JP3846608B2 - 反射暗視野照明装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は反射暗視野照明装置に関し、特に明視野観察用の照明光束（以下、略して「明視野照明光束」という）の供給と暗視野観察用の照明光束（以下、略して「暗視野照明光束」という）の供給との切り換えが可能な反射型の照明装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図４は、明視野照明光束の供給と暗視野照明光束の供給とが切り換え可能な従来の反射照明装置の構成を概略的に示す図であって、（Ａ）は明視野照明光束の供給状態を、（Ｂ）は暗視野照明光束の供給状態を示している。なお、図４（Ａ）において、実線は照明すべき標本面（ひいては像面）との共役関係を示すための光線であって視野絞りの中央を通過する光線を、破線は標本面との共役関係を示すための光線であって視野絞りの開口最縁部を通過する光線を示している。また、図４（Ｂ）において、実線は標本面との共役関係を示す光線であってリング絞りの開口最縁部を光軸に対して平行に通過する光線を、破線はレンズの最大有効径を示すための光線であって視野絞りの開口最縁部を互いに異なる角度で通過する光線を示している。
【０００３】
図４に示す反射照明装置は、照明光を供給するための光源１を備えている。光源１からの光は、コレクタレンズＬ１を介してほぼ平行な光束となった後、集光レンズ系（Ｌ２、Ｌ３）を介して光源像を形成する。光源像の形成位置の近傍には、開口絞り２が配置されている。
図４（Ａ）に示す明視野照明光束の供給状態において、開口絞り２を介した光源像からの光は、視野絞り３およびフィールドレンズＬ４を介してほぼ平行な光束となった後、フィールドレンズＬ５に入射する。フィールドレンズＬ５を介した光は、ハーフミラーＭ１で反射された後、明視野照明光束用の対物レンズ（不図示）を介して標本（不図示）をケーラー照明する。
【０００４】
一方、図４（Ｂ）に示す暗視野照明光束の供給状態では、明視野照明光束用のフィールドレンズＬ５およびハーフミラーＭ１が光路中から取り外され、暗視野照明光束用のリング絞り４および中空反射ミラー５が光路中に設定される。この場合、開口絞り２を介した光源像からの光は、視野絞り３およびフィールドレンズＬ４を介してほぼ平行な光束となった後、リング絞り４に入射する。リング絞り４の円環状の開口部を通過した光は、中空反射ミラーＭ２に入射する。中空反射ミラーＭ２の円環状の反射部で反射された光は、暗視野照明光束用の対物レンズ（不図示）を介して標本（不図示）をクリティカル照明する。
このように、従来の反射照明装置では、明視野照明光束用のフィールドレンズＬ５およびハーフミラーＭ１と暗視野照明光束用のリング絞り４および中空反射ミラーＭ２とを切り換えることにより、明視野照明光束または暗視野照明光束を選択的に標本に供給する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来の反射照明装置では、暗視野照明光束が明視野照明光束用の対物レンズの外側を通過するように、リング絞りの円環状開口部の内径が明視野照明光束の径よりも大きく設定される。また、明視野照明光束の供給状態ではフィールドレンズＬ４およびＬ５を用いているのに対し暗視野照明光束の供給状態ではフィールドレンズＬ４だけを用いているが、フィールドレンズＬ４とＬ５との合成焦点距離よりもフィールドレンズＬ４の焦点距離のほうが長いので、視野絞り３での有効光束およびコレクタレンズ１での有効光束は明視野照明光束の供給状態よりも暗視野照明光束の供給状態のほうが大きくなる。
【０００６】
このため、図４（Ａ）と（Ｂ）とを比較参照すると、従来の反射照明装置では、暗視野照明光束が明視野照明光束よりも外側の光束を利用しており、暗視野照明光束が明視野照明光束よりも大幅に大きくなっている。その結果、明視野照明光束の供給から暗視野照明光束の供給への切り換えに際して、フィールドレンズＬ５およびハーフミラーＭ１を光路中から取り外してリング絞り４および中空反射ミラーＭ２を光路中に設定するだけでなく、視野絞り３の絞り径を変更する必要がある。すなわち、明視野照明光束の供給状態では視野数に応じて設定されていた視野絞り３の絞り径を暗視野照明光束の供給状態では適切な大きさに拡大させる必要があり、明視野照明光束の供給と暗視野照明光束の供給との間の切り換え操作が煩雑である。なお、これらの設定変更を自動化すれば切り換えの操作性は向上するが、装置が高価になってしまう。
また、上述したように、明視野照明光束の確保のために必要なレンズ径よりも暗視野照明光束の確保のために必要なレンズ径のほうが大きくなり、暗視野照明光束の供給のために光学系が大型化してしまう。
【０００７】
本発明は、前述の課題に鑑みてなされたものであり、絞り径を設定変更することなく、明視野照明光束の供給と暗視野照明光束の供給との切り換えが可能な反射暗視野照明装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために、本発明では、照明すべき物体に対して明視野観察用の照明光束または暗視野観察用の照明光束を選択的に供給する反射暗視野照明装置において、
照明光を供給するための光源と、
前記光源からの光束をほぼ平行な光束に変換するコレクタレンズと、
前記コレクタレンズからの光束を集光して光源像を形成する集光レンズ系と、
前記光源像の形成位置の近傍に配置された開口絞りと、
前記開口絞りを介した前記光源像からの光束を制限する視野絞りと、
前記視野絞りの後側に配置されたフィールドレンズと、
明視野観察用の照明光束の供給に際して光路中の所定位置に設定され、前記コレクタレンズと前記集光レンズ系と前記開口絞りと前記視野絞りと前記フィールドレンズとを介した前記光源からの光束を前記物体に向かって反射するための第１反射部材と、
前記第１反射部材で反射された光束を集光して前記物体に照射するための第１対物レンズ系と、
暗視野観察用の照明光束の供給に際して光路中に設定され、前記コレクタレンズと前記集光レンズ系と前記開口絞りと前記視野絞りと前記フィールドレンズとを介した光束を所定のビーム径を有するほぼ平行な光束に拡大するためのビームエキスパンダーと、
暗視野観察用の照明光束の供給に際して前記ビームエキスパンダーよりも物体側の光路中において前記所定位置よりも光源側に設定され、設定状態において光軸を中心とした円環状の開口部を有するリング絞りと、
暗視野観察用の照明光束の供給に際して光路中の前記所定位置に設定され、前記リング絞りの前記円環状の開口部を通過した光束を前記物体に向かって反射するための第２反射部材と、
前記第２反射部材で反射された光束を集光して前記物体に照射するための第２対物レンズ系とを備えていることを特徴とする反射暗視野照明装置を提供する。
【０００９】
本発明の好ましい態様によれば、前記ビームエキスパンダーは、光源側から順に、負の屈折力を有する第１レンズ群と、正の屈折力を有する第２レンズ群とを有し、前記コレクタレンズと前記集光レンズ系と前記開口絞りと前記視野絞りと前記フィールドレンズとを介した光束を前記リング絞りの前記円環状の開口部の外径に応じたビーム径を有するほぼ平行な光束に拡大する。また、前記ビームエキスパンダーと前記リング絞りと前記第２反射部材とは、一体的に支持された状態で光路中に設定されるように構成されていることが好ましい。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明では、暗視野観察用の照明光束の供給に際して、リング絞りの光源側にビームエキスパンダーを設定する。このビームエキスパンダーは、所定の光学系を介した光源からの光束を所定のビーム径を有するほぼ平行な光束に拡大する。換言すると、暗視野照明光束の供給状態では、ビームエキスパンダーの作用により、リング絞りの円環状の開口部の外径に応じてビーム径の拡大されたほぼ平行な光束が生成され、生成された光束がリング絞りに入射する。したがって、従来技術のように暗視野照明光束が明視野照明光束よりも大きくなることなく、明視野照明光束を利用して暗視野照明光束を得ることができる。
【００１１】
したがって、本発明では、明視野照明光束の供給から暗視野照明光束の供給への切り換えに際して、ハーフミラーのような第１反射部材を光路中から取り外して、ビームエキスパンダーとリング絞りと中空反射ミラーのような第２反射部材とを光路中に設定するだけで、たとえば視野絞りの絞り径を設定変更する必要がなく、明視野照明光束の供給と暗視野照明光束の供給との切り換えの操作性が向上する。また、明視野照明光束を利用して暗視野照明光束を得ているため、明視野照明光束の確保のために必要なレンズ径と暗視野照明光束の確保のために必要なレンズ径とがほぼ等しく、暗視野照明光束の供給のために光学系が大型化することがない。
【００１２】
以下、本発明の実施例を、添付図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の実施例にかかる反射暗視野照明装置の構成を概略的に示す図であって、（Ａ）は明視野照明光束の供給状態を、（Ｂ）は暗視野照明光束の供給状態を示している。なお、図１（Ａ）において、実線は照明すべき標本面（ひいては像面）との共役関係を示すための光線であって視野絞りの中央を通過する光線を、破線は標本面との共役関係を示すための光線であって視野絞りの開口最縁部を通過する光線を示している。また、図１（Ｂ）において、実線は標本面との共役関係を示す光線であってリング絞りの開口最縁部を光軸に対して平行に通過する光線を、破線はレンズの最大有効径を示すための光線であって視野絞りの開口最縁部を互いに異なる角度で通過する光線を示している。
【００１３】
本実施例の反射暗視野照明装置は、照明光を供給するための光源１を備えている。光源１からの光は、コレクタレンズＬ１を介してほぼ平行な光束となった後、集光レンズ系（Ｌ２、Ｌ３）を介して光源像を形成する。光源像の形成位置の近傍には、開口絞り２が配置されている。
図１（Ａ）に示す明視野照明光束の供給状態において、開口絞り２を介した光源像からの光は、視野絞り３およびフィールドレンズＬ４を介してほぼ平行な光束となった後、フィールドレンズＬ５に入射する。フィールドレンズＬ５を介した光は、ハーフミラーＭ１で図中下方へ反射される。
【００１４】
ハーフミラーＭ１で反射された光は、図２に示す明視野照明光束用の対物レンズ２０を介して標本２１をケーラー照明する。本実施例の反射暗視野照明装置が限外顕微鏡（暗視野顕微鏡）に適用される場合、明視野照明光束用の対物レンズ２０は、標本２１からの反射光に基づいて標本像を形成するための結像レンズ系を構成している。したがって、標本２１からの反射光は対物レンズ２０およびハーフミラーＭ１を介して標本明視野像を形成し、形成された標本明視野像はたとえば接眼レンズ系（不図示）を介して観察される。
【００１５】
一方、図１（Ｂ）に示す暗視野照明光束の供給状態では、明視野照明光束用のハーフミラーＭ１が光路中から取り外され、暗視野照明光束用のビームエキスパンダー（Ｌ６、Ｌ７）、リング絞り４および中空反射ミラーＭ２が光路中に設定される。さらに詳細には、ハーフミラーＭ１の設定位置に中空反射ミラーＭ２が位置決めされ、中空反射ミラーＭ２とフィールドレンズＬ５との間の光路中において光源側から順に、負レンズＬ６、正レンズＬ７およびリング絞り４が位置決めされる。なお、ビームエキスパンダー（Ｌ６、Ｌ７）、リング絞り４および中空反射ミラーＭ２は、上述の位置関係にしたがって一体的に支持された状態で光路中に設定されるように形成された暗視野用照明ブロックを構成している。
【００１６】
したがって、図１（Ｂ）に示す暗視野照明光束の供給状態では、開口絞り２を介した光源像からの光は、視野絞り３およびフィールドレンズＬ４を介してほぼ平行な光束となった後、フィールドレンズＬ５を介してビームエキスパンダー（Ｌ６、Ｌ７）に入射する。ビームエキスパンダー（Ｌ６、Ｌ７）は、上述したように光源側から順に、負レンズＬ６と正レンズＬ７とから構成されている。したがって、ビームエキスパンダー（Ｌ６、Ｌ７）に入射した光束は、負レンズＬ６と正レンズＬ７との作用により、ビーム径の拡大されたほぼ平行な光束となってリング絞り４に入射する。
【００１７】
リング絞り４は、光軸を中心とした円環状の開口部を有する。そして、ビームエキスパンダー（Ｌ６、Ｌ７）は、リング絞り４の開口部の外径に応じてビーム径を拡大する。リング絞り４の開口部を通過した光は、中空反射ミラーＭ２に入射する。中空反射ミラーＭ２は、図３に示すように、中央に形成された全体的に円形状の開口部３１と、その外側に形成された全体的に円環状の反射部３２とから構成されている。
【００１８】
中空反射ミラーＭ２の反射部３２で反射された光は、図２に示すように、暗視野照明光束用の対物レンズ２２を介して標本２１をクリティカル照明する。なお、暗視野照明光束用の対物レンズ２２は、全体的に円環状のレンズであり、中央に形成された開口部には明視野照明光束用の対物レンズ２０の一部が配置されている。したがって、標本２１からの反射光は結像レンズ系である対物レンズ２０に入射することなく、標本２１からの散乱光だけが対物レンズ２０および中空反射ミラーＭ２の開口部３１を介して標本暗視野像を形成し、形成された標本暗視野像はたとえば接眼レンズ系（不図示）を介して観察される。
【００１９】
図１（Ａ）と（Ｂ）とを比較参照すると、本実施例の反射暗視野照明装置では、略望遠鏡レンズ系を構成するビームエキスパンダー（Ｌ６、Ｌ７）の作用によりリング絞り４の開口部の外径に応じてビーム径の拡大されたほぼ平行な光束を生成し、生成した光束をリング絞り４に入射させている。したがって、従来技術のように暗視野照明光束が明視野照明光束よりも大きくなることなく、明視野照明光束を利用して暗視野照明光束を得ることができる。
【００２０】
その結果、明視野照明光束の供給から暗視野照明光束の供給への切り換えに際して、ハーフミラーＭ１を光路中から取り外すとともに一体的に支持された暗視野用照明ブロック（ビームエキスパンダー（Ｌ６、Ｌ７）、リング絞り４および中空反射ミラーＭ２）を光路中に設定するだけで、視野絞り３の絞り径および開口絞り２の絞り径を変更する必要がなく、明視野照明光束の供給と暗視野照明光束の供給との切り換えの操作性が向上する。
また、図１（Ａ）と（Ｂ）とを比較参照すると、明視野照明光束を利用して暗視野照明光束を得ているため、明視野照明光束の確保のために必要なレンズ径と暗視野照明光束の確保のために必要なレンズ径とがほぼ等しく、暗視野照明光束の供給のために光学系が大型化することがない。
【００２１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の反射暗視野照明装置によれば、絞り径を設定変更することなく明視野照明光束の供給と暗視野照明光束の供給との切り換えが可能であるとともに、暗視野照明光束の供給のために光学系が大型化することがない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例にかかる反射暗視野照明装置の構成を概略的に示す図であって、（Ａ）は明視野照明光束の供給状態を、（Ｂ）は暗視野照明光束の供給状態を示している。
【図２】明視野照明光束用の対物レンズおよび暗視野照明光束用の対物レンズの構成を概略的に示す図である。
【図３】暗視野照明光束の供給に際して用いられる中空反射ミラーの構成を概略的に示す図である。
【図４】明視野照明光束の供給と暗視野照明光束の供給とが切り換え可能な従来の反射照明装置の構成を概略的に示す図である。
【符号の説明】
１ 光源
２ 開口絞り
３ 視野絞り
４ リング絞り
２０ 明視野照明光束用の対物レンズ（結像レンズ系）
２１ 標本
２２ 暗視野照明光束用の対物レンズ
Ｍ１ ハーフミラー
Ｍ２ 中空反射ミラー
Ｌ１ コレクタレンズ
Ｌ２、Ｌ３ 集光レンズ系
Ｌ４、Ｌ５ フィールドレンズ
Ｌ６、Ｌ７ ビームエキスパンダー

Claims (4)

1. 照明すべき物体に対して明視野観察用の照明光束または暗視野観察用の照明光束を選択的に供給する反射暗視野照明装置において、
   照明光を供給するための光源と、
   前記光源からの光束をほぼ平行な光束に変換するコレクタレンズと、
   前記コレクタレンズからの光束を集光して光源像を形成する集光レンズ系と、
   前記光源像の形成位置の近傍に配置された開口絞りと、
   前記開口絞りを介した前記光源像からの光束を制限する視野絞りと、
   前記視野絞りの後側に配置されたフィールドレンズと、
   明視野観察用の照明光束の供給に際して光路中の所定位置に設定され、前記コレクタレンズと前記集光レンズ系と前記開口絞りと前記視野絞りと前記フィールドレンズとを介した前記光源からの光束を前記物体に向かって反射するための第１反射部材と、
   前記第１反射部材で反射された光束を集光して前記物体に照射するための第１対物レンズ系と、
   暗視野観察用の照明光束の供給に際して光路中に設定され、前記コレクタレンズと前記集光レンズ系と前記開口絞りと前記視野絞りと前記フィールドレンズとを介した光束を所定のビーム径を有するほぼ平行な光束に拡大するためのビームエキスパンダーと、
   暗視野観察用の照明光束の供給に際して前記ビームエキスパンダーよりも物体側の光路中において前記所定位置よりも光源側に設定され、設定状態において光軸を中心とした円環状の開口部を有するリング絞りと、
   暗視野観察用の照明光束の供給に際して光路中の前記所定位置に設定され、前記リング絞りの前記円環状の開口部を通過した光束を前記物体に向かって反射するための第２反射部材と、
   前記第２反射部材で反射された光束を集光して前記物体に照射するための第２対物レンズ系とを備えていることを特徴とする反射暗視野照明装置。
2. 前記ビームエキスパンダーは、光源側から順に、負の屈折力を有する第１レンズ群と、正の屈折力を有する第２レンズ群とを有し、前記コレクタレンズと前記集光レンズ系と前記開口絞りと前記視野絞りと前記フィールドレンズとを介した光束を前記リング絞りの前記円環状の開口部の外径に応じたビーム径を有するほぼ平行な光束に拡大することを特徴とする請求項１に記載の反射暗視野照明装置。
3. 前記ビームエキスパンダーと前記リング絞りと前記第２反射部材とは、一体的に支持された状態で光路中に設定されるように構成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の反射暗視野照明装置。
4. 前記第１反射部材は、前記コレクタレンズと前記集光レンズ系と前記開口絞りと前記視野絞りと前記フィールドレンズとを介した光束の一部を前記物体に向かって反射するための半透過膜を有し、
   前記第２反射部材は、中央に形成された全体的に円形状の開口部と、該開口部の外側に形成され前記リング絞りの前記円環状の開口部を通過した光束を前記物体に向かって反射するための反射部とを有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の反射暗視野照明装置。

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