に射出させる射出面ｄとから構成される。そして、プリズムＳ１ａを、光束（１）の光路上に、プリズムＳ１ｂを、光束（３）の光路上に、光束（２）を挟んで対称に配置している。光束（１）は、結像レンズＬ５ａで集光された後、プリズムＳ１ａの入射面ａからプリズムＳ１ａ内に入射する。この入射した光束（１）は、第１の反射面ｂにより光軸間隔を狭める方向（基準となる光束（２）の光軸方向）に反射され、第２の反射面ｃにより、再び反射されて光束（２）の光軸方向に略平行となり、射出面ｄから射出して像面Ｚ２に結像する。一方、光束（３）は、同様に、結像レンズＬ５ｃで集光された後、プリズムＳ１ｂの入射面ａからプリズムＳ１ｂ内に入射し、第１の反射面ｂにより光軸間隔を狭める方向に反射されるとともに、第２の反射面ｃにより、再び反射されて光束（２）の光軸方向に略平行となり、射出面ｄから射出して像面Ｚ２に結像する。したがって、光束（１）及び（３）の光軸間隔を撮像素子３０のサイズにマッチさせて結像させることができる。この場合、光軸間隔は、プリズムＳ１ａ，Ｓ１ｂの第１の反射面ｂと第２の反射面ｃとの間隔、すなわち、プリズムＳ１ａ，Ｓ１ｂの厚みに依存する。この厚みを変化させることで、光軸間隔を任意に狭めることができる。
【００２９】
図３では、光束折曲部材４０′として、平行平面板状のハービングガラスＳ２ａ，Ｓ２ｂを光束（１）と光束（３）との光路上にそれぞれ配置している。このハービングガラスＳ２ａ，Ｓ２ｂは、特に限定はなく、従来公知の何れのものを用いてもよく、光束の入射する入射面ｅと、光束の光軸を所定の方向に傾斜させる光路ｆと、傾斜した光軸を像面Ｚ２方向に射出させる射出面ｇとを有して構成される。なお、入射面ｅと射出面ｇとは略平行に形成されている。この図３の例では、ハービングガラスＳ２ａ，Ｓ２ｂを、結像レンズＬ５ａ，Ｌ５ｃ側が広幅で、像面Ｚ２側が狭幅のハの字状となって、光軸（１）及び（３）が所定の光軸シフト量となるよう傾けて線対称に配置している。このような構成では、入射面ｅからハービングガラスＳ２ａ，Ｓ２ｂ内に入射した光束（１）及び（３）が、光路ｆを通過する際に、光路ｆの傾斜方向に沿って、中央の光束（２）の光軸方向に向かって導かれ、光軸間隔が狭まる。そして光軸間隔が狭まった光束（１）、（３）は、射出面ｇから光束（２）と略平行に光軸方向に進み、像面Ｚ２に結像する。
【００３０】
以上のように、この第１の実施形態に係る顕微鏡装置１００に設けられた結像装置１０は、光軸間距離の調整も比較的容易に行えるため、撮像素子３０の大きさへの対応も可能となる。なお、第１の実施形態では、光束分割を瞳面で行っているため、基準光路は全視野の光束が利用可能である。そのため、３分割の必要がなく、撮像素子３０全面で画像取得を行いたい場合には、撮像素子３０近傍に設けている光束折曲部材４０，４０′を光路から除くことで対応できる。さらに、全光量を利用する場合は、光束分割素子２０の３分割用の第１及び第２ハーフミラーＨＭ１、ＨＭ２を光路から除けばよい。
【００３１】
また、光束を３分割する具体的方法は、使用する撮像素子３０のサイズに大きく影響される。従来のように結像光束中で行っている場合は、光束分割素子と光路長差の設定は、撮像素子３０のサイズで構成が全く異なるため、撮像素子３０のサイズに対応した構成で、それぞれ製造する必要があり複雑で困難である。しかし、本実施形態では、光束折曲部材４０，４０′のみの交換で対応することができ、製作や構成が簡単で操作も容易である。また、３分割した撮像素子３０の各部への他光路からの干渉を防ぐため、照明装置（照明光学系）の視野絞り面に固定絞りを設けるのが有効である。
【００３２】
また、第１の実施形態では、第３及び第４反射ミラーＭ３，Ｍ４、並びに、第１及び第２ハーフミラーＨＭ１，ＨＭ２からなる光束分割素子２０を用いて光束を３つに分割しているが、本願はこれに限定されることはなく、例えば、ダイクロイックミラーやダイクロイックフィルターを用いて、各標本断面からそれぞれ発生する異なる光の波長によって光束を分割してもよい。これにより、標本面Ｓを、異なる波長の光により同時に観察することができる。すなわち、蛍光観察において発生する異なる波長の蛍光による像を同時に観察することができる。さらに、光束の分割数は３に限定されない。この構成は、以降の実施例においても同様である。
【００３３】
（第２の実施形態）
次に、図５を参照して第２の実施形態に係る結像装置２１０を備えた顕微鏡装置２００の構成について説明する。図５に示すように、この第２の実施形態に係る顕微鏡装置２００の基本構成は、第１の実施形態と同様の構成を有しており、光源から放射された照明光を標本に照射するための図示しない照明装置と、この照明光により標本から出射する観察光を結像する結像装置２１０と、この結像装置２１０で結像された標本の像を検出する撮像素子３０を有する撮像装置とから構成される。なお、第１の実施形態と同一の部材には、第１の実施形態と同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。
【００３４】
結像装置２１０は、対物レンズＬ１と、第２対物レンズＬ２と、第１反射ミラーＭ１と、第２反射ミラーＭ２と、リレーレンズＬ３，Ｌ４と、光束分割素子２２０と、第５反射ミラーＭ５と、結像レンズＬ６と、結像位置調整部材５０と、結像レンズＬ７と、第６反射ミラーＭ６と、接眼レンズ（図示せず）とを有している。なお、結像レンズＬ７、第６反射ミラーＭ６及び図示しない接眼レンズは図示しない双眼鏡筒に収納されている。
【００３５】
第２の実施形態は、このように、第１の実施形態とほぼ同様の構成を有しているが、結像レンズＬ５ａ〜Ｌ５ｃに代え、１つの結像レンズＬ６を使用し、この結像レンズＬ６と像面Ｚ３との間に、結像位置を所定の距離だけずらすための、結像位置調整部材５０を配置している。すなわち、この第２の実施形態では、結像レンズＬ６と結像位置調整部材５０とが、位置可変結像素子を構成している。また、光束分割素子２２０の構成も第１の実施形態とほぼ同様の構成であるが、第３及び第４反射ミラーＭ３，Ｍ４の配置角度が異なっている。詳細は、後述する。当該光束分割素子２２０は、第２対物レンズＬ２及びリレーレンズＬ３，Ｌ４により形成された瞳面Ｐ２の近傍に配置され、光束を、透過する光と反射する光との割合が「２：１」となるように透過または反射する第１ハーフミラーＨＭ１と、この第１ハーフミラーＨＭ１で反射された光束（図５に（４）で示した光束）を反射する第３反射ミラーＭ３と、第１ハーフミラーＨＭ１を透過した光束の光路に配置され、光束を、透過する光と反射する光との割合が「１：１」となるように透過または反射する第２ハーフミラーＨＭ２と、この第２ハーフミラーＨＭ２で反射された光束（図５に（６）で示した光束）を反射する第４反射ミラーＭ４と、から構成されている。また、第２ハーフミラーＨＭ２を透過した光束は、図５に（５）で示している。
【００３６】
ここで、第２の実施形態において、第１の実施形態と最も異なる構成部分は、前述の通り第３及び第４反射ミラーＭ３，Ｍ４の配置角度である。第１の実施形態の第３及び第４反射ミラーＭ３，Ｍ４の反射面は、互いに対向する第１及び第２ハーフミラーＨＭ１，ＨＭ２の透過・反射面と略平行に配置しているが、第２の実施形態の第３及び第４反射ミラーＭ３，Ｍ４は、光束（５）の光軸を中心として、線対称に、それぞれ所定の角度だけ外方向に傾けて配置されている。そのため、第２ハーフミラーＨＭ２を透過した光束（５）の光路は変化しないが、第３反射ミラーＭ３で反射された光束（４）及び第４反射ミラーＭ４で反射された光束（６）は、光束（５）の光軸を中心に、互いに線対称に傾いた状態で平行光束に設定される。すなわち、逆ハの字状に広がりながら反射ミラーＭ５方向に進む。
【００３７】
そして、３つの光束（４）〜（６）は共通の第５反射ミラーＭ５で反射された後、共通の結像レンズＬ６に入射する。３つの光束（４）〜（６）は、それぞれ光軸の傾きが異なるので、撮像面Ｚ３の異なる位置に３つの像として結像し、第１の実施形態と同様の効果が得られる。また、３つの像の間隔は、第３及び第４反射ミラーＭ３，Ｍ４の角度設定で調節できる。すなわち、撮像素子３０が大きく、像間隔を広くできる場合は、第３及び第４反射ミラーＭ３，Ｍ４の傾斜角度を大きくし、反対に、撮像素子３０が小さく、像間隔をあまり広くできない場合は、第３及び第４反射ミラーＭ３，Ｍ４の傾斜角度を小さくする。このように、光束分割素子２２０を構成する第３及び第４反射ミラーＭ３，Ｍ４が光束折曲部材の機能を有し、使用する撮像素子３０のサイズに応じ、適切な角度が設定される。
【００３８】
また、光束（４）及び（６）と、光束（５）とのそれぞれの像間隔は、光束（４）及び（６）の光軸と、光束（５）の光軸との角度、並びに、結像レンズＬ６の焦点距離の積として求められる。
【００３９】
以上のように、第１及び第２の実施形態の目的は、３つの像を造り、各々の像に合焦位置差を設けることである。そのため、第２の実施形態では、両側の像（右画像と左画像）の結像位置を、光軸方向に所定の距離だけずらす操作が必要となる。前述の第１の実施形態では、結像レンズＬ５ａ，Ｌ５ｃの位置を光軸方向に移動させ、Ｌ５ａは「＋ｄ」、Ｌ５ｃは「−ｄ」となるように配置している。「ｄ」は必要とする標本面Ｓ側の合焦位置差と、対物レンズＬ１の倍率とにより決定される。
【００４０】
一方、第２の実施形態では、結像レンズＬ６と像面Ｚ３との間の、各像の光束中に結像位置調整部材５０として、所定の厚さの平行平面板Ｓ３ａ，Ｓ３ｂを配置して対応している。この平行平面板Ｓ３ａ，Ｓ３ｂは、従来公知の何れのものを使用してもよい。そして、この平行平面板Ｓ３ａ，Ｓ３ｂの厚さに応じた空気換算長差により「ｄ」に相当する結像位置を得ることができる。
【００４１】
以上のように、第２の実施形態に係る顕微鏡装置２００においても、光軸方向に合焦位置の異なる複数の標本断面を同時観察する際に、平行光束中の瞳共役面を利用するため、従来の方法における、光束分割や適切な光路長差の設定手段の複雑かつ困難さを解消し、設計等の自由度が大きくなり、制作や構成が簡単で、操作の容易な顕微鏡装置２００や結像装置２１０を得ることができる。その結果、最適な合焦位置差を得ることができ、高い結像性能を得て、所望の標本断面の高精度な画像を撮影することができる。
【００４２】
なお、本願では、結像光学系及びこれを備えた顕微鏡装置の制作や構成が簡単で、操作が容易となることが可能であれば、上述した実施の形態に限定されず、本願の要旨を逸脱しない範囲で種々変更できることは勿論である。
【符号の説明】
【００４３】
１０，２１０ 結像装置 ２０，２２０ 光束分割素子
１００，２００ 顕微鏡装置 Ｓ 標本 Ｌ１ 対物レンズ
Ｌ２ 第２対物レンズ Ｌ３，Ｌ４ リレーレンズ
Ｌ５ａ〜Ｌ５ｃ 結像レンズ（位置可変結像素子）
Ｌ６ 結像レンズ（位置可変結像素子）
５０ 結像位置調整部材（位置可変結像素子）
ＨＭ１ 第１ハーフミラー ＨＭ２ 第２ハーフミラー
Ｍ３ 第３反射ミラー Ｍ４ 第４反射ミラー
Ｓ１ａ，Ｓ１ｂ プリズム（光束折曲部材）
Ｓ２ａ，Ｓ２ｂ ハービングガラス（光束折曲部材）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
標本からの光を集光する対物レンズと、
前記対物レンズから出射した光を結像する第２対物レンズと、
前記第２対物レンズから出射した結像光束を略平行光束に変換するリレーレンズと、
前記第２対物レンズ及び前記リレーレンズを介して前記略平行光束中に形成された前記対物レンズの瞳の共役像の近傍に設けられ、当該略平行光束を少なくとも２以上の光束に分割する光束分割素子と、
前記光束分割素子で分割された前記光束の各々を結像する機能を有するとともに、当該光束毎に、結像する位置を光軸方向に変化させることができる位置可変結像素子と、を有することを特徴とする結像装置。
【請求項２】
前記光束分割素子は、一部の光を透過し、残りの光を反射するハーフミラーを用いて前記光束を分割することを特徴とする請求項１に記載の結像装置。
【請求項３】
前記光束分割素子は、所定の波長の光を透過し、残りの波長の光を反射するダイクロイックミラーを用いて前記光束を分割することを特徴とする請求項１に記載の結像装置。
【請求項４】
前記位置可変結像素子は、分割された前記光束の各々の光路上に設けられ、少なくとも一つは前記光路上に固定され、残りは前記光路上を光軸に沿って移動可能な結像レンズを有することを特徴とする請求項１〜３いずれか一項に記載の結像装置。
【請求項５】
前記光束分割素子は、前記略平行光束を３つの光束に分割するように構成され、
分割された前記光束の各々に設けられた前記結像レンズの一つは前記光路上に固定され、前記結像レンズの残りの２つは前記光路上を光軸に沿って移動可能なように構成されたことを特徴とする請求項４に記載の結像装置。
【請求項６】
前記位置可変結像素子は、光路上に固定された前記結像レンズを挟んで、残りの２つの前記結像レンズが互いに反対方向に前記光路上を移動するように構成されたことを特徴とする請求項５に記載の結像装置。
【請求項７】
前記位置可変結像素子は、分割された前記光束の全てが透過するように配置され、分割された光束の各々を結像する機能を有する１つの結像レンズと、前記光束の少なくとも一つの光路長を変化させる結像位置調整部材と、を有することを特徴とする請求項４に記載の結像装置。
【請求項８】
前記光束分割素子で分割された前記光束のうち、いずれか一つを基準となる光束とし、前記基準となる光束以外の前記光束の光路上の各々に、当該光束を前記基準となる光束に近づける光束折曲部材が設けられていることを特徴とする請求項１〜７いずれか一項に記載の結像装置。
【請求項９】
前記光束折曲部材は、プリズムあるいはハービングガラスで構成されていることを特徴とする請求項８に記載の結像装置。
【請求項１０】
前記光束折曲部材は、前記光束分割素子内に設けられ、前記基準となる光束以外の前記光束の結像位置を、前記基準となる光束の結像位置に近づけるように反射する反射ミラーで構成されていることを特徴とする請求項８に記載の結像装置。
【請求項１１】
請求項１〜１０いずれか一項に記載の結像装置を有することを特徴する顕微鏡装置。
【請求項１】
標本からの光を集光する対物レンズと、
前記対物レンズから出射した光を結像する第２対物レンズと、
前記第２対物レンズから出射した結像光束を略平行光束に変換するリレーレンズと、
前記第２対物レンズ及び前記リレーレンズを介して前記略平行光束中に形成された前記対物レンズの瞳の共役像の近傍に設けられ、当該略平行光束を少なくとも２以上の光束に分割する光束分割素子と、
前記光束分割素子で分割された前記光束の各々を結像する機能を有するとともに、当該光束毎に、結像する位置を光軸方向に変化させることができる位置可変結像素子と、を有することを特徴とする結像装置。
【請求項２】
前記光束分割素子は、一部の光を透過し、残りの光を反射するハーフミラーを用いて前記光束を分割することを特徴とする請求項１に記載の結像装置。
【請求項３】
前記光束分割素子は、所定の波長の光を透過し、残りの波長の光を反射するダイクロイックミラーを用いて前記光束を分割することを特徴とする請求項１に記載の結像装置。
【請求項４】
前記位置可変結像素子は、分割された前記光束の各々の光路上に設けられ、少なくとも一つは前記光路上に固定され、残りは前記光路上を光軸に沿って移動可能な結像レンズを有することを特徴とする請求項１〜３いずれか一項に記載の結像装置。
【請求項５】
前記光束分割素子は、前記略平行光束を３つの光束に分割するように構成され、
分割された前記光束の各々に設けられた前記結像レンズの一つは前記光路上に固定され、前記結像レンズの残りの２つは前記光路上を光軸に沿って移動可能なように構成されたことを特徴とする請求項４に記載の結像装置。
【請求項６】
前記位置可変結像素子は、光路上に固定された前記結像レンズを挟んで、残りの２つの前記結像レンズが互いに反対方向に前記光路上を移動するように構成されたことを特徴とする請求項５に記載の結像装置。
【請求項７】
前記位置可変結像素子は、分割された前記光束の全てが透過するように配置され、分割された光束の各々を結像する機能を有する１つの結像レンズと、前記光束の少なくとも一つの光路長を変化させる結像位置調整部材と、を有することを特徴とする請求項４に記載の結像装置。
【請求項８】
前記光束分割素子で分割された前記光束のうち、いずれか一つを基準となる光束とし、前記基準となる光束以外の前記光束の光路上の各々に、当該光束を前記基準となる光束に近づける光束折曲部材が設けられていることを特徴とする請求項１〜７いずれか一項に記載の結像装置。
【請求項９】
前記光束折曲部材は、プリズムあるいはハービングガラスで構成されていることを特徴とする請求項８に記載の結像装置。
【請求項１０】
前記光束折曲部材は、前記光束分割素子内に設けられ、前記基準となる光束以外の前記光束の結像位置を、前記基準となる光束の結像位置に近づけるように反射する反射ミラーで構成されていることを特徴とする請求項８に記載の結像装置。
【請求項１１】
請求項１〜１０いずれか一項に記載の結像装置を有することを特徴する顕微鏡装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１１−２０９４８８（Ｐ２０１１−２０９４８８Ａ）
【公開日】平成２３年１０月２０日（２０１１．１０．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−７６７７４（Ｐ２０１０−７６７７４）
【出願日】平成２２年３月３０日（２０１０．３．３０）
【出願人】（０００００４１１２）株式会社ニコン (12,601)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１０月２０日（２０１１．１０．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年３月３０日（２０１０．３．３０）
【出願人】（０００００４１１２）株式会社ニコン (12,601)
【Ｆターム（参考）】
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