JP2012008361A

JP2012008361A - 実体顕微鏡装置

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Publication number: JP2012008361A
Application number: JP2010144539A
Authority: JP
Inventors: Takayuki Morita; 喬之森田; Yumiko Ouchi; 由美子大内
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 2010-06-25
Filing date: 2010-06-25
Publication date: 2012-01-12
Anticipated expiration: 2030-06-25
Also published as: JP5533334B2

Abstract

【課題】広い倍率域で最適な偏斜照明を行い、効果的なコントラスト観察が行える実体顕微鏡装置を提供する。
【解決手段】実体顕微鏡装置１０は、光源１００の像の近傍に配置される照明光学系開口絞り１１１と、この光を略平行光束にして標本面１０１に照射するコンデンサレンズ１０７と、標本面１０１から射出した光を集光して略平行光束にする対物レンズ１０８と、対物レンズ１０８の像側の焦点面若しくはその近傍に配置される結像光学系開口絞り１１３と、変倍状態に関わらず固定された入射瞳が結像光学系開口絞り１１３と略一致するように配置され、略平行光束を複数の略平行光束として射出する複数のアフォーカルズーム系１０９と、これらの略平行光束を集光する複数の結像レンズ１１０と、照明光学系開口絞り１１１の開口部の形状を変化させる複数のコントラスト観察用の光学部材１１２と、を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、実体顕微鏡装置に関する。

従来、コントラスト観察の行える実体顕微鏡装置で、対物レンズの瞳と共役な位置で遮蔽板を制御して偏斜照明を行うものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開平１１−１３３３０８号公報

しかしながら、従来の技術を利用した実体顕微鏡装置では、変倍によって光軸方向に大きく移動するアフォーカルズーム系の入射瞳に対して、遮蔽板を配置した位置が入射瞳と一致する倍率でしか最適な偏斜照明を行うことができず、例えば中間倍率域では瞳の位置から離れた場所に配置された遮蔽板が必要以上の光線を切ってしまい、視野欠けや周辺減光などの問題が生じる可能性が高い。アフォーカルズーム系の変倍域が広がる程入射瞳の位置は大きく動くため、上述の問題はより深刻となる。

本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、広い倍率域で最適な偏斜照明を行い、効果的なコントラスト観察が行える実体顕微鏡装置を提供することを目的とする。

前記課題を解決するために、本発明に係る実体顕微鏡装置は、光源若しくは当該光源の像の近傍に配置され、この光源若しくは当該光源の像から射出される光の少なくとも一部を制限する照明光学系開口絞りと、照明光学系開口絞りを通過した光を略平行光束にして標本面に照射するコンデンサレンズと、標本面から射出した光を集光して略平行光束にする対物レンズと、対物レンズの像側の焦点面若しくはその近傍に配置され、この対物レンズから射出した略平行光束の少なくとも一部を制限する結像光学系開口絞りと、変倍状態に関わらず固定された入射瞳が結像光学系開口絞りと略一致するように配置され、対物レンズから射出されて結像光学系開口絞りを通過した略平行光束を、複数の略平行光束として射出する複数のアフォーカルズーム系と、この複数のアフォーカルズーム系の各々から射出される略平行光束を集光する複数の結像レンズと、照明光学系開口絞りの、複数のアフォーカルズーム系に対応した複数の開口部の形状を変化させる複数のコントラスト観察用の光学部材と、を有することを特徴とする。

このような実体顕微鏡装置において、複数のアフォーカルズーム系は、左右に並ぶ２つのアフォーカルズーム系で構成され、また、照明光学系開口絞りは２つの開口部を有し、コントラスト観察用の光学部材は、光軸と略直交する面内において、挿脱されて照明光学系開口絞りの２つの開口部の形状を変化させるように構成されることが好ましい。

また、このような実体顕微鏡装置において、コントラスト観察用の光学部材は、照明光学系開口絞りの２つの開口部の形状を左右合同に変化させることが好ましい。

また、このような実体顕微鏡装置において、コントラスト観察用の光学部材は、照明光学系開口絞りの一方の開口部を完全に塞ぎ、他方の開口部の形状を変化させることが好ましい。

また、このような実体顕微鏡装置は、対物レンズが交換可能に構成され、いずれの対物レンズに対してもコントラス観察用の光学部材を共通して使用可能であることが好ましい。

本発明に係る実体顕微鏡装置を以上のように構成すると、広い倍率域で最適な偏斜照明を行い、効果的なコントラスト観察を行うことができる。

実体顕微鏡装置の光学系の構成を示す説明図である。上記実体顕微鏡装置に用いられるアフォーカルズーム系の構成を示す説明図であって、（ａ）は低倍端状態を示し、（ｂ）は高倍端状態を示す。第１の実施形態における遮光方法を示す説明図であって、（ａ）は、照明光学系開口絞りと遮蔽板の関係を示し、（ｂ）は結像光学系開口部の様子を示す。第２の実施形態における遮光方法を示す説明図であって、（ａ）は、照明光学系開口絞りと遮蔽板の関係を示し、（ｂ）は結像光学系開口部の様子を示す。第３の実施形態における遮光方法を示す説明図であって、（ａ）は、照明光学系開口絞りと遮蔽板の関係を示し、（ｂ）は結像光学系開口部の様子を示す。

以下、本発明の好ましい実施形態について図面を参照して説明する。まず、図１を用いて本実施の形態に係る実体顕微鏡装置の光学系について説明する。この実体顕微鏡装置１０は、ＬＥＤ又はハロゲンランプ等の光源１００から放射された光を標本面１０１に照射して照明する照明光学系１２０と、この標本面１０１からの光を集光して一次結像面１０２Ｒ，１０２Ｌに標本面１０１の像を結像する観察光学系１３０と、から構成される。なお、本実施形態の場合、照明光学系１２０は、標本面１０１を挟んで観察光学系１３０と対向する位置に配置される透過照明光学系として構成されている。

照明光学系１２０は、光源１００側から順に、この光源１００から放射された光を略平行光束にするコレクタレンズ１０４と、コレクタレンズ１０４を通過した光束を上方（標本面１０１の方向）に偏向させるミラー１０５と、このミラー１０５からの光を集光して光源１００の像を結像する投影レンズ１０６と、投影レンズ１０６からの光束を制限する照明光学系開口絞り１１１と、この照明光学系開口絞り１１１の近傍に配置され、開口部１１１Ｌ，１１１Ｒの形状を変化させるコントラスト観察用の光学部材であって、開口部１１１Ｌ，１１１Ｒを通過する光束の一部を遮蔽する遮蔽板１１２と、照明光学系開口絞り１１１を通過した光を略平行光束として標本面１０１に照射するコンデンサレンズ１０７と、から構成される。ここで、照明光学系開口絞り１１１は、投影レンズ１０６により形成される光源の像の位置若しくはその近傍に配置されている。また、コンデンサレンズ１０７は、その光源側焦点が、上記光源の像と略一致するように配置されている。

また、観察光学系１３０は、標本面１０１からの光を集光して略平行光束にする対物レンズ１０８と、対物レンズ１０８からの光束を制限する結像光学系開口絞り１１３と、結像光学系開口絞り１１３を通過した略平行光束の倍率を変化させて略平行光束として射出するアフォーカルズーム系１０９と、この略平行光束を集光して標本面１０１の像を一次結像面１０２に結像する結像レンズ１１０と、から構成される。なお、この観察光学系１３０は、１つの対物レンズ１０８に対して、この対物レンズ１０８の光軸に略平行に配置された右眼用及び左眼用２つのアフォーカルズーム系１０９Ｌ，Ｒ及び２つの結像レンズ１１０Ｌ，１１０Ｒを有して構成される。また、結像光学系開口絞り１１３も、２つのアフォーカルズーム系１０９Ｌ，１０９Ｒの光軸が通るように２つの開口部１１３Ｌ，１１３Ｒが形成されている。このように、この実体顕微鏡装置１０は、左右２つの眼に入射する光束の光学系を少なくとも部分的に独立させ、その光軸１０３Ｌ，１０３Ｒが標本面１０１上で交わるようにすることにより、異なった方向から見た標本面１０１の拡大像を作ることができ、例えば、図示しない接眼レンズを通して観察することで標本の立体視を可能としている。なお、照明光学系開口絞り１１１も、２つのアフォーカルズーム系１０９Ｌ，１０９Ｒの光軸１０３Ｌ，１０３Ｒが通るように２つの開口部１１１Ｌ，１１１Ｒが形成されている。

アフォーカルズーム系１０９の左右の光路１０９Ｌ，１０９Ｒの各々は、図２に示すように、標本面１０１側から順に、正の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１と、負の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２と、正の屈折力を有する第３レンズ群Ｇ３と、弱い正の屈折力を有する第４レンズ群Ｇ４と、から構成され、第２レンズ群Ｇ２及び第３レンズ群Ｇ３が変倍用のレンズ群として用いられる。すなわち、第１レンズ群Ｇ１及び第４レンズ群Ｇ４を固定し、第２レンズ群Ｇ２及び第３レンズ群Ｇ３を光軸に沿って移動させることにより、標本面１０１の像の観察倍率を任意に変更することが可能である。この図２に示す例では、図２（ａ）に示す低倍端状態から図２（ｂ）に示す高倍端状態に変化するときに第２レンズ群Ｇ２及び第３レンズ群Ｇ３を像側に移動させている。なお、観察倍率は、対物レンズ１０８の倍率とアフォーカルズーム系１０９の倍率との積によって決まる。

この図２に示すアフォーカルズーム系１０９の構成例について、各レンズ群の屈折力と、低倍率時ならびに高倍率時における各レンズ群の主点位置について表１に例示する。なお、この表１においてｆはこのアフォーカルズーム系１０９と結像レンズ１１０の合成焦点距離を示し、ｆ１は第１レンズ群Ｇ１の焦点距離を示し、ｆ２は第２レンズ群Ｇ２の焦点距離を示し、ｆ３は第３レンズ群Ｇ３の焦点距離を示し、ｆ４は第４レンズ群Ｇ４の焦点距離を示す。なお、以下に示す焦点距離及び主点間隔の単位は、特記の無い場合、一般に「ｍｍ」が使われるが、光学系は比例拡大又は比例縮小しても同等の光学性能が得られるので、単位は「ｍｍ」に限定されることはなく、他の適当な単位を用いることもできる。

（表１）
ｆ１＝８９．９９
ｆ２＝−１６．００
ｆ３＝５４．８２
ｆ４＝７３６５．８０

低倍率時（ｆ＝１００）
Ｇ１〜Ｇ２主点間隔８．５８
Ｇ２〜Ｇ３主点間隔３４．４９
Ｇ３〜Ｇ４主点間隔８５．８６

高倍率時（ｆ＝８００）
Ｇ１〜Ｇ２主点間隔６５．７８
Ｇ２〜Ｇ３主点間隔７．２２
Ｇ３〜Ｇ４主点間隔５５．９５

このような構成のアフォーカルズーム系１０９は、変倍しても入射瞳の位置が変化せず、第１レンズ群Ｇ１よりも物体側の位置に形成されている。ここで、対物レンズ１０８は無限遠補正型であり、この対物レンズ１０８の像側焦点面は最も像側のレンズ面よりも像側（この対物レンズ１０８とアフォーカルズーム系１０９との間）にある。そして、対物レンズ１０８の像側焦点面またはその近傍に結像光学系開口絞り１１３が配置されている。このため、対物レンズ１０８の物体側の入射瞳は無限遠方（テレセントリック）となり、標本面１０１の各点から出た光束の主光線は光軸方向に平行となる。また、この結像光学系開口絞り１１３の位置をアフォーカルズーム系１０９の入射瞳若しくはその近傍とすることで、アフォーカルズーム系１０９の変倍用レンズ群（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１０８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１０９による変倍状態に関わらず、対物レンズ１０８の物体側のテレセントリック性を保つことができる。

なお、対物レンズ１０８を複数の倍率の対物レンズと交換可能なように構成した場合には、それぞれの対物レンズ１０８をこの実体顕微鏡装置１０に取り付けたときの取り付け面から像側の焦点面までの距離が変化しないように構成することにより、対物レンズ１０８を交換しても、結像光学系開口絞り１１３を固定したままで、対物レンズ１０８の像側の焦点面と結像光学系開口絞り１１３の配置面とを一致させることができる。さらに、結像光学系開口絞り１１３の配置面とアフォーカルズーム系１０９の入射瞳位置が一致した状態も維持できる。

ところで、このような実体顕微鏡装置１０において、適切な透過照明観察を行うためには、観察光学系１３０の入射瞳を照明光で満たす必要がある。そのためには、標本面１０１から見て対物レンズ１０８と逆方向にある観察光学系１３０の入射瞳共役像を照明光で満たすことが必要である。ここで、上述の照明光学系１２０のコンデンサレンズ１０７はその光源側焦点が投影レンズ１０６により形成される光源１００の像と略一致するように配置されている、すなわち、照明光学系開口絞り１１１と略一致するように配置されているため、結像光学系開口絞り１１３と照明光学系開口絞り１１１とは略共役な位置に配置されている（結像光学系開口絞り１１３の左右の開口部１１３Ｌ，１１３Ｒと照明光学系開口絞り１１１の左右の開口部１１１Ｒ，１１１Ｌもそれぞれ略共役な位置に配置されている）。そのため、アフォーカルズーム系１０９の倍率に応じて調節される結像光学系開口絞り１１３の絞り量に応じて照明光学系開口絞り１１１の絞り量を調節することにより、観察光学系１３０の入射瞳を照明光で満たすことができる。また、照明光学系開口絞り１１１の近傍に配置された遮蔽板１１２により照明光学系開口絞り１１１の開口部１１１Ｌ，１１１Ｒの少なくとも一部を塞ぐことにより、観察光学系１３０の入射瞳に形成される開口の形状を制御することができる。すなわち、標本面１０１を照明する照明光の照射角度を変化させた偏斜照明を行うことにより、対物レンズ１０８に直接入射する照明光と、標本面１０１から発する回折光の強度の割合を調節することができる。

［第１の実施形態］
それでは、以上のような構成の実体顕微鏡装置１０において、照明光学系開口絞り１１１の左右の開口部１１１Ｌ，１１１Ｒを塞ぐ遮蔽板１１２の構成について説明する。まず、図３を用いて第１の実施形態に係る遮蔽板１１２の構成について説明する。

図３（ａ）は図１における照明光学系開口絞り１１１の開口部１１１Ｌ，１１１Ｒの位置で、光軸に垂直な平面で光源１００側から標本面１０１側方向に見たものである。また、遮蔽板１１２は、左右の開口部１１１Ｌ，１１１Ｒに対応させてそれぞれ左遮蔽板１１２Ｌ及び右遮蔽板１１２Ｒで構成されている。この位置付近で遮蔽板１１２Ｌ，１１２Ｒを図３（ａ）の上下方向、すなわち、観察光学系１３０の左右眼用の２つの光軸１０３Ｌ，１０３Ｒが並ぶ方向と略直交する方向に挿脱することで、開口の形状を操作し、標本面１０１に照射される照明光に偏りを持たせ、コントラスト観察を行うことができる。図３（ｂ）は、図１における結像光学系開口部１１３Ｌ，１１３Ｒの位置で、光軸に垂直な平面で標本面１０１側から一次結像面１０２側方向に見たものである。すなわち、この図３（ｂ）は照明光学系開口部１１１Ｌ，１１１Ｒを通過した光束が、それぞれと共役な位置にある結像光学系開口部１１３Ｒ，１１３Ｌを通過する様子を表したものである。このような構成とすると、遮蔽板１１２Ｌ，１１２Ｒの光路への挿入量に対応して開口形状を連続的に変化させることができる。また、遮蔽板１１２（１１２Ｌ，１１２Ｒ）の挿脱により標本面１０１への偏斜照明光も連続的に変化させることができ、これによりコントラストを調整することが可能である。また本実施形態では右目系と左目系の照明光の偏りが等しくなる狙いで、図３（ａ）において、一方の開口部について開口の中心を通り図３（ａ）の縦方向に引いた直線に対して線対称であり、且つ、左右の開口が合同形状に遮光されていることが特徴であり、この範囲であれば遮蔽板１１２は２枚に限られず、例えば図３（ａ）の下方から新たな遮蔽板を挿入して上下から照明光学系開口絞り１１１Ｌ，１１１Ｒを遮光することも可能であり、遮蔽板１１２Ｌ，１１２Ｒを挿脱する方向も、上下方向に限られない。本実施形態によれば、左右の観察光路の偏斜照明の程度（標本面１０１に照射される照明光の角度の範囲）が全く同じであるため、無理なく立体観察を行いながら、低コントラスト標本にコントラストを付けて観察することができる。

［第２の実施形態］
次に、第２の実施形態を図４に示す。図４（ａ）は図１における照明光学系開口絞り１１１の開口部１１１Ｌ，１１１Ｒの位置で、光軸に垂直な平面で光源１００側から標本面１０１側方向に見たものである。この位置で左右の遮蔽板１１２Ｌ′，１１２Ｒ′を図の上下方向に挿脱することで、開口の形状を操作し、標本面１０１に照射される照明光に偏りを持たせ、コントラスト観察を行うことができる。図４（ｂ）は、図１における結像光学系開口部１１３Ｌ，１１３Ｒの位置で、光軸に垂直な平面で標本面１０１側から一次結像面１０２側方向に見たものである。すなわち、この図４（ｂ）は照明光学系開口部１１１Ｌ，１１１Ｒを通過した光束が、それぞれと共役な位置にある結像光学系開口部１１３Ｒ，１１３Ｌを通過する様子を表したものである。ここで、この遮蔽板１１２Ｌ′，１１２Ｒ′のそれぞれには、図４（ａ）の右上方から左下方に向かって開口部１１１Ｌ，１１１Ｒを開放する三角形状の開口部１１２Ｌａ，１１２Ｒａと、図４（ａ）の左下方から右上方に向かって開口部１１１Ｌ，１１１Ｒを開放する三角形状の開口部１１２Ｌｂ，１１２Ｒｂとが形成されている。そのため、遮蔽板１１２Ｌ′，１１２Ｒ′の挿入位置を変えることにより、標本面１０１を照射する照明光の照射方向を変化させることができる。このように、本実施形態では照明光学系開口絞り１１１の左右の開口部１１１Ｌ，１１１Ｒを様々な形状に操作することで、コントラストの度合いを様々に調整することが可能であり、その目的の範囲において遮蔽板１１２は図４（ａ）に示す左右の遮蔽板１１２Ｌ′，１１２Ｒ′の形状に限らない。本実施形態によれば、標本面１０１に対し、より大きな角度で照明することができ、位相差の小さな標本でもコントラストを付けて観察することが可能となる。

［第３の実施形態］
最後に、第３の実施形態を図５に示す。図５（ａ）は図１における照明光学系開口絞り１１１の開口部１１１Ｌ，１１１Ｒの位置で、光軸に垂直な平面で光源１００側から標本面１０１側方向に見たものである。この位置付近において、左遮蔽板１１２Ｌ″で左開口部１１１Ｌを完全に塞ぎ、右遮蔽板１１２Ｒ″で右開口部１１１Ｒの少なくとも一部を塞ぐことで、この右開口部１１１Ｒを通過する照明光で標本面１０１を照明する。図５（ｂ）は、図１における結像光学系開口部１１３Ｌ，１１３Ｒの位置で、光軸に垂直な平面で標本面１０１側から一次結像面１０２側方向に見たものである。すなわち、この図５（ｂ）は照明光学系開口部１１１Ｌ，１１１Ｒを通過した光束が、それぞれと共役な位置にある結像光学系開口部１１３Ｒ，１１３Ｌを通過する様子を表したものである。そして、結像光学系開口絞り１１３の左開口部１１３Ｌを通過した光線を例えば撮像素子でもって画像取得を行う。ここで、右遮蔽板１１２Ｒ″を図５（ａ）の上下方向に挿脱することで、照明光学系開口絞り１１１の右開口部１１１Ｒの形状を操作し、標本面１０１に照射される照明光に偏りを持たせ、コントラスト観察を行うことができる。本態様によれば、撮像素子が取り付けられていない方の開口部１１２Ｌから迷光（レンズ面などで生じる不要な反射光など）が紛れ込むことがなく、Ｓ／Ｎの良い画像取得が可能となる。また、結像光学系開口絞り１１３の右開口部１１３Ｒを通過した光線を例えば撮像素子でもって画像取得を行ってもよい。このとき、右側の結像光学系に標本面１０１からの直接光は入らず、標本面１０１での回折光や散乱光を観察することができ、いわゆる暗視野観察画像が取得できる。さらに、結像光学系開口絞り１１３の左右開口部１１３Ｒ，１１３Ｌを通過したそれぞれの光線両方を、例えば撮像素子でもって画像取得を行ってもよい。左右それぞれの結像光学系で得られた画像を個別に評価してもよいが、左右の画像を重ねる、若しくは差分を取るなど画像処理を施し、コントラストを制御することも可能である。

この図５（ａ）に示すように、右遮蔽板１１２Ｒ″の挿脱に際して開口形状が連続的に変化することが本実施形態の特徴である。右遮蔽板１１２Ｒ″の挿脱により標本面１０１への偏斜照明光も連続的に変化させることができ、これによりコントラストを調整することが可能である。この特徴を持たせる範囲において、右遮蔽板１１２Ｒ″の形状は図５（ａ）に示すような三角形状に限らない。また、左右対称の光学系であるため、右開口部１１１Ｒを塞ぎ、左開口部１１１Ｌを先述と同様の操作で遮光するようにしても構わない。本実施形態は先述の第１の実施形態に比べ、右開口部１１１Ｒを通過した照明光が標本面１０１に照射される角度が大きくなり、より高いコントラストを得ることが可能である。

１０実体顕微鏡装置１００光源１０１標本面
１０７コンデンサレンズ１０８対物レンズ
１０９（１０９Ｌ，１０９Ｒ）アフォーカルズーム系
１１０（１１０Ｌ，１１０Ｒ）結像光学系
１１１照明光学系開口絞り１１１Ｌ，１１１Ｒ開口部
１１２遮蔽板（コントラスト観察用の光学部材）
１１３結像光学系開口絞り

Claims

光源若しくは当該光源の像の近傍に配置され、前記光源若しくは当該光源の像から射出される光の少なくとも一部を制限する照明光学系開口絞りと、
前記照明光学系開口絞りを通過した前記光を略平行光束にして標本面に照射するコンデンサレンズと、
前記標本面から射出した光を集光して略平行光束にする対物レンズと、
前記対物レンズの像側の焦点面若しくはその近傍に配置され、前記対物レンズから射出した前記略平行光束の少なくとも一部を制限する結像光学系開口絞りと、
変倍状態に関わらず固定された入射瞳が前記結像光学系開口絞りと略一致するように配置され、前記対物レンズから射出されて前記結像光学系開口絞りを通過した前記略平行光束を、複数の略平行光束として射出する複数のアフォーカルズーム系と、
前記複数のアフォーカルズーム系の各々から射出される前記略平行光束を集光する複数の結像レンズと、
前記照明光学系開口絞りの、前記複数のアフォーカルズーム系に対応した複数の開口部の形状を変化させる複数のコントラスト観察用の光学部材と、を有することを特徴とする実体顕微鏡装置。
前記複数のアフォーカルズーム系は、左右に並ぶ２つのアフォーカルズーム系で構成され、前記照明光学系開口絞りは２つの前記開口部を有し、
前記コントラスト観察用の光学部材は、光軸と略直交する面内において、挿脱されて前記照明光学系開口絞りの前記２つの開口部の形状を変化させるように構成されたことを特徴とする請求項１に記載の実体顕微鏡装置。
前記コントラスト観察用の光学部材は、前記照明光学系開口絞りの前記２つの開口部の形状を左右合同に変化させることを特徴とする請求項２に記載の実体顕微鏡装置。
前記コントラスト観察用の光学部材は、前記照明光学系開口絞りの一方の開口部を完全に塞ぎ、他方の開口部の形状を変化させることを特徴とする請求項２に記載の実体顕微鏡装置。
前記対物レンズが交換可能に構成され、
いずれの対物レンズに対しても前記コントラス観察用の光学部材を共通して使用可能であることを特徴とする請求項１〜４いずれか一項に記載の実体顕微鏡装置。