JP2011027782A - 対物レンズ、顕微鏡 - Google Patents

Abstract

【課題】対物レンズの外径が明視野観察用対物レンズと同等で、明視野照明光学系を用いて暗視野観察を可能とする対物レンズ及び該対物レンズを有する顕微鏡を提供すること。
【解決手段】対物レンズ鏡筒５０ａの、光源からの照明光の入射端と射出端との間に配置され、前記照明光の光軸を中心として、当該照明光の中心角１８０°以上３６０°未満の範囲を遮光する遮光部５６を備えた遮光部材５２を有する対物レンズ及び該対物レンズを有する顕微鏡。
【選択図】図３

Description

本発明は、対物レンズ、及びこれを有する顕微鏡に関する。

従来、明暗視野観察用顕微鏡に用いられる暗視野用対物レンズ、及びこれを有する顕微鏡が提案されている。（例えば、特許文献１）。

従来の暗視野観察可能な顕微鏡では、暗視野用対物レンズと、暗視野照明光学系とを備えている。この暗視野用対物レンズは、各レンズ素子を固定する内筒と、外筒との間に暗視野照明光路を備えており、暗視野照明光学系は、この暗視野照明光路に輪帯状の光を導入する。

暗視野照明光学系は光源からの光を暗視野用対物レンズの像面側に配置された中空の全反射ミラーで反射して暗視野用対物レンズの暗視野照明光路に輪帯状の光を導き、暗視野照明光路を通った光は対物レンズの物体面側に出射された後、中空の円錐状の光となって標本を照明する。標本表面の微細な傷や欠陥で散乱した光は、対物レンズ内の各レンズ素子と中空の全反射ミラーの中空部分を通過し、像面側に導かれる。これにより、暗視野観察が可能となる。

特開平７−２９４８２２号公報

しかしながら、従来の顕微鏡では、暗視野観察を行う場合上述のような暗視野用対物レンズと暗視野用照明光学系が必要となるため、対物レンズ及び顕微鏡の構成が複雑化し、製造コストの高騰を招いていた。

上記課題を解決するため、本発明にかかる対物レンズは、対物レンズ鏡筒の、光源からの照明光の入射端と射出端との間に配置され、前記照明光の光軸を中心として、当該照明光の中心角１８０°以上３６０°未満の範囲を遮光する遮光部を備えた遮光部材を有することを特徴とする。

また、本発明に係る顕微鏡は、前記対物レンズを備えたことを特徴とする顕微鏡を提供する。

本発明によれば、対物レンズの外径が明視野観察用対物レンズと同等で、明視野照明光学系を用いて暗視野観察を可能とする対物レンズ及び該対物レンズを有する顕微鏡を提供することができる。

本願の第１実施形態に係る対物レンズを有する顕微鏡の概略構成側面図である。 図１に示す顕微鏡の光学系の概略図である。 第１実施形態に係る対物レンズの概略構成図である。 （ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）はそれぞれ、第１実施形態に係る対物レンズに用いる遮光部材及びその変形例を示す図である。 本願の第１実施形態に係る対物レンズにおける照明光及び散乱光の経路を示す図である。 （ａ）、（ｂ）はそれぞれ、本願の第２実施形態に係る対物レンズの横断面図及び縦断面部分拡大図である。 （ａ）、（ｂ）はそれぞれ、本願の第３実施形態に係る対物レンズと、これに用いる遮光部材を示す図である。

以下、本発明の実施形態に係る対物レンズ及びこれを有する顕微鏡について図面を参照しつつ説明する。なお、以下の実施形態は、発明の理解を容易にするためのものに過ぎず、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲において当業者により実施可能な付加・置換等を施すことを排除することは意図していない。

（第１実施形態）
図１は、本願の第１実施形態に係る対物レンズを有する顕微鏡の概略構成側面図である。図２は、図１に示す顕微鏡の光学系の概略図である。以下の３つの実施形態において、顕微鏡の概略構成は共通である。

図１、図２において、顕微鏡１０は、光源１２からの照明光をレンズ１３ａ、１３ｂを介してハーフミラー１４に入射し、ハーフミラー１４はレンズ１３ｂからの照明光を反射してレボルバ１６に搭載された後述する対物レンズ５０方向へと導く。この対物レンズ５０は、暗視野観察用の対物レンズである。なお、顕微鏡１０は、公知の明視野照明光学系を使用する。対物レンズ５０はハーフミラー１４の反射光路上に配置されている。対物レンズ５０には、照明光Ｌ１の一部を遮光する遮光部５６を有する遮光部材５２が配設されており、この遮光部材５２の遮光部５６で照明光Ｌ１の一部が遮光され、遮光された該一部以外の照明光がステージ１８に載置された標本２０を照射する。

照明光の標本２０に入射した正反射光は遮光部材５２の遮光部５６で遮光され、像面には到達しない。一方、照明光のうち標本２０で散乱、回折された散乱光Ｌ２のうち、遮光部材５２の遮光部５６で遮光されなかった散乱光Ｌ２は、対物レンズ５０で集光されハーフミラー１４を透過して第２対物レンズ２２で像面２４に結像される。第２対物レンズ２２で集光された光束は、光路切替手段２６で接眼レンズ２８とカメラ３０のいずれかに選択的に切り替えられて像面２４に結像され、肉眼あるいは不図示のモニタで標本像が観察される。

ステージ１８は、顕微鏡本体１１の側面に配置された焦準ハンドル２１を回転することで上下方向に移動し、この上下移動により標本２０に合焦させて標本像を観察する。このようにして、本願第１実施形態の対物レンズ５０を搭載した顕微鏡１０が構成されている。

なお、図１に示すように、レボルバ１６には、明視野用対物レンズ２３が搭載され、顕微鏡１０はレボルバ１６で対物レンズ５０と明視野用対物レンズ２３とを交換することで、暗視野観察と明視野観察とを切り替えて標本２０を観察することが可能である。

以下、本願第１実施形態に係る対物レンズについて図３、図４を参照しつつ詳説する。

図３は、本願の第１実施形態に係る対物レンズの概略構成図である。図４（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）はそれぞれ、第１実施形態に係る対物レンズに用いる遮光部材及びその変形例を示す図である。

図３に示すように、本願の第１実施形態に係る対物レンズ５０は、従来の暗視野用対物レンズとは異なり、対物レンズ鏡筒の内筒と外筒との間に暗視野照明光路を設けず、明視野観察用対物レンズ鏡筒と同等の外径を有する対物レンズである。

この対物レンズ５０の対物レンズ鏡筒５０ａの内部には遮光部材５２が配設されている。遮光部材５２は、対物レンズ鏡筒５０ａの照明光の入射端（対物レンズ鏡筒５０ａとレボルバ１６との接合側）と射出端（対物レンズ鏡筒５０ａの標本側）との間に配設されている。図４（ａ）に示すように、遮光部材５２は半円形状の板部材であり、この遮光部材５２の全体が照明光Ｌ１の一部を遮光する遮光部５６となっている。遮光部材５２は、対物レンズ５０の光軸に直交する面内で、円筒状の対物レンズ５０の内周に遮光部材５２の円弧部分を沿わせて対物レンズ鏡筒５０ａ内に嵌め込まれている。このような遮光部材５２を対物レンズ５０内に取り付けることで、照明光の光軸を中心として中心角１８０°の範囲を遮光する。なお、遮光部５６は、照明光の全波長を吸収する部材からなることが望ましい。全波長を吸収することで、遮光した光が迷光になることを防止することができる。

また、図４（ｂ）に示すように、遮光部材５２は、対物レンズ鏡筒５０ａに内嵌する円形の硝子板５４の表面上に半円形状の膜状の遮光部５６を設けたものを用いても良い。この場合も、照明光の光軸に直交する面内で、対物レンズ５０の対物レンズ鏡筒５０ａ内に当該遮光部材５２を配置する。なお、膜状の遮光部５６を設ける部材は硝子板５４に限られず、例えば透明なプラスチックの板等、透明な板部材であれば良い。

また、遮光部材５２は、照明光の光軸を中心として中心角１８０°の範囲を遮光するように成形された半円形状の遮光部５６を有する半円形状の板部材又は半円形状の膜状の遮光部５６を設けた硝子板５４のみならず、照明光の光軸を中心として中心角１８０°以上３６０°未満の範囲を遮光するように成形された遮光部５６を有する板部材、又は同範囲を遮光するように成形された膜状の遮光部５６を設けた透明な板部材であれば適宜使用可能である。例えば、図４（ｃ）に示すように、照明光の光軸を中心として中心角２７０°の扇形で全体を遮光部５６とする板部材、又はこれと同じ扇形の膜状の遮光部５６を設けた透明な板部材を用いて、照明光の光軸を中心として中心角２７０°の範囲を遮光するようにしても良い。

ここで、遮光部材５２は、図４（ｄ）に示すように、照明光の光軸Ｓを含むように、照明光の光軸Ｓを中心とした中心角１８０°の範囲よりもわずかに広い範囲を遮光する略半円形状に成形した、全体を遮光部５６とする板部材、又は同範囲を遮光する膜状の遮光部５６を設けた透明な板部材とすることが好ましい。照明光の光軸Ｓを含む範囲を遮光することで、標本２０に垂直に入射して垂直に反射する照明光を遮光することができ、得られる標本像のＳ／Ｎ比を向上させることができる。

遮光部材５２の作用について図２、図５を参照しつつ詳説する。図２、図５に示すように、ハーフミラー１４を介して光源からの照明光Ｌ１が上記構成の対物レンズ５０に入射すると、遮光部材５２の遮光部５６で覆われた部分で照明光Ｌ１の光束の一部は遮光され、遮光部材５２の遮光部５６で覆われていない部分を通過する照明光Ｌ１の光束が標本２０を照射する。標本２０に入射した照明光Ｌ１は標本２０の表面上で正反射して全てが遮光部材５２の遮光部５６に到達し、遮光される。

これに対し、照明光Ｌ１のうち標本２０の傷や微小段差等によって散乱または回折された散乱光Ｌ２は様々な方向に伝播し、散乱光Ｌ２の一部が遮光部５６で覆われていない部分を通過してハーフミラー１４を透過し、第２対物レンズ２２で像面２４に結像される。図２及び図５において、ハーフミラー１４を介して光源から入射する照明光Ｌ１を実線で、標本２０の傷や微小段差等によって散乱または回折された散乱光Ｌ２を破線で示している。なお、顕微鏡１０では、明視野照明光学系の光軸と結像光学系の光軸とは一致するように調整されている。

第２対物レンズ２２で集光された光束は、図１に示す、光路切替手段２６で接眼レンズ２８とカメラ３０のいずれかに選択的に切り替えられて像面２４に結像され、肉眼あるいは不図示のモニタで標本像が観察される。

以上述べたように、第１実施形態に係る対物レンズ５０では、対物レンズ５０内に遮光部材５２を配置したことで、内筒と外筒との間に暗視野照明光路を設けた対物レンズおよび暗視野照明光学系とを使用することなく暗視野観察を達成することができる。これにより、対物レンズを小型化できるとともに、製造コストを抑えることができる。また、対物レンズ５０を有する顕微鏡１０は、暗視野用の中空ミラーと明視野用のハーフミラーの切替手段を設ける必要がなく、顕微鏡を安価に構成することができる。

なお、上記第１実施形態では遮光部材５２を対物レンズ５０内に配置したが、遮光部材５２の配置位置は、対物レンズ５０における光源からの照明光を射出する射出端とハーフミラー１４との間であればどこに配置しても良い。この範囲であれば、遮光部材５２を対物レンズ５０内に配置した場合と同様に暗視野観察を可能にする顕微鏡を達成することができる。

また、上記第１実施形態では、対物レンズ５０の光軸に直交する面内で、対物レンズ５０の対物レンズ鏡筒５０ａ内に遮光部材５２を配置したが、遮光部材５２の配置はこれに限らず、照明光の光軸に対して傾けて配置するとともに、照明光の光軸を中心として中心角１８０°以上３６０°未満の範囲を遮光するように配置されていれば良い。

また、遮光部材５２は、着脱可能とすることが好ましい。例えば、図３に示す対物レンズ５０における照明光を入射する入射端面近傍に遮光部材５２を配置し、押さえ環等によって遮光部材５２を固定する。押さえ環等の着脱により遮光部材５２を適宜取り外し可能とすることで、同じ対物レンズを明視野観察と暗視野観察とに使用することができ、利便性が向上する。

（第２実施形態）
第２実施形態に係る対物レンズについて図６を参照しつつ説明する。図６（ａ）は、第２実施形態に係る対物レンズの横断面図であり、図６（ｂ）は、第２実施形態に係る対物レンズの縦断面部分拡大図である。第２実施形態に係る対物レンズは、第１実施形態の対物レンズ５０に、遮光部材５２の回転手段を有する点が異なっている。第１実施形態と同様の構成には同じ符号を付し説明を省略する。

第２実施形態の対物レンズ１５０内には、硝子板５４に半円形状の膜状の遮光部５６を設けた遮光部材５２が対物レンズ１５０の光軸に直交する平面内に配置されており、対物レンズ５０は、この遮光部材５２を照明光の光軸を中心として周方向に回転させる回転手段１５１を有している。この対物レンズ１５０は、暗視野観察用の対物レンズである。遮光部材５２を回転可能とすることで、標本に対する照明方向を可変とすることができ、最適な方向から標本に照明光を照射することができる。なお、膜状の遮光部５６を設ける部材は硝子板５４に限られず、例えば透明なプラスチックの板等、透明な板部材であれば良い。遮光部材５２の遮光部５６の形状（図４（ａ）〜（ｄ）参照）、作用、効果は、第１実施形態と同様であり説明を省略する。

遮光部材５２を回転させる回転手段１５１について説明する。第２実施形態に係る対物レンズ１５０の対物レンズ鏡筒１５０ａの軸方向略中央近傍には、対物レンズ１５０の光軸に沿った方向に回転軸４０が設けられており、この回転軸４０を回転軸とする歯車４２が配設されている。また、歯車４２の一部４２ａは、対物レンズ鏡筒１５０ａの外周から、外側に突出して配置されている。

一方遮光部材５２は、外周に歯車４２の歯と噛合する歯４４ａが形成された円環状の保持部材４４に保持されており、保持部材４４は遮光部材５２とともに、対物レンズ鏡筒１５０ａの内周に、対物レンズ１５０の光軸に直交する平面内で不図示の支持部材で支持されている。

このような構成により、対物レンズ１５０の対物レンズ鏡筒１５０ａに取り付けられた歯車４２の突出部分４２ａを観察者が回転させると、歯車４２と噛合している保持部材４４が回転し、これとともに遮光部材５２が回転する。

なお、上記第２実施形態では遮光部材５２及び回転手段１５１を対物レンズ１５０の光軸に直交する面内に配置したが、これらの配置位置は、図１の対物レンズ５０における光源からの照明光を射出する射出端とハーフミラー１４との間であればどこに配置しても良い。また、回転手段１５１として電動機構を用いて遮光部材５２を回転させるようにしても良い。

また、上記第２実施形態では、対物レンズ１５０の対物レンズ鏡筒１５０ａ内で対物レンズ１５０の光軸に直交する面内に、遮光部材５２及び回転手段１５１を配置したが、遮光部材５２及び回転手段１５１の配置の仕方はこれに限らず、照明光の光軸に対して傾けて配置するとともに、遮光部５６が照明光の光軸を中心として中心角１８０°以上３６０°未満の範囲を遮光するように配置されていれば良い。

以上述べたように、第２実施形態に係る対物レンズ１５０は、回転手段１５１により遮光部材５２を回転させることができるため、最適な方向から標本に照明光を照射することができ、標本の持つ指向性に応じた照明を行うことができるため、利便性が向上する。

（第３実施形態）
図７（ａ）、（ｂ）はそれぞれ、第３実施形態に係る対物レンズと、これに用いる遮光部材を示す。第３実施形態に係る対物レンズは、第１実施形態に係る対物レンズの遮光部材を挿脱可能に構成した点が異なっている。

図７（ａ）に示すように、第３実施形態に係る対物レンズ２５０も、従来の暗視野用対物レンズとは異なり、内筒と外筒との間に暗視野照明光路を設けず、明視野観察用対物レンズと同等の外径を有する対物レンズである。対物レンズ２５０の対物レンズ鏡筒２５０ａには、後述するスライダ２５２を挿脱するための開口部２５０ｂが設けられており、この開口部２５０ｂは、対物レンズ２５０の光軸に直交する面内にスライダ２５２を配置する開口となっている。

第３実施形態では、図７（ｂ）に示すように、照明光の光軸を中心として中心角３６０°の範囲で照明光を透過する開口部である円形の穴２５２ｂと、照明光の光軸を中心として中心角１８０°の範囲で照明光を透過する開口部である半円形状の穴２５２ａとを同一平面上に設けたスライダ２５２を遮光部材として用いている。穴２５２ａは半円形状に形成されているので、円形のうち穴２５２ａを除いた半円部分が照明光の光軸を中心として中心角１８０°の範囲で照明光を遮光する遮光部２５６となっている。

このようなスライダ２５２を、対物レンズ２５０の開口部２５０ｂに配置し、スライダ２５２をスライドして円形の穴２５２ｂが光路上に配置されると、照明光は遮光されないため明視野観察が可能となる。一方、スライダ２５２をスライドして半円形状の穴２５２ａが光路上に配置されると、照明光の光軸を中心として中心角１８０°の範囲が遮光されて暗視野観察が可能となる。なお、対物レンズ２５０は、開口部２５０ｂを塞ぐ不図示の蓋部材を有しており、スライダ２５２を挿入していない時には、蓋部材で開口部２５０ｂを塞ぐことで対物レンズ２５０内への迷光や埃の侵入を防ぐことができる。

上記明視野観察のための穴２５２ｂの形状は円形に限られず、照明光の光軸を中心として中心角３６０°の範囲で照明光を透過する形状であれば良い。同様に、暗視野観察のための穴２５２ａの形状も半円形状に限られず、照明光の光軸を中心として中心角１８０°以内の範囲で照明光を透過する形状であれば適宜変更可能である。例えば、中心角９０°の扇形の穴を設けて照明光の光軸を中心とする中心角９０°の範囲で照明光を透過し、中心角２７０°の範囲で照明光を遮光するようにしても良い。

ここで、照明光の光軸を含む、前記中心角１８０°の範囲よりもわずかに広い範囲を遮光する遮光部２５６を有するように、前記中心角１８０°の範囲よりもわずかに狭い範囲で照明光を透過する略半円形状の穴２５２ａをスライダ２５２に設けることが好ましい。例えば図４（ｄ）を参照するに、黒塗りの遮光部５６と同部分で照明光を遮光するように、円形のうち遮光部５６と同形部分を除いた略半円形状部分を穿設して暗視野観察用の穴２５２ａとする。これにより、図４（ｄ）に示す照明光の光軸を含む遮光部５６と同部分の範囲で照明光を遮光することができる。照明光の光軸を含む範囲を遮光することで、標本から垂直に反射する散乱光を遮光することができ、得られる標本像のＳ／Ｎ比を向上させることができる。

なお、スライダ２５２は対物レンズ２５０に挿脱自在な構成となっているので、スライダ２５２には暗視野観察用の穴２５２ａのみを設け、スライダ２５２を用いずに不図示の前記蓋部材で対物レンズの開口部２５０ｂを塞いだ状態で明視野観察を行い、暗視野観察時にこのスライダ２５２を挿入する構成としても良い。

また、上記遮光部２５６は、照明光の全波長を吸収する部材からなることが望ましい。全波長を吸収することで、遮光した光が迷光になることを防止することができる。

また、上記第３実施形態では、対物レンズ２５０の開口部２５０ｂにスライダ２５２を配置して対物レンズ２５０の光軸に直交する面内にスライダ２５２を挿入したが、スライダ２５２の挿入位置はこれに限らず、照明光の光軸に対して傾けて配置するように挿入し、照明光の光軸を中心として中心角１８０°以上３６０°未満の範囲を遮光するように配置されていれば良い。

また、スライダ２５２の配置位置についても、対物レンズ２５０における照明光の入射端面に挿脱可能に配置しても良い。

以上述べたように、第３実施形態に係る対物レンズ２５０は、円形の穴２５２ｂと半円形状の穴２５２ａとを設けたスライダ２５２を対物レンズ２５０に挿脱可能に配置し、スライダ２５２のスライドにより明視野観察と暗視野観察とを容易に切り替えることができる。

なお、スライダ２５２は、対物レンズ２５０における照明光の入射端面とハーフミラー１４との間に配置しても良い。これにより、明視野用顕微鏡で暗視野観察を達成することができる。

１０ 顕微鏡
１２ 光源
１３ａ、１３ｂ レンズ
１４ ハーフミラー
１６ レボルバ
１８ ステージ
２０ 標本
２２ 第２対物レンズ
２４ 像面
２８ 接眼レンズ
５０、１５０、２５０ 対物レンズ
５０ａ、１５０ａ、２５０ａ 対物レンズ鏡筒
５２ 遮光部材
２５２ スライダ
５４ 硝子板
５６、２５６ 遮光部
１５１ 回転手段

Claims (9)

1. 対物レンズ鏡筒の、光源からの照明光の入射端と射出端との間に配置され、前記照明光の光軸を中心として、当該照明光の中心角１８０°以上３６０°未満の範囲を遮光する遮光部を備えた遮光部材を有することを特徴とする対物レンズ。
2. 前記遮光部材は前記遮光部である半円形状の板部材からなることを特徴とする請求項１に記載の対物レンズ。
3. 前記遮光部は半円形状の遮光膜からなり、前記遮光部材は該遮光膜を取り付けた円形の透明な板からなることを特徴とする請求項１に記載の対物レンズ。
4. 前記遮光部材はスライダであり、
   前記スライダには、前記照明光の光軸を中心として中心角１８０°以内の範囲で前記照明光を透過する開口部が形成され、
   前記開口部以外の部分が前記遮光部であり、
   前記スライダを光路に挿脱することにより明視野観察と暗視野観察とを切替可能とすることを特徴とする請求項１に記載の対物レンズ。
5. 前記遮光部材を前記対物レンズの光軸を中心として回転させる回転手段を設けたことを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の対物レンズ。
6. 前記遮光部材を着脱可能とする着脱機構を設けたことを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の対物レンズ。
7. 前記遮光部は、前記対物レンズの光軸を含むことを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の対物レンズ。
8. 前記遮光部は、前記照明光の全波長を吸収する部材からなることを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載の対物レンズ。
9. 請求項１から８のいずれか一項に記載の対物レンズを備えたことを特徴とする顕微鏡。

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