JP2009115902A - 顕微鏡 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明の目的は、通常の対物レンズを特殊観察に用いることが可能であり、しかもその対物レンズの交換自由度を高めることのできる顕微鏡を提供することにある。
【解決手段】本発明の顕微鏡は、試料を照明する照明光学系（２）と、前記照明光学系の光路中に配置された照明側マスク（３０）と、前記照明光学系により照明された前記試料の透過像を形成する対物レンズ（３４）を支持する支持手段と、前記対物レンズの像側に配置され、その対物レンズの瞳の像を形成するリレー光学系（４７、４９、５１）と、前記瞳の像の近傍に配置された像側マスク（６２）と、前記照明光学系の光軸と垂直な面内における前記照明側マスクの位置を調節する調節手段と、前記対物レンズの光軸と垂直な面内における前記像側マスクの位置と、前記対物レンズの光軸方向における前記像側マスクの位置とをそれぞれ調節する調節手段とを備えたことを特徴とする。
【選択図】 図２

Description

本発明は、対物レンズの射出瞳（後側焦点面）を対物レンズ外へ投影し、そこへマスクを配置し、それによって通常の対物レンズによる特殊観察（位相差観察など）を可能とした顕微鏡に関する。以下、本明細書では、対物レンズ外に投影された瞳像を「外部瞳」と称す。

非特許文献１には、この種の顕微鏡光学系（非特許文献１ではコントラスト可変位相差観察用の顕微鏡光学系）が開示されている。この顕微鏡光学系は、コントラスト可変位相差観察用の位相差素子（非特許文献１ではpolazone plate）を、対物レンズの外部瞳に配置している。よって、この顕微鏡光学系によると、通常の対物レンズを使用しながらコントラスト可変位相差観察を行うことができる。

また、この顕微鏡光学系では、対物レンズが交換されても観察ができるように、４種類の位相差素子が切り替え可能に設けられている。また、個々の位相差素子とコンデンサレンズ側の絞り（コンデンサレンズの瞳に配置される。）とを位置合わせするために、その絞りは、芯だし調整が可能に構成されている。
Advanced Light Microscopy Volume2 Specialized Methods 1998 Elsevier，page48，Fig.5.27

しかしながら、この顕微鏡光学系で使用可能な対物レンズは、作動距離、収差補正レベルなどが共通の対物レンズに限られており、それ以外の対物レンズ（想定外の対物レンズ）を使用した場合には、前述した位置合わせは必ずしも十分な精度で行われず、観察を良好に行うことはできないことが分かった。

本発明の目的は、通常の対物レンズを特殊観察に用いることが可能であり、しかもその対物レンズの交換自由度を高めることのできる顕微鏡を提供することにある。

本発明の顕微鏡は、試料を照明する照明光学系と、前記照明光学系の光路中に配置された照明側マスクと、前記照明光学系により照明された前記試料の透過像を形成する対物レンズを支持する支持手段と、前記対物レンズの像側に配置され、その対物レンズの瞳の像を形成するリレー光学系と、前記瞳の像の近傍に配置された像側マスクと、前記照明光学系の光軸と垂直な面内における前記照明側マスクの位置を調節する調節手段と、前記対物レンズの光軸と垂直な面内における前記像側マスクの位置と、前記対物レンズの光軸方向における前記像側マスクの位置とをそれぞれ調節する調節手段とを備えたことを特徴とする。

なお、前記照明側マスク及び前記像側マスクは、位相差観察用のマスクであってもよい。

また、前記照明側マスク及び前記像側マスクは、コントラスト可変位相差観察用のマスクであってもよい。

また、前記照明側マスク及び前記像側マスクは、ヒルベルト微分コントラスト観察用のマスクであってもよい。

また、前記照明側マスク及び前記像側マスクは、ホフマンモジュレーションコントラスト観察用のマスクであってもよい。

本発明によれば、通常の対物レンズを特殊観察に用いることが可能であり、しかもその対物レンズの交換自由度を高めることのできる顕微鏡が実現する。

以下、顕微鏡の実施形態を説明する。

先ず、顕微鏡の全体構成を説明する。図１は、顕微鏡の全体図である。図１に示すとおり、顕微鏡１には、透過照明部２、落射照明部３、レボルバ５、上下動ハンドル６、ポート８、ポート９、双眼部７、外部瞳ユニット１７などが備えられる。図１において、符号３３で示すのが標本であり、その標本３はステージによって支持される。

レボルバ５は、複数種類の対物レンズ３４−１、３４−２、３４−３、３４−４を装着する。本実施形態では、複数種類の対物レンズ３４−１、３４−２、３４−３、３４−４の中に、作動距離、収差補正レベルの組み合わせが異なる様々な対物レンズが含まれていてもよい。このレボルバ５が駆動されると、顕微鏡１の光路へ設定される対物レンズが、複数種類の対物レンズ３４−１、３４−２、３４−３、３４−４の間で切り替わる。以下、光路に設定中の対物レンズを、対物レンズ３４−１とする。

上下動ハンドル６は、設定中の対物レンズ３４−１の光軸方向にかけてレボルバ５を移動させるハンドルである。この上下動ハンドル６が操作されると、設定中の対物レンズ３４−１の焦点調節が行われる。

双眼部７は、肉眼観察をするための接眼部である。ポート８、ポート９の各々は、テレビカメラの取り付け口である。よって、操作者は、標本３３の像を肉眼観察することもできるし、テレビカメラに接続されたモニタ上で観察することもできる。

透過照明部２には、ランプハウス１０、透過光シャッター部１１、偏光素子３０１、コンデンサレンズ１２が順に配置される。

ランプハウス１０には、ハロゲンランプや水銀ランプなどの光源が搭載され、透過光シャッター部１１は、ランプハウス１０からの射出光を遮光／開放する。

偏光素子３０１は、必要なとき（後述するホフマンモジュレーションコントラスト観察時）に光路へ挿入され、それ以外のときには光路から離脱される。また、変更素子３０１は、光軸の周りに回転することが可能である。

コンデンザレンズ１２の光源側（瞳位置）にはターレット１４が挿入されており、そのターレット１４には、少なくとも以下の各種の絞りが装着される。

・コントラスト可変位相差観察用の絞り（以下、「位相リング絞り」という。）。

・ヒルベルト微分コントラスト観察用の絞り（以下、「微分位相差絞り」という。）。

・ホフマンモジュレーションコントラスト観察用の絞り（以下、「ＭＣ矩形絞り」という。）。

また、これらの位相リング絞り、微分位相差絞り、ＭＣ矩形絞りの各々は、複数種類ずつ用意される。設定中の対物レンズ３４−１の倍率や開口数に応じて選択使用するためである。

また、複数種類の位相リング絞り、複数種類の微分位相差絞り、複数種類のＭＣ矩形絞りの各々は、共通のターレット１４に装着される。このターレット１４には、これらの絞りと並んで中空部も形成されている。

また、ターレット１４の切り替え精度は十分に高く、このターレット１４の中心と顕微鏡の光軸とを位置合わせすると、ターレットに装着された個々の絞りの芯だし調整（絞り中心と光軸との位置合わせ）がなされるものとする。その芯だし調整のための機構は、後述する機構（図７）と同じなので、ここでは説明を割愛する。

落射照明部３には、ランプハウス１５、落射光シャッター部１６などが配置される。ランプハウス１５には、ハロゲンランプや水銀ランプなどの光源が搭載され、落射光シャッター部１６は、ランプハウス１５からの射出光を遮光／開放する。なお、この落射照明部３は、蛍光観察時に利用されるものであって、コントラスト可変位相差観察時、ヒルベルト微分コントラスト観察時、ホフマンモジュレーションコントラスト観察時には基本的に不要である。よって、これらの観察時には、ランプハウス１５内の光源はオフされていて構わない。

外部瞳ユニット１７は、双眼部７及びポート８の直下に配置され、その内部には、設定中の対物レンズ３４−１の外部瞳が形成されている。外部瞳ユニット１７には、コントラスト可変位相差観察用の外部瞳ユニットと、ヒルベルト微分コントラスト観察用の外部瞳ユニットと、ホフマンモジュレーションコントラスト観察用との３種類があり、操作者は、これら３種類のユニットの間で交換することが可能である。

なお、ここでは外部瞳ユニット１７の配置先を双眼部７及びポート８の直下としたが、他の場所に変えてもよい。例えば、落射照明部３の代わりに結像光学系を設け、その内部に外部瞳ユニット１７を設けてもよい。或いは、落射照明部３と並んで結像光学系を設け、その内部に外部瞳ユニット１７を設けてもよい。

何れの場合も、外部瞳ユニット１７と設定中の対物レンズ３４−１との間にはリレー光学系（後述）が配置され、外部瞳は、このリレー光学系によって形成されるものとする。

[コントラスト可変位相差観察]
次に、コントラスト可変位相差観察時の顕微鏡光学系を説明する。図２は、コントラスト可変位相差観察時の顕微鏡光学系を示す図である。図２において、図１と対応する箇所には同じ符号を付してある。

図２に示すとおり、コントラスト可変位相差観察時、図１に示した偏光素子３０１は光路から離脱され、コンデンサレンズ１２の絞りは、位相リング絞り３０に設定され、外部瞳ユニット１７として、コントラスト可変位相差観察用の外部瞳ユニット１７−１が設定される。

透過照明部２の光源２１から射出した光は、コレクタレンズ２２、シャッター２３、リレーレンズ２４を介してフィルター２５へ入射する。このフィルター２５は、光量を制限するＮＤフィルター、色温度を制御するＮＣＢフィルター、波長を制限する干渉フィルターの何れかである。これら複数のフィルターは、適宜、光路に対し挿脱できるように構成されている。

フィルター２５を透過した光は、リレーレンズ２６、標本３３の照明範囲を制限する視野絞り２７、ミラー２８、フィールドレンズ２９、コンデンサレンズ１２、標本３３を介して設定中の対物レンズ３４−１へ入射する。

コンデンサレンズ１２には、位相リング絞り３０、レンズ３２が備えられる。このうち、位相リング絞り３０の配置先は、コンデンサレンズ１２の瞳位置３１の近傍である。なお、この瞳位置３１の近傍には、不図示の開口絞りも配置される。

落射照明部３の光源３５から射出した光は、コレクタレンズ３６、シャッター３７、リレーレンズ３８、開口絞り３９、リレーレンズ４０、視野絞り４１、フィールドレンズ４２を介して蛍光用フィルターカセット４３へ入射する。

蛍光用フィルターカセット４３には、励起フィルター４４と、ダイクロイックミラー４５と、バリアフィルター４６とが備えられる。励起フィルター４４は、光源３５から射出した光から標本３３の励起に使用される波長の光を選択するフィルターであり、ダイクロイックミラー４５は、その波長の光を標本３３の方向に反射すると共に、標本３３からの蛍光を透過する性質を有する。バリアフィルター４６は、その蛍光と同じ波長の光のみを観察側（第二対物レンズ４７の側）へ透過する。なお、この蛍光用フィルターカセット４３は、蛍光観察時以外は、光路から外されても構わない。

さて、設定中の対物レンズ３４−１が捉えた標本３３からの光は、第二対物レンズ４７を介してビームスプリッター４８へ入射する。ビームスプリッター４８を透過した光は、結像部５６に標本３３の像を形成する。この像は、ポート９に取り付けられたテレビカメラによって撮像される。

ビームスプリッター４８を反射した光は、リレーレンズ４９、ミラー５０、第二のリレーレンズ５１、外部瞳ユニット１７−１、挿脱可能なミラー５７、第二の結像レンズ５８を介して第二の結像部５９に標本３３の像を形成する。この像は、ポート８に取り付けられたテレビカメラによって撮像される。

なお、ビームスプリッター４８の反射率と透過率とのバランスを調節すれば、結像部５６に形成される像の強度と、第二の結像部５９に形成される像の強度との比を調節することができる。

また、挿脱可能なミラー５７を光路から外せば、外部瞳ユニット１７−１からの光は、結像レンズ５３、ミラー５４を介して接眼レンズ５５に導かれる。その場合、双眼部７による肉眼観察が可能となる。

ここで、上述した第二対物レンズ４７、リレーレンズ４９、第二のリレーレンズ５１は、外部瞳ユニット１７−１の内部に設定中の対物レンズ３４−１の射出瞳の像（外部瞳）５２を形成する。

また、外部瞳ユニット１７−１の内部には、光の入射順に、偏光素子６０、１／４波長板６１、位相差素子６２、偏光素子６３、デポラライザー６４が配置される。このうち、位相差素子６２の基準面（位相膜の形成された面）が外部瞳５２の近傍に位置しており、デポラライザー６４と偏光素子６２とは一体に構成されている。

偏光素子６０は、顕微鏡の光軸の周りに回転可能である。また、偏光素子６０は不図示のスライダーに装着されており、そのスライダーには、偏光素子６０と並んで中空部も形成されている。

１／４波長板６１は、不図示のスライダーに装着されており、そのスライダーには、１／４波長板６１と並んで中空部が形成されている。

位相差素子６２は、その素子中心を顕微鏡の光軸に対して位置合わせ（芯だし調整）することが可能であり、かつ光軸方向に移動可能である。また、位相差素子６２は、他の種類の位相差素子と共に不図示のターレットに装着されており、そのターレットには、複数種類の位相差素子と並んで中空部も形成されている。

ターレットに装着される位相差素子６２の種類数は、例えば３種類である。それらの位相差素子は、設定中の対物レンズ３４−１の倍率や開口数に応じて選択使用される。また、ターレットの切り替え精度は十分に高く、このターレットの中心と顕微鏡の光軸とを位置合わせすると、ターレットに装着された個々の位相差素子の芯だし調整がなされるものとする。

偏光素子６３及びデポラライザー６４は、顕微鏡の光軸の周りに回転可能である。また、偏光素子６３及びデポラライザー６４は、不図示のスライダーに装着されており、そのスライダーには偏光素子６３及びデポラライザー６４と並んで中空部が形成されている。

なお、以上の説明では、１／４波長板６１が他の光学素子とは独立に構成されたが、１／波長板６１は、偏光素子６０と一体に構成されても、位相差素子６２と一体に構成されてもよい。また、以上の説明では、デポラライザー６４が偏光素子６４と一体に構成されたが、別体で構成されてもよい。

次に、コントラスト可変位相差観察に関わる光学素子の構成を説明する。図３は、位相リング絞り３０、１／４波長板６１、位相差素子６２の構成を示す図である。

図３（Ａ）に示すとおり、位相リング絞り３０は、位相差顕微鏡に使用される位相リング絞りと同様の形状であり、薄い遮光板に、光軸を中心としたリング状の開口部７１を形成したものである。なお、位相リング絞り３０のうち、開口部７１の外周側の遮光部と内周側の遮光部との間は、両者が分離しないよう３箇所のリブ７２によって接続されている。

図３（Ｂ）に示すとおり、１／４波長板６１の方位は所定方向に設定されている。ここでは、１／４波長板６１の方位を紙面の斜め４５°方向とする。

図３（Ｃ）に示すとおり、位相差素子６２は、方位の直交する２種類の偏光膜で構成されている。このうち一方の偏光膜の形成先は、図３（Ａ）に示した開口部７１に対応するリング状の領域であり、他方の偏光膜の形成先は、そのリング状の領域の外周側及び内周側の各領域である。

なお、位相差素子６２の２種類の偏光膜には、１つの偏光膜を切断してできる一方及び他方を使用してもよく、また、２種類の偏光膜の少なくとも一方に液晶素子を使用してもよい。因みに、液晶素子によって構成された偏光膜は、偏光方位を自在に変化させることができる。

また、位相差素子６２の２種類の偏光膜には、構造複屈折結晶を使用することもできる。その製品例では、フォトニック結晶がある。但し、２種類の偏光膜の各々に構造複屈折結晶を使用する場合、偏光素子６０を直線偏光タイプではなく円偏光タイプとし、１／４波長板６１を省くことになる。

次に、コントラスト可変位相差観察に関する各光学素子の作用を説明する。

先ず、偏光素子６０が回転すると、偏光素子６０と１／４波長板６１との方位関係が変化する。このとき、位相差素子６２へ向かう光の偏光状態が変化するので、標本３３の像の明るさが変化する。さらに、偏光素子６３が回転すると、位相差素子６２の２種類の偏光膜を個別に通過した２種類の光の強度バランスが変化するので、標本３３の像の明るさと背景の明るさとのバランスが変化する。

次に、コントラスト可変位相差観察に関わる光学素子の駆動機構を説明する。図４は、偏光素子６０を装着したスライダーを示す図である。

図４（Ａ）は、スライダーを光軸に沿った方向から見た平面図であり、図４（Ｂ）は、スライダーを図４（Ａ）の方向Ｘから見た図である。

図４（Ａ）、（Ｂ）に示すとおり、スライダー８１には偏光素子６０が装着され、その偏光素子６０と並んで中空部８４が設けられている。このスライダー８１の縁部には、指かかりとなる凹部９０も形成されている。

操作者は、その凹部９０を指で挟み、スライダー８１を外部瞳ユニット１７−１のスロットに挿入し、その挿入方向にかけて互いに異なる２つの位置でそのスライダー８１を停止させることができる。図４（Ａ）に示すクリック溝８２、８３は、それら２つの位置でスライダー８１を位置決めするための構造である。

一方の位置でスライダー８１が停止すると、顕微鏡の光路に中空部８４が設定され、他方の位置でスライダー８１が停止すると、顕微鏡の光路に偏光素子６０が設定される。

このスライダー８１において、偏光素子６０は回転部８６によって保持されており、偏光素子６０と回転部８６との間は、シリコン系接着剤９３で固定されている。なお、その固定には、シリコン系接着剤９３の代わりに押さえ環を使用することも可能である。

また、回転部８６の周囲には平歯車８７が設けられ、その平歯車８７は別の平歯車８９に噛み合っている。その平歯車８９は、スライダー８１の端面から外部へ突出した回転操作部８８の周囲に設けられている。したがって、この回転操作部８８を操作者が指で回転させると、偏光素子６０が光軸の周りを回転する。

なお、図４（Ｂ）に示すように、スライダー８１の上部には、回転部８６及び回転操作部８８が外れないよう蓋９１が設けられており、その蓋９１は図４（Ａ）に示す複数のビス９２によりスライダー８１へ固定されている。

また、図４（Ｂ）に示すように、このスライダー８１において、偏光素子６０の姿勢は、顕微鏡の光軸に垂直な姿勢から若干の角度（３°より大きい程度の角度）だけ傾斜している。この傾斜により、偏光素子６０の表面での反射光が像面に届かなくなるので、ゴーストを防止することができる。なお、他の各素子の姿勢も同じ理由で傾斜している。

また、図４（Ｂ）に示すように、中空部８４の中には、操作者が必要に応じてフィルターを装填できるように段差８５が形成されている。

なお、１／４波長板６１（図２）を装着したスライダーも、このスライダーと同様の構成をしている。但し、１／４波長板６１は、回転する必要が無いので、１／４波長板６１を装着したスライダーには、回転部８６や回転操作部８８は不要である。

図５は、位相差素子６２を装着したターレットの一部を示す図である。図５（Ａ）は、ターレットの一部を、光軸と垂直な方向から見た図であり、図５（Ｂ）は、ターレットの一部を、図５（Ａ）の方向Ｘから見た図であり、図５（Ｃ）は、ターレットの一部を、図５（Ａ）の方向Ｙから見た図である。

図５（Ａ）に示すとおり、ターレット１０１上には円筒ガイド１０８が固定されており、その円筒ガイド１０８の内部には上下動部１０６が摺動可能に嵌合している。その上下動部１０６の内部には、位相差素子６２を保持した保持部１０２が装着されている。

保持部１０２と位相差素子６２とはシリコン系接着剤１０３によって固定されており、上下動部１０６の内壁及び保持部１０２の外壁にはネジ部１０４が形成されている。したがって、位相差素子６２は、保持部１０２と共に上下動部１０６に対して着脱可能である。図５（Ａ）の符号１０５は、その着脱の際に使用されるスリワリである。

図５（Ａ）に示すとおり、上下動部１０６の側壁には、ピン１０７が突設されている。また、図５（Ｂ）に示すとおり、円筒ガイド１０８の側壁には、光軸方向に延びるガイド溝１０９が形成されており、そのガイド溝１０９は、ピン１０７に係合している。さらに、図５（Ｃ）に示すとおり、円筒ガイド１０８の外側には、回転部１１０が摺動可能に嵌合しており、その回転部１１０の側壁には、斜め方向に延びるカム溝１１１が形成されている。このカム溝１１１も、ピン１０７に係合している。

また、図５（Ａ）に示すとおり、回転部１１０の外周には、平歯車１１２が設けられており、その平歯車１１２は、別の平歯車１１４と噛み合っている。その平歯車１１４は、ターレット１０１の端面から外部へ突出した回転操作部１１３の周囲に設けられている。また、その回転操作部１１３の回転軸１１５は、ターレット１０１に固定されている。

したがって、この回転操作部１１３を操作者が指で回転させると、回転部１１０が回転し、その回転部１１０の回転運動は、カム溝１１１、ガイド溝１０９を介してピン１０７の直線運動に変換される。その結果、上下動部１０６と共に位相差素子６２が光軸方向へ移動する。

図６は、位相差素子６２を装着したターレットの全体を示す図である。図６（Ａ）は、ターレットの全体を光軸に沿った方向から見た平面図であり、図６（Ｂ）は、ターレットを図６（Ａ）の方向Ｘから見た図である。

ターレット１０１上には、３種類の位相差素子６２が装着され、それらの位相差素子６２と並んで中空部１１７も形成されている。３種類の位相差素子６２の各々には、図５に示した機構が設けられている。図６に符号１１３で示したのは、３種類の位相差素子６２の各々を光軸方向に移動させるための回転操作部である。

ターレット１０１は、回転軸１１６の周りを回転可能である。操作者は、このターレット１０１を回転させることにより、３種類の位相差素子６２及び中空部１１７のうち１つを選択的に光路へ設定することができる。

なお、ターレット１０１の回転機構には、４つの回転位置でターレット１０１を位置決めするためのクリック機構が設けられている。よって、このターレット１０１の切り替え精度は十分に高く、このターレット１０１の回転軸１１６と顕微鏡の光軸とを位置合わせすると、ターレット１０１に装着された個々の位相差素子６２の芯だし調整がなされるものとする。

図７は、ターレット１０１に装着された位相差素子６２の芯だし調整機構を示す図である。この芯だし調整機構は、ターレット１０１の回転軸１１６と顕微鏡の光軸とを位置合わせするものである。図７（Ａ）は芯だし調整機構を光軸に沿った方向から見た図であり、図７（Ｂ）は、芯だし調整機構を図７（Ａ）の方向Ｘから見た図である。

図７（Ｂ）に示すとおり、ターレット１０１の回転軸１１６は、支持部１２１に固定される。支持部１２１には、顕微鏡の光路を遮らないよう中空部１２１ａが設けられており、支持部１２１の外周には、円錐側面状の芯だし調整部１２２が形成されている。

芯だし調整部１２２の側壁は、調整ネジ１２３、１２４、押圧機構１２５によって光軸と垂直な３方向から押圧されている。このうち、押圧機構１２５は、支持部１２１の径方向に付勢されたコイルバネ１２６と、円筒駒１２７と、蓋１２８とで構成されており、芯だし調整部１２２を支持部１２１の中心方向に向けて押し続ける。

調整ネジ１２３、１２４がネジ巻き方向に回されると、調整ネジ１２３、１２４は、芯だし調整部１２２を支持部１２１の中心方向に向けて押し出し、調整ネジ１２３、１２４が反ネジ巻き方向に回されると、調整ネジ１２３、１２４は、芯だし調整部１２２を外周方向に向けて引く。したがって、操作者が調整ネジ１２３、１２４の回転位置を調節すると、芯だし調整部１２２を光軸と垂直な２方向へ移動させることができる。これによって、ターレット１０１に装着された位相差素子６２の芯だし調整が行われる。

なお、押圧機構１２５の先端（円筒駒１２７の先端）は、釣り鐘状になっており、芯だし調整部１２２との接触面は十分に小さい。よって、芯だし調整部１２２の移動は円滑に行われる。また、押圧機構１２５の先端、調整ネジ１２３、１２４の各先端に流れ落ちの少ない潤滑油を塗っておけば、芯だし調整を円滑にすることができる。

図８は、偏光素子６３及びデポラライザー６４を装着したスライダーを示す図である。図８（Ａ）は、スライダーを光軸に沿った方向から見た平面図であり、図８（Ｂ）は、スライダーを図８（Ａ）の方向Ｘから見た図である。

図８に示すとおり、偏光素子６３及びデポラライザー６４を装着したスライダーの構成は、図４に示したスライダーの構成と同じである。よって、図８の説明は省略する。

以上、コントラスト可変位相差観察時には、顕微鏡光学系に外部瞳ユニット１７−１が配置されるので（図２参照）、外部瞳５２の近傍には、位相差素子６２が配置される。

この顕微鏡光学系では、設定中の対物レンズ３４−１が別の種類の対物レンズに切り替わると、外部瞳５２が移動する可能性がある。しかも、その移動方向は、３方向に亘る可能性がある。

しかし、外部瞳ユニット１７−１には、位相差素子６２を光軸方向に移動させる機構（図５）と、位相差素子６２を光軸と垂直な方向に移動させる機構（図７）との双方が備えられる。よって、仮に外部瞳５２の移動方向が３方向に亘っていたとしても、操作者は、位相差素子６２の中心と、外部瞳５２の中心とを確実に一致させることができる。

したがって、本実施形態の顕微鏡光学系は、コントラスト可変位相差観察時に使用可能な対物レンズの種類が何ら限定されない。例えば、蛍光観察と併用する対物レンズや、作動距離の長い対物レンズや、収差補正レベルの異なる対物レンズなどを使用することも可能である。

なお、上述した外部瞳ユニット１７−１（図２）は、コントラスト可変位相差観察用の外部瞳ユニットであったが、これをコントラスト可変位相差観察用の外部瞳ユニットに変形することも可能である。その場合、偏光素子６０、６３を省略し、位相膜が設けられた位相差素子６２の代わりに、遮光部及び開口部のみからなる位相板を配置すればよい。

[ヒルベルト微分コントラスト観察]
次に、ヒルベルト微分コントラスト観察時の顕微鏡光学系を説明する。図９は、ヒルベルト微分コントラスト観察時の顕微鏡光学系を示す図である。ここでは、コントラスト可変位相差観察時との相違点のみ説明するので、図９では、説明に必要な箇所にのみ符号を付した。

図９に示すとおり、ヒルベルト微分コントラスト観察時、図１に示した偏光素子３０１は光路から離脱され、コンデンサレンズ１２の絞りは、微分位相差絞り２０１に設定され、外部瞳ユニット１７として、ヒルベルト微分コントラスト観察用の外部瞳ユニット１７−２が設定される。

外部瞳ユニット１７−２の内部には、微分位相差素子２０２が配置される。この微分位相差素子２０２の基準面は、外部瞳５２の近傍に位置する。

この微分位相差素子２０２は、顕微鏡の光軸の周りに回転可能であり、顕微鏡の光軸に対して芯だし調整することが可能であり、また、光軸方向に移動可能である。

また、微分位相差素子２０２は、他の種類の微分位相差素子と共に不図示のターレットに装着されており、そのターレットには、複数種類の微分位相差素子と並んで中空部も形成されている。

なお、ターレットに装着される微分位相差素子の種類数は、例えば３種類である。それらの微分位相差素子は、設定中の対物レンズ３４−１の倍率や開口数に応じて選択使用される。また、ターレットの切り替え精度は十分に高く、このターレットの中心と顕微鏡の光軸とを位置合わせすると、ターレットに装着された個々の微分位相差素子の芯だし調整がなされるものとする。

次に、ヒルベルト微分コントラスト観察に関わる光学素子の構成を説明する。図１０は、微分位相差用絞り２０１、微分位相差素子２０２の構成を示す図である。

図１０（Ａ）に示すとおり、微分位相差用絞り２０１は、薄い遮光板に、光軸を通るスリット開口２０６を形成したものである。

図１０（Ｂ）に示すとおり、微分位相差素子２０２において、図１０（Ａ）に示したスリット開口２０６に対応する領域には、吸収膜２０３が形成される。また、吸収膜２０３の一方に隣接する半月状領域には、第一位相膜２０４が形成され、吸収膜２０３の他方に隣接する半月状領域には、第一位相膜２０４とは位相変化量の異なる第二位相膜２０５が形成される。

次に、ヒルベルト微分コントラスト観察に関する各光学素子の作用を説明する。

微分位相差絞り２０１の配置面と微分位相差素子２０２の配置面とを共役にし、前者のスリット開口２０６の方向と後者の吸収膜２０３の方向とを一致させると、標本３３の像には、スリット幅に相当する方向に影が発生するので、立体感のある観察を行うことができる。

次に、ヒルベルト微分コントラスト観察に関わる光学素子の駆動機構を説明する。図１１は、微分位相差素子２０２を装着したターレットの一部を、光軸に垂直な方向から見た図である。

図１１に示すとおり、ターレット１０１’上には、円筒ガイド１０８が固定されており、円筒ガイド１０８の内部には上下駆動部２１５が摺動可能に嵌合している。その上下駆動部２１５の内部には、回転部２１４が摺動可能に嵌合しており、その回転部２１４の内部に、微分位相差素子２０２を保持した保持部２１１が装着されている。

微分位相差素子２０２と保持部２１１とはシリコン系接着剤２１２で固定されており、保持部２１１の外壁及び回転部２１４の内壁にはネジ部２１３が形成されている。したがって、微分位相差素子２０２は、保持部２１１と共に回転部２１４に対して着脱可能である。図１１の符号１０５は、その着脱の際に使用されるスリワリである。

上下動部２１５の側壁には、ピン２１９が突設されている。円筒ガイド１０８の側壁には、光軸方向に延びるガイド溝１０９が形成されており、ガイド溝１０９は、ピン２１９に係合している。さらに、円筒ガイド１０８の外側には、回転部１１０が摺動可能に嵌合しており、その回転部１１０の側壁には、斜め方向に延びるカム溝１１１が形成されている。そのカム溝１１１も、ピン２１９に係合している。

また、回転部１１０の外周には、平歯車１１２が設けられており、その平歯車１１２は、別の平歯車１１４と噛み合っている。その平歯車１１４は、ターレット１０１’の端面から外部へ突出した回転操作部１１３の周囲に設けられている。その回転操作部１１３の回転軸１１５は、ターレット１０１’に固定されている。

したがって、その回転操作部１１３を操作者が指で回転させると、回転部１１０が回転し、その回転部１１０の回転運動は、カム溝１１１、ガイド溝１０９を介してピン２１９の直線運動に変換される。その結果、ピン２１９及び上下動部２１５と共に、微分位相差素子２０２が光軸方向へ移動する。

また、回転部２１４の外周には、平歯車２１６が設けられており、その平歯車２１６は、別の平歯車２１８と噛み合っている。その平歯車２１８は、回転操作部２１７の周囲に設けられている。

したがって、その回転操作部２１７を操作者が指で回転させると、回転部２１４が回転し、それと共に微分位相差素子２０２が回転する。

図１２は、微分位相差素子２０２を装着したターレットの全体を示す図である。図１２（Ａ）は、ターレットの全体を光軸に沿った方向から見た平面図であり、図１２（Ｂ）は、ターレットを図１２（Ａ）の方向Ｘから見た図である。

ターレット１０１’上には、３種類の微分位相差素子２０２が装着され、それらの微分位相差素子２０２と並んで中空部１１７も形成されている。３種類の微分位相差素子２０２の各々には、図１１に示した機構が設けられている。図１２に符号１１３で示したのは、３種類の微分位相差素子２０２の各々を光軸方向に移動させるための回転操作部であり、図１２に符号２１７で示したのは、３種類の微分位相差素子２０２の各々を回転させるための回転操作部である。

ターレット１０１’は、回転軸１１６の周りを回転可能であり、操作者は、このターレット１０１’を回転させることにより、３種類の微分位相差素子２０２及び中空部１１７のうち１つを選択的に光路へ設定することができる。

なお、ターレット１０１’の回転機構には、４つの回転位置でターレット１０１’を位置決めするためのクリック機構が設けられている。よって、このターレット１０１’の切り替え精度は十分に高く、このターレット１０１’の回転軸１１６と顕微鏡の光軸とを位置合わせすると、ターレット１０１’に装着された個々の微分位相差素子２０２の芯だし調整がなされるものとする。

そして、このターレット１０１’の全体は、図７に示したものと同じ構成の芯だし調整機構に連結される。

以上、ヒルベルト微分コントラスト観察時には、顕微鏡光学系に外部瞳ユニット１７−２が配置されるので（図９参照）、外部瞳５２の近傍には、微分位相差素子２０２が配置される。

この顕微鏡光学系では、設定中の対物レンズ３４−１が別の種類の対物レンズに切り替わると、外部瞳５２が移動する可能性がある。しかも、その移動方向は、３方向に亘る可能性がある。

しかし、外部瞳ユニット１７−２には、微分位相差素子２０２を光軸方向に移動させる機構と（図１１）と、微分位相差素子２０２を光軸と垂直な方向に移動させる機構（図７）との双方が備えられる。よって、仮に外部瞳５２の移動方向が３方向に亘っていたとしても、操作者は、微分位相差素子２０２の中心と、外部瞳５２の中心とを確実に一致させることができる。

したがって、本実施形態の顕微鏡光学系は、ヒルベルト微分コントラスト観察時に使用可能な対物レンズの種類が何ら限定されない。例えば、蛍光観察と併用する対物レンズや、作動距離の長い対物レンズや、収差補正レベルの異なる対物レンズなどを使用することも可能である。

[ホフマンモジュレーションコントラスト観察]
次に、ホフマンモジュレーションコントラスト観察時の顕微鏡光学系を説明する。図１３は、ホフマンモジュレーションコントラスト観察時の顕微鏡光学系を示す図である。ここでは、コントラスト可変位相差観察時やヒルベルト微分コントラスト観察時との相違点のみ説明するので、図１３では、説明に必要な箇所にのみ符号を付した。

図１３に示すとおり、ホフマンモジュレーションコントラスト観察時、偏光素子３０１は光路へ挿入され、コンデンサレンズ１２の絞りは、ＭＣ矩形絞り３０２に設定され、外部瞳ユニット１７として、ホフマンモジュレーションコントラスト観察用の外部瞳ユニット１７−３が設定される。

外部瞳ユニット１７−３の内部には、モジュレーター３０３が配置される。このモジュレーター３０３の基準面は、外部瞳５２の近傍に位置する。

このモジュレータ３０３は、顕微鏡の光軸の周りに回転可能であり、顕微鏡の光軸に対して芯だし調整することが可能であり、また、光軸方向に移動可能である。

また、モジュレータ３０３は、他の種類のモジュレータと共に不図示のターレットに装着されており、そのターレットには、複数のモジュレータと並んで中空部も形成されている。

なお、ターレットに装着されるモジュレータの種類数は、例えば３種類である。それらのモジュレータは、設定中の対物レンズ３４−１の倍率や開口数に応じて選択使用される。また、ターレットの切り替え精度は十分に高く、このターレットの中心と顕微鏡の光軸とを位置合わせすると、ターレットに装着された個々のモジュレータの芯だし調整がなされるものとする。このターレットの構成は、微分位相差素子２０２を装着したターレット（図１１、図１２）の構成と同じである。また、ターレットに連結される芯だし調整機構の構成は、図７に示したものと同じである。

次に、ホフマンモジュレーションコントラスト観察に関わる光学素子の構成を説明する。図１４は、ＭＣ矩形絞り３０２、モジュレータ３０３の構成を示す図である。

図１４（Ａ）に示すとおり、ＭＣ矩形絞り３０２は、薄い遮光板の光軸からから外れた位置に、径方向に短い矩形開口３０４を形成し、かつその矩形開口３０４の光軸側の約半分の矩形領域を偏光板で覆ったものである。その結果、ＭＣ矩形絞り３０２には、矩形状の偏光領域３０５ａと、矩形状の開口３０５ｂとが形成される。

その偏光領域３０５ａの方位と、偏光素子３０１（図１３）の方位との関係を変化させると、その偏光領域３０５ａを透過する光の量が変化する。ホフマンモジュレーションコントラスト観察では、その現象を利用して、標本３３の像のコントラストを変化させる。

図１４（Ｂ）に示すとおり、モジュレータ３０３は、透過率の互いに異なる低透過率領域３０７、中透過率領域３０８、高透過率領域３０９からなる。図１４（Ｂ）において、符号３０５ａ’で示すのが、図１４（Ａ）に示した偏光領域３０５ａに対応する領域であり、符号３０５ｂ’で示すのが、図１４（Ａ）に示した開口３０５ｂに対応する領域である。低透過率領域３０７は、領域３０４ｂ’の外周側をカバーし、中透過率領域３０８は、領域３０５ｂ’をカバーし、高透過率領域３０９は、それ以外の領域をカバーする。

図１４（Ａ）に示す矩形絞り３０２の偏光領域３０５ａ及び開口３０５ｂの境界線と、図１４（Ｂ）に示すモジュレータ３０３の高透過率領域３０９及び中透過率領域３０８の境界線とを位置合わせすると、標本３３の像に、境界線に直交する方向に影が付き、立体感のある観察を行うことができる。

以上、ホフマンモジュレーションコントラスト観察時には、顕微鏡光学系に外部瞳ユニット１７−３が配置されるので（図１４参照）、外部瞳５２の近傍にはモジュレータ３０３が配置される。

この顕微鏡光学系では、設定中の対物レンズ３４−１が別の種類の対物レンズに切り替わると、外部瞳５２が移動する可能性がある。しかも、その移動方向は、３方向に亘る可能性がある。

しかし、外部瞳ユニット１７−３には、モジュレータ３０３を光軸方向に移動させる機構（図１１）と、モジュレータ３０３を光軸と垂直な方向に移動させる機構（図７）との双方が備えられる。よって、仮に外部瞳５２の移動方向が３方向に亘っていたとしても、操作者は、モジュレータ３０３の中心と、外部瞳５２の中心とを確実に一致させることができる。

したがって、本実施形態の顕微鏡光学系は、ホフマンモジュレーションコントラスト観察時に使用可能な対物レンズの種類が何ら限定されない。例えば、蛍光観察と併用する対物レンズや、作動距離の長い対物レンズや、収差補正レベルの異なる対物レンズなどを使用することも可能である。

図１は、顕微鏡の全体図である。 図２は、コントラスト可変位相差観察時の顕微鏡光学系を示す図である。 図３は、位相リング絞り３０、１／４波長板６１、位相差素子６２の構成を示す図である。 図４は、偏光素子６０を装着したスライダーを示す図である。 図５は、位相差素子６２を装着したターレットの一部を示す図である。 図６は、位相差素子６２を装着したターレットの全体を示す図である。 ターレット１０１に装着された位相差素子６２の芯だし調整機構を示す図である。 図８は、偏光素子６３及びデポラライザー６４を装着したスライダーを示す図である。 図９は、ヒルベルト微分コントラスト観察時の顕微鏡光学系を示す図である 。 図１０は、微分位相差用絞り２０１、微分位相差素子２０２の構成を示す図である。 図１１は、微分位相差素子２０２を装着したターレットの一部を示す図である。 図１２は、微分位相差素子２０２を装着したターレットの全体を示す図である。 図１３は、ホフマンモジュレーションコントラスト観察時の顕微鏡光学系を示す図である。 図１４は、ＭＣ矩形絞り３０２、モジュレータ３０３の構成を示す図である。

符号の説明

１：顕微鏡，２：透過照明部，３：落射照明部，３４：対物レンズ，５：レボルバ，６：上下動ハンドル，７：双眼部，８：ポート，９：ポート，１０：ランプハウス，１１：透過光シャッター部，１２：コンデンサレンズ，３０１：偏光素子，１４：ターレット，１５：ランプハウス，１６：落射光シャッター部，１７：外部瞳ユニット，２１：ランプ，２２：コレクタレンズ，２３：シャッター，２４：リレーレンズ，２５：フィルター，２６：リレーレンズ，２７：視野絞り，２８：ミラー，２９：フィールドレンズ，３０：位相リング絞り，３１：瞳位置，３２：レンズ，３３：標本３３，３５：ランプ，３６：コレクタレンズ，３７：シャッター，３８：リレーレンズ，３９：開口絞り，４０：リレーレンズ，４１：視野絞り，４２：フィールドレンズ，４３：蛍光用フィルターカセット，４４：励起フィルター，４５：ダイクロイックミラー，４６：バリアフィルター，４７：第二対物レンズ，４８：ビームスプリッター，４９：リレーレンズ，５０：ミラー，５１：第二のリレーレンズ，５３：結像レンズ，５４：ミラー，５５：接眼レンズ，５６：結像部，５７：ミラー，５８：第二の結像レンズ，５９：第二の結像部，６０：偏光素子，６１：１／４波長板，６２：位相差素子，６３：偏光素子，６４：デポラライザー

Claims (5)

1. 試料を照明する照明光学系と、
   前記照明光学系の光路中に配置された照明側マスクと、
   前記照明光学系により照明された前記試料の透過像を形成する対物レンズを支持する支持手段と、
   前記対物レンズの像側に配置され、その対物レンズの瞳の像を形成するリレー光学系と、
   前記瞳の像の近傍に配置された像側マスクと、
   前記照明光学系の光軸と垂直な面内における前記照明側マスクの位置を調節する調節手段と、
   前記対物レンズの光軸と垂直な面内における前記像側マスクの位置と、前記対物レンズの光軸方向における前記像側マスクの位置とをそれぞれ調節する調節手段と
   を備えたことを特徴とする顕微鏡。
2. 請求項１に記載の顕微鏡において、
   前記照明側マスク及び前記像側マスクは、
   位相差観察用のマスクである
   ことを特徴とする顕微鏡。
3. 請求項２に記載の顕微鏡において、
   前記照明側マスク及び前記像側マスクは、
   コントラスト可変位相差観察用のマスクである
   ことを特徴とする顕微鏡。
4. 請求項１に記載の顕微鏡において、
   前記照明側マスク及び前記像側マスクは、
   ヒルベルト微分コントラスト観察用のマスクである
   ことを特徴とする顕微鏡。
5. 請求項１に記載の顕微鏡において、
   前記照明側マスク及び前記像側マスクは、
   ホフマンモジュレーションコントラスト観察用のマスクである
   ことを特徴とする顕微鏡。
   

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