JP2002277749A - 顕微鏡装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 対物レンズの瞳位置と開口絞りの関係を常に
光学的共役位置に保つことができ、最適な照明効果を期
待できるとともに、コスト的にも安価にできる顕微鏡装
置を提供する。 【解決手段】 光源３３からの照明光を少なくとも開口
絞り３７を有する光路を介してハーフミラー４０に入射
し、このハーフミラー４０で反射した光束を対物レンズ
４５に入射させるケーラー照明の落射照明光学系を有す
る顕微鏡装置であって、ハーフミラー４０の前面に、こ
のハーフミラー４０で反射した光束の結像位置を調整可
能な凹レンズ６６を配置し、この凹レンズ６６による光
束の結像位置の調整により対物レンズ４５の瞳位置と開
口絞り３７の光学的共役関係を保つようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、落射照明を用いた
顕微鏡装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、顕微鏡として、図５（ａ）に示す
ように、顕微鏡本体１に上下方向に移動可能に設けられ
た移動台２に、サンプルを載置するステージ３を設け、
このようなステージ３を顕微鏡本体１側に固定された対
物レンズ４を有するレボルバ５に対して上下動させて焦
準を行う方式のものが多く用いられているが、サンプル
が重い場合や、サンプルを固定しなければならない場合
（例えばマニュピレータとの間系でサンプルの高さ方向
の位置を変えられない場合、サンプルを観察しながら組
立作業を行うような場合）には、組み立て内容を一部変
更することで、同図（ｂ）に示すように、顕微鏡本体１
に上下方向に移動可能に設けられた移動台２に対物レン
ズ４を有するレボルバ５を設け、このレボルバ５を顕微
鏡本体１側に固定されたステージ３に対して上下動させ
て焦準を行う方式を選択できるようにしたものがある。

【０００３】ところで、このような顕微鏡には、落射照
明としてケーラー照明が多く用いられている。図６は、
このようなケーラー照明を説明する落射照明光学系を示
すもので、図面では、照明光学系の主光線を示してい
る。

【０００４】この場合、光源１１から出射された照明光
は、コレクタレンズ１２でほぼ平行光束となり、リレー
レンズ１３により集光され、開口絞り１４で焦点を結
ぶ。また、開口絞り１４を通った光束は、リレーレンズ
１５を介してハーフミラー１６に入射され、ここで、反
射された光束は、対物レンズ４の瞳位置（対物レンズの
後側焦点位置）１８で再度焦点を結び、対物レンズ４を
構成するレンズ群４ａを通ってサンプル１９に照射され
る。一方、照明光が照射されたサンプル１９の反射光
は、対物レンズ４を通り、ハーフミラー１６を透過して
平行光束として結像レンズ２０に入射、結像され、プリ
ズム２１を介して接眼レンズ２２により観察される。

【０００５】このようなケーラー照明によれば、対物レ
ンズ４の瞳位置と開口絞り１４の光学的共役関係によ
り、倍率の異なる対物レンズ４を使用しても、サンプル
１９にむらのない照明を行うことができる。また、開口
絞り１４には、絞り羽根などにより径を可変可能なもの
が用いられるが、この開口絞り１４は、光源１１と共役
の位置にあるので、開口絞り１４の径を小さくしても、
照明光を視野全体に均一に減少させることができる。ま
た、対物レンズ４の開口数に合わせて開口絞り１４の径
を変更することにより、照明の適正化を図ることがで
き、さらに、対物レンズ４の開口数に対して絞り径をを
変えることで、照明のコントラスト、焦点深度を変化さ
せることもできる。また、光軸上の光線２３をサンプル
１９と共役の位置に配置される視野絞り２４で焦点を結
ばせることで、視野絞り２４の径により視野の可変を行
うこともできる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】この場合、図５（ａ）
に示すステージ３側を移動させる方式のものは、図６で
述べたケーラー照明を採用する場合、顕微鏡本体１の上
部に光源１１からの照明光の光軸上にコレクタレンズ１
２、リレーレンズ１３、開口絞り１４、視野絞り２４、
リレーレンズ１５およびハーフミラー１６を有する落射
投光管６が配置されるが、このような落射投光管６に対
して対物レンズ４の位置が固定で、これら間の距離を常
に一定にできるので、この距離を小さくできる光学的な
有利さもあって何ら問題ない。

【０００７】ところが、図５（ｂ）に示すレボルバ５側
を移動させる方式のものは、レボルバ５の上下動によ
り、対物レンズ４の瞳位置と落射投光管６との距離が変
化するため、上述したケーラー照明の効果を期待するこ
とができない。

【０００８】そこで、従来、実開平３−５５９３１号公
報に開示されるように、開口絞りをリレーレンズととも
に移動可能にする移動機構を設け、このような移動機構
により開口絞りとリレーレンズを所定距離移動させて平
行光束を伸縮させることで、対物レンズの瞳位置と開口
絞りを光学的共役関係に保つ方法が知られている。

【０００９】ところが、このように特殊な移動機構を落
射投光管内部に設けることは、開口絞りの操作部まで含
めると光学的筒形状などを大幅に変更しなければなら
ず、極力シンプルに抑えるべき汎用の落射投光管が大型
で、コスト的に高価になってしまう。

【００１０】また、特開平１０−７３７６８号公報に
は、対物レンズの瞳位置の変化を補正するため、開口絞
りの位置を切換えたり、別途設けるようにものが開示さ
れているが、このようにしても開口絞りを別体にして移
動させるのに変わりなく、上述したような特殊な移動機
構を必要とする。

【００１１】本発明は上記事情に鑑みてなされたもの
で、対物レンズの瞳位置と開口絞りの関係を常に光学的
共役位置に保つことができ、最適な照明効果を期待でき
るとともに、コスト的にも安価にできる顕微鏡装置を提
供することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
光源からの照明光を少なくとも開口絞りを有する光路を
介して反射部材に入射させ、この反射部材で反射した光
束を対物レンズに入射させるケーラー照明の落射照明光
学系を有する顕微鏡装置において、前記反射部材の前記
照明光入射面側に、前記反射部材で反射した光束の結像
位置を調整可能な補助光学素子を配置し、前記補助光学
素子により前記対物レンズの瞳位置と前記開口絞りの光
学的位置関係を調整できるようにしたことを特徴として
いる。

【００１３】請求項２記載の発明は、請求項１記載の発
明において、前記補助光学素子は、前記反射部材ととも
に反射部材ブロックに収容され、前記反射部材ブロック
を前記落射照明光学系に対して着脱可能にしたことを特
徴としている。

【００１４】請求項３記載の発明は、請求項１または２
記載の発明において、前記落射照明光学系の光源と開口
絞りの間の光路で、前記開口絞りに近接して拡散板を配
置したことを特徴としている。

【００１５】請求項４記載の発明は、請求項１記載の発
明において、前記落射照明光学系と前記対物レンズの間
に挿入される中間部材をさらに具備し、前記補助光学素
子は、前記中間部材が挿入された状態における前記対物
レンズの瞳位置と前記開口絞りの光学的共役関係を保つ
ように作用するものであることを特徴としている。

【００１６】この結果、本発明によれば、ケーラー照明
の落射照明光学系の対物レンズの瞳位置と開口絞りの光
学的共役関係を保つことができるので、ムラのない照明
と開口絞りを機能させることができる。

【００１７】また、本発明によれば、顕微鏡の基幹ユニ
ットを共通に利用できるので、各ユニットを最小限のコ
ストで提供でき、これら各ユニットとともに複数の反射
部材ブロックを用意するだけで、異なる方式の顕微鏡を
構築できるので、経済的に有利にできる。

【００１８】さらに、本発明によれば、開口絞りの近傍
に拡散板を配置したことで、照明光学系の変更による軸
外光の収差による照明ムラや光源の投影倍率の僅かな差
を補正し、通常使用時との差を極力目立たなくできる。

【００１９】さらにまた、本発明によれば、落射照明光
学系と対物レンズの間の光路に中間部材として、中間ユ
ニットや中間鏡筒を設けることができるので、つまり、
対物レンズからの観察系平行光束部に中間部材を挿入で
きるので、光線の取り出し、別な光学系の付加などのシ
ステム化に適した構成を得られる。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に従い説明する。

【００２１】（第１の実施の形態）図１および図２は、
本発明が適用される顕微鏡装置の概略構成図で、図１
は、ステージ側を焦準移動させる方式、図２は、対物レ
ンズ側を焦準移動させる方式を示している。

【００２２】まず、図１は、ステージ側を焦準移動させ
る方式を適用したもので、図において、３１は顕微鏡本
体で、この顕微鏡本体３１は、水平方向のベース３１ａ
に直立して胴部３１ｂが設けられ、この胴部３１ｂの上
部には、ベース３１ａに対して平行な方向に落射投光管
３２がボルト３０により直接取り付けられている。

【００２３】この落射投光管３２は、ケーラー照明の落
射照明光学系を構成するもので、点光源からなる光源３
３およびコレクタレンズ３４を有するランプハウス３５
が設けられ、光源３３から出射された照明光の光軸上に
沿ってコレクタレンズ３４、リレーレンズ３６、開口絞
り３７、視野絞り３８、リレーレンズ３９および反射部
材としてハーフミラー４０が配置されている。この場
合、ハーフミラー４０は、反射部材ブロックを構成する
キューブ４１内に収容されている。このようなキューブ
４１は、複数個がキューブユニット４２に収容され、選
択的に落射投光管３２の光軸上に切換えることができる
ようになっている。

【００２４】落射投光管３２の先端部には、レボルバ４
４が設けられている。このレボルバ４４には、複数の対
物レンズ４５が設けられ、レボルバ４４の回転操作によ
り、これら対物レンズ４５を選択的に光軸上に切換え可
能にしている。

【００２５】一方、顕微鏡本体３１の胴部３１ｂには、
上下方向に沿ってガイド部４６が形成され、このガイド
部４６に沿ってステージ受け部４７が上下動可能に設け
られている。このステージ受け部４７には、サンプル４
８が載置されるステージ４９が設けられ、ステージ受け
部４７の上下動によりステージ４９を対物レンズ４５の
光軸方向に移動可能にしている。この場合、ステージ４
９は、顕微鏡本体３１の側面に配置された焦準ハンドル
５０を回転操作することで胴部３１ｂ内部に設けられた
図示しない焦準機構を介して上下動され、サンプル６３
を対物レンズ４５の焦点位置に合わせるようにしてい
る。

【００２６】このような方式の顕微鏡では、光源３３か
ら出射された照明光は、コレクタレンズ３４でほぼ平行
光束となり、リレーレンズ３６により集光され、開口絞
り３７で結像される。その後、開口絞り３７を通った光
束は、リレーレンズ３９を介してハーフミラー４０に入
射され、ここで、反射された光束は、対物レンズ４５の
瞳位置（対物レンズの後側焦点位置）５１で再度結像さ
れ、対物レンズ４５を通ってサンプル４８に照射され
る。一方、サンプル４８からの反射光は、対物レンズ４
５を通り、ハーフミラー４０を透過して平行光束として
図示しない結像レンズ、接眼レンズを介して観察され
る。

【００２７】このような方式の顕微鏡によれば、ケーラ
ー照明の落射照明光学系を構成する落射投光管３２は、
対物レンズ４５との間の距離を一定にしているので、上
述したケーラー照明による利点を得られ、また、落射投
光管３２と対物レンズ４５を最も近い距離で取り付ける
こともできるので、広い視野を照明、観察することがで
きる。

【００２８】次に、図２は、図１に示す構成の一部を変
更した対物レンズ側を焦準移動させる方式を採用したも
ので、ここでは、図１と同一部分には、同符号を付して
いる。

【００２９】この場合、顕微鏡本体３１の胴部３１ｂ上
には、所定高さ寸法の嵩上げスペーサ６１を介して落射
投光管３２がボルト６０により取り付けられている。

【００３０】また、顕微鏡本体３１のベース３１ａ上に
は、ステージ受け部６２が図示しないアリなどにより着
脱可能に設けられ、このステージ受け部６２に、サンプ
ル６３を載置したステージ６４が設けられている。

【００３１】一方、顕微鏡本体３１の胴部３１ｂの上下
方向に沿って形成されるガイド部４６には、対物アーム
６５が設けられ、ガイド部４６に沿って上下動可能にし
ている。また、対物アーム６５の先端には、レボルバ４
４が設けられ、対物アーム６５の上下動によりレボルバ
４４をステージ６４に対して光軸方向に移動可能にして
いる。この場合、レボルバ４４は、顕微鏡本体３１の側
面に配置された焦準ハンドル５０を回転操作することで
胴部３１ｂ内部に設けられた図示しない焦準機構を介し
て上下動され、サンプル６３を対物レンズ４５の焦点位
置に合わせるようにしている。

【００３２】また、落射投光管３２のキューブユニット
４２に収容される反射部材ブロックを構成する複数のキ
ューブ４１は、それぞれ反射部材のハーフミラー４０の
前面に、補助光学素子として凹レンズ６６が配置されて
いる。この凹レンズ６６は、リレーレンズ３９の焦点距
離を延ばし、ハーフミラー４０に入射される光束の光線
角度をやや浅くして、ハーフミラー４０で反射された光
束を対物レンズ４５の瞳位置で結像させるためのもので
ある。つまり、この場合、対物アーム６５の厚み寸法お
よび上下動ストロークにより、落射投光管３２と対物レ
ンズ４５の距離がＬだけ伸びた分、凹レンズ６６により
リレーレンズ３９の焦点距離を延ばすようにしている。

【００３３】その他は、図１と同様なので、ここでの説
明は省略する。

【００３４】このようなステージ側を焦準移動させる方
式の顕微鏡では、光源３３から出射された照明光は、コ
レクタレンズ３４でほぼ平行光束となり、リレーレンズ
３６により集光され、開口絞り３７で結像される。その
後、開口絞り３７よりリレーレンズ３９を通った光束
は、凹レンズ６６を介してハーフミラー４０に入射され
る。この場合、凹レンズ６６によりリレーレンズ３９の
焦点距離が延ばされ、ハーフミラー４０で反射された光
束は、対物レンズ４５の瞳位置（対物レンズの後側焦点
位置）５１で再度結像され、対物レンズ４５を通ってサ
ンプル４８に照射される。一方、サンプル４８からの反
射光は、対物レンズ４５を通り、ハーフミラー４０を透
過して平行光束として図示しない結像レンズ、接眼レン
ズを介して観察される。

【００３５】このような対物レンズ側を焦準移動させる
方式の顕微鏡によれば、ケーラー照明の落射照明光学系
を構成する落射投光管３２は、ハーフミラー４０の前面
に、補助光学素子として凹レンズ６６を配置し、この凹
レンズ６６により、リレーレンズ３９の焦点距離を延ば
し、ハーフミラー４０に入射される光束の光線角度をや
や浅くして、ハーフミラー４０で反射した光束を対物レ
ンズ４５の瞳位置５１で結像させるようにしたので、落
射投光管３２と対物レンズ４５の距離がＬだけ伸びた場
合も、対物レンズ４５の瞳位置と開口絞り３７の光学的
共役関係を保つことができ、ケーラー照明による全ての
利点を確保することができる。特に、落射照明において
重要な開口絞りの性能を確保できるので、開口絞りの径
を小さくしても、照明光がケラれる（照野が狭くなる）
ことがなく、照明光を視野全体に均一に減少させること
ができる。

【００３６】なお、ハーフミラー４０の前面に凹レンズ
６６を挿入すると、光路が延び、光線角度が浅くなるこ
とから、軸外光が減少し、照野が狭くなって、軸上光線
の結像位置が視野絞り３８の位置から移動してしまうこ
とがあるが、ケーラー照明の性能については確保され
る。また、落射照明の場合、視野絞りは、視野周辺での
フレア防止のために最適な径にする必要があるが、その
他は、対物レンズの倍率に関わらず一定の径であるの
で、固定してあるか特に使用しないことが多い。

【００３７】従って、このような第１の実施の形態によ
れば、ステージ側を焦準移動させる方式および対物レン
ズ側を焦準移動させる方式のいずれの構成に対しても、
ケーラー照明の落射照明光学系を構成する落射投光管３
２における開口絞り１４と対物レンズ４の瞳位置との光
学的共役関係を保つことができるので、ムラのない照明
と開口絞りを機能させることができ、常に最適な照明光
効果を期待することができる。また、これらの方式のい
ずれに対しても、顕微鏡の基幹ユニットである顕微鏡本
体１、落射投光管３２レボルバ４４などを共通に利用で
きるので、各ユニットを最小限のコストで提供でき、こ
れら各ユニットとともに複数の反射部材ブロックを用意
するだけで、それぞれの方式の顕微鏡を構築できるの
で、経済的に極めて有利にできる。

【００３８】なお、上述した図１および図２において、
光源３３と開口絞り３７との間の光路上で、開口絞り３
７の近傍に拡散板７０を配置するようにしてもよい。こ
のような拡散板７０は、通常、光源のフィラメント形状
の相違や輝度差によるむらの抑制のために配置される
が、ここでは、照明光学系の変更による軸外光の収差に
よる照明ムラや光源の投影倍率の僅かな差を補正し、通
常使用時との差を極力目立たなくするのに効果的であ
る。

【００３９】（第２の実施の形態）図３は、本発明の第
２の実施の形態の要部の概略構成を示すもので、図１と
同一部分には、同符号を付している。

【００４０】この場合、ステージ側を焦準移動させる方
式の顕微鏡で、落射照明光学系と対物レンズ４５の間の
光路、つまり、落射投光管３２とレボルバ４４との間に
中間部材として、中間ユニット７２を挿入している。こ
の場合、中間ユニット７２は、例えば対物レンズ４５に
近いほど効果的な輪帯照明、補助照明装置、オートフォ
ーカス、微細な焦準装置(ピエゾ素子を用いた焦点合わ
せユニットなどである。

【００４１】また、落射投光管３２のキューブユニット
４２に収容される複数のキューブ４１は、ハーフミラー
４０の前面に、補助光学素子として凹レンズ７３が配置
されている。この凹レンズ７３は、リレーレンズ３９の
焦点距離を延ばし、ハーフミラー４０に入射される光束
の光線角度をやや浅くして、ハーフミラー４０で反射さ
れた光束を対物レンズ４５の瞳位置で結像させるための
もので、中間ユニット７２の挿入により落射投光管３２
と対物レンズ４５の距離がＬ’だけ伸びた分、凹レンズ
７３によりリレーレンズ３９の焦点距離を延ばすように
している。

【００４２】このようにしても、対物レンズ４５の瞳位
置５１と開口絞り３７の光学的共役関係を保つことがで
きるので、ムラのない照明と開口絞りを機能させること
ができ、さらに、顕微鏡本体１、落射投光管３２レボル
バ４４などを共通に利用でき、しかも、これらユニット
とともに複数の反射部材ブロックを用意するだけで、そ
れぞれの方式の顕微鏡を構築できるので、経済的に極め
て有利にできる。さらに、対物レンズ４５からの観察系
平行光束部（無限遠光束）部に中間ユニット７２が挿入
できるので、光線の取り出し、別な光学系の付加などの
システム化に適した構成を得ることができる。

【００４３】（第３の実施の形態）図４は、本発明の第
３の実施の形態の要部の概略構成を示すもので、図１と
同一部分には、同符号を付している。

【００４４】この場合、顕微鏡本体３１の胴部３１ｂの
上部には、ベース３１ａに対して平行な方向に対物アー
ム３１ｃが一体に形成され、この対物アーム３１ｃの上
方に中間鏡筒８１を介して落射投光管３２が設けられる
とともに、対物アーム３１ｃの下方にレボルバ４４が設
けられている。つまり、この場合も、落射照明光学系と
対物レンズ４５の間の光路に中間部材として、中間鏡筒
８１を設けるようにしている。

【００４５】また、落射投光管３２のキューブユニット
４２に収容されるキューブ４１は、ハーフミラー４０の
前面に、補助光学素子として凹レンズ８２が配置されて
いる。この凹レンズ８２は、リレーレンズ３９の焦点距
離を延ばし、ハーフミラー４０に入射される光束の光線
角度をやや浅くして、ハーフミラー４０で反射された光
束を対物レンズ４５の瞳位置で結像させるためのもの
で、中間鏡筒８１の挿入により落射投光管３２と対物レ
ンズ４５の距離がＬ’’だけ伸びた分、凹レンズ８２に
よりリレーレンズ３９の焦点距離を延ばすようにしてい
る。

【００４６】このようにしても、第２の実施の形態と同
様な効果を期待できる。

【００４７】

【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、対物
レンズの瞳位置と開口絞りの関係を常に光学的共役位置
に保つことができ、最適な照明効果を期待できるととも
に、コスト的にも安価にできる顕微鏡装置を提供でき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態のステージ側を焦準
移動させる方式の顕微鏡の概略構成を示す図。

【図２】第１の実施の形態のレボルバ側を移動させる方
式の顕微鏡の概略構成を示す図。

【図３】本発明の第２の実施の形態の要部の概略構成を
示す図。

【図４】本発明の第３の実施の形態の要部の概略構成を
示す図。

【図５】従来の顕微鏡の概略構成を示す図。

【図６】ケーラー照明を説明する落射照明光学系を示す
図。

【符号の説明】

３０…ボルト ３１…顕微鏡本体 ３１ａ…ベース ３１ｂ…胴部 ３１ｃ…対物アーム ３２…落射投光管 ３３…光源 ３４…コレクタレンズ ３５…ランプハウス ３６…リレーレンズ ３７…開口絞り ３８…視野絞り ３９…リレーレンズ ４０…ハーフミラー ４１…キューブ ４２…キューブユニット ４４…レボルバ ４５…対物レンズ ４６…ガイド部 ４７…ステージ受け部 ４８…サンプル ４９…ステージ ５０…焦準ハンドル ５１…瞳位置 ６０…ボルト ６１…スペーサ ６３…サンプル ６４…ステージ ６５…対物アーム ６６…凹レンズ ７０…拡散板 ７２…中間ユニット ７３…凹レンズ ８１…中間鏡筒 ８２…凹レンズ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光源からの照明光を少なくとも開口絞り
   を有する光路を介して反射部材に入射させ、この反射部
   材で反射した光束を対物レンズに入射させるケーラー照
   明の落射照明光学系を有する顕微鏡装置において、 前記反射部材の前記照明光入射面側に、前記反射部材で
   反射した光束の結像位置を調整可能な補助光学素子を配
   置し、 前記補助光学素子により前記対物レンズの瞳位置と前記
   開口絞りの光学的位置関係を調整できるようにしたこと
   を特徴とする顕微鏡装置。
2. 【請求項２】 前記補助光学素子は、前記反射部材とと
   もに反射部材ブロックに収容され、前記反射部材ブロッ
   クを前記落射照明光学系に対して着脱可能にしたことを
   特徴とする請求項１記載の顕微鏡装置。
3. 【請求項３】 前記落射照明光学系の光源と開口絞りの
   間の光路で、前記開口絞りに近接して拡散板を配置した
   ことを特徴とする請求項１または２記載の顕微鏡装置。
4. 【請求項４】 前記落射照明光学系と前記対物レンズの
   間に挿入される中間部材をさらに具備し、 前記補助光学素子は、前記中間部材が挿入された状態に
   おける前記対物レンズの瞳位置と前記開口絞りの光学的
   共役関係を保つように作用するものであることを特徴と
   する請求項１記載の顕微鏡装置。