JP2010210998A - Objective lens and microscope device having the same - Google Patents

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Yumiko Ouchi
由美子 大内
Atsushi Takeuchi
淳 竹内
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an objective lens which is constituted, by incorporating respective elements, such as a polarizer, in advance and a quarter-wave plate necessary for extremely low magnification observation, thereby becoming capable of switching observation, from a very low magnification to a high magnification only by revolving operation of a revolver, and to provide a microscope device which includes the lens. <P>SOLUTION: The objective lens 10 has a first depolarizer 11, the polarizer 12, a first quarter-wave plate 13, a plurality of lens groups 14, and at least one optical element (second depolarizer 15) which are arranged in order from a light source side. The optical element is an element for making the polarization state change, between when a light enters and when a light exits. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、対物レンズ及びこれを有する顕微鏡装置に関する。   The present invention relates to an objective lens and a microscope apparatus having the objective lens.

一般に、反射型の照明装置を備えた顕微鏡装置では、焦点距離の長い対物レンズ、言い換えれば結像倍率の低い対物レンズを使用する場合、反射型照明装置内と結像光学系内に一対のクロスニコル状態の偏光子を配置し、対物レンズと標本との間に1/4波長板を配置することで、対物レンズ面からの反射ノイズ光を除去し、標本からの信号光のみを検出できるような構成をとっている(例えば、特許文献1参照)。この構成によれば、標本からの信号光に対するノイズ光の強度を10-4程度まで減衰させることができる。 In general, in a microscope apparatus equipped with a reflective illumination device, when using an objective lens with a long focal length, in other words, an objective lens with a low imaging magnification, a pair of crosses are formed in the reflective illumination device and the imaging optical system. By arranging a Nicol polarizer and placing a quarter-wave plate between the objective lens and the sample, it is possible to remove reflected noise light from the objective lens surface and detect only the signal light from the sample. (For example, refer patent document 1). According to this arrangement, the intensity of the noise light to the signal light from the sample can be attenuated to about 10 -4.

特開11−271622号公報JP 11-271622 A

一方で、従来の顕微鏡装置では、焦点距離の短い、言い換えれば結像倍率の高い対物レンズを使用する場合、対物レンズを構成する各レンズの曲率半径を小さくするなどして、該レンズ面での反射光が像面に集光しないように設計することが可能であるため、必ずしも上記のように偏光子と1/4波長板を使用する必要がなかった。   On the other hand, in a conventional microscope apparatus, when using an objective lens with a short focal length, in other words, a high imaging magnification, the radius of curvature of each lens constituting the objective lens is reduced, etc. Since it is possible to design so that the reflected light is not condensed on the image plane, it is not always necessary to use the polarizer and the quarter wavelength plate as described above.

したがって、レボルバに倍率の異なる複数の対物レンズが装着されている状態で、極低倍(2.5倍以下)の対物レンズを使用する場合には、顕微鏡装置に挿脱可能に構成された一対の偏光子をクロスニコル状態で光路内に挿入し、さらに対物レンズの先端に予め装着された1/4波長板を回転させ、標本からの信号強度が最も高くなる位置に設定して観察するが、続けて中倍から高倍の対物レンズに切り替える場合には、極低倍での観察時に使用した一対の偏光子を光路外に出す必要があった。   Therefore, when a very low magnification (2.5 times or less) objective lens is used in a state where a plurality of objective lenses having different magnifications are mounted on the revolver, a pair configured to be detachable from the microscope apparatus. The polarizer is inserted into the optical path in a crossed Nicol state, and a quarter wave plate mounted in advance on the tip of the objective lens is rotated to set the position where the signal intensity from the sample is highest, and the observation is performed. In order to continue switching from a medium magnification to a high magnification objective lens, it was necessary to bring the pair of polarizers used for observation at extremely low magnification out of the optical path.

すなわち、対物レンズを切り替える際には、レボルバの回転作業のみならず、偏光子の挿脱や1/4波長板の調整といった操作が必要となり、煩わしいという問題があった。   That is, when switching the objective lens, there is a problem that not only the rotation operation of the revolver but also operations such as insertion and removal of the polarizer and adjustment of the quarter wavelength plate are necessary.

本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、極低倍の観察に必要な偏光子や1/4波長板などの各素子を予め組み込んで構成することで、レボルバの回転作業のみで、極低倍から高倍までの観察を切り替えることが可能な対物レンズ及びこれを有する顕微鏡装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of such problems, and the revolver is rotated by incorporating each element such as a polarizer and a quarter-wave plate necessary for extremely low magnification observation in advance. It is an object to provide an objective lens capable of switching observation from extremely low magnification to high magnification and a microscope apparatus having the objective lens.

このような目的を達成するため、本発明の対物レンズは、像側から順に並んだ、偏光子と、第1の1/4波長板と、複数のレンズ群と、少なくとも一つの光学素子とを有し、前記光学素子は、偏光状態を入射時と射出時で変化させる素子である。   In order to achieve such an object, an objective lens of the present invention includes a polarizer, a first quarter-wave plate, a plurality of lens groups, and at least one optical element, which are arranged in order from the image side. The optical element is an element that changes a polarization state between an incident time and an emitted time.

なお、前記偏光子の像側に、第1の偏光解消素子(例えば、本実施形態における第1のデポラライザ11)を、その軸が前記偏光子の軸と45度をなすように配置することが好ましい。   A first depolarizing element (for example, the first depolarizer 11 in the present embodiment) is arranged on the image side of the polarizer so that its axis forms 45 degrees with the axis of the polarizer. preferable.

また、前記光学素子として、第2の偏光解消素子(例えば、本実施形態における第2のデポラライザ15)及び第2の1/4波長板のうちの少なくとも一つを有することが好ましい。   The optical element preferably includes at least one of a second depolarizing element (for example, the second depolarizer 15 in the present embodiment) and a second quarter-wave plate.

また、前記光学素子として、前記第2の偏光解消素子及び前記第2の1/4波長板のどちらも有する場合は、前記第1の1/4波長板の速い軸と前記第2の1/4波長板の速い軸とが互いに平行となるように配置され、さらに前記第2の偏光解消素子の軸と前記第2の1/4波長板の速い軸とが互いに直交するように配置することが好ましい。   Further, when the optical element has both the second depolarization element and the second quarter-wave plate, the fast axis of the first quarter-wave plate and the second 1 / Arranged so that the fast axis of the four-wave plate is parallel to each other, and further, the axis of the second depolarizer and the fast axis of the second quarter-wave plate are orthogonal to each other. Is preferred.

また、前記光学素子として、前記第2の1/4波長板のみ有する場合は、前記第1の1/4波長板の速い軸と前記第2の1/4波長板の速い軸とが互いに平行となるように配置することが好ましい。   When the optical element has only the second quarter-wave plate, the fast axis of the first quarter-wave plate and the fast axis of the second quarter-wave plate are parallel to each other. It is preferable to arrange so that.

また、前記偏光子の軸と前記第1の1/4波長板の速い軸とが互いに45度をなすように配置することが好ましい。   Further, it is preferable that the polarizer axis and the fast axis of the first quarter-wave plate are arranged at 45 degrees with each other.

また、前記第1の偏光解消素子、前記偏光子、前記第1の1/4波長板、前記第2の偏光解消素子及び前記第2の1/4波長板の透過面はそれぞれ前記対物レンズの光軸に対して2度以上6度未満傾いていることが好ましい。   The transmission surfaces of the first depolarization element, the polarizer, the first quarter-wave plate, the second depolarization element, and the second quarter-wave plate are the same as those of the objective lens. It is preferable to be inclined at 2 degrees or more and less than 6 degrees with respect to the optical axis.

また、本発明の顕微鏡装置は、上記いずれかの対物レンズを有する。   Moreover, the microscope apparatus of the present invention has any one of the above objective lenses.

本発明によれば、極低倍の観察に必要な偏光子や1/4波長板などの各素子を予め組み込んで構成することで、レボルバの回転作業のみで、極低倍から高倍までの観察を切り替えることが可能な対物レンズ及びこれを有する顕微鏡装置を提供することができる。   According to the present invention, it is possible to perform observation from extremely low magnification to high magnification only by rotating the revolver by constructing in advance elements such as a polarizer and a quarter wave plate necessary for extremely low magnification observation. It is possible to provide an objective lens capable of switching between and a microscope apparatus having the objective lens.

本実施形態に係る対物レンズ及びこれを有する顕微鏡装置の概略断面図である。It is a schematic sectional drawing of the objective lens which concerns on this embodiment, and a microscope apparatus which has this. 各光学素子(第1のデポラライザ,偏光子及び第1の1/4波長板)の軸方向を、顕微鏡装置の上部から見た図である。It is the figure which looked at the axial direction of each optical element (1st depolarizer, polarizer, and 1st quarter wave plate) from the upper part of the microscope apparatus. 第1実施例に係る対物レンズの断面構成図及び該レンズ内を通過する光束の偏光状態を模式的に表した図である。It is the figure which represented typically the cross-sectional block diagram of the objective lens which concerns on 1st Example, and the polarization state of the light beam which passes through the inside of this lens. 第2実施例に係る対物レンズの断面構成図及び該レンズ内を通過する光束の偏光状態を模式的に表した図である。It is the figure which represented typically the cross-sectional block diagram of the objective lens which concerns on 2nd Example, and the polarization state of the light beam which passes through the inside of this lens. 第3実施例に係る対物レンズの断面構成図及び該レンズ内を通過する光束の偏光状態を模式的に表した図である。It is the figure which represented typically the cross-sectional block diagram of the objective lens which concerns on 3rd Example, and the polarization state of the light beam which passes through the inside of this lens. 広帯域対応の1/4波長板の波長特性の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the wavelength characteristic of the quarter wavelength plate corresponding to a wide band.

以下、本実施形態について、図面を参照しながら説明する。図1に本実施形態に係る対物レンズを有する顕微鏡装置の構成断面図を示す。   Hereinafter, the present embodiment will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a sectional view showing the configuration of a microscope apparatus having an objective lens according to this embodiment.

本実施形態に係る顕微鏡装置は、図1に示すように、光源1と、光源1からの光を平行光に変換するコレクタレンズ2と、コレクタレンズ2によって変換された平行光を集光して開口絞り4の位置に光源像を形成するリレーレンズ群3と、コレクタレンズ2の後側(すなわちリレーレンズ群3側)の焦点位置と共役な位置に配置されている視野絞り5と、視野絞り5の中心を通る光束を光軸と平行な光束に変換するフィールドレンズ6と、フィールドレンズ6により変換された平行光束を図面下向きに偏向するハーフミラー7と、ハーフミラー7の下側に設けられ複数の対物レンズを装着可能なレボルバ8と、レボルバ8に装着されている対物レンズ9,10とを有する。なお、図1では、極低倍(2.5倍以下)の対物レンズ10が選択されている。さらに、顕微鏡装置は、結像光学系、具体的には標本16の一次像を形成する第2対物レンズ18と、俯角を適当に決定する第1プリズム19と、双眼観察に適した光路に分割する第2プリズム20と、第2対物レンズ18により形成された標本16の一次像を拡大観察するための接眼レンズ22とを有する。   As shown in FIG. 1, the microscope apparatus according to the present embodiment collects the light source 1, the collector lens 2 that converts light from the light source 1 into parallel light, and the parallel light converted by the collector lens 2. A relay lens group 3 that forms a light source image at the position of the aperture stop 4; a field stop 5 that is arranged at a position conjugate to the focal position of the rear side of the collector lens 2 (that is, the relay lens group 3 side); A field lens 6 that converts a light beam passing through the center of the light beam 5 into a light beam parallel to the optical axis, a half mirror 7 that deflects the parallel light beam converted by the field lens 6 downward in the drawing, and a lower side of the half mirror 7. It has a revolver 8 to which a plurality of objective lenses can be attached, and objective lenses 9 and 10 attached to the revolver 8. In FIG. 1, the objective lens 10 of extremely low magnification (2.5 times or less) is selected. Further, the microscope apparatus divides the imaging optical system, specifically, the second objective lens 18 that forms the primary image of the specimen 16, the first prism 19 that appropriately determines the depression angle, and the optical path suitable for binocular observation. The second prism 20 and the eyepiece 22 for magnifying and observing the primary image of the specimen 16 formed by the second objective lens 18 are included.

上記構成の顕微鏡装置によれば、光源1から射出された光(照明光)は、コレクタレンズ2、リレーレンズ群3、開口絞り4、視野絞り5及びフィールドレンズ6を経て、ハーフミラー7で偏向され、選択された対物レンズ10を介して、ステージ17上の標本16を照明する。これにより、反射型の明視野照明が達成される。   According to the microscope apparatus having the above configuration, the light (illumination light) emitted from the light source 1 is deflected by the half mirror 7 via the collector lens 2, the relay lens group 3, the aperture stop 4, the field stop 5 and the field lens 6. Then, the specimen 16 on the stage 17 is illuminated via the selected objective lens 10. Thereby, reflection type bright field illumination is achieved.

また、標本16で反射された照明光は、標本16を観察するために必要な光(信号光)として、前記選択された対物レンズ10を経て、ハーフミラー7を透過し、第2対物レンズ18、第1プリズム19及び第2プリズム20を順に通り、接眼レンズ22へと導かれる。顕微鏡装置の使用者は、この接眼レンズ22により、標本16の一次像21を拡大観察することができる。   Further, the illumination light reflected by the specimen 16 passes through the selected objective lens 10 as the light (signal light) necessary for observing the specimen 16, passes through the half mirror 7, and passes through the second objective lens 18. The first prism 19 and the second prism 20 are sequentially guided to the eyepiece lens 22. The user of the microscope apparatus can enlarge and observe the primary image 21 of the specimen 16 with the eyepiece 22.

以下、選択されている、極低倍の対物レンズ10の内部構成について詳しく説明する。   Hereinafter, the selected internal configuration of the extremely low magnification objective lens 10 will be described in detail.

(第1実施例)
第1実施例に係る対物レンズ10について、図1〜図3を用いて説明する。この第1実施例に係る対物レンズ10は、2.5倍以下の極低倍の対物レンズであり、図1に示すように、光源側から順に並んだ、第1のデポラライザ11と、偏光子12と、第1の1/4波長板13(以下、第1のλ/4板13と記す)と、複数のレンズ群14と、第2のデポラライザ15とを有する。
(First embodiment)
The objective lens 10 according to the first example will be described with reference to FIGS. The objective lens 10 according to the first embodiment is an extremely low magnification objective lens of 2.5 times or less, and as shown in FIG. 1, the first depolarizer 11 and the polarizer arranged in order from the light source side. 12, a first quarter-wave plate 13 (hereinafter referred to as a first λ / 4 plate 13), a plurality of lens groups 14, and a second depolarizer 15.

なお、デポラライザ11,15は、入射光の偏光状態を解消(非偏光状態)する機能を持つ光学素子である。また、偏光子12は、所定の偏光成分を選択的に透過させる機能を持つ光学素子である。また、λ/4板13は、その速い軸の方向に振動する光と、直交する方向に振動する光との間に、1/4波長の位相差を生じさせる機能を持つ光学素子である。   The depolarizers 11 and 15 are optical elements having a function of canceling the polarization state of incident light (non-polarization state). The polarizer 12 is an optical element having a function of selectively transmitting a predetermined polarization component. Further, the λ / 4 plate 13 is an optical element having a function of generating a quarter wavelength phase difference between light oscillating in the fast axis direction and light oscillating in the orthogonal direction.

第1のデポラライザ11,偏光子12,第1のλ/4板13は、図2に示すように顕微鏡装置の上から見ると、偏光子12の軸に対して第1のデポラライザ11の軸が45度をなすように、また同じく偏光子12の軸に対して(第1のデポラライザ11とは反対側に)第1のλ/4板13の速い軸(位相が1/4波長進む振動方向)が45度をなすように配置する。なお、本実施例の場合は、第2のデポラライザ15の軸方向はどちらを向いていてもよい。   The first depolarizer 11, the polarizer 12, and the first λ / 4 plate 13 are arranged so that the axis of the first depolarizer 11 is relative to the axis of the polarizer 12 when viewed from above the microscope apparatus as shown in FIG. The fast axis of the first λ / 4 plate 13 (oscillation direction in which the phase advances by 1/4 wavelength) so as to form 45 degrees and also with respect to the axis of the polarizer 12 (on the side opposite to the first depolarizer 11) ) Are arranged at 45 degrees. In the case of the present embodiment, the axial direction of the second depolarizer 15 may face either direction.

この構成の対物レンズ10によれば、光源1からの照明光は、まず第1のデポラライザ11を通り(但し、ここでは特に偏光状態は変換されない)、偏光子12に入射する。偏光子12に入射した照明光は、該素子12の軸方向に偏光する光のみが選択され透過する。続いて、照明光は第1のλ/4板13によって円偏光に変換され、複数のレンズ群14によって結像作用を受け、第2のデポラライザ15を通過して非偏光となって、標本16に照射される。   According to the objective lens 10 having this configuration, the illumination light from the light source 1 first passes through the first depolarizer 11 (however, the polarization state is not particularly converted here) and enters the polarizer 12. As the illumination light incident on the polarizer 12, only the light polarized in the axial direction of the element 12 is selected and transmitted. Subsequently, the illumination light is converted into circularly polarized light by the first λ / 4 plate 13, is subjected to an image forming action by the plurality of lens groups 14, passes through the second depolarizer 15, becomes non-polarized light, and the specimen 16 Is irradiated.

図3は、対物レンズ10内を通過する光束の偏光状態を模式的に示したものであり、実線の円は各光学素子における軸方向を示し、破線の円P1〜P12はいずれも光を受け取る側から見た偏光状態を示す。図3に示すように、非偏光光である光源1からの照明光(偏光状態P1)は対物レンズ10に入射すると、矢印A1が示す方向に進み、まず第1のデポラライザ11を透過する。但し、ここでは光の偏光方向は特に変換されず、照明光は非偏光のままである(偏光状態P2)。次に、照明光は偏光子12によって偏光方向を選択され(偏光状態P3)、第1のλ/4板13によって左回りの円偏光に(光を受け取る側から見て左回りに偏光面が回転するように)変換される(偏光状態P4)。そして、この偏光状態で複数のレンズ群14に入射する。   FIG. 3 schematically shows the polarization state of the light beam passing through the objective lens 10. The solid circle indicates the axial direction of each optical element, and the broken circles P1 to P12 all receive light. The polarization state seen from the side is shown. As shown in FIG. 3, when the illumination light (polarized state P1) from the light source 1 which is non-polarized light enters the objective lens 10, it proceeds in the direction indicated by the arrow A1 and first passes through the first depolarizer 11. However, the polarization direction of the light is not particularly converted here, and the illumination light remains unpolarized (polarization state P2). Next, the polarization direction of the illuminating light is selected by the polarizer 12 (polarization state P3), and the first λ / 4 plate 13 converts the light into a counterclockwise circularly polarized light (the polarization plane is counterclockwise when viewed from the light receiving side). Is converted (polarization state P4). And it injects into the some lens group 14 in this polarization state.

しかしながら、複数のレンズ群14を構成するいずれかのレンズ面で反射した光が像面に到達すると、ノイズ光となって標本像のコントラストを下げてしまうため、ノイズ光の発生を抑える必要がある。ここで、ノイズ光の振る舞いについて説明すると、複数のレンズ群14のいずれかのレンズ面で反射したノイズ光は、矢印A2が示す方向に進むが、偏光状態は不変である(偏光状態P5(すなわち、偏光状態P4と同様の左回りの円偏光))である。そして、矢印A3が示す方向に進み、第1のλ/4板13を透過すると、直線偏光に変換される(偏光状態P6)。この時の偏光状態P6は、先の偏光状態P3と直交する関係にある。したがって、ノイズ光は偏光子12でブロックされ、光強度が偏光子12の消光比のほぼ10-4以下まで減衰されるため、像面に到達しても問題ないレベルとなる。このようにして対物レンズ10ではノイズ光が回避される。 However, if the light reflected by any one of the lens surfaces constituting the plurality of lens groups 14 reaches the image plane, it becomes noise light and lowers the contrast of the sample image. Therefore, it is necessary to suppress the generation of noise light. . Here, the behavior of the noise light will be described. The noise light reflected by any lens surface of the plurality of lens groups 14 proceeds in the direction indicated by the arrow A2, but the polarization state is unchanged (the polarization state P5 (ie, the polarization state P5 (ie, , Counterclockwise circularly polarized light as in the polarization state P4)). Then, when the light travels in the direction indicated by the arrow A3 and passes through the first λ / 4 plate 13, it is converted into linearly polarized light (polarization state P6). The polarization state P6 at this time is in a relationship orthogonal to the previous polarization state P3. Therefore, the noise light is blocked by the polarizer 12, and the light intensity is attenuated to about 10 −4 or less of the extinction ratio of the polarizer 12, so that even if it reaches the image plane, it becomes a level with no problem. In this way, noise light is avoided in the objective lens 10.

続いて、矢印A1に沿って円偏光(偏光状態P4)となった照明光は、複数のレンズ群14により結像作用を受け、矢印A4が示す方向に進み、第2のデポラライザ15を透過して非偏光に変換された後(偏光状態P7)、標本16を照明する。標本16で反射した光(信号光)は、矢印A5が示す方向に進み、非偏光のまま(偏光状態P8)第2のデポラライザ15を通過する(偏光状態P9)。そして、信号光は、矢印A6が示す方向に進み、複数のレンズ群14によって結像作用を受けるが、偏光状態は第1のλ/4板13を透過しても非偏光のままである(偏光状態P10)。そのため、信号光は偏光子12で完全にブロックされず、偏光方向が偏光子12の軸方向と同じものは透過できる(偏光状態P11)。さらに、信号光は、第1のデポラライザ11を通り、非偏光光に変換された後に(偏光状態P12)、顕微鏡装置を構成する結像光学系(図1参照)へと進む。   Subsequently, the illumination light that has become circularly polarized light (polarization state P4) along the arrow A1 is subjected to an imaging action by the plurality of lens groups 14, proceeds in the direction indicated by the arrow A4, and is transmitted through the second depolarizer 15. After being converted to non-polarized light (polarization state P7), the specimen 16 is illuminated. The light (signal light) reflected by the sample 16 travels in the direction indicated by the arrow A5 and passes through the second depolarizer 15 (polarization state P9) while remaining unpolarized (polarization state P8). Then, the signal light travels in the direction indicated by the arrow A6 and is subjected to an image forming action by the plurality of lens groups 14, but the polarization state remains unpolarized even when transmitted through the first λ / 4 plate 13 ( Polarization state P10). For this reason, the signal light is not completely blocked by the polarizer 12, and can transmit light whose polarization direction is the same as the axial direction of the polarizer 12 (polarization state P <b> 11). Further, the signal light passes through the first depolarizer 11 and is converted into non-polarized light (polarization state P12), and then proceeds to the imaging optical system (see FIG. 1) constituting the microscope apparatus.

ここで、本実施例において、第1のデポラライザ11を(対物レンズ10内の)最も結像光学系側(光源側)に配置した理由について説明する。この位置に第1のデポラライザ11がないと、標本16からの信号光は偏光子12で選択された直線偏光のまま(偏光状態P11)で結像光学系へと進むことになり、顕微鏡装置内に配置されているハーフミラー7の偏光特性や、第1プリズム19及び第2プリズム20の反射膜の偏光特性などにより、明るさや色合いに影響を受けるおそれがある。ゆえに、第1のデポラライザ11を対物レンズ10内の最も結像光学系側に配置して、結像光学系に入る信号光を非偏光に変換することによって(偏光状態P12)、先のハーフミラー7やプリズム19,20の偏光特性に依存しない観察が可能となるからである。   Here, in the present embodiment, the reason why the first depolarizer 11 is arranged closest to the imaging optical system side (light source side) (in the objective lens 10) will be described. If the first depolarizer 11 does not exist at this position, the signal light from the sample 16 proceeds to the imaging optical system while maintaining the linearly polarized light selected by the polarizer 12 (polarization state P11), and the inside of the microscope apparatus. Depending on the polarization characteristics of the half mirror 7 arranged on the first mirror 19 and the polarization characteristics of the reflection films of the first prism 19 and the second prism 20, there is a risk of being affected by brightness and hue. Therefore, by arranging the first depolarizer 11 closest to the imaging optical system in the objective lens 10 and converting the signal light entering the imaging optical system to non-polarized light (polarization state P12), the previous half mirror This is because observation that does not depend on the polarization characteristics of the prisms 7 and 19 and 20 is possible.

また、本実施例において、第2のデポラライザ15を(対物レンズ10内の)最も標本16側に配置した理由を説明すると、標本16には常に非偏光である照明光が照射されるため、標本16の偏光特性に依存しない観察が可能であるという効果が得られるからである。   In the present embodiment, the reason why the second depolarizer 15 is arranged closest to the specimen 16 (in the objective lens 10) will be described. Since the specimen 16 is always irradiated with illumination light that is not polarized. This is because the effect that the observation independent of the 16 polarization characteristics is possible is obtained.

以上のような構成の対物レンズにおいて、信号光の強度は、偏光子12を照明光が1回と標本16で反射した光が1回の計2回通る際に、光の強度はそれぞれほぼ半減する。すなわち、信号光の強度は、入射光の約1/4の強度にまで減衰する。しかしながら、低倍の対物レンズは高倍の対物レンズに比べてもともと十分な明るさを持っているため、信号光の強度が入射光の1/4程度であっても、観察には十分な強度である。   In the objective lens configured as described above, the intensity of the signal light is approximately halved when the illumination light passes through the polarizer 12 once and the light reflected by the sample 16 passes twice. To do. That is, the intensity of the signal light is attenuated to about ¼ of the incident light. However, the low-magnification objective lens is sufficiently bright compared to the high-magnification objective lens, so even if the intensity of the signal light is about ¼ of the incident light, the intensity is sufficient for observation. is there.

なお、本実施例において、第1のデポラライザ11,偏光子12,第1のλ/4板13及び第2のデポラライザ15など、対物レンズ10内に挿入される各光学素子は、対物レンズ10の光軸に対して2度以上6度未満の傾きを有して配置されていることが望ましい。これまで説明してきた方法を用いれば、複数のレンズ群14を構成するレンズ面での反射により生じたノイズ光は除去できる。しかしながら、上記のような(レンズ群14以外の)挿入する各光学素子は一般に平行平板形状であり、それらの表面からの反射光は除去することができない。そこで、各光学素子を対物レンズ10の光軸に対して傾けて配置することで、各光学素子の入射面や射出面で反射する光がノイズ光となって、観察視野内に入るのを避けている。   In this embodiment, each optical element inserted into the objective lens 10 such as the first depolarizer 11, the polarizer 12, the first λ / 4 plate 13, and the second depolarizer 15 is the same as the objective lens 10. It is desirable that they are arranged with an inclination of 2 degrees or more and less than 6 degrees with respect to the optical axis. If the method described so far is used, noise light generated by reflection on the lens surfaces constituting the plurality of lens groups 14 can be removed. However, the optical elements to be inserted (other than the lens group 14) as described above generally have a parallel plate shape, and reflected light from their surfaces cannot be removed. Therefore, by arranging each optical element so as to be inclined with respect to the optical axis of the objective lens 10, light reflected from the incident surface and exit surface of each optical element becomes noise light and avoids entering the observation field of view. ing.

まず、複数のレンズ群14と標本16との間に配置される素子について考察する。顕微鏡装置の対物レンズは一般に、標本側テレセントリックになっている。そのため、素子に入射する光束は主光線が光軸に平行で、対物レンズの開口数相当の頂角を持った円錐状の光束である。したがって、素子の表面で反射した光束が、光軸に対して頂角以上になるように傾けることができれば、その光束は対物レンズの瞳径を通過することができないため、像面まで到達しない。   First, an element disposed between the plurality of lens groups 14 and the specimen 16 will be considered. The objective lens of the microscope apparatus is generally a specimen side telecentric. Therefore, the light beam incident on the element is a conical light beam whose principal ray is parallel to the optical axis and has an apex angle corresponding to the numerical aperture of the objective lens. Therefore, if the light beam reflected on the surface of the element can be tilted so as to be equal to or larger than the apex angle with respect to the optical axis, the light beam cannot pass through the pupil diameter of the objective lens and therefore does not reach the image plane.

また、極低倍対物レンズの開口数は0.03程度であり、その頂角は約1.7度であるから、光軸に対して−1.7度から+1.7度までの円錐状の光束が像面まで導かれる。すなわち、素子の表面での反射光がこの円錐の外側に出るように、素子の光軸に対する傾きを決めれば良い。素子を+1.7度以上傾ければ、光軸に対して−1.7度で入射する光線の反射光でも光軸に対して+1.7度以上になるので、例えば2度以上にするとよい。   Further, since the numerical aperture of the ultra low magnification objective lens is about 0.03 and its apex angle is about 1.7 degrees, it has a conical shape from -1.7 degrees to +1.7 degrees with respect to the optical axis. Are guided to the image plane. That is, the inclination of the element with respect to the optical axis may be determined so that the reflected light on the surface of the element comes out of the cone. If the element is tilted by +1.7 degrees or more, the reflected light of the incident light at -1.7 degrees with respect to the optical axis will be +1.7 degrees or more with respect to the optical axis. .

続いて、複数のレンズ群14よりレボルバ8側に配置される素子について考察する。例えば、接眼レンズ22の視野数を25とし、結像光学系を構成する第2対物レンズ18の焦点距離を200mmとした場合、対物レンズ10と第2対物レンズ18の間の光束の最大の画角は約3.6度である。すなわち、素子の表面で反射した光束が3.6度以上になるように傾ければ、その光束を観察視野外に出すことができる。したがって、素子の光軸に対する傾斜角は3.6度以上であると、広視野での観察が可能となるため、より好ましい。   Next, an element disposed on the revolver 8 side from the plurality of lens groups 14 will be considered. For example, when the field number of the eyepiece 22 is 25 and the focal length of the second objective lens 18 constituting the imaging optical system is 200 mm, the maximum image of the light beam between the objective lens 10 and the second objective lens 18 is displayed. The angle is about 3.6 degrees. That is, if the light beam reflected by the surface of the element is tilted so as to be 3.6 degrees or more, the light beam can be out of the observation field. Therefore, it is more preferable that the tilt angle of the element with respect to the optical axis is 3.6 degrees or more because observation in a wide field of view is possible.

また、傾斜角の上限について考察すると、例えば、挿入する素子が偏光板や樹脂製の広帯域の波長板の場合、角度特性は比較的良くできているので、傾きを大きくしても性能への影響が少ない。しかしながら、同焦点距離が限られた対物レンズで、しかも焦点距離の長い(すなわち、低倍である)場合、レンズの全長はできるだけ長い方が収差補正上都合が良い。したがって、ノイズ除去のために挿入する素子の総厚は、可能な限り薄くすることが好ましい。対物レンズ10の光軸に垂直に配置したときの素子群の総厚をtとし、直径をDとし、傾斜角をθとしたとき、傾けたときの素子群の総厚t’は、次式(1)で表される。   Considering the upper limit of the tilt angle, for example, when the element to be inserted is a polarizing plate or a wide-band wave plate made of resin, the angle characteristics are relatively good. Less is. However, in the case of an objective lens having a limited focal length and a long focal length (that is, a low magnification), it is more convenient for aberration correction that the total length of the lens is as long as possible. Therefore, it is preferable to make the total thickness of elements inserted for noise removal as thin as possible. When the total thickness of the element group when arranged perpendicularly to the optical axis of the objective lens 10 is t, the diameter is D, and the inclination angle is θ, the total thickness t ′ of the element group when tilted is It is represented by (1).

t’=D×sinθ+t×cosθ …(1)   t ′ = D × sin θ + t × cos θ (1)

例えば、対物レンズ10において、レボルバ8側に3種類の素子を挿入し、それぞれが基板ガラスを含め2mmの厚みで、1mmの空気間隔をとって配置すると、光軸に垂直に配置した場合の総厚は8mmである。このような素子群を傾斜角6度で配置すると、総厚t’は次式(2)で表される。   For example, in the objective lens 10, when three types of elements are inserted on the revolver 8 side, each is 2 mm in thickness including the substrate glass, and is arranged with an air interval of 1 mm, the total number of cases when arranged perpendicular to the optical axis is obtained. The thickness is 8 mm. When such an element group is arranged at an inclination angle of 6 degrees, the total thickness t ′ is expressed by the following equation (2).

t’=25×sin6°+8×cos6°= 10.6[mm] …(2)   t ′ = 25 × sin 6 ° + 8 × cos 6 ° = 10.6 [mm] (2)

例えば、同焦点距離を60mmと想定すると、上記の式(2)から分かるように、素子群の総厚t’は対物レンズ10の同焦点距離の2割近くを占めて、レンズ設計の自由度が減ってしまうため、傾きの上限は6度程度にするのが好ましい。   For example, assuming that the confocal distance is 60 mm, the total thickness t ′ of the element group occupies nearly 20% of the confocal distance of the objective lens 10 as can be seen from the above equation (2), and the degree of freedom in lens design. Therefore, the upper limit of the inclination is preferably about 6 degrees.

ゆえに、本実施例においては、対物レンズ10に挿入される光学素子は、ノイズ光を除去するため、対物レンズ10の光軸に対して2度以上6度未満の傾きを有して配置されることが望ましい。   Therefore, in this embodiment, the optical element inserted into the objective lens 10 is disposed with an inclination of 2 degrees or more and less than 6 degrees with respect to the optical axis of the objective lens 10 in order to remove noise light. It is desirable.

(第2実施例)
次に、第2実施例に係る対物レンズ10について説明する。本実施例において、上記の第1実施例と同じ構成、機能を有するものについては、同じ符号を用いて説明を省略する。特に、複数のレンズ群14で反射したノイズ光が減衰する理由は、第1実施例と同じであるため、説明を省略する。
(Second embodiment)
Next, the objective lens 10 according to the second example will be described. In the present embodiment, those having the same configuration and function as those of the first embodiment are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted. In particular, the reason why the noise light reflected by the plurality of lens groups 14 is attenuated is the same as in the first embodiment, and thus the description thereof is omitted.

第2実施例の対物レンズは、図4に示すように、第1実施例の対物レンズ10を構成する第2のデポラライザ15と複数のレンズ群14との間に、第2の1/4波長板31(以下、第2のλ/4板31と記す)を配置した構成となっている。このとき、第2のλ/4板31の軸と第2のデポラライザ15の軸とが互いに直交するように配置する。   As shown in FIG. 4, the objective lens of the second example has a second quarter wavelength between the second depolarizer 15 constituting the objective lens 10 of the first example and the plurality of lens groups 14. The plate 31 (hereinafter referred to as the second λ / 4 plate 31) is arranged. At this time, it arrange | positions so that the axis | shaft of the 2nd (lambda) / 4 board 31 and the axis | shaft of the 2nd depolarizer 15 may mutually orthogonally cross.

このような構成の第2実施例の対物レンズにおいて、第1のデポラライザ11、偏光子12、第1のλ/4板13、複数のレンズ群14を通過した照明光は円偏光であるが(偏光状態P4)、第2のλ/4板31を通過すると直線偏光に変換される(偏光状態P7a)。この直線偏光の偏光方向は、第2のデポラライザ15の軸方向と45度をなす。なお、デポラライザには、軸に対して45度の方向に偏光する直線偏光を最も効率良く偏光解消する性質がある。したがって、標本16は、完全な非偏光である照明光で照明される。なお、標本16から反射した光(信号光)の振る舞いは、第1実施例とほぼ同じであるため、ここでの説明を省略する。   In the objective lens according to the second embodiment having such a configuration, the illumination light passing through the first depolarizer 11, the polarizer 12, the first λ / 4 plate 13, and the plurality of lens groups 14 is circularly polarized ( Polarization state P4), when passing through the second λ / 4 plate 31, it is converted into linearly polarized light (polarization state P7a). The polarization direction of the linearly polarized light forms 45 degrees with the axial direction of the second depolarizer 15. The depolarizer has the property of depolarizing the linearly polarized light polarized in the direction of 45 degrees with respect to the axis most efficiently. Thus, the specimen 16 is illuminated with illumination light that is completely unpolarized. Note that the behavior of the light reflected from the specimen 16 (signal light) is almost the same as that in the first embodiment, and thus the description thereof is omitted here.

第2実施例の対物レンズによれば、第2のデポラライザ15が持つ性能を最大限発揮して、完全な非偏光光で標本16を照射することができ、より標本の偏光特性に依存しない観察が可能となる。   According to the objective lens of the second embodiment, the performance of the second depolarizer 15 can be exhibited to the maximum, and the specimen 16 can be irradiated with completely non-polarized light, and observation that does not depend on the polarization characteristics of the specimen more. Is possible.

(第3実施例)
次に、第3実施例に係る対物レンズについて説明する。本実施例において、上記の第1実施例と同じ構成、機能を有するものについては、同じ符号を用いて説明を省略する。特に、複数のレンズ群14で反射したノイズ光が減衰する理由は同じであるため、以下での説明を省略する。
(Third embodiment)
Next, an objective lens according to Example 3 will be described. In the present embodiment, those having the same configuration and function as those of the first embodiment are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted. In particular, the reason for the attenuation of the noise light reflected by the plurality of lens groups 14 is the same, and thus the description thereof will be omitted.

第3実施例の対物レンズは、図5に示すように、第1実施例の対物レンズ10を構成する第2のデポラライザ15に代わって、第2の1/4波長板31´(以下、第2のλ/4板31´と記す)を配置した構成となっている。   As shown in FIG. 5, the objective lens of the third embodiment is replaced with a second quarter-wave plate 31 ′ (hereinafter referred to as the first depolarizer 15) instead of the second depolarizer 15 constituting the objective lens 10 of the first embodiment. 2 λ / 4 plate 31 ').

このような構成の第3実施例の対物レンズにおいて、第1のデポラライザ11、偏光子12、第1のλ/4板13、複数のレンズ群14を通過した照明光は円偏光(偏光状態P4)であるが、第2のλ/4板31´を通過した後は直線偏光(偏光状態P7a)に変換される。本実施例では、このまま直線偏光で標本16は照明される。そして、矢印A5で示す標本16で反射した光も同様に直線偏光(偏光状態P8a)のままである。続いて、信号光は矢印A6が示す方向に進み、再度第1のλ/4板13を通過すると、円偏光(偏光状態P9a)に変換される。その後、複数のレンズ群14を通過し、もう一つの波長板である第1のλ/4板13を通過すると、再び直線偏光(偏光状態P10a)に変換される。この時の偏光の向きは偏光子12の軸方向と一致しているため、標本16からの信号光は偏光子12を通過することができる(偏光状態P11)。そして、信号光は第1のデポラライザ11を通過して非偏光に変換された後(偏光状態P12)、顕微鏡装置を構成する結像光学系(図1参照)へと進む。   In the objective lens of the third embodiment having such a configuration, the illumination light that has passed through the first depolarizer 11, the polarizer 12, the first λ / 4 plate 13, and the plurality of lens groups 14 is circularly polarized (polarization state P4). However, after passing through the second λ / 4 plate 31 ′, it is converted into linearly polarized light (polarization state P7a). In this embodiment, the specimen 16 is illuminated with the linearly polarized light as it is. The light reflected by the sample 16 indicated by the arrow A5 remains in the same manner as linearly polarized light (polarization state P8a). Subsequently, the signal light travels in the direction indicated by the arrow A6, and when it passes through the first λ / 4 plate 13 again, it is converted into circularly polarized light (polarization state P9a). After that, when passing through the plurality of lens groups 14 and passing through the first λ / 4 plate 13 which is another wavelength plate, it is converted again into linearly polarized light (polarization state P10a). Since the polarization direction at this time coincides with the axial direction of the polarizer 12, the signal light from the sample 16 can pass through the polarizer 12 (polarization state P11). Then, the signal light passes through the first depolarizer 11 and is converted to non-polarized light (polarization state P12), and then proceeds to the imaging optical system (see FIG. 1) constituting the microscope apparatus.

第3実施例の対物レンズによれば、標本16を直線偏光(偏光状態P10a)で照明することになるので、標本16に偏光特性がある場合は、その向きによって明暗が変わることになるが、偏光状態を光量ロスなく変換できることから、(照明光の偏光子12による減衰分を除いた)入射光の約半分を利用することができるという利点がある。   According to the objective lens of the third embodiment, since the specimen 16 is illuminated with linearly polarized light (polarization state P10a), if the specimen 16 has a polarization characteristic, the brightness changes depending on the orientation. Since the polarization state can be converted without any light loss, there is an advantage that about half of the incident light (excluding the attenuation of illumination light by the polarizer 12) can be used.

以上のように、本発明によれば、極低倍の観察時に必要な偏光子や1/4波長板などの各光学素子を予め組み込んで対物レンズを構成することにより、従来のように顕微鏡装置に前記光学素子を付帯させる必要がなく、使用者はレボルバの回転作業のみで、極低倍から高倍まで観察することが可能である。   As described above, according to the present invention, an objective lens is configured by incorporating in advance each optical element such as a polarizer and a quarter-wave plate necessary for observation at an extremely low magnification, thereby forming a microscope apparatus as in the conventional case. It is not necessary to attach the optical element to the lens, and the user can observe from the extremely low magnification to the high magnification only by rotating the revolver.

なお、本発明を分かりやすくするために、実施形態の構成要件を付して説明したが、本発明がこれに限定されるものではないことは言うまでもない。   In addition, in order to make this invention intelligible, although demonstrated with the component requirement of embodiment, it cannot be overemphasized that this invention is not limited to this.

例えば、本発明で使用する1/4波長板は、なるべく広帯域対応のものが好ましい。具体的には、波長400〜600nmにおいて、リタデーション(位相差)が80度〜100度程度のものを用いると、標本の色味が変化することもなく、良好な観察が可能である。   For example, the quarter-wave plate used in the present invention is preferably compatible with a wide band as much as possible. Specifically, when the retardation (phase difference) is about 80 to 100 degrees at a wavelength of 400 to 600 nm, the color of the sample does not change and good observation is possible.

図6は、広帯域対応の1/4波長板の波長特性の一例を示すものであり、横軸が波長で、縦軸が発生するリタデーション(位相差)を角度で示したグラフである。一般に、1/4波長板等の位相板は、ある方向の偏光に対してそれと垂直な方向の偏光の位相を遅らせる素子であるが、通常は複屈折を利用しているため、光の波長によってその位相差が変わってしまうという特徴がある。したがって、上記で用いたような第1のλ/4板13のように、ノイズ光を2度通すことでクロスニコルによる減衰の目的で使用する場合には、波長によっては2度通過しても直線偏光に戻らないため、色づいたノイズ光が観察される場合があった。ここで、複屈折性と屈折率分布の異なる二つの物質を貼り合わせて1/4波長板を作製すると、特定の2波長において、所望の位相差を持った波長板を作ることができる。これを広帯域波長板や色消し波長板などと呼んでいる。このような特性を持つ波長板を利用すれば、白色光で反射照明観察した場合でも、殆ど全ての波長でノイズを除去することができる。   FIG. 6 is a graph showing an example of wavelength characteristics of a quarter-wave plate compatible with a wide band, in which the horizontal axis indicates the wavelength and the vertical axis indicates the retardation (phase difference) generated by the angle. In general, a phase plate such as a quarter-wave plate is an element that delays the phase of polarized light in a direction perpendicular to polarized light in a certain direction, but usually uses birefringence, and therefore depends on the wavelength of light. There is a feature that the phase difference changes. Therefore, as in the case of the first λ / 4 plate 13 used above, when the noise light is used twice for the purpose of attenuation by crossed Nicols, it may pass twice depending on the wavelength. Since it did not return to linearly polarized light, colored noise light was sometimes observed. Here, when a quarter-wave plate is produced by bonding two substances having different birefringence and refractive index distribution, a wave plate having a desired phase difference can be produced at specific two wavelengths. This is called a broadband wave plate or an achromatic wave plate. If a wave plate having such characteristics is used, noise can be removed at almost all wavelengths even when reflected illumination is observed with white light.

また、各実施例に係る対物レンズにおいて、第1のデポラライザ11に換えて、1/4波長板を用いてもよい。1/4波長板は薄いシート状であるため、厚みのあるデポラライザと比べ、長さに制限がある対物レンズ内のスペースを有効に活用することができる。   In the objective lens according to each embodiment, a quarter wavelength plate may be used instead of the first depolarizer 11. Since the quarter-wave plate is a thin sheet, the space in the objective lens with a limited length can be effectively used as compared with a thick depolarizer.

10 対物レンズ
11 第1のデポラライザ(第1の偏光解消素子)
12 偏光子
13 第1のλ/4板
14 複数のレンズ群
15 第2のデポラライザ(第2の偏光解消素子)
31 第2のλ/4板(第2実施例)
31´ 第2のλ/4板(第3実施例)
10 Objective lens 11 First depolarizer (first depolarizer)
12 Polarizer 13 First λ / 4 Plate 14 Multiple Lens Group 15 Second Depolarizer (Second Depolarizer)
31 Second λ / 4 plate (second embodiment)
31 'second λ / 4 plate (third embodiment)

Claims (8)

像側から順に並んだ、偏光子と、第1の1/4波長板と、複数のレンズ群と、少なくとも一つの光学素子とを有し、
前記光学素子は、偏光状態を入射時と射出時で変化させる素子であることを特徴とする対物レンズ。
Having a polarizer, a first quarter-wave plate, a plurality of lens groups, and at least one optical element, arranged in order from the image side,
2. The objective lens according to claim 1, wherein the optical element is an element that changes a polarization state between an incident time and an emitted time.
前記偏光子の像側に、第1の偏光解消素子を、その軸が前記偏光子の軸と45度をなすように配置することを特徴とする請求項1に記載の対物レンズ。   2. The objective lens according to claim 1, wherein the first depolarizing element is arranged on the image side of the polarizer so that an axis thereof forms 45 degrees with an axis of the polarizer. 3. 前記光学素子として、第2の偏光解消素子及び第2の1/4波長板のうちの少なくとも一つを有することを特徴とする請求項1又は2に記載の対物レンズ。   The objective lens according to claim 1, wherein the optical element includes at least one of a second depolarizing element and a second quarter-wave plate. 前記光学素子として、前記第2の偏光解消素子及び前記第2の1/4波長板のどちらも有する場合は、前記第1の1/4波長板の速い軸と前記第2の1/4波長板の速い軸とが互いに平行となるように配置され、さらに前記第2の偏光解消素子の軸と前記第2の1/4波長板の速い軸とが互いに直交するように配置することを特徴とする請求項3に記載の対物レンズ。   When both the second depolarizing element and the second quarter wave plate are used as the optical element, the fast axis of the first quarter wave plate and the second quarter wavelength are used. It is arranged so that the fast axis of the plate is parallel to each other, and the axis of the second depolarizing element and the fast axis of the second quarter-wave plate are arranged so as to be orthogonal to each other. The objective lens according to claim 3. 前記光学素子として、前記第2の1/4波長板のみを有する場合は、前記第1の1/4波長板の速い軸と前記第2の1/4波長板の速い軸とが互いに平行となるように配置することを特徴とする請求項3に記載の対物レンズ。   When the optical element has only the second quarter-wave plate, the fast axis of the first quarter-wave plate and the fast axis of the second quarter-wave plate are parallel to each other. The objective lens according to claim 3, wherein the objective lens is arranged as follows. 前記偏光子の軸と前記第1の1/4波長板の速い軸とが互いに45度をなすように配置することを特徴とする請求項1〜5のいずれか一項に記載の対物レンズ。   6. The objective lens according to claim 1, wherein an axis of the polarizer and a fast axis of the first quarter-wave plate are arranged to form 45 degrees with each other. 前記第1の偏光解消素子、前記偏光子、前記第1の1/4波長板、前記第2の偏光解消素子及び前記第2の1/4波長板の透過面はそれぞれ前記対物レンズの光軸に対して2度以上6度未満傾いていることを特徴とする請求項3〜6のいずれか一項に記載の対物レンズ。   The transmission surfaces of the first depolarization element, the polarizer, the first quarter-wave plate, the second depolarization element, and the second quarter-wave plate are optical axes of the objective lens, respectively. The objective lens according to claim 3, wherein the objective lens is inclined at least 2 degrees and less than 6 degrees. 請求項1〜7のいずれか一項に記載の対物レンズを有する顕微鏡装置。
The microscope apparatus which has the objective lens as described in any one of Claims 1-7.
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