JP2007121499A - 微分干渉観察方法及び顕微鏡 - Google Patents

Abstract

【課題】フレア防止機能付きの同軸落射照明光学系を用いながら簡単に微分干渉観察を行うことのできる微分干渉観察方法及び顕微鏡を提供する。
【解決手段】光源から射出した光線をビームスプリッタ及び対物レンズを介して標本面へ導光し、その標本面から射出した光線を、前記対物レンズ及び前記ビームスプリッタを介して前記標本面の像を観察手段へ導光する同軸落射照明光学系を用いた微分干渉観察方法であって、前記対物レンズの前記標本面の側に波長板を配置し、前記光源と前記ビームスプリッタとの間に偏光子を配置し、前記ビームスプリッタと前記観察手段との間に検光子を配置し、前記対物レンズの後側焦点面近傍に微分干渉プリズムを配置し、前記微分干渉プリズムにより光軸上で分離された互いに垂直な振動方向を有する２つの直線偏光に生じる位相差と、前記波長板が前記２つの直線偏光に与える位相差とを、等量反対符号に設定する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、同軸落射照明光学系による微分干渉観察方法、及び同軸落射照明光学系を備えた顕微鏡に関する。

顕微鏡の照明法の１つに、対物レンズを観察と照明との双方に利用する同軸落射照明法がある。この照明法では、対物レンズへ投光された照明光の一部が対物レンズの途中で反射し、フレアの発生する可能性があるので、フレア防止機能付きの同軸落射照明光学系が有効である（特許文献１など参照）。
この同軸落射照明光学系は、偏光を利用し、対物レンズの途中で反射した迷光と対物レンズの全体を往復した必要光とを分離するものである。これを利用するときには、迷光の偏光方向と必要光の偏光方向とに差異を与えるため、対物レンズの先端へ１／４波長板を装着する必要がある。

また、この照明光学系で微分干渉観察（特許文献２などを参照）を行う場合は、対物レンズの後側焦点近傍へ微分干渉プリズムを挿入すると共に、対物レンズ先端の１／４波長板をダミーガラスへ付け替えればよい。
実公昭５６−１４４９１号公報 特開平１０−１０４５２４号公報

しかしながら、この付け替えの作業は手間がかかるので、通常観察から微分干渉観察への切り替えは、あまり頻繁には行われない。
そこで本発明の目的は、フレア防止機能付きの同軸落射照明光学系を用いながら簡単に微分干渉観察を行うことのできる微分干渉観察方法及び顕微鏡を提供することにある。

本発明の微分干渉観察方法は、光源から射出した光線をビームスプリッタ及び対物レンズを介して標本面へ導光すると共に、その標本面から射出した光線を、前記対物レンズ及び前記ビームスプリッタを介して前記標本面の像を観察するための観察手段へ導光する同軸落射照明光学系を用いた微分干渉観察方法であって、前記対物レンズの前記標本面の側に波長板を配置し、前記光源と前記ビームスプリッタとの間に偏光子を配置し、前記ビームスプリッタと前記観察手段との間に検光子を配置し、前記対物レンズの後側焦点面近傍に微分干渉プリズムを配置し、前記微分干渉プリズムにより光軸上で分離された互いに垂直な振動方向を有する２つの直線偏光に生じる位相差と、前記波長板が前記２つの直線偏光に与える位相差とを、等量反対符号に設定することを特徴とする。

なお、前記微分干渉プリズムにより分離された互いに垂直な振動方向を有する２つの直線偏光の光軸上の位相差が１／４波長であることが望ましい。
また、本発明の顕微鏡は、光源から射出した光線をビームスプリッタ及び対物レンズを介して標本面へ導光すると共に、その標本面から射出した光線を、前記対物レンズ及び前記ビームスプリッタを介して前記標本面の像を観察するための観察手段へ導光する同軸落射照明光学系を用いた顕微鏡であって、前記標本面の側に波長板を配置した前記対物レンズと、前記光源と前記ビームスプリッタとの間に配置される偏光子と、前記ビームスプリッタと前記観察手段との間に配置される検光子と、前記対物レンズの後側焦点面近傍に配置される微分干渉プリズムとを備え、前記微分干渉プリズムにより光軸上で分離された互いに垂直な振動方向を有する２つの直線偏光に生じる位相差と、前記波長板が前記２つの直線偏光に与える位相差とは、等量反対符号に設定されることを特徴とする。

本発明によれば、フレア防止機能付きの同軸落射照明光学系を用いながら簡単に微分干渉観察を行うことのできる微分干渉観察方法及び顕微鏡が実現する。

本実施形態は、顕微鏡及びそれを用いた観察方法の実施形態である。
図１は、顕微鏡の構成を示す図である。
図１に示すとおり、本顕微鏡１には、微分干渉観察と通常観察とに適用できる光源１１、集光レンズ１２、偏光子１３、ハーフミラー（ビームスプリッタ）１４、ステージ１９、検光子２０、観察光学系２１などが備えられる。顕微鏡１のレボルバには対物レンズ１６が装着され、ステージ１９には被観察物（標本）１８が載置される。対物レンズ１６は、例えば低倍率観察用（１倍〜２．５倍程度）の対物レンズである。

このうち、光源１１、集光レンズ１２、ハーフミラー１４、対物レンズ１６が、同軸落射照明光学系を構成している。このうち、ハーフミラー１４よりも光源側の光路に偏光子１３が配置され、ハーフミラー１４よりも観察側の光路に検光子２０が配置され、対物レンズ１６の先端に１／４波長板１７が装着されている。これらの偏光子１３、検光子２０、及び１／４波長板１７が、フレア防止機能を果たす。

また、顕微鏡１には、対物レンズ１６の後側焦点近傍に対し微分干渉プリズム１５を挿脱するためのスライド機構が設けられている。この微分干渉プリズム１５が離脱された状態では、同軸落射照明による通常観察が可能となり、微分干渉プリズム１５が挿入された状態では、同軸落射照明による微分干渉観察が可能となる。因みに、本実施形態の微分干渉観察時には、１／４波長板１７をダミーガラスへ付け替える必要は無い。

なお、図１では、観察像を観察眼Ｅの網膜上へ結像するタイプの観察光学系２１を示したが、観察像を撮像素子上へ結像するタイプの観察光学系を適用することも可能である。その場合、撮像素子は不図示のモニタへ接続され、ユーザはそのモニタ上で観察像を観察することになる。
先ず、本顕微鏡による通常観察を説明する。

図２は、通常観察時に本顕微鏡に形成される光路を説明する図である。なお、図２では、対物レンズ１６を単レンズで表した。
図２に示すとおり、光源１１から射出した光Ｌは、集光レンズ１２、偏光子１３を順に通過した後、ハーフミラー１４で反射し、像側から対物レンズ１６へ入射する。その光Ｌは、対物レンズ１６の物体側から射出し、１／４波長板１７を介して標本面１８ａを照明する。その光Ｌは、標本面１８ａで反射することで観察像の情報を含んだ光となり、１／４波長板１７、対物レンズ１６を逆に進行した後、ハーフミラー１４を通過し、検光子２０へ入射する。

ここで、偏光子１３の偏光軸、１／４波長板１７の高速軸、検光子２０の偏光軸の関係は、図３に示すとおりに設定されている。すなわち、偏光子１３と検光子２０とはクロスニコルの関係で配置されており、１／４波長板１７の高速軸は、偏光子１３及び検光子２０の偏光軸から４５°傾いている。
このとき、図２の偏光子１３から射出する光Ｌは、偏光子１３の偏光軸に沿った直線偏光となる。その光Ｌの多くは対物レンズ１６を通過するが、光Ｌの一部は対物レンズ１６の何れかのレンズ面で反射し、迷光Ｌ’となる。

この迷光Ｌ’は、偏光子１３の偏光軸に沿った直線偏光のまま、検光子２０へ向かうが、検光子２０の偏光軸はその迷光Ｌ’の偏光方向と９０°の角度を成すので、迷光Ｌ’は検光子２０を通過することはできずにカットされる。
一方、対物レンズ１６を通過した光Ｌは、偏光子１３の偏光軸に沿った直線偏光のまま１／４波長板１７へ向かう。その１／４波長板１７の高速軸は、その光Ｌの偏光方向と４５°の角度を成すので、光Ｌのうち、高速軸方向の偏光成分と低速軸方向の偏光成分とには、１／４波長板１７において１／４波長分の位相差が与えられる。よって、標本面１８ａは、円偏光の光Ｌで照明される。

また、それらの２つの偏光成分には、１／４波長板１７を再度通過することで、さらに１／４波長分の位相差が与えられる。よって、１／４波長板１７を往復した後の２つの偏光成分には、トータルで１／２波長分の位相差が設けられる。よって、対物レンズ１６に戻る光Ｌは、往復前の偏光方向（＝偏光子１３の偏光軸の方向）から９０°ずれた方向（＝検光子２０の偏光軸の方向）の直線偏光となる。よって、この光Ｌは、検光子２０を通過することができる。

したがって、本実施形態の通常観察では、フレアの発生しない良好な観察像が形成される。
次に、本顕微鏡による微分干渉観察を説明する。
図４は、微分干渉観察時に本顕微鏡に形成される光路を説明する図である。なお、図４（ａ）では、光路を透過型で表した。標本面１８ａの左側が、標本面１８ａに入射するまでの光Ｌの光路であり、標本面１８ａの右側が、標本面１８ａで反射してからの光Ｌの光路である。なお、ハーフミラー１４を省略し、わかりやすくするために微分干渉プリズム１５のシア量を実際よりも大きく表した。

図４（ａ）に示すように、微分干渉観察時であっても、１／４波長板１７は光路に挿入されたままである。また、図４（ｂ）に示すように、微分干渉プリズム１５のシア方向は、偏光子１３及び検光子２０の偏光軸と４５°の角度を成している。
図４の偏光子１３から射出された直線偏光Ｌは、微分干渉プリズム１５で偏光方向が互いに垂直である２つの偏光成分Ｌｘ、Ｌｙに分離される。各偏光成分の偏光方向はＬｘ：シア方向と垂直方向、Ｌｙ：シア方向と平行方向である。本実施形態の微分干渉プリズム１５は、光軸上で前記微分干渉プリズム１５によって分離された２つの直線偏光成分Ｌｘ，Ｌｙの間に１／４波長分位相差が生じるように配置されている。２つの直線偏光成分Ｌｘ，Ｌｙは、微分干渉プリズム１５から互いに異なる方向へ進行し、対物レンズ１６、１／４波長板１７を経由して、わずかにずれた平行光として標本面１８ａに射出される。標本面１８ａで反射された偏光成分Ｌｘ，Ｌｙは、１／４波長板１７、対物レンズ１６の互いにずれた位置を進行して微分干渉プリズム１５へ戻る。この間、２つの偏光成分Ｌｘ，Ｌｙは、対物レンズ１６によって対物レンズ１６の後側焦点面に集光され、微分干渉プリズム１５において互いの光路を重ね合わせ１つの光Ｌに統合される。その光Ｌのうち、検光子２０の偏光軸方向の成分が検光子２０を通過し、観察像（ここでは微分干渉観察像）を形成する。

ここで、本実施形態の微分干渉プリズム１５と光Ｌの光路との位置関係は、図５（ａ）に概念的に示すとおり、２つの偏光成分Ｌｘ，Ｌｙに１／４波長分の位相差が生じるように最適化されている。
すなわち、本実施形態の微分干渉プリズム１５は、光軸上で分離された2つの直線偏光Ｌｘ，Ｌｙの位相差がプリズム通過後に１／４波長となるように設計されている。因みに本実施形態の微分干渉プリズム１５によると、分離後の位相差が０となるのは、図５（ｂ）に示すように、光軸からシア方向に平行にずれた位置で分離された２つの直線偏光Ｌｘ’，Ｌｙ’である。

そのため、例えば、本顕微鏡の微分干渉プリズム１５を挿脱するスライド機構は、図５（ａ）の位置関係が達成された時点でスライドを停止させる位置決め機能を搭載しているとよい。或いは、微分干渉プリズム１５の外形（保持枠の外形）が、図５（ａ）の位置関係が達成した時点でスライドを停止させるような形状に整えられていてもよい。
なお、各図では、微分干渉プリズム１５がウォラストンプリズム（分離点がプリズム内部に存在するもの）であるかのごとく示したが、ノマルスキィプリズム（分離点がプリズム外部に存在するもの）であってもよい。何れの場合も、分離点が対物レンズ１６の後側焦点と略一致する。

図６は、微分干渉プリズム１５から偏光成分Ｌｙ，Ｌｘに与えられる位相差の量を説明する概念図である。
図６に示すとおり、２つの偏光成分Ｌｙ，Ｌｘには、微分干渉プリズム１５を通過したときと、１／４波長板１７を通過したときとの双方において位相差が与えられる。
１／４波長板１７にて進相するのが偏光成分Ｌｙであるときには、微分干渉プリズム１５においてはその偏光成分Ｌｙを遅相させればよい（つまり、微分干渉プリズム１５においてもう一方の偏光成分Ｌｘを進相させればよい。）。このとき、偏光子１３から検光子２０までの全光路（但し、標本面１８ａは除く）から２つの偏光成分Ｌｙ，Ｌｘに与えられるトータルの位相差は、ゼロとなる。

このため、仮に標本面１８ａが一様であれば、偏光子１３から射出した光Ｌは、その偏光方向を変化させないまま、検光子２０へ入射する。上述したとおり検光子２０は偏光子１３とクロスニコルの関係で配置されているので、その光Ｌは検光子２０を通過することができず、微分干渉像は真っ黒となる。
一方、仮に標本面１８ａに段差が存在していれば、その段差に相当する光線にのみ、検光子２０を通過できる偏光成分が含まれることになる。よって、微分干渉像上の段差部分のみが明るく表現される。

したがって、本実施形態の微分干渉観察では、１／４波長板１７が装着されたままであるにも拘わらず、良好な背景の微分干渉像を形成することが可能である。通常観察から微分干渉観察への切り替え時に、１／４波長板１７を離脱させる手間も、それをダミーガラスに付け替える手間も生じない。
なお、本実施形態の微分干渉観察では、１／４波長板１７を鋭敏色板として利用することも可能である。具体的には、２つの偏光成分のうち微分干渉プリズム１５で進相させた成分を、前述とは逆に１／４波長板１７でさらに進相させると、２つの偏光成分間の全位相差量が１波長となる。これにより、微分干渉像の背景を赤紫鋭敏色にすることができる。

また、本実施形態の顕微鏡には１／４波長板が用いられたが、１／４波長板の代わりに１／８波長板などの他の波長板を用いてもよい。何れの場合も、微分干渉プリズムから偏光成分Ｌｙ，Ｌｘへ与えられる位相差を、波長板から２つの偏光成分Ｌｙ，Ｌｘに与えられる位相差の等量反対符号に設定すればよい。

本実施形態の顕微鏡の構成を示す図である。 通常観察時に形成される光路を説明する図である。 偏光子１３の偏光軸、１／４波長板１７の高速軸、検光子２０の偏光軸の関係を示す図である。 微分干渉観察時に形成される光路を説明する図である。 微分干渉プリズム１５と光Ｌの光路との位置関係を説明する図である。 微分干渉プリズム１５から偏光成分Ｌｙ，Ｌｘに与えられる位相差の量を説明する概念図である。

符号の説明

１…顕微鏡，１１…光源，１２…集光レンズ，１３…偏光子，１４…ハーフミラー，１８…標本，１９…ステージ，２０…検光子，２１…観察光学系，１５…微分干渉プリズム，１７…１／４波長板，１６…対物レンズ

Claims (3)

1. 光源から射出した光線をビームスプリッタ及び対物レンズを介して標本面へ導光すると共に、その標本面から射出した光線を、前記対物レンズ及び前記ビームスプリッタを介して前記標本面の像を観察するための観察手段へ導光する同軸落射照明光学系を用いた微分干渉観察方法であって、
   前記対物レンズの前記標本面の側に波長板を配置し、
   前記光源と前記ビームスプリッタとの間に偏光子を配置し、
   前記ビームスプリッタと前記観察手段との間に検光子を配置し、
   前記対物レンズの後側焦点面近傍に微分干渉プリズムを配置し、
   前記微分干渉プリズムにより光軸上で分離された互いに垂直な振動方向を有する２つの直線偏光に生じる位相差と、前記波長板が前記２つの直線偏光に与える位相差とを、等量反対符号に設定する
   ことを特徴とする微分干渉観察方法。
2. 請求項１に記載の微分干渉観察方法において、
   前記微分干渉プリズムにより分離された互いに垂直な振動方向を有する２つの直線偏光の光軸上の位相差が１／４波長である
   ことを特徴とする微分干渉観察方法。
3. 光源から射出した光線をビームスプリッタ及び対物レンズを介して標本面へ導光すると共に、その標本面から射出した光線を、前記対物レンズ及び前記ビームスプリッタを介して前記標本面の像を観察するための観察手段へ導光する同軸落射照明光学系を用いた顕微鏡であって、
   前記標本面の側に波長板を配置した前記対物レンズと、
   前記光源と前記ビームスプリッタとの間に配置される偏光子と、
   前記ビームスプリッタと前記観察手段との間に配置される検光子と、
   前記対物レンズの後側焦点面近傍に配置される微分干渉プリズムとを備え、
   前記微分干渉プリズムにより光軸上で分離された互いに垂直な振動方向を有する２つの直線偏光に生じる位相差と、前記波長板が前記２つの直線偏光に与える位相差とは、等量反対符号に設定される
   ことを特徴とする顕微鏡。

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