JP2006154230A - ズーム顕微鏡 - Google Patents

Abstract

【課題】 標本のコントラスト観察（例えば微分干渉観察など）に用いることができ、必要に応じて対物レンズ部とズーム部との間に他の光学系（例えば蛍光落射照明系など）を配置することもできる拡張性の高いズーム顕微鏡を提供する。
【解決手段】 標本１０Ａの側から順に、交換可能な無限遠補正型の対物レンズ１１と、開口絞り１２と、アフォーカルズーム系１３と、結像光学系１４とが配置され、開口絞り１２は対物レンズの後側焦点面またはその近傍に配置され、対物レンズとアフォーカルズーム系との間に、コントラスト観察用の光学部材２０を挿脱可能に配置する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、標本のコントラスト観察に用いられるズーム顕微鏡に関し、特に、微分干渉観察に好適なズーム顕微鏡に関する。

無限遠補正型のズーム対物レンズを通常の顕微鏡のレボルバに取り付け、ズーム対物レンズと顕微鏡の結像レンズとの組み合わせにより、ズーム顕微鏡を構築することが提案されている（例えば特許文献１参照）。ズーム対物レンズは、変倍用のレンズ群を含むズーム部と対物レンズ部とを一体化したものである。また、ズーム対物レンズのうちズーム部(変倍用のレンズ群を含む)と対物レンズ部との間に、微分干渉観察用の複屈折光学部材を配置することも提案されている。このような構成では、変倍用のレンズ群を光軸方向に沿って移動させることにより、標本の微分干渉像の観察倍率を任意に変更できる。
特開２００４−１３３３４１号公報

しかしながら、上記の構成では、対物レンズ部とズーム部とが一体化され、その間隔を変更することができない。このため、対物レンズ部とズーム部との間には、微分干渉観察用の複屈折光学部材の他に、例えば蛍光落射照明系やＡＦ系のような光学系を配置することができず、拡張性が低かった。
本発明の目的は、標本のコントラスト観察（例えば微分干渉観察など）に用いることができ、必要に応じて対物レンズ部とズーム部との間に他の光学系（例えば蛍光落射照明系など）を配置することもできる拡張性の高いズーム顕微鏡を提供することにある。

請求項１に記載のズーム顕微鏡は、標本側から順に、交換可能な無限遠補正型の対物レンズと、開口絞りと、アフォーカルズーム系と、結像光学系とが配置され、前記開口絞りは、前記対物レンズの後側焦点面またはその近傍に配置され、前記対物レンズと前記アフォーカルズーム系との間に、コントラスト観察用の光学部材を挿脱可能に配置したものである。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のズーム顕微鏡において、前記対物レンズと前記アフォーカルズーム系との間に、蛍光落射照明装置を配置したものである。
請求項３に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載のズーム顕微鏡において、倍率の異なる複数の前記対物レンズを備え、前記複数の対物レンズは、各々の胴付面から前記後側焦点面までの距離が略同一である。

請求項４に記載の発明は、請求項３に記載のズーム顕微鏡において、前記コントラスト観察用の光学部材は、前記複数の対物レンズに共通の部材である。
請求項５に記載の発明は、請求項１から請求項４の何れか１項に記載のズーム顕微鏡において、前記コントラスト観察用の光学部材は、微分干渉観察用の複屈折光学部材である。

請求項６に記載のズーム顕微鏡は、交換可能な無限遠補正型の対物レンズと、前記対物レンズの後側焦点面またはその近傍に挿脱可能に配置されたコントラスト観察用の光学部材と、アフォーカルズーム系と、前記アフォーカルズーム系の入射瞳面またはその近傍に配置された開口絞りと、前記アフォーカルズーム系の像側に配置された結像光学系とを備えたものである。

本発明によれば、標本のコントラスト観察（例えば微分干渉観察など）に用いることができ、必要に応じて対物レンズ部とズーム部との間に他の光学系（例えば蛍光落射照明系など）を配置することもできる拡張性の高いズーム顕微鏡を提供することができる。

以下、図面を用いて本発明の実施形態を詳細に説明する。
（第１実施形態）
第１実施形態のズーム顕微鏡１０は、図１に示す通り、標本１０Ａの側から順に、対物レンズ１１と、コントラスト観察用の光学部材２０と、開口絞り１２と、アフォーカルズーム系１３と、結像光学系１４とが配置されたものである。標本１０Ａの各点から発生した光束は、対物レンズ１１を介して平行光束に変換され、アフォーカルズーム系１３を介して変倍され、結像光学系１４を介して集光されて、像面１０Ｂに到達する。

像面１０Ｂに形成された標本１０Ａの像を観察するため、像面１０Ｂには例えばＣＣＤなどの撮像素子を配置する。または、結像光学系１４に代えて、同等の結像光学系を含む観察用双眼鏡筒（接眼鏡筒）や、写真直筒、観察・撮影用三眼鏡筒などを、用途に応じて配置することもできる。第１実施形態のズーム顕微鏡１０を用いることにより、標本１０Ａの垂直観察や画像取得が可能となる。

さらに、第１実施形態のズーム顕微鏡１０では、対物レンズ１１と開口絞り１２との間にコントラスト観察用の光学部材２０が配置されている。光学部材２０は、ズーム顕微鏡１０の観察光路１０Ｃに対して挿脱可能である。光学部材２０を観察光路１０Ｃに挿入したとき、像面１０Ｂには標本１０Ａのコントラスト像が形成される。コントラスト像とは、標本１０Ａの微細な構造にコントラストを付けたものである。光学部材２０を観察光路１０Ｃから取り除いたとき、像面１０Ｂには標本１０Ａの明視野像が形成される。

このため、光学部材２０を観察光路１０Ｃに対して挿脱することにより、標本１０Ａのコントラスト観察と明視野観察とを切り替えて行うことができる。なお、対物レンズ１１とアフォーカルズーム系１３との間の任意の位置に光学部材２０を配置できる。望ましい位置は開口絞り１２の近傍である。
また、第１実施形態のズーム顕微鏡１０において、アフォーカルズーム系１３は、標本１０Ａの側から順に、正の屈折力を持つ第１レンズ群Ｇ１と、負の屈折力を持つ第２レンズ群Ｇ２と、正の屈折力を持つ第３レンズ群Ｇ３と、弱い正の屈折力を持つ第４レンズ群Ｇ４とで構成され、第２レンズ群Ｇ２と第３レンズ群Ｇ３が変倍用のレンズ群である。このため、第１レンズ群Ｇ１と第４レンズ群Ｇ４を固定し、変倍用のレンズ群(Ｇ２,Ｇ３)を光軸方向に沿って移動させることにより、標本１０Ａの像（コントラスト像または明視野像）の観察倍率を任意に変更することができる。観察倍率は、対物レンズ１１の倍率とアフォーカルズーム系１３の倍率との積によって決まる。

さらに、対物レンズ１１は無限遠補正型であり、対物レンズ１１の後側焦点面は最も像側のレンズ面より像側（対物レンズ１１とアフォーカルズーム系１３との間）にある。そして、対物レンズ１１の後側焦点面（またはその近傍）に、開口絞り１２が配置される。このため、対物レンズ１１の物体側の入射瞳位置は無限遠方（テレセントリック）となり、標本１０Ａの各点から発生した光束の主光線は光軸方向に平行となる。

また、開口絞り１２の位置をアフォーカルズーム系１３の入射瞳位置とすることで、上記の変倍用のレンズ群(Ｇ２,Ｇ３)を移動させて変倍しても、その変倍域の全体にわたって対物レンズ１１の入射瞳位置を無限遠方に配置することができる。つまり、アフォーカルズーム系１３による変倍状態に拘わらず、対物レンズ１１の物体側のテレセントリック性を保つことができる。

さらに、第１実施形態のズーム顕微鏡１０では、対物レンズ１１が不図示のターレット（レボルバ）に取り付けられて交換可能となっている。つまり、ターレットには倍率の異なる(焦点距離や開口数の異なる)数種類の対物レンズ１１（例えば図２に示す低倍の対物レンズ１１(1)や高倍の対物レンズ１１(2)など）が取り付けられ、ターレットの回転によって対物レンズ１１の種類を交換可能となっている。

ターレットを用いて対物レンズ１１を交換する構成の場合、ターレットは対物レンズ１１と光学部材２０との間に配置される。そして、ターレットの配置スペースを確保するために、対物レンズ１１から光学部材２０までの距離ｄは、対物レンズ１１からアフォーカルズーム系１３までの距離Ｄを用いて次の条件式(１)を満足することが好ましい。
ｄ≧Ｄ/２ …(１)
また、第１実施形態のズーム顕微鏡１０では、各々の対物レンズ１１の胴付面（ターレットへの取り付け面）から後側焦点面までの距離が略同一である。このため、対物レンズ１１を交換しても、開口絞り１２を固定したままで、対物レンズ１１の後側焦点面（またはその近傍）と開口絞り１２の配置面とを一致させることができる。さらに、開口絞り１２の配置面とアフォーカルズーム系１３の入射瞳位置が一致した状態も維持できる。

したがって、対物レンズ１１を交換しても、アフォーカルズーム系１３による変倍状態(つまり変倍用のレンズ群(Ｇ２,Ｇ３)の位置)に拘わらず、対物レンズ１１の物体側のテレセントリック性を保つことができる。
そして、低倍の対物レンズ１１(1)を光軸上に配置したときには、対物レンズ１１(1)の物体側のテレセントリック性を保ちながら、対物レンズ１１(1)の倍率とアフォーカルズーム系１３の倍率との積に応じて、標本１０Ａの像（コントラスト像または明視野像）の観察倍率を変更できる。同様に、高倍の対物レンズ１１(2)を光軸上に配置したときには、対物レンズ１１(2)の物体側のテレセントリック性を保ちながら、対物レンズ１１(2)の倍率とアフォーカルズーム系１３の倍率との積に応じて、標本１０Ａの像（コントラスト像または明視野像）の観察倍率を変更できる。

例えば、低倍の対物レンズ１１(1)の倍率を０.５倍、高倍の対物レンズ１１(2)の倍率を４倍、中倍の対物レンズ(不図示)の倍率を１倍、アフォーカルズーム系１３の倍率を１倍〜７.５倍とし、観察倍率の範囲（変倍域）について説明する。低倍の対物レンズ１１(1)を用いたときの変倍域は０.５倍〜３.７５倍となる。中倍の対物レンズを用いたときの変倍域は１倍〜７.５倍となる。高倍の対物レンズ１１(2)を用いたときの変倍域は４倍〜３０倍となる。そして全体の変倍域は０.５倍〜３０倍となる。

このように、第１実施形態のズーム顕微鏡１０では、交換可能な対物レンズ１１（図２の対物レンズ１１(1),１１(2)参照）によってアフォーカルズーム系１３を共有し、対物レンズ１１の交換によって変倍域をシフトさせるため、簡素な構成（つまり１つのアフォーカルズーム系１３）で、変倍域を拡大することができる。
そして、交換可能な対物レンズ１１の１つとして低倍の対物レンズ（例えば０.５倍の対物レンズ１１(1)）を用いることにより、簡素な構成で、変倍域を低倍域(０.５倍〜２倍程度)まで拡大することができる。この場合、ズーム顕微鏡１０は“マクロズーム顕微鏡”として機能し、標本１０Ａのマクロ観察も可能となる。マクロ観察では、例えば金属の標本や機械部品(歯車など)のように比較的大きな標本１０Ａの観察が行われる。標本１０Ａの厚さ変化に対応するには、対物レンズ１１から結像光学系１４までの観察光学系を全体的に上下動させればよい。

低倍の対物レンズ（例えば０.５倍の対物レンズ１１(1)）を用い、ズーム顕微鏡１０の観察光路１０Ｃにコントラスト観察用の光学部材２０を挿入した状態で、アフォーカルズーム系１３の変倍用のレンズ群(Ｇ２,Ｇ３)を移動させる場合、標本１０Ａのコントラスト像の観察を低倍域(０.５倍〜２倍程度)の任意の倍率でズームしながら行うことができる。また、対物レンズ１１を交換することにより、上記の低倍域を含む広い変倍域（例えば０.５倍〜３０倍）の任意の倍率でズームしながら標本１０Ａのコントラスト像を観察することができる。

さらに、第１実施形態のズーム顕微鏡１０では、対物レンズ１１を交換しても、コントラスト観察用の光学部材２０を交換する必要がない。光学部材２０は複数の対物レンズ１１に共通の部材であり、光学部材２０の位置を固定したままで、対物レンズ１１の種類を交換可能である。このため、ターレットの回転によって対物レンズ１１を交換するだけで、標本１０Ａのコントラスト像の観察倍率を例えば上記の範囲(０.５倍〜３０倍)において変更できる。光学部材２０の共通化によりズーム顕微鏡１０を安価に構成できる。

また、第１実施形態のズーム顕微鏡１０では、既に説明した通り、対物レンズ１１を交換してもアフォーカルズーム系１３の変倍状態(つまり変倍用のレンズ群(Ｇ２,Ｇ３)の位置)に拘わらず物体側のテレセントリック性を確保することができる。このため、低倍の対物レンズに交換して変倍用のレンズ群(Ｇ２,Ｇ３)を移動させながら標本１０Ａのマクロ観察を行う場合であっても、同様に、物体側のテレセントリック性を確保できる。光学部材２０を挿入した場合、常に視野ムラのない良好なコントラスト像を得ることができる。

さらに、第１実施形態のズーム顕微鏡１０では、開口絞り１２として可変開口絞りを用い、その絞り径をアフォーカルズーム系１３の変倍用のレンズ群(Ｇ２,Ｇ３)の移動に応じて可変とすることが望ましい（図３(ａ),(ｂ)参照）。図３(ａ),(ｂ)では、標本１０Ａの各点から発生する光束のうち、中心光束を破線で示し、像最周辺の主光線を二点鎖線で示した。なお、図示した主光線だけでなく不図示の主光線も光軸方向に平行であり、対物レンズ１１の物体側のテレセントリック性が確保されていることが分かる。

図３(ａ)はレンズ群(Ｇ２,Ｇ３)を低倍側に移動させた状態を示し、この移動に連動して開口絞り１２の絞り径を小さくすることで、中心光束の開き角を小さく制限することができる。この場合、低ＮＡで焦点深度の深い観察（高視野）が可能となる。図３(ｂ)はレンズ群(Ｇ２,Ｇ３)を高倍側に移動させた状態を示し、この移動に連動して開口絞り１２の絞り径を大きくすることにより、中心光束の開き角を大きく広げることができる。この場合、高ＮＡで解像の高い観察（小視野）が可能となる。開口絞り１２の絞り径を調整することにより、光学部材２０を挿入した場合の標本１０Ａのコントラスト像のコントラストを常に適正に保つことができ、良好なコントラスト像を得ることができる。

また、第１実施形態のズーム顕微鏡１０では、広い変倍域の全体（例えば０.５倍〜３０倍の範囲）で、対物レンズ１１の物体側のテレセントリック性を確保できるため、ケラレの無い同軸落射照明が可能となる。
さらに、第１実施形態のズーム顕微鏡１０では、アフォーカルズーム系１３の前後（つまり対物レンズ１１とアフォーカルズーム系１３との間やアフォーカルズーム系１３と結像光学系１４との間）に、同軸落射照明装置や蛍光落射照明装置や写真鏡筒などを組み込むことにより、広い変倍域で（低倍域でも）多彩な観察方法を実現できる。

特に、対物レンズ１１を交換可能としたことにより、対物レンズ１１とアフォーカルズーム系１３との間隔を変更することができる。このため、コントラスト観察用の光学部材２０の他に、例えば蛍光落射照明装置やＡＦ系のような光学系を、必要に応じて対物レンズ１１とアフォーカルズーム系１３との間に配置することもできる。つまり、対物レンズ１１を交換可能としたことにより、拡張性の高いズーム顕微鏡１０を得ることができる。

また、第１実施形態のズーム顕微鏡１０では、アフォーカルズーム系１３の第２レンズ群Ｇ２が次の条件式(２)を満足することが望ましい。条件式(２)は、低倍端状態における第２レンズ群Ｇ２（例えば図３(ａ)参照）の倍率β２Ｌの望ましい範囲を示している。
−０.１＜β２Ｌ＜−０.３ …(２)
条件式(２)の下限値を下回ると、第２レンズ群Ｇ２の移動量が大きくなり、変倍用のレンズ群(Ｇ２,Ｇ３)を移動させるための機構が大型化・複雑化するため、好ましくない。なお、同じ条件下で第２レンズ群Ｇ２の移動量を小さくするには、第２レンズ群Ｇ２の屈折力を強くしなければならず、この場合、像周辺部の収差補正が困難となる。一方、条件式(２)の上限値を上回ると、低倍率側での第２レンズ群Ｇ２と第３レンズ群Ｇ３との間隔が大きくなる。このため、第３レンズ群Ｇ３に入射する周辺光束の入射高が高くなり、第３レンズ群Ｇ３が大型化し、好ましくない。したがって、条件式(２)を満足することにより、アフォーカルズーム系１３の小型化、特に第２レンズ群Ｇ２の移動量を適切な値とし、第３レンズ群Ｇ３の小型化を達成することができる。

さらに、第１実施形態のズーム顕微鏡１０では、アフォーカルズーム系１３の第３レンズ群Ｇ３が次の条件式(３)を満足することが望ましい。条件式(３)は、低倍端状態における第３レンズ群Ｇ３（例えば図３(ａ)参照）の倍率β３Ｌの望ましい範囲を示している。
−０.０１＜１／β３Ｌ＜０.０４ …(３)
条件式(３)の下限値を下回ると、第３レンズ群Ｇ３の屈折力が強くなり、低倍率側での像周辺部の収差補正が困難となる。一方、条件式(３)の上限値を上回ると、第３レンズ群Ｇ３の屈折力が弱くなり、第４レンズ群Ｇ４に入射する周辺光束の入射高が高くなるため、第４レンズ群Ｇ４が大型化し、好ましくない。したがって、条件式(３)を満足することにより、アフォーカルズーム系１３の小型化、特に第４レンズ群Ｇ４の小型化と、低倍率側での画面周辺部において良好な光学性能を達成することができる。

ここで、標本１０Ａのコントラスト観察の一例として微分干渉観察を想定する場合、光学部材２０には、図４に示す微分干渉観察用の複屈折光学部材２１（以下「ＤＩＣプリズム２１」）が用いられる。ＤＩＣプリズム２１は、２つの楔形プリズム２Ａ,２Ｂを接合した平行平面板であり、例えばウォラストンプリズムやノマルスキープリズムなどである。図４は、図１の対物レンズ１１と開口絞り１２との間を拡大した図である。ＤＩＣプリズム２１を観察光路１０Ｃと垂直な方向に移動させることにより、標本１０Ａの微分干渉像の背景コントラストを変化させることができる。

ＤＩＣプリズム２１の場合、交換可能な対物レンズ１１の胴付面から後側焦点面までの距離に関して、その誤差量ΔＺ（ｍｍ）は、次の条件式(４)を満足することが望ましい。条件式(４)の範囲を逸脱すると、視野ムラが非対称に悪化したり、標本１０Ａの微分干渉像のコントラストが低下するなどの不具合を生じる。さらに、条件式(４)の中でも、次の条件式(５)を満足することがより望ましい。

Δｚ≦３.５ｍｍ …(４)
Δｚ＜１ｍｍ …(５)
また、標本１０Ａの微分干渉観察を行うためには、ＤＩＣプリズム２１と開口絞り１２との間に、検光子（アナライザ２２）が挿脱可能に配置される。これらのＤＩＣプリズム２１とアナライザ２２とはペアで効果を発揮するので、標本１０Ａの微分干渉観察の際には両方とも観察光路１０Ｃに挿入する。そして、明視野観察の際には両方とも観察光路１０Ｃから取り除く。

標本１０Ａの微分干渉観察の際、ＤＩＣプリズム２１とアナライザ２２を観察光路１０Ｃに対して垂直に配置すると、各々の表面での反射光が像面１０Ｂに直接入射してフレアの原因となる。このため、ＤＩＣプリズム２１とアナライザ２２は、観察光路１０Ｃに対して傾けて配置することが好ましい。また、その傾き角度は、最大視野数の像点に対する主光線の角度より大きいことが望ましい。

さらに、透明な標本１０Ａの微分干渉観察を行うためには、標本１０Ａの下方（対物レンズ１１とは反対側）に、透過照明装置が配置される。そして、透過照明装置の中に、上記のＤＩＣプリズム２１と同様のＤＩＣプリズムを配置すると共に、上記のアナライザ２２に対してクロスニコル状態の偏光子（ポラライザ）を配置する必要がある。
この透過照明装置では、ポラライザからの直線偏光がＤＩＣプリズムを介して２光束に分離された後、標本１０Ａに入射する。そして、標本１０Ａから発生した２光束は、ズーム顕微鏡１０のＤＩＣプリズム２１とアナライザ２２とを介して干渉し、像面１０Ｂにおいて微分干渉像となる。

なお、微分干渉観察の場合、アナライザ２２の配置は、ＤＩＣプリズム２１と開口絞り１２との間に限らず、開口絞り１２とアフォーカルズーム系１３（図１）との間でもよいし、アフォーカルズーム系１３と結像光学系１４との間でもよい。ただし、透過照明装置のポラライザに対するクロスニコル状態は保つ必要がある。
また、標本１０Ａの微分干渉観察の変形例として、透過照明装置のＤＩＣプリズムとポラライザの代わりにスリットを配置し、スリットからの非偏光により標本１０Ａを照明する構成でもよい（特開２００３−３２２７９８号公報）。この場合、ズーム顕微鏡１０のＤＩＣプリズム２１より対物レンズ１１側に偏光子が配置される。

さらに、標本１０Ａのコントラスト観察の他の例として位相差観察を想定する場合、光学部材２０には位相板（例えば位相リングや位相ドット）が用いられる。位相板の配置は開口絞り１２の近傍が好ましい。また、光学部材２０として回折格子を用いることにより、疑似微分干渉像を得ることもできる（特開平１１−９５１７４号公報，特開平７−２８１０９９号公報など）。さらに、光学部材２０としてＨＭＣ（ホフマン・モジュレーション・コントラスト）用のＮＤ板を用いてもよい（特開昭５１−２９１４９号公報，米国特許第４２００３５４号明細書）。
（第２実施形態）
第２実施形態のズーム顕微鏡４０は、図５に示す通り、第１実施形態のズーム顕微鏡１０（図１）のアフォーカルズーム系１３と結像光学系１４との間に、同軸落射照明装置(４１〜４５)を設けたものである。このズーム顕微鏡４０は、工業用途での不透明な標本１０Ａの微分干渉観察に用いられる。

第２実施形態のズーム顕微鏡４０では、コントラスト観察用の光学部材として図４と同様のＤＩＣプリズム２１を用い、このＤＩＣプリズム２１を対物レンズ１１と開口絞り１２との間に配置し、同軸落射照明装置(４１〜４５)と結像光学系１４との間にアナライザ２２を配置する。さらに、同軸落射照明装置(４１〜４５)の中には、アナライザ２２に対してクロスニコル状態のポラライザ４４を配置する。

同軸落射照明装置(４１〜４５)において、ファイバ光源４１から出射した光束は、コレクタレンズ４２とリレーレンズ４３とポラライザ４４とビームスプリッタ４５とを介してアフォーカルズーム系１３に導かれ、アフォーカルズーム系１３を介して開口絞り１２に到達する。このとき、開口絞り１２（またはその近傍）には、同軸落射照明装置(４１〜４５)によって光源像（ファイバ光源４１の端面像）が形成される。

その後、開口絞り１２を通過した光束は、ＤＩＣプリズム２１と対物レンズ１１を介して標本１０Ａに入射する。このように、ズーム顕微鏡４０では、ポラライザ４４からの直線偏光がＤＩＣプリズム２１を介して２光束に分離された後、標本１０Ａに入射する。そして、標本１０Ａから発生した２光束が、ＤＩＣプリズム２１とアナライザ２２とを介して干渉し、像面１０Ｂにおいて微分干渉像となる。

上記のように、対物レンズ１１の後側焦点面が開口絞り１２の近傍にあり、広い変倍域の全体（例えば０.５倍〜３０倍の範囲）で、対物レンズ１１の物体側のテレセントリック性を確保できるため、対物レンズ１１から標本１０Ａに向かう光束の主光線は光軸方向に平行となる。すなわち、標本１０Ａに対する照明は、ケラレの無い同軸落射照明（いわゆるテレセトリック照明）となる。

したがって、不透明な標本１０Ａの微分干渉観察を良好に行うことができる。特に低倍域(０.５倍〜２倍程度)でのマクロ観察を行う場合、物体側のテレセントリック性が悪いと、画面周辺部の主光線（瞳の中心を通る光線）が瞳面を通過する際の角度が大きくなるため、視野内の照明にケラレが生じ、好ましくない。本実施形態のズーム顕微鏡４０では、低倍域でも物体側のテレセントリック性を確保できるため、ケラレの無い同軸落射照明によって良好に微分干渉像のマクロ観察を行える。

さらに、本実施形態のズーム顕微鏡４０では、同軸落射照明装置(４１〜４５)をアフォーカルズーム系１３と結像光学系１４との間に配置し、アフォーカルズーム系１３を介して標本１０Ａを照明する（つまりアフォーカルズーム系１３を照明系と観察系とで共有する）ため、変倍時に、標本１０Ａの観察範囲の変化に連動して照明範囲も変化させることができる。したがって、効率の良い同軸落射照明と標本１０Ａの微分干渉観察が可能となる。

なお、コントラスト観察用の光学部材として、ＤＩＣプリズム２１の代わりに回折格子を用いる場合（特開平１１−９５１７４号公報，特開平７−２８１０９９号公報など）にも、上記と同様の良好な微分干渉観察が可能となる。この場合、ポラライザ４４とアナライザ２２は省略することになる。
上記した第２実施形態では、同軸落射照明装置(４１〜４５)をアフォーカルズーム系１３と結像光学系１４との間に設けたが、本発明はこれに限定されない。同軸落射照明装置(４１〜４５)は、対物レンズ１１とアフォーカルズーム系１３との間に設けてもよい。この場合、観察光学系（対物レンズ１１から結像光学系１４まで）の各レンズ面でのフレアや自家蛍光によるコントラスト低下を抑えることができる。
（第３実施形態）
第３実施形態のズーム顕微鏡５０は、図６に示す通り、第１実施形態のズーム顕微鏡１０（図１）の対物レンズ１１と開口絞り１２との間に、蛍光落射照明装置(５１〜５６)を設けたものである。また、標本１０Ａの下方には、不図示の透過照明装置が配置される。このズーム顕微鏡５０は、生体標本のように蛍光物質で標識された透明な標本１０Ａからの微弱光に基づく蛍光観察と微分干渉観察に用いられる。

第３実施形態のズーム顕微鏡５０では、コントラスト観察用の光学部材として図４と同様のＤＩＣプリズム２１を用い、このＤＩＣプリズム２１を対物レンズ１１と蛍光落射照明装置(５１〜５６)との間に配置し、蛍光落射照明装置(５１〜５６)と開口絞り１２との間にアナライザ２２を配置する。さらに、不図示の透過照明装置の中には、ＤＩＣプリズム２１と同様のＤＩＣプリズムを配置すると共に、アナライザ２２に対してクロスニコル状態のポラライザを配置する。

上記と同様、透過照明装置では、ポラライザからの直線偏光がＤＩＣプリズムを介して２光束に分離された後、標本１０Ａに入射する。そして、標本１０Ａから発生した２光束は、ズーム顕微鏡５０のＤＩＣプリズム２１とアナライザ２２とを介して干渉し、像面１０Ｂにおいて微分干渉像となる。
一方、蛍光落射照明装置(５１〜５６)において、ファイバ光源５１から出射した光束は、コレクタレンズ５２とリレーレンズ５３と不図示の開口絞りとを介して励起フィルタ５４に入射する。励起フィルタ５４は、標本１０Ａの励起に必要な波長帯域の光束（励起光）のみを透過する。励起フィルタ５４からの励起光は、ダイクロイックミラー５５を介して対物レンズ１１に導かれ、対物レンズ１１を介して標本１０Ａに入射する。

そして、標本１０Ａから発生する蛍光は、対物レンズ１１とダイクロイックミラー５５とバリアフィルタ５６とを介して開口絞り１２に入射した後、開口絞り１２とアフォーカルズーム系１３と結像光学系１４とを介して像面１０Ｂに到達する。標本１０Ａからの蛍光は微弱であり、標本１０Ａで反射した不要な励起光と共にダイクロイックミラー５５に入射するが、ダイクロイックミラー５５とバリアフィルタ５６とを通過する際に不要な励起光が遮断されるため、微弱な蛍光のみ像面１０Ｂに導くことができる。

したがって、本実施形態のズーム顕微鏡５０では、透過照明による標本１０Ａの微分干渉像と落射照明による標本１０Ａの蛍光像とを重ね合わせて像面１０Ｂに形成することができる。このため、広い変倍域の全体（例えば０.５倍〜３０倍の範囲）で、標本１０Ａの蛍光観察と微分干渉観察とを同時に行うことができる。
また、本実施形態では、対物レンズ１１とアフォーカルズーム系１３との間隔を自由に変えることができる。このため、蛍光観察とコントラスト観察との同時観察を、広い倍率範囲で倍率を任意に設定して行うことができる。

さらに、本実施形態のズーム顕微鏡５０において、蛍光落射照明装置(５１〜５６)からの励起光は、観察光学系（対物レンズ１１から結像光学系１４まで）のうち、対物レンズ１１のみを透過して、アフォーカルズーム系１３や結像光学系１４は透過しない。このため、励起光によって観察光学系の各レンズ素子で発生する自家蛍光を最小限に抑えることができる。その結果、自家蛍光に起因するノイズ成分を低下してコントラストの良い蛍光観察が可能となる。

上記した第３実施形態では、蛍光落射照明装置(５１〜５６)を対物レンズ１１と開口絞り１２との間に設けたが、本発明はこれに限定されない。蛍光落射照明装置(５１〜５６)は、開口絞り１２とアフォーカルズーム系１３との間に設けてもよい。つまり、蛍光落射照明装置(５１〜５６)は、対物レンズ１１とアフォーカルズーム系１３との間の任意の位置に配置することができる。

蛍光落射照明装置(５１〜５６)を対物レンズ１１とアフォーカルズーム系１３との間に配置する場合には、アフォーカルズーム系１３と結像光学系１４との間に蛍光落射照明装置(５１〜５６)を配置する場合と比較して、落射照明光（励起光）が通過するレンズ枚数を少なくすることができる。このため、落射照明光の透過率が高くなり、明るい蛍光像を得ることができる。また、各レンズ素子での自家蛍光が小さくなり、蛍光像のＳ/Ｎが向上する。さらに、各レンズ素子の光学材料（硝材）の選択肢の幅が広くなる。

本実施形態のズーム顕微鏡５０では、対物レンズ１１から開口絞り１２までの距離が長くなり、蛍光照明がテレセントリック照明ではなくなるが、蛍光観察の場合、励起光が照射された標本１０Ａの中の蛍光物質からの蛍光を観察するため、照明光のテレセントリック性は問題とならない。
（変形例）
なお、上記した実施形態では、開口絞り１２の絞り径が変倍用のレンズ群(Ｇ２,Ｇ３)の移動に応じて可変である例を説明したが、本発明はこれに限定されない。絞り径を一定にした状態で変倍用のレンズ群(Ｇ２,Ｇ３)を移動させる場合にも、本発明を適用できる。

さらに、上記した実施形態では、各々の対物レンズ１１の胴付面から後側焦点面までの距離が同一である場合を例に説明したが、本発明はこれに限定されない。各々の対物レンズ１１ごとに胴付面から後側焦点面までの距離が異なる場合にも、本発明を適用できる。この場合には、対物レンズ１１を交換する際に開口絞り１２を光軸方向に沿って移動させて、物体側のテレセントリック性を保つようにすればよい。

また、上記した実施形態では、対物レンズ１１の倍率を０.５倍〜４倍（焦点距離ｆobjで表すとｆobj＝２５〜２００ｍｍ）とし、アフォーカルズーム系１３の倍率を１倍〜７.５倍（焦点距離ｆzで表すとｆz＝１００〜７５０ｍｍ）としたが、本発明はこれに限定されない。対物レンズ１１の焦点距離ｆobj＝５〜４００ｍｍとし、アフォーカルズーム系１３の焦点距離ｆz＝５０〜１０００ｍｍとすることにより、標本１０Ａの像の全体での変倍域を０.１２５倍〜２００倍とする場合にも、本発明を適用できる。

第１実施形態のズーム顕微鏡１０の全体構成を示す図である。 対物レンズ１１の交換について説明する図である。 アフォーカルズーム系１３による低倍時(ａ)と高倍時(ｂ)とを比較して開口絞り１２の絞り径の変化を説明する図である。 標本１０Ａの微分干渉観察を行う場合のＤＩＣプリズム２１とアナライザ２２について説明する図である。 第２実施形態のズーム顕微鏡４０の全体構成を示す図である。 第３実施形態のズーム顕微鏡５０の全体構成を示す図である。

符号の説明

１０，４０，５０ ズーム顕微鏡
１０Ａ 標本
１０Ｂ 像面
１０Ｃ 観察光路
１１ 対物レンズ
１２ 開口絞り
１３ アフォーカルズーム系
Ｇ１ 第１レンズ群
Ｇ２ 第２レンズ群
Ｇ３ 第３レンズ群
Ｇ４ 第４レンズ群
１４ 結像光学系
２０ コントラスト観察用の光学部材
２１ ＤＩＣプリズム
２２ アナライザ
４１，５１ ファイバ光源
４２，５２ コレクタレンズ
４３，５３ リレーレンズ
４４ ポラライザ
４５ ビームスプリッタ
５４ 励起フィルタ
５５ ダイクロイックミラー
５６ バリアフィルタ

Claims (6)

1. 標本側から順に、交換可能な無限遠補正型の対物レンズと、開口絞りと、アフォーカルズーム系と、結像光学系とが配置され、
   前記開口絞りは、前記対物レンズの後側焦点面またはその近傍に配置され、
   前記対物レンズと前記アフォーカルズーム系との間に、コントラスト観察用の光学部材を挿脱可能に配置した
   ことを特徴とするズーム顕微鏡。
2. 請求項１に記載のズーム顕微鏡において、
   前記対物レンズと前記アフォーカルズーム系との間に、蛍光落射照明装置を配置した
   ことを特徴とするズーム顕微鏡。
3. 請求項１または請求項２に記載のズーム顕微鏡において、
   倍率の異なる複数の前記対物レンズを備え、
   前記複数の対物レンズは、各々の胴付面から前記後側焦点面までの距離が略同一である
   ことを特徴とするズーム顕微鏡。
4. 請求項３に記載のズーム顕微鏡において、
   前記コントラスト観察用の光学部材は、前記複数の対物レンズに共通の部材である
   ことを特徴するズーム顕微鏡。
5. 請求項１から請求項４の何れか１項に記載のズーム顕微鏡において、
   前記コントラスト観察用の光学部材は、微分干渉観察用の複屈折光学部材である
   ことを特徴するズーム顕微鏡。
6. 交換可能な無限遠補正型の対物レンズと、
   前記対物レンズの後側焦点面またはその近傍に挿脱可能に配置されたコントラスト観察用の光学部材と、
   アフォーカルズーム系と、
   前記アフォーカルズーム系の入射瞳面またはその近傍に配置された開口絞りと、
   前記アフォーカルズーム系の像側に配置された結像光学系とを備えた
   ことを特徴とするズーム顕微鏡。
   

Images