JP5403404B2

JP5403404B2 - 顕微鏡装置

Info

Publication number: JP5403404B2
Application number: JP2009084256A
Authority: JP
Inventors: 由美子大内; 弘太郎山口; 淳竹内
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 2009-03-31
Filing date: 2009-03-31
Publication date: 2014-01-29
Anticipated expiration: 2029-03-31
Also published as: JP2010237368A

Description

本発明は、対物レンズを有する顕微鏡装置に関する。

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。

特開１１−２７１６２２号公報

しかしながら、反射率の低い標本を反射照明で観察する場合、信号光が非常に弱いためにノイズ光を減衰させてもＳ／Ｎ比が低く、ノイズ光がゴーストとして認識されてしまうという問題があった。

本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、対物レンズ面からの反射ノイズ光を除去し、反射率が低い標本であっても良好に観察することができる顕微鏡装置を提供することを目的とする。

このような目的を達成するため、本発明の顕微鏡装置は、第１の偏光子および、レボルバに切換可能に取り付けられた複数の対物レンズを含む照明光学系と、前記複数の対物レンズ、第２の偏光子および、前記レボルバにより標本に向けて切り換えられた前記対物レンズからの光を受光して前記標本の像を形成する第２対物レンズを含む結像光学系とを備え、前記第１の偏光子と前記第２の偏光子とがクロスニコル状態になるように配置され、前記複数の対物レンズのうち第１の対物レンズは、標本側から順に、１／４波長板もしくは偏光解消素子のいずれか一方と、複数のレンズ群とからなり、前記複数のレンズ群を構成するレンズは全て、前記結像光学系の結像性能に影響のない範囲で、その中心軸が同軸上に位置した状態で前記第１の対物レンズを構成する鏡筒の前記レボルバへの取り付けねじの中心線に対して偏心するように配置され、前記１／４波長板もしくは前記偏光解消素子のいずれか一方は、その中心軸が前記第１の対物レンズの前記取り付けねじの中心線に対して偏心するように配置される。
そして、前記第２対物レンズの焦点距離をｆｔ[mm]とし、前記第１の対物レンズを構成する前記鏡筒の前記レボルバに対する胴付面から、前記偏心するように配置されたレンズのレンズ面のうちノイズとなる反射光が発生するレンズ面までの距離をｄ[mm]とし、前記胴付面から前記ノイズとなる反射光が発生するレンズ面までの間に存在する前記第１の対物レンズを構成する前記レンズ群の焦点距離をｆ[mm]とし、前記取り付けねじの中心線に対する前記ノイズとなる反射光が発生するレンズ面の中心軸の傾斜角をε[rad]とし、前記取り付けねじの中心線に対する前記ノイズとなる反射光が発生するレンズ面の中心軸のシフト（横ずれ）量をδ[mm]とし、前記ノイズとなる反射光が発生するレンズ面の曲率半径をｒ[mm]としたとき、次式｜ｆｔ×ｄ／ｆ×２×（ε＋δ／ｒ）｜＞０．５[mm]の条件を満足する。

なお、本発明の顕微鏡装置は、第１の偏光子および、レボルバに切換可能に取り付けられた複数の対物レンズを含む照明光学系と、前記複数の対物レンズ、第２の偏光子および、前記レボルバにより標本に向けて切り換えられた前記対物レンズからの光を受光して前記標本の像を形成する第２対物レンズを含む結像光学系とを備え、前記第１の偏光子と前記第２の偏光子とがクロスニコル状態になるように配置され、前記複数の対物レンズのうち第１の対物レンズは、標本側から順に、１／４波長板もしくは偏光解消素子のいずれか一方と、少なくとも３つのレンズ群を含む複数のレンズ群とからなり、前記複数のレンズ群のうち前記３つのレンズ群を構成するレンズは、前記結像光学系の結像性能に影響のない範囲で、その中心軸が前記第１の対物レンズを構成する鏡筒の前記レボルバへの取り付けねじの中心線に対して前記レンズ群ごとに異なる方向に偏心するように配置され、前記１／４波長板もしくは前記偏光解消素子のいずれか一方は、その中心軸が前記第１の対物レンズの前記取り付けねじの中心線に対して偏心するように配置されてもよい。

ここで、対物レンズの胴付面とは、対物レンズを顕微鏡装置の本体に取り付ける際の当て面をいう。

なお、前記１／４波長板はその軸方向が前記第２の偏光子の偏光方向と４５度をなすように配置されることが好ましい。

本発明によれば、少なくとも１枚の構成レンズの中心軸を偏心させることにより、偏光子及び検光子で解消できる程度までノイズ光を除去し、石炭、反射防止膜を施した液晶膜、黒色物体等の反射率が低い標本であっても良好に観察することができる、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。

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。第１実施例に係る対物レンズの内部構成を模式的に表した図である。第１実施例に係る対物レンズの光路図である。第１実施例に係る対物レンズにおいて、偏心がない場合のＳ１１，Ｓ１２，Ｓ１６からの反射ノイズの光路図と、ノイズ光が像面に達するときのスポットダイアグラムである。第１実施例に係る対物レンズにおいて、偏心させた場合のＳ１１，Ｓ１２，Ｓ１６からの反射ノイズの光路図と、ノイズ光が像面に達するときのスポットダイアグラムである。第１実施例に係る対物レンズの横収差図である。第１実施例に係る点像強度分布（ＰＳＦ）の鳥瞰図である。第２実施例に係る対物レンズの内部構成を模式的に表した図である。第２実施例に係る対物レンズの光路図である。第２実施例に係る対物レンズにおいて、Ｓ１１，Ｓ１２，Ｓ１６からの反射ノイズの光路図と、ノイズ光が像面に達するときのスポットダイアグラムである。第２実施例に係る対物レンズの横収差図である。第２実施例に係る点像強度分布（ＰＳＦ）の鳥瞰図である。

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。

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２１を拡大観察するための接眼レンズ２２とを有する。

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。

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。

さらに、本実施形態では、視野絞り５とフィールドレンズ６との間にポラライザＰを、対物レンズ１０内の最も標本側に１／４波長板Ｑを、結像光学系の標本側すなわちハーフミラー７と第２対物レンズ１８との間にデポラライザ付きアナライザＡＤＰ（但し、第２対物レンズ１８側にデポラライザが位置するように）をそれぞれ配置した。

ポラライザＰ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り、偏光子に該当する。また、デポラライザ付きアナライザＡＤＰは、所定の偏光成分を選択的に透過させる機能と入射光の偏光状態を解消（非偏光状態）する機能を併せ持つ光学素子であり、検光子及び偏光解消素子に該当する。また、１／４波長板Ｑ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。

なお、ポラライザＰと、デポラライザ付きアナライザＡＤＰを構成するアナライザとはクロスニコルの状態となるように配置している。この構成により、対物レンズ１０を構成するレンズ面からの反射ノイズ光を、これらの消光比程度（１０^-4程度）まで減衰することができる。

また、１／４波長板Ｑの軸と、デポラライザ付きアナライザＡＤＰを構成するアナライザの偏光方向とが４５度の角度をなすように配置している。光源１から出た光は、ポラライザＰを通過して直線偏光となり、対物レンズ１０内の１／４波長板Ｑを通過して円偏光となってから、標本１６に照射される。そして、標本１６で反射した光、すなわち信号光は、再び１／４波長板Ｑを通過することで、その偏光方向がアナライザと同じ（平行）方向の直線偏光に変換されるため、該アナライザを透過することができる。そして、アナライザを透過した信号光は、デポラライザ付きアナライザＡＤＰを構成するデポラライザを通過して非偏光に変換され、結像光学系を介して観察することができる。すなわち、ノイズ光は除去して、信号光のみを観察することができるようになっている。

以下、選択されている対物レンズ１０の内部構成について詳しく説明する。

（第１実施例）
第１実施例に係る対物レンズ１０について、図２〜図７及び表１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、図２に示すように、複数のレンズ群１４と、このレンズ群１４の物体側に位置する１／４波長板Ｑとを有する。

複数のレンズ群１４は、図３にも示すように、光源側から順に並んだ第１レンズ群Ｇ１〜第４レンズ群Ｇ４からなり、これらレンズ群Ｇ１〜Ｇ４は全て中心軸Ｌ（図２参照）上に配置されている。

本実施例では、対物レンズ１０の取り付けねじ（図２において符号１０ａで示す）の中心線をＺとすると、この中心線Ｚに対してレンズ群１４の中心軸Ｌが偏心した状態、具体的には、取り付けねじの中心線Ｚに対してレンズ群１４の中心軸Ｌが、角度ε＝0.5［度］傾き、レンズ群１４の最もレボルバ８側に位置するレンズＬ１の中心Ｏが距離δ＝0.5[mm]横ずれした状態で設けられている。この構成にすれば、複数のレンズ群１４のレンズ面が照明光に対して全て傾くため、これらレンズ面で発生した反射光が結像光学系内に入り込むことを回避することができ、標本１６が低反射率の物体であっても観察することが可能である。

なお、対物レンズ１０の取り付けねじの中心線Ｚは、対物レンズ１０の胴付面Ｄに垂直でその中心を通る線、及び、結像光学系を構成する第２対物レンズ１８の光軸と一致している。

以下の表１に、第１実施例における各諸元の表を示す。なお、表中の［全体諸元］において、ｆは対物レンズ１０の焦点距離、ＮＡは標本側の開口数、βは倍率、εは取り付けねじの中心線Ｚに対するレンズ群１４の中心軸Ｌの傾き、δは中心線Ｚに対するレンズ群１４の中心軸Ｌの横ずれ量をそれぞれ示す。また、［レンズ諸元］において、面番号は照明光線の進行する方向に沿った像側からのレンズ面の順序を、ｒは各レンズ面の曲率半径（なお、曲率半径ｒの「0.0000」は平面を示す）を、ｄは各光学面から次の光学面（又は標本面）までの光軸上の距離である面間隔を、ｎｄはｄ線（波長587.5620nm）に対する屈折率を、νｄはｄ線に対するアッベ数をそれぞれ示す。なお、空気の屈折率「1.00000」の記載は省略している。また、表１の［レンズ諸元］における面番号Ｓ１〜Ｓ１８は、図３に示す面Ｓ１〜Ｓ１８に対応している。

表中において、焦点距離ｆ、曲率半径ｒ、面間隔ｄ、その他の長さの単位は、一般に「ｍｍ」が使われている。但し、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」に限定されることなく、他の適当な単位を用いることが可能である。

以上の説明は、他の実施例においても同様である。

（表１）
［全体諸元］
ｆ＝200mm，ＮＡ＝0.03，β＝１×，ε＝0.5[度]，δ＝0.5[mm]
［レンズ諸元］
面番号ｒｄｎｄ νｄ
Ｓ１ 10.3299 4.30 1.49782 82.5
Ｓ２ 205.1270 2.50
Ｓ３ 11.8928 4.00 1.43426 94.9
Ｓ４ -12.5489 1.00 1.90265 35.7
Ｓ５ 29.3170 7.00
Ｓ６ -11.1700 1.00 1.90265 35.7
Ｓ７ 5.2034 3.00 1.80810 22.8
Ｓ８ -18.4110 2.00
Ｓ９ -102.2790 3.00 1.80810 22.8
Ｓ10 -3.9718 1.00 1.90265 35.7
Ｓ11 10.1303 13.30
Ｓ12 -20.4004 2.00 1.84666 23.8
Ｓ13 0.0000 6.50 1.43426 94.9
Ｓ14 -15.0000 0.55
Ｓ15 -88.3560 5.20 1.75500 52.3
Ｓ16 -20.5940 0.40
Ｓ17 0.0000 2.25 1.51680 64.1
Ｓ18 0.0000 5.00

続いて、表２に、上記対物レンズ１０を構成する各面Ｓ１〜Ｓ１８の位置を示す。なお、表中では、偏心前のレンズ面Ｓ１の位置を座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ）＝（０，０，０）とし、Ｘ軸は紙面奥行方向を、Ｙ軸は紙面内右方向を、Ｚ軸は紙面内下方向をそれぞれ正としたときの、各面の座標及びＸ軸を回転軸とした回転角αで表している。また、面番号Ｓ１７とＳ１８は、対物レンズ１０の標本側に設けられた１／４波長板Ｑ（平行平板）であり、取り付けねじの中心線Ｚに対して2.5［度］傾けている。

（表２）
面番号ＸＹＺ α
Ｓ１ 0.00000 -0.50000 0.50000 0.5
Ｓ２ 0.00000 -0.46248 4.29984 0.5
Ｓ３ 0.00000 -0.44066 6.79974 0.5
Ｓ４ 0.00000 -0.40575 10.79959 0.5
Ｓ５ 0.00000 -0.39703 11.79955 0.5
Ｓ６ 0.00000 -0.33594 18.79928 0.5
Ｓ７ 0.00000 -0.32721 19.79925 0.5
Ｓ８ 0.00000 -0.30103 22.79913 0.5
Ｓ９ 0.00000 -0.28358 24.79906 0.5
Ｓ10 0.00000 -0.25740 27.79894 0.5
Ｓ11 0.00000 -0.24868 28.79890 0.5
Ｓ12 0.00000 -0.13261 42.09840 0.5
Ｓ13 0.00000 -0.11516 44.09832 0.5
Ｓ14 0.00000 -0.05844 50.59807 0.5
Ｓ15 0.00000 -0.05364 51.14805 0.5
Ｓ16 0.00000 -0.00826 56.34785 0.5
Ｓ17 0.00000 -0.00477 56.74784 2.5
Ｓ18 0.00000 0.09337 58.99570 2.5
標本面 0.00000 0.63692 63.98335 0.0

ここで、本実施例と同じレンズデータで、偏心のない場合の面Ｓ１１，Ｓ１２，Ｓ１６からの反射ノイズの光路図と、ノイズ光が像面Ｉに達するときのスポットダイアグラムとを、図４に示す。図４から分かるように、面の曲率半径によって集光スポットのサイズは変わるが、どの面からのノイズも像面Ｉの中心に集光するため、像面中心部ではノイズ光が重なりあって強度が増し、Ｓ／Ｎ比を悪化させている。

これに対して、図５は偏心させた場合、すなわち対物レンズ１０において、取り付けねじの中心線Ｚに対してレンズ群１４の中心軸Ｌを、角度ε＝0.5［度］傾け、距離δ＝0.5［mm］横ずれさせた場合の反射ノイズの光路図と、ノイズ光が像面Ｉに達するときのスポットダイアグラムとを示したものである。偏心のない場合と比べると、図５では、それぞれの面からの反射ノイズ光がカットされたり、ノイズ光の集光位置が中心からずれていたりすることが分かる。その結果、中心部に集光していたノイズ光を減少でき、標本１６が低反射のものであっても、Ｓ／Ｎ比の良い像を観察することができる。

図６は、第１実施例に係る対物レンズ１０による標本面から一次像２１までの横収差図であり、像高±１０割の場合、像高±７割の場合、像高中心の場合についてそれぞれ示す。なお、双眼部の観察像視野数は２２である。また、図７は、第１実施例に係る対物レンズ１０の点像強度分布（ＰＳＦ）の鳥瞰図である。通常、ＰＳＦは０．９以上であれば、結像性能に影響がないレベルと言える。なお、本実施例では、ＰＳＦ最大値は０．９８である。図６及び図７から、本実施例に示すような偏心によって、結像性能に影響がないことが分かる。

以上のように、本実施例では、結像性能に影響のない範囲で、対物レンズ１０全体を取り付けねじの中心線Ｚに対して偏心させることで、各面で発生するノイズ光の重畳を防ぎ、（デポラライザ付き）アナライザＡＤＰにより回避することができる。その結果、低反射の標本１６を反射照明で観察する際でも、Ｓ／Ｎ比の良い観察像を得ることができる。

なお、本実施例では、対物レンズ１０の最も標本側に１／４波長板Ｑを配置したが、替わりにデポラライザを配置してもよい。この場合、標本１６からの反射光が効率的にデポラライザ付きアナライザＡＤＰを透過しないため、光量のロスが生じるものの、ポラライザＰやアナライザＡＤＰと偏光方向を合わせるといった手間を省くことができる。

また、本実施例では、対物レンズ１０単体では共軸配置となっているので、対物レンズ組立時の球面収差等の調整は、（対物レンズ１０内の構成レンズの間隔を変更するといった）従来と同様の方法で行うことができる。

（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、図８〜図１２及び表３を用いて説明する。第２実施例の対物レンズ１０´は、第１実施例と同様のレンズ配置であるものの（表１参照）、レンズ群１４を構成する一部のレンズのみを偏心させている点が、第１実施例の対物レンズ１０とは異なる。

すなわち、第２実施例の対物レンズ１０´は、図８及び図９に示すように、対物レンズ１０´の取り付けねじ（図８において符号１０´ａで示す）の中心線Ｚに対して、面番号Ｓ３〜面番号Ｓ５のレンズで構成されたレンズ群Ｌｓの中心軸をシフト（横ずれ）させ、面番号Ｓ９〜面番号Ｓ１１のレンズで構成されたレンズ群Ｌｔａの中心軸及び面番号Ｓ１２〜面番号Ｓ１６のレンズで構成されたレンズ群Ｌｔｂの中心軸をそれぞれ傾けた。

表３に、本実施例の対物レンズ１０´を構成する各面Ｓ１〜Ｓ１８の位置を示す。なお、表中では、偏心前のレンズ面Ｓ１の位置を座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ）＝（０，０，０）とし、Ｘ軸は紙面奥行方向を、Ｙ軸は紙面内右方向を、Ｚ軸は紙面内下方向をそれぞれ正としたときの、各面の座標及びＸ軸を中心とした回転角αで表している。また、面番号Ｓ１７とＳ１８は、対物レンズ１０´の標本側に設けられた１／４波長板Ｑ（平行平板）であり、取り付けねじの中心線Ｚに対して2.0［度］傾けている。

（表３）
面番号ＸＹＺ α
Ｓ１ 0.00000 0.00000 0.00000 0.0
Ｓ２ 0.00000 0.00000 4.30000 0.0
Ｓ３ 0.00000 0.01100 6.80000 0.0
Ｓ４ 0.00000 0.01100 10.80000 0.0
Ｓ５ 0.00000 0.01100 11.80000 0.0
Ｓ６ 0.00000 0.00000 18.80000 0.0
Ｓ７ 0.00000 0.00000 19.80000 0.0
Ｓ８ 0.00000 0.00000 22.80000 0.0
Ｓ９ 0.00000 0.00000 24.80000 2.5
Ｓ10 0.00000 0.13086 27.79714 2.5
Ｓ11 0.00000 0.17448 28.79619 2.5
Ｓ12 0.00000 0.75462 42.08353 -2.0
Ｓ13 0.00000 0.68482 44.08232 -2.0
Ｓ14 0.00000 0.45797 50.57836 -2.0
Ｓ15 0.00000 0.43877 51.12802 -2.0
Ｓ16 0.00000 0.25730 56.32485 -2.0
Ｓ17 0.00000 0.24334 56.72461 2.0
Ｓ18 0.00000 0.32186 58.97324 2.0
標本面 0.00000 0.32186 63.96544 0.0

図１０に、本実施例における面Ｓ１１，Ｓ１２，Ｓ１６からの反射ノイズの光路図と、ノイズ光が像面Ｉに達するときのスポットダイアグラムとを示す。面Ｓ１１からの反射ノイズ光は集光位置が中心からずれ、面Ｓ１２，Ｓ１６からの反射ノイズ光は、結像光学系の有効径から外れるため像面Ｉまで到達しない。その結果、第２実施例では、先の第１実施例よりも反射ノイズ光は強度が弱まるため、ポラライザＰと（デポラライザ付き）アナライザＡＤＰで十分回避でき、標本１６が低反射のものであっても、Ｓ／Ｎ比の良い像を観察することができる。

図１１は、第２実施例に係る対物レンズ１０´による標本面から一次像２１までの光線追跡により評価した横収差図であり、像高±１０割の場合、像高±７割の場合、像高中心の場合についてそれぞれ示す。なお、双眼部の観察像視野数は２５である。また、図１２は、第２実施例に係る対物レンズ１０´の点像強度分布（ＰＳＦ）の鳥瞰図である。なお、本実施例では、ＰＳＦ最大値は０．９４である。図１１及び図１２から、本実施例に示すような偏心によって、結像性能に影響がないことが分かる。

以上のように、第２実施例では、結像性能に影響のない範囲で、対物レンズ１０´を構成するレンズ群１４のうち一部を、取り付けねじの中心線Ｚに対して偏心させることで、各面で発生するノイズ光を視野外に出すことができるため、低反射の標本１６を反射照明で観察する際でも、Ｓ／Ｎ比の良い観察像を得ることができる。また、第２実施例では、対物レンズ１０´を構成する一部のレンズ群Ｌｓ，Ｌｔａ，Ｌｔｂの偏心に留めているため、第１実施例よりも視野数が大きくとれるという利点がある。

また、第２実施例では、対物レンズ１０´そのものの大きさをコンパクトに抑えることができる。また、元々レンズ群Ｌｓは製品組立て時の偏心調整のためにシフト可能に構成されているため、本実施例を実施するにあたって偏心させるユニットはレンズ群Ｌｔａ，Ｌｔｂのみとなるので、それらのレンズ室の構成を変更することで対応可能となり、製造コストを低く抑えることができる。

ところで、各実施例において、対物レンズ１０を偏心させた場合の反射ノイズ光束の中心が、像面上のどの位置に到達するかは、反射ノイズ発生面以外の偏心を無視すれば、下記の近似式で探ることができる。

ここで、対物レンズ１０の取り付けねじの中心線Ｚに対する反射ノイズ発生面の傾斜角をε[rad]とし、対物レンズ１０の胴付面Ｄから反射ノイズ発生面までの距離をｄ[mm]とし、胴付面Ｄから反射ノイズ発生面までの間に存在する対物レンズ１０を構成するレンズ群の焦点距離をｆ[mm]としたとき、光軸上を進む照明光が反射ノイズ発生面で反射した後の振る舞いを近似すると、反射ノイズ発生面の傾斜角εよりノイズとなる反射光は２×εの角度で反射し、胴付面Ｄまでに存在するレンズ群の集光作用に従って変換されて胴付面Ｄから射出する。その際の光軸に対する射出角ε’[rad]は、次式（１）となる。

ε’＝ｄ／ｆ×２×ε …（１）

そして、第２対物レンズ１８の焦点距離をｆｔとしたとき、像面上に達する際のノイズ光線の像高ｙは、次式（２）となる。

ｙ＝ｆｔ×ε’ …（２）

式（１）を式（２）に代入すると、像面上に達する際のノイズ光線の像高ｙは次式（３）で表すことができる。

ｙ＝ｆｔ×ｄ／ｆ×２×ε …（３）

反射ノイズ発生面のシフトについては、以下のように考慮する。取り付けねじの中心線Ｚに対する反射ノイズ発生面の（中心軸の）シフト（横ずれ）量をδ[mm]とし、反射ノイズ発生面の曲率半径をｒ[mm]としたとき、シフト後の光軸上の接平面の傾きは、δがrに比べて充分小さければ、δ／rと表せる。シフトによる接平面の傾きを、先に検討した面の傾斜角εと合成すればよいので、式（３）は次式（４）と書き直すことができる。

ｙ＝ｆｔ×ｄ／ｆ×２×（ε＋δ／ｒ） …（４）

ここで、第１実施例のＳ１１、Ｓ１２、Ｓ１６を例にとり、上記の式（４）によってノイズスポットの集光像高ｙを求めてみる。なお、算出結果は表４に示す。表中のεは傾斜角を、δは横ずれ量を、ｒは反射ノイズ発生面の曲率半径を、ｄは胴付面Ｄからの反射ノイズ発生面までの距離を、ｆは胴付面Ｄから前記発生面までの間に存在するレンズ群の焦点距離を、ｙは像面上に達する際のノイズ光線の像高を示す。また、第２対物レンズ１８の焦点距離ｆｔは２００[mm]である。

（表４）
ε δ ｒｄｆｙ
S11 0.00873 -0.24868 10.1303 28.79890 185.7 -0.98
S12 0.00873 -0.13261 -20.4004 42.09840 185.7 1.38
S16 0.00873 -0.00826 -20.5940 56.34785 200.0 1.03

Ｓ１６において、表４に示すノイズ像高ｙ（式（４）で求めた値）と、図５のスポットダイアグラムの様子が異なっているが、その理由は式（４）ではレンズ群１４の有効径を考慮していないためである。

また、第２実施例のＳ１１、Ｓ１２、Ｓ１６を例にとり、上記の式（４）によってノイズスポットの集光像高ｙを求めてみる。なお、算出結果は表５に示す（表中の記号については、表４と同様であるため、その説明を省略する）。また、第２対物レンズ１８の焦点距離ｆｔは２００[mm]である。

（表５）
ε δ ｒｄｆｙ
S11 0.0436 0.17448 10.1303 28.7989 185.7 3.8
S12 -0.0349 0.75462 -20.4004 42.0984 185.7 -6.5
S16 -0.0349 0.25730 -20.5940 56.3479 200.0 -5.3

Ｓ１２とＳ１６とにおいて、表５に示すノイズ像高ｙが、図１０のスポットダイアグラムの様子と異なるのは、（第１実施例と同様に）レンズ群１４の有効径を考慮していないためである。

いずれの実施例においても、対物レンズ１０は各面の曲率半径がそれぞれ異なるため、式（４）におけるｙの値が0.5を超えるような場合、各面で発生した反射ノイズ光束の中心が像面上で重なることは考えられない。しかも実際には、対物レンズ１０を構成するレンズ群１４の有効径によって除去できる光束もあるため、式（４）で求められるノイズ分布（ノイズ像高ｙ）よりも、より良いものとなるはずである。

すなわち、各面で発生するノイズ光が像面上で集光する像高ｙを式（４）によって求め、次式（５）を満たすようにεとδを適宜決めることで、像面中心にスポット状に発生するノイズ光を除去することができる。

｜ｆｔ×ｄ／ｆ×２×（ε＋δ／ｒ）｜＞０．５ …（５）

以上のように、本実施形態に係る対物レンズ１０及びこれを有する顕微鏡装置においては、対物レンズ１０を構成する少なくとも１枚のレンズの中心軸を偏心させることにより、ポラライザＰ及びアナライザＡＤＰで解消できる程度まで反射ノイズ光を除去することができ、低反射率の標本であっても良好に観察することが可能である。

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。

１光源
１０（１０´）対物レンズ
１０ａ（１０´ａ）取り付けねじ
１４対物レンズを構成する複数のレンズ群
１６標本
１８第２対物レンズ
Ｐポラライザ（偏光子）
ＡＤＰデポラライザ付きアナライザ（検光子及び偏光解消素子）
Ｌ対物レンズの構成レンズのうち偏心したレンズ群の中心軸
Ｚ対物レンズの取り付けねじの中心線

Claims

第１の偏光子および、レボルバに切換可能に取り付けられた複数の対物レンズを含む照明光学系と、
前記複数の対物レンズ、第２の偏光子および、前記レボルバにより標本に向けて切り換えられた前記対物レンズからの光を受光して前記標本の像を形成する第２対物レンズを含む結像光学系とを備え、
前記第１の偏光子と前記第２の偏光子とがクロスニコル状態になるように配置され、
前記複数の対物レンズのうち第１の対物レンズは、標本側から順に、１／４波長板もしくは偏光解消素子のいずれか一方と、複数のレンズ群とからなり、
前記複数のレンズ群を構成するレンズは全て、前記結像光学系の結像性能に影響のない範囲で、その中心軸が同軸上に位置した状態で前記第１の対物レンズを構成する鏡筒の前記レボルバへの取り付けねじの中心線に対して偏心するように配置され、
前記１／４波長板もしくは前記偏光解消素子のいずれか一方は、その中心軸が前記第１の対物レンズの前記取り付けねじの中心線に対して偏心するように配置され、
前記第２対物レンズの焦点距離をｆｔ[mm]とし、前記第１の対物レンズを構成する前記鏡筒の前記レボルバに対する胴付面から、前記偏心するように配置されたレンズのレンズ面のうちノイズとなる反射光が発生するレンズ面までの距離をｄ[mm]とし、前記胴付面から前記ノイズとなる反射光が発生するレンズ面までの間に存在する前記第１の対物レンズを構成する前記レンズ群の焦点距離をｆ[mm]とし、前記取り付けねじの中心線に対する前記ノイズとなる反射光が発生するレンズ面の中心軸の傾斜角をε[rad]とし、前記取り付けねじの中心線に対する前記ノイズとなる反射光が発生するレンズ面の中心軸のシフト（横ずれ）量をδ[mm]とし、前記ノイズとなる反射光が発生するレンズ面の曲率半径をｒ[mm]としたとき、次式
｜ｆｔ×ｄ／ｆ×２×（ε＋δ／ｒ）｜＞０．５[mm]
の条件を満足することを特徴とする顕微鏡装置。
第１の偏光子および、レボルバに切換可能に取り付けられた複数の対物レンズを含む照明光学系と、
前記複数の対物レンズ、第２の偏光子および、前記レボルバにより標本に向けて切り換えられた前記対物レンズからの光を受光して前記標本の像を形成する第２対物レンズを含む結像光学系とを備え、
前記第１の偏光子と前記第２の偏光子とがクロスニコル状態になるように配置され、
前記複数の対物レンズのうち第１の対物レンズは、標本側から順に、１／４波長板もしくは偏光解消素子のいずれか一方と、少なくとも３つのレンズ群を含む複数のレンズ群とからなり、
前記複数のレンズ群のうち前記３つのレンズ群を構成するレンズは、前記結像光学系の結像性能に影響のない範囲で、その中心軸が前記第１の対物レンズを構成する鏡筒の前記レボルバへの取り付けねじの中心線に対して前記レンズ群ごとに異なる方向に偏心するように配置され、
前記１／４波長板もしくは前記偏光解消素子のいずれか一方は、その中心軸が前記第１の対物レンズの前記取り付けねじの中心線に対して偏心するように配置され、
前記第２対物レンズの焦点距離をｆｔ[mm]とし、前記第１の対物レンズを構成する前記鏡筒の前記レボルバに対する胴付面から、前記偏心するように配置されたレンズのレンズ面のうちノイズとなる反射光が発生するレンズ面までの距離をｄ[mm]とし、前記胴付面から前記ノイズとなる反射光が発生するレンズ面までの間に存在する前記第１の対物レンズを構成する前記レンズ群の焦点距離をｆ[mm]とし、前記取り付けねじの中心線に対する前記ノイズとなる反射光が発生するレンズ面の中心軸の傾斜角をε[rad]とし、前記取り付けねじの中心線に対する前記ノイズとなる反射光が発生するレンズ面の中心軸のシフト（横ずれ）量をδ[mm]とし、前記ノイズとなる反射光が発生するレンズ面の曲率半径をｒ[mm]としたとき、次式
｜ｆｔ×ｄ／ｆ×２×（ε＋δ／ｒ）｜＞０．５[mm]
の条件を満足することを特徴とする顕微鏡装置。
前記１／４波長板は、その軸方向が前記第２の偏光子の偏光方向と４５度をなすように配置されることを特徴とする請求項１または２に記載の顕微鏡装置。