JP2005345842A

JP2005345842A - 顕微鏡照明装置

Info

Publication number: JP2005345842A
Application number: JP2004166605A
Authority: JP
Inventors: Toshiaki Futaboshi; 俊明二星
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 2004-06-04
Filing date: 2004-06-04
Publication date: 2005-12-15

Abstract

【課題】極低倍から広い倍率範囲にわたって良好な瞳の収差を得ることができる顕微鏡照明装置を提供すること。
【解決手段】標本面に対して光を射出する光源と、コリメートレンズと、第１の絞りと、第１の絞りと標本面との間の光路中に配置され、接合レンズを備え正の屈折力を有する第１のレンズ群と、第１のレンズ群と標本面との光路中に選択的に配置される第２のレンズ群と第３のレンズ群とを備え、第２のレンズ群は、少なくとも２群のレンズ群から構成され、第３のレンズ群は、正の屈折力を有するとともに、第２の絞りを備え、第１のレンズ群と標本面との光路中に第２のレンズ群を配置したときには、第１のレンズ群および第２のレンズ群は、第１の絞りの近傍に合成焦点位置を有し、第１のレンズ群と標本面との光路中に第３のレンズ群を配置したときには、第１のレンズ群および第３のレンズ群は、第１の絞りの近傍に標本面との共役位置を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、顕微鏡照明装置に関し、特に、透過照明装置に関する。

近年、生物工学などの分野において、広い視野範囲を観察する、いわゆる極低倍から低倍における顕微鏡観察の需要が高まっている。したがって、極低倍から高倍まで観察可能で、極低倍においても、広い照野を照明可能な顕微鏡照明装置が求められている。そこで、焦点距離の異なる複数のコンデンサレンズ群を配置することにより、極低倍から高倍まで対応可能な顕微鏡照明装置が考えられている（例えば、特許文献１参照）。
平１１−２３９７８号公報

しかし、前述した顕微鏡照明装置は、球面収差などの瞳の収差（開口絞りあるいは視野絞りでの収差）の補正が十分でない。したがって、例えば、微分干渉観察において十分コントラストが得られないなど観察条件を満たさない場合があった。
本発明は、極低倍から広い倍率範囲にわたって良好な瞳の収差を得ることができる顕微鏡照明装置を提供することを目的とする。

請求項１に記載の顕微鏡照明装置は、標本面に対して光を射出する光源と、前記光源から射出される光を略平行光とするコリメートレンズと、前記コリメートレンズを介した前記平行光の光束を調節する第１の絞りと、前記第１の絞りと前記標本面との間の光路中に配置されるとともに、接合レンズを備え、かつ、正の屈折力を有する第１のレンズ群と、前記第１のレンズ群と前記標本面との間の光路中に選択的に配置される第２のレンズ群および第３のレンズ群とを備え、前記第２のレンズ群は、少なくとも２群のレンズ群から構成され、前記光源から最も遠いレンズ群は正の屈折力を有し、前記光源から最も遠いレンズ群を除くレンズ群のうち、少なくとも１つのレンズ群は、負の屈折力を有し、前記第３のレンズ群は、正の屈折力を有するとともに、第２の絞りを備え、前記第１のレンズ群と前記標本面との間の光路中に前記第２のレンズ群を配置したときには、前記第１のレンズ群および前記第２のレンズ群は、前記第１の絞りの近傍に合成焦点位置を有し、前記第１のレンズ群と前記標本面との間の光路中に前記第３のレンズ群を配置したときには、前記第１のレンズ群および前記第３のレンズ群は、前記第１の絞りの近傍に前記標本面との共役位置を有することを特徴とする。

本発明の顕微鏡照明装置によれば、極低倍から広い倍率範囲にわたって良好な瞳の収差を得ることができる。

以下、図面を用いて本発明の実施形態を詳細に説明する。
本実施形態では、極低倍から高倍まで観察可能な顕微鏡装置に着脱可能な照明装置１００（図１）を例に挙げて説明を行う。なお、顕微鏡装置には、明視野観察、暗視野観察、微分干渉観察、位相差観察に必要な各部材が備えられる。各部材は、従来のものと同様であるため、説明を省略する。

図１は、照明装置１００の全体図である。図１Ａは、後述する顕微鏡装置における観察倍率が極低倍・低倍である場合の照明装置１００の構成を示し、図１Ｂは、後述する顕微鏡装置における観察倍率が中高倍である場合の照明装置１００の構成を示す。
照明装置１００は、図１Ａに示すように、光源１、コリメートレンズ２、絞り３、コンデンサレンズ４、コンデンサレンズ５、コンデンサレンズ６、ミラー７を備える。また、照明装置１００は、図１Ｂに示すように、コンデンサレンズ５およびコンデンサレンズ６に換えて、選択的に配置可能なコンデンサレンズ８、コンデンサレンズ９、絞り１０を備える。さらに、照明装置１００は、図１Ａに示すように、絞り３の近傍に挿入可能な微分干渉観察用プリズム１１、位相観察用光学素子１２を備えるとともに、図１Ｂに示すように、絞り１０の近傍に挿入可能な微分干渉観察用プリズム１３、位相観察用光学素子１４を備える。また照明装置１００は、図１Ａに示すように、拡散板１５を備える。なお、図１Ａ中の１２Ａは、前述した位相観察用光学素子１２の断面図を示し、図１Ｂ中の１４Ａは、前述した位相観察用光学素子１４の断面図を示す。

光源１は、ファイバあるいはハロゲンランプであり、標本面に対して光を射出する。また、コリメートレンズ２は、光源１から射出される光を略平行な平行光として、絞り３に照射する。絞り３は、コリメートレンズ２を介した平行光の光束を調節可能である。
また、コンデンサレンズ４は、図１Ａに示すように、絞り３と標本面との間の光路中に固定配置されるとともに、正の屈折力を有する接合レンズである。コンデンサレンズ５は、図１Ａに示すように、コンデンサレンズ４と標本面との間の光路中に配置され、負の屈折力を有するレンズである。また、コンデンサレンズ６は、図１Ａに示すように、コンデンサレンズ４と標本面との間の光路中で、コンデンサレンズ５と標本面との間に配置され、正の屈折力を有するレンズである。なお、コンデンサレンズ６は、光源１から最も遠いレンズである。

また、ミラー７は、図１Ａにおいてはコンデンサレンズ５とコンデンサレンズ６との間の光路中に対応する位置で、図１Ｂにおいては、コンデンサレンズ４と絞り１０との間の光路中に対応する位置に固定配置され、光路を略直角に曲げる光学素子である。
また、コンデンサレンズ８およびコンデンサレンズ９は、正の合成屈折力を有する。また、絞り１０は、コンデンサレンズ４を介した光の光束を調節可能である。また、拡散板１５は、図１Ａに示すように、コリメートレンズ２と絞り３との間の光路中に配置され、光源１の構造が照野にそのまま投影されるのを防ぐ。

なお、光源１は、請求項の「光源」に対応し、コリメートレンズ２は、請求項の「コリメートレンズ」に対応する。また、絞り３は、請求項の「第１の絞り」に対応し、コンデンサレンズ４は、請求項の「第１のレンズ群」に対応する。また、コンデンサレンズ５およびコンデンサレンズ６は、請求項の「第２のレンズ群」に対応し、特に、コンデンサレンズ５は、請求項の「光源から最も遠いレンズ群を除くレンズ群のうち、少なくとも１つのレンズ群」に対応し、コンデンサレンズ６は、請求項の「光源から最も遠いレンズ群」に対応する。また、コンデンサレンズ８、コンデンサレンズ９、絞り１０は、請求項の「第３のレンズ群」に対応し、絞り１０は、請求項の「第２の絞り」に対応する。

以上説明した構成の照明装置１００の詳細について説明する。
まず、照明装置１００における部材の切り換えについて説明する。部材の切り換えは、例えば、スライド構造を設けることにより行う。照明装置１００は、前述したように、極低倍から高倍まで観察可能な顕微鏡装置に着脱可能である。したがって、顕微鏡装置における観察倍率に応じて、照明装置１００の構成を極低倍・低倍用の構成と中高倍用の構成とのいずれかに切り換える。なお、顕微鏡装置における観察倍率がどの程度の時にどちらの構成に切り換えるかは、顕微鏡装置の対物光学系の倍率などに応じて定める。

（１）極低倍・低倍用の構成について
顕微鏡装置における観察倍率が極低倍・低倍である場合、照明装置１００を図１Ａに示す構成にする。
すなわち、コンデンサレンズ４と標本面との間の光路中に、コンデンサレンズ５およびコンデンサレンズ６を配置する。このとき、前述した微分干渉観察用プリズム１１および位相観察用光学素子１２も、絞り３の近傍に挿入可能とする。

ミラー７は、前述したように固定配置されるため、光源１から射出される光は、コリメートレンズ２、絞り３、コンデンサレンズ４、コンデンサレンズ５を介してミラー７に到達し、さらに、コンデンサレンズ６を介して標本面に照射される。
このとき、コンデンサレンズ４、コンデンサレンズ５、コンデンサレンズ６は、絞り３の近傍および標本面の近傍に合成焦点位置を有する。したがって、このような構成を取ることによりクリティカル照明を実現することができる。コンデンサレンズ４、コンデンサレンズ５、コンデンサレンズ６により構成される光学系は、例えば、焦点距離（ｆ）＝１４０ｍｍ、開口率（Ｎ．Ａ．）＝０．１程度とする。

このような構成時には、絞り３を開口絞りとして使用する。なお、視野絞りを設けたい場合には、光源１の射出端の近傍に設ければ良い。また、微分干渉観察を行う際には、絞り３の近傍に微分干渉観察用プリズム１１を挿入し、位相差観察を行う場合には、絞り３の近傍に位相観察用光学素子１２を挿入すれば良い。
コンデンサレンズ４は、前述したように接合レンズである。したがって、コンデンサレンズ４、コンデンサレンズ５、コンデンサレンズ６により構成される光学系の瞳の収差を十分に補正可能である。そのため、微分干渉観察および位相差観察などを行うのに十分な瞳の収差を得ることができる。

（２）中高倍用の構成について
顕微鏡装置における観察倍率が中高倍である場合、照明装置１００を図１Ｂに示す構成にする。
すなわち、コンデンサレンズ４と標本面との間の光路中に、コンデンサレンズ８、コンデンサレンズ９および絞り１０を配置する。このとき、前述した微分干渉観察用プリズム１３および位相観察用光学素子１４も、絞り１０の近傍に挿入可能とする。

ミラー７は、前述したように固定配置されるため、光源１から射出される光は、コリメートレンズ２、絞り３、コンデンサレンズ４を介してミラー７に到達し、さらに、絞り１０、コンデンサレンズ９およびコンデンサレンズ８を介して標本面に照射される。
このとき、コンデンサレンズ４、コンデンサレンズ９、コンデンサレンズ８は、絞り３の近傍に標本面との共役位置を有する。また、コンデンサレンズ９、コンデンサレンズ８は、絞り１０の近傍に合成焦点位置を有する。したがって、このような構成を取ることによりケーラー照明を実現することができる。コンデンサレンズ９、コンデンサレンズ８により構成される光学系は、例えば、焦点距離（ｆ）＝２８ｍｍ、開口率（Ｎ．Ａ．）＝０．５程度とする。

このような構成時には、絞り１０を開口絞りとして使用し、絞り３を視野絞りとして使用する。また、微分干渉観察を行う際には、絞り１０の近傍に微分干渉観察用プリズム１３を挿入し、位相差観察を行う場合には、絞り１０の近傍に位相観察用光学素子１４を挿入すれば良い。
照明装置１００は、前述したように、拡散板１５を備える。したがって、光源１の構造がそのまま照野に投影されるのを防ぎ、良好な観察を行うことができる。

（３）暗視野観察について
照明装置１００は、暗視野観察に対応するため、暗視野照明用の光源を備える。図２は、図１の標本面の近傍の拡大図である。光源２０は、ファイバあるいはＬＥＤであり、図２に示すように、標本面に対して顕微鏡装置の対物レンズと反対側から斜光照明を行う。図２では、１つの光源２０を備える例を示しているが、複数個の光源を備えても良い。また、光源２０がファイバである場合、リング状のファイバを使用しても良い。そして、光源１と光源２０とをスイッチなどを用いて切り換えて点灯することにより、明視野観察と暗視野観察との両方で、極低倍・低倍から中高倍までの広い倍率範囲にわたって、十分な照野と所定の開口率（Ｎ．Ａ．）条件を得ることができる。

以上説明したように、本実施形態によれば、極低倍・低倍用と中高倍用とで照明装置１００の構成を切り換えることにより、極低倍から広い倍率範囲において十分な照野を得ることができる。
また、本実施形態によれば、極低倍・低倍（０．５倍〜２．０倍程度）用と中高倍（４．０倍〜４０．０倍程度）用とで兼用可能なレンズとして接合レンズを用いることにより、極低倍から広い倍率範囲にわたって良好な瞳の収差を得ることができる
また、本実施形態によれば、コンデンサレンズ４とミラー７を固定配置し、各倍率に適したコンデンサレンズのみを選択的に配置することにより、装置の大型化を抑えつつ、極低倍から広い倍率範囲に対応可能である。

また、本実施形態によれば、装置の大型化を抑えることにより、暗視野観察用の光源２０をさらに備えることが現実的に可能であり、良好な暗視野観察も行うことができる。
また、本実施形態によれば、中高倍用のコンデンサレンズ８、コンデンサレンズ９および絞り１０は、従来と同様の構成のものを使用することができる。
なお、本実施形態では、明視野観察、暗視野観察、微分干渉観察、位相差観察に対応可能な例を示したが、他の観察方法に必要な部材を設け、対応可能にしても良い。例えば、偏光観察、モジュレーション観察、傾斜照明観察などに対応可能にしても良い。

また、本実施形態における、コリメートレンズ（２）、コンデンサレンズ（４〜６、８、９）の構成は一例であり、請求項に示す各レンズ群の条件を満たせば、他の構成（レンズの数など）のものと置き換えても良い。
また、本実施形態では、極低倍・低倍から中高倍までの広い倍率範囲の全てに対応する例を示したが、より狭い倍率範囲にのみ対応するようにしても良い。例えば、極低倍のみに対応可能に構成しても良い。

本実施形態の照明装置１００の全体図である。図１の標本面の近傍の拡大図である。

符号の説明

１，２０光源
２コリメートレンズ
３，１０絞り
４，５，６，８，９コンデンサレンズ
７ミラー
１１，１３微分干渉観察用プリズム
１２，１４位相観察用光学素子
１５拡散板
１００照明装置

Claims

標本面に対して光を射出する光源と、
前記光源から射出される光を略平行光とするコリメートレンズと、
前記コリメートレンズを介した前記平行光の光束を調節する第１の絞りと、
前記第１の絞りと前記標本面との間の光路中に配置されるとともに、接合レンズを備え、かつ、正の屈折力を有する第１のレンズ群と、
前記第１のレンズ群と前記標本面との間の光路中に選択的に配置される第２のレンズ群および第３のレンズ群とを備え、
前記第２のレンズ群は、少なくとも２群のレンズ群から構成され、前記光源から最も遠いレンズ群は正の屈折力を有し、前記光源から最も遠いレンズ群を除くレンズ群のうち、少なくとも１つのレンズ群は、負の屈折力を有し、
前記第３のレンズ群は、正の屈折力を有するとともに、第２の絞りを備え、
前記第１のレンズ群と前記標本面との間の光路中に前記第２のレンズ群を配置したときには、前記第１のレンズ群および前記第２のレンズ群は、前記第１の絞りの近傍に合成焦点位置を有し、
前記第１のレンズ群と前記標本面との間の光路中に前記第３のレンズ群を配置したときには、前記第１のレンズ群および前記第３のレンズ群は、前記第１の絞りの近傍に前記標本面との共役位置を有する
ことを特徴とする顕微鏡照明装置。