JP5448078B2 - 顕微鏡装置 - Google Patents

Description

本発明は、極低倍用対物レンズを含む、複数の対物レンズを光路に対して切り換え可能な顕微鏡装置に関する。

一般に、落射照明を行う反射型の照明装置では、鏡筒内に設けたハーフミラーによって照明光を対物レンズの光軸に沿う方向に偏向し、標本からの反射光を観察する構成となっている。しかしながら、照明光のうちで標本に照射されない一部の光が、ハーフミラーを透過して鏡筒の内壁等で反射し、戻り光となってハーフミラーで上方に反射され、結像レンズに入射することにより、バックグラウンドレベルを上げ、像のコントラストを低下させるという問題があった。この現象は、瞳径が大きい、結像倍率の低い（焦点距離の長い）対物レンズほど影響が大きい。

そこで、反射型の照明装置を備えた顕微鏡装置では、極低倍の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、ハーフミラーを透過した不要な戻り光や対物レンズ面からの反射ノイズ光を除去し、標本からの信号光を良好に検出することが可能な構成をとっている（例えば、特許文献１参照）。

特開平１１−２７１６２２号公報

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。

よって、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。

このように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。

本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、極低倍から高倍まで対物レンズを切り替える際の作業性は損なわずに、ハーフミラーを透過した不要な光に起因するバックグラウンドノイズの発生を抑えて、良好な観察が可能な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、複数の対物レンズを光路に対して切り換え可能な顕微鏡装置において、光路中に固定された、光源からの光を選択的に透過する偏光子と、前記偏光子を透過した光を分割する光路分割手段と、前記光路分割手段からの光を選択的に透過する検光子と、前記光路分割手段と前記対物レンズとの間に設けられた第１の１／４波長板とを備え、前記偏光子と前記検光子とがクロスニコルの状態で配置され、前記第１の１／４波長板の速い軸が前記偏光子及び前記検光子の偏光方向のそれぞれに対して４５度をなすように配置された照明装置と、前記複数の対物レンズの一つとして、それぞれの速い軸が互いに平行又は直交するように配置された、前記光源側の端部に第２の１／４波長板と、標本側の端部に第３の１／４波長板とを備えた極低倍用対物レンズとを有する。

なお、本発明は、前記検光子、前記第１の１／４波長板、前記第２の１／４波長板及び前記第３の波長板の透過面のうち少なくとも一つは、光軸に対して２度以上傾いて配置されていることが好ましい。
また、本発明は、前記偏光子、前記検光子及び前記光路分割手段に代えて、偏光ビームスプリッタを用いてもよい。

また、本発明の顕微鏡装置は、複数の対物レンズを光路に対して切り換え可能な顕微鏡装置において、光路中に固定された、光源からの光を選択的に透過する偏光子と、前記偏光子を透過した光を分割する光路分割手段と、前記光路分割手段からの光を選択的に透過する検光子と、前記光路分割手段により分割された光のうち前記対物レンズへ向かう方向とは異なる方向に設けられた第１の１／４波長板とを備え、前記偏光子と前記検光子とがオープンニコルの状態で配置され、前記第１の１／４波長板の速い軸が前記偏光子及び前記検光子の偏光方向のそれぞれに対して４５度をなすように配置された照明装置を有する。

なお、本発明では、前記複数の対物レンズの一つとして、前記光源側の端部に第２の１／４波長板と、標本側の端部にデポラライザとを備え、前記第２の１／４波長板の速い軸が前記偏光子及び前記検光子の偏光方向のそれぞれに対して４５度をなすように配置された極低倍用対物レンズを有することが好ましい。

また、本発明は、前記検光子、前記第１の１／４波長板、前記第２の１／４波長板及び前記デポラライザの透過面のうち少なくとも一つは、光軸に対して２度以上傾いて配置されていることが好ましい。

また、本発明は、前記偏光子及び前記検光子に代わって、互いの偏光方向が同じになるように配置された一対の円偏光板を用いるとともに、前記複数の対物レンズの一つとして、それぞれの速い軸が互いに平行又は直交するように配置された、前記光源側の端部に第２の１／４波長板と、標本側の端部に第３の１／４波長板とを備えた極低倍用対物レンズとを有して、前記顕微鏡を構成することも可能である。

本発明によれば、極低倍から高倍まで対物レンズを切り替える際の作業性は損なわずに、ハーフミラーを透過した不要な光に起因するバックグラウンドノイズの発生を抑えて良好な観察が可能な顕微鏡装置を提供することができる。

第１実施例に係る顕微鏡装置の概略断面図である。 第１実施例に係る、通常の対物レンズの断面構成図及び該レンズが選択されている顕微鏡装置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。 第１実施例に係る、極低倍の対物レンズの断面構成図及び該レンズが選択されている顕微鏡装置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。 第２実施例に係る顕微鏡装置の概略断面図である。 第２実施例に係る、通常の対物レンズの断面構成図及び該レンズが選択されている顕微鏡装置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。 第２実施例に係る、極低倍の対物レンズの断面構成図及び該レンズが選択されている顕微鏡装置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。 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。

以下、本実施形態について、図面を参照しながら説明する。

はじめに、第１実施例に係る顕微鏡装置Ｍ１について、図１〜図３を用いて説明する。図１は、第１実施例に係る顕微鏡装置Ｍ１の構成断面図である。第１実施例に係る顕微鏡装置Ｍ１は、図１に示すように、光路中に固定された、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とを有する照明装置Ｌ１と、ハーフミラー７の下側（標本側）に設けられ複数の対物レンズを装着することが可能なレボルバ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Ｍ１は、結像光学系、具体的には標本１２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１２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Ｍ１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１３上の標本１２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１２で反射された照明光は、標本１２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Ｍ１の使用者は、この接眼レンズ２２により、標本１２の一次像２１を拡大観察することができる。

そして、本実施例では、照明装置Ｌ１が、視野絞り５とフィールドレンズ６との間に設けたポラライザ（偏光子）Ｐと、ハーフミラー７の直下（標本側）に設けた第１の１／４波長板Ｑ１（以下、第１のλ／４板Ｑ１と称する）と、ハーフミラー７と第２対物レンズ１８との間に設けたアナライザ（検光子）Ａとを有し、ポラライザＰとアナライザＡとがクロスニコルの状態で配置され、第１のλ／４板Ｑ１の速い軸（位相が１／４波長進む振動方向）がポラライザＰ及びアナライザＡの偏光方向のそれぞれに対して４５度をなすように配置された構成となっている。

なお、ポラライザＰ，アナライザＡは、それぞれ所定の方向に振動する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、第１のλ／４板Ｑ１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（後述の第２，第３のλ／４板Ｑ２，Ｑ３も同様の機能を有する）。

さらに、本実施例では、極低倍の対物レンズ１０が、光源側から順に並んだ、第２の１／４波長板Ｑ２（以下、第２のλ／４板Ｑ２と称する）と、複数のレンズ群１１と、第３の１／４波長板Ｑ３（以下、第３のλ／４板Ｑ３と称する）とを有し、第２のλ／４板Ｑ２と第３のλ／４板Ｑ３とがそれぞれの速い軸が互いに平行又は直交状態で配置されるように構成されている（本実施例では直交状態で配置されている（図３参照））。

また、対物レンズ９（以下、通常の対物レンズ９と称することもある）は、極低倍の対物レンズ１０と比べて焦点距離の短い、言い換えれば結像倍率の高い対物レンズであり、内部に複数のレンズ群１１´を有している。この複数のレンズ群１１´は、構成するレンズの曲率半径を小さくする等、レンズ面での反射光が像面に集光しないように予め設計されている。

ここで、上記構成の顕微鏡装置Ｍ１における各光束の振る舞いを、図２及び図３を用いて説明する。図２及び図３は、通常の対物レンズ９が選択された場合及び極低倍の対物レンズ１０が選択された場合の顕微鏡装置Ｍ１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〜Ｐ１１はいずれも光を受け取る側から見た偏光状態を示し、太い矢印はノイズ光の振る舞いを示す。但し、説明を分かりやすくするため、ハーフミラー７で発生するノイズ光の振る舞いについては、図２にのみ記載し、図３では省略している。また、各光束の進行を示す矢印は、屈折の法則を無視して振る舞いを大局的に表現している。

図２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Ｐ０）は、ポラライザＰを通過して直線偏光となり（偏光状態Ｐ１）、ハーフミラー７を介して該ミラーの直下に設けられた第１のλ／４板Ｑ１を通過し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（偏光状態Ｐ２）、選択されている対物レンズ９に入射し、標本１２に照射される。

なお、照明光のうちで標本１２に照射されない一部の光は、図２に太い矢印で示すように、ハーフミラー７を透過し、照明装置Ｌ１の内壁等で反射して不要な戻り光となり、ハーフミラー７によって上方に反射されるが、この時の偏光状態Ｐ３はアナライザＡの偏光方向と直交する関係にあるため、アナライザＡによりブロックされる。このように、本実施例では、ハーフミラー７を透過する不要光が、上記結像光学系（図１参照）に入射することがないように構成されている。

次に、選択されている対物レンズが、通常の対物レンズ９であった場合について説明する。図２に示すように、通常の対物レンズ９に入射した照明光は、光の偏光方向は特に変換されることなく、偏光状態Ｐ２の円偏光のまま、内部に備えた複数のレンズ群１１´を経て、標本１２に照射される。したがって、標本１２には、常に円偏光である照明光が照射されるため、標本１２の偏光特性に依存しない観察が可能である。

標本１２で反射した光すなわち信号光は、複数のレンズ群１１´を経て、再び照明装置Ｌ１を構成する第１のλ／４板Ｑ１を通過することで、その偏光方向がアナライザＡと同じ（平行）方向の直線偏光となるため（偏光状態Ｐ４）、ハーフミラー７を経て、アナライザＡを透過することができる。そして、アナライザＡを透過した信号光は、上記結像光学系（図１参照）を介して観察することができる。

なお、第１実施例の通常の対物レンズ９では、上記したように、構成レンズ面の曲率半径を小さくする等の設計が行われており、該レンズ面での反射光が像面に到達する心配がない。

続いて、選択されている対物レンズが、極低倍の対物レンズ１０であった場合について、図３を用いて説明する。極低倍の対物レンズ１０に入射した照明光は（偏光状態Ｐ２）、まず第２のλ／４板Ｑ２を透過して直線偏光となり（偏光状態Ｐ５）、この偏光状態で複数のレンズ群１１に入射する。そして、複数のレンズ群１１により結像作用を受けた後、第３のλ／４板Ｑ３を透過して円偏光に変換され（偏光状態Ｐ６）、標本１２に照射される。したがって、標本１２には常に円偏光である照明光が照射されるため、標本１２の偏光特性に依存しない観察が可能である。

標本１２で反射した光（信号光）は、第３のλ／４板Ｑ３を透過して直線偏光となり（偏光状態Ｐ７）、複数のレンズ群１１を経て、第２のλ／４板Ｑ２を透過して円偏光に変換され（偏光状態Ｐ８）、再び照明装置Ｌ１を構成する第１のλ／４板Ｑ１を通過することで、その偏光方向がアナライザＡと同じ（平行）方向の直線偏光となるため（偏光状態Ｐ９）、ハーフミラー７を経て、アナライザＡを透過することができる。そして、アナライザＡを透過した信号光は、上記結像光学系（図１参照）を介して観察することができる。

極低倍の対物レンズ１０において、複数のレンズ群１１の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、好ましくない。本実施例の極低倍の対物レンズ１０では、図３に太い矢印で示すように、複数のレンズ群１１のいずれかのレンズ面で反射したノイズ光が、偏光状態Ｐ５の直線偏光から、第２のλ／４板Ｑ２を透過することで右回りの円偏光に（光を受け取る側から見て右回りに偏光面が回転するように）変換され（偏光状態Ｐ１０）、照明装置Ｌ１を構成する第１のλ／４板Ｑ１により直線偏光に変換される（偏光状態Ｐ１１）。この時の偏光状態Ｐ１１は、アナライザＡの偏光方向と直交する関係にある。よって、照明装置Ｌ１に入射したノイズ光は、ハーフミラー７を経て、アナライザＡでブロックされる。このように、顕微鏡装置Ｍ２では、対物レンズ１０を構成するレンズ面で発生するノイズ光が、像面に到達しないように構成されている。

以上のような顕微鏡装置Ｍ１によれば、対物レンズ９，１０を切り替える際はレボルバ８の回転作業だけで済むため、作業性を損なわずに、ハーフミラー７を透過する不要な光に起因するバックグラウンドノイズの発生を抑えて良好な観察が可能である。

続いて、第２実施例に係る顕微鏡装置Ｍ２について、図４〜図６を用いて説明する。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。第２実施例に係る顕微鏡装置Ｍ２は、照明装置Ｌ２における第１の１／４波長板Ｑ１´の設置位置、及び、極低倍の対物レンズ１０´において最も標本側に設置された光学素子が（第３のλ／４板Ｑ３ではなく）デポラライザＤである点が、第１実施例に係る顕微鏡装置Ｍ１の構成とは異なる。

図４に、第２実施例に係る顕微鏡装置Ｍ２の構成断面図を示す。第２実施例の顕微鏡装置Ｍ２では、照明装置Ｌ２が、視野絞り５とフィールドレンズ６との間に設けたポラライザ（偏光子）Ｐと、ハーフミラー７と第２対物レンズ１８との間に設けたアナライザ（検光子）Ａと、ポラライザＰからの光がハーフミラー７を透過する方向に設けられた第１の１／４波長板Ｑ１´（以下、第１のλ／４板Ｑ１´と称する）とを有し、ポラライザＰとアナライザＡとがオープンニコルの状態で配置され、第１のλ／４板Ｑ１´の速い軸（位相が１／４波長進む振動方向）がポラライザＰ及びアナライザＡの偏光方向のそれぞれに対して４５度をなすように配置された構成となっている。

また、極低倍の対物レンズ１０´が、光源側から順に並んだ、第２の１／４波長板Ｑ２（以下、第２のλ／４板Ｑ２と称する）と、複数のレンズ群１１と、入射光の偏光状態を解消（非偏光状態）にする機能を持つデポラライザＤとを有し、第２の１／４波長板Ｑ２の速い軸がポラライザＰ及びアナライザＡの偏光方向のそれぞれに対して４５度をなすように配置された構成となっている。

ここで、上記構成の顕微鏡装置Ｍ２における各光束の振る舞いを、図５及び図６を用いて説明する。図５及び図６は、通常の対物レンズ９が選択された場合及び極低倍の対物レンズ１０が選択された場合の顕微鏡装置Ｍ１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〜Ｐ５はいずれも光を受け取る側から見た偏光状態を示し、太い矢印はノイズ光の振る舞いを示す。但し、説明を分かりやすくするため、ハーフミラー７で発生するノイズ光の振る舞いについては、図５にのみ記載し、図６では省略している。

図５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Ｐ０）は、ポラライザＰを通過して直線偏光となり（偏光状態Ｐ１）、ハーフミラー７を介して、選択されている対物レンズ９に入射し、標本１２に照射される。

なお、照明光のうちで標本１２に照射されない一部の光は、図５に太い矢印で示すように、ハーフミラー７を透過し、第１のλ／４板Ｑ１´を透過し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（偏光状態Ｐ２）、照明装置Ｌ２の内壁等で反射し、不要な戻り光となって、再び第１のλ／４板Ｑ１´を透過して直線偏光に変換され（偏光状態Ｐ３）、ハーフミラー７で上方に反射される。この時の偏光状態Ｐ３はアナライザＡの偏光方向と直交する関係にあるため、戻り光はアナライザＡによりブロックされる。このように、本実施例では、ハーフミラー７を透過する不要光が、上記結像光学系（図４参照）に入射することがないように構成されている。

次に、選択されている対物レンズが、通常の対物レンズ９であった場合について説明する。通常の対物レンズ９に入射した照明光は、光の偏光方向は変換されることなく直線偏光のまま（偏光状態Ｐ１）、内部に備えた複数のレンズ群１１´を経て、標本１２に照射される。

標本１２で反射した光（信号光）は、光の偏光方向は特に変換されることなく直線偏光のまま（偏光状態Ｐ１）、複数のレンズ群１１´を経て、照明装置Ｌ２に入射する。この時の偏光状態Ｐ１は、アナライザＡと同じ（平行）方向の直線偏光である。よって、照明装置Ｌ２に入射した信号光は、ハーフミラー７を経て、アナライザＡを透過することができる。そして、アナライザＡを透過した信号光は、上記結像光学系（図４参照）を介して観察することができる。

なお、第２実施例の通常の対物レンズ９では、上記したように、構成レンズ面の曲率半径を小さくする等の設計が行われており、該レンズ面での反射光が像面に到達する心配がない。

続いて、選択されている対物レンズが、極低倍の対物レンズ１０´であった場合について、図６を用いて説明する。極低倍の対物レンズ１０´に入射した照明光は（偏光状態Ｐ１）、まず第２のλ／４板Ｑ２を透過して左回りの円偏光に変換され（偏光状態Ｐ２）、この偏光状態で複数のレンズ群１１に入射する。そして、複数のレンズ群１１により結像作用を受けた後、デポラライザＤを透過して非偏光に変換され（偏光状態Ｐ３）、標本１２に照射される。したがって、標本１２には常に非偏光である照明光が照射されるため、標本１２の偏光特性に依存しない観察が可能である。

標本１２で反射した光（信号光）は、光の偏光方向は変換されることなく非偏光のままでデポラライザＤ及び複数のレンズ群１１を透過し（偏光状態Ｐ３）、第２のλ／４板Ｑ２を透過して直線偏光に変換され（偏光状態Ｐ４）、照明装置Ｌ２に入射する。この時の偏光状態Ｐ４は、アナライザＡと同じ（平行）方向の直線偏光である。よって、照明装置Ｌ２に入射した信号光は、ハーフミラー７を経て、アナライザＡを透過することができる。そして、アナライザＡを透過した信号光は、上記結像光学系（図４参照）を介して観察することができる。

極低倍の対物レンズ１０´において、複数のレンズ群１１の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、好ましくない。本実施例では、複数のレンズ群１１のいずれかのレンズ面で反射したノイズ光は、図６に太い矢印で示すように、上記偏光状態Ｐ２と同じ向きの左回りの円偏光から、第２のλ／４板Ｑ２を透過することで直線偏光に変換された後に（偏光状態Ｐ５）、照明装置Ｌ２に入射する。この時の偏光状態Ｐ５は、アナライザＡの偏光方向と直交する関係にある。よって、照明装置Ｌ２に入射したノイズ光は、ハーフミラー７を経て、アナライザＡでブロックされる。このように、顕微鏡装置Ｍ２では、対物レンズ１０を構成するレンズ面で発生するノイズ光が、像面に到達しないように構成されている。

以上のような顕微鏡装置Ｍ２によれば、対物レンズ９，１０´を切り替える際はレボルバ８の回転作業だけで済むため、作業性を損なわずに、ハーフミラー７を透過する不要な光に起因するバックグラウンドノイズの発生を抑えて良好な観察が可能である。

第３実施例の顕微鏡装置として、上記の第２実施例の照明装置Ｌ２を構成するポラライザＰ及びアナライザＡに代わって、互いの偏光方向が同じになるように配置された一対の円偏光板を用いて構成してもよい（図示略）。この構成によれば、標本１２を円偏光で照明することができるため、通常の対物レンズ９を使用した場合でも、像の見え方が標本１２の偏光特性に依存しない観察が可能である。なお、この場合の極低倍の対物レンズは、第１実施例と同様の構成のもの、すなわち光源側の端部に設けた第２の１／４波長板Ｑ２と、標本側の端部に設けた第３の１／４波長板Ｑ３とを有し、それぞれの速い軸が互いに平行又は直交するように配置された構成のものを用いるのが好ましい。

以上のように第１〜第３実施例を用いて本発明を説明してきたが、標本に偏光依存性があり、さらに極低倍観察時に光量の低下が問題となる場合は、第１実施例又は第３実施例を採用することが好ましい。また、顕微鏡装置を構成する光学素子の使用枚数を最小にして、コストダウンを図る場合には、第１実施例を採用することが好ましい。また、照明装置の厚さを薄くして、顕微鏡装置のコンパクト化を図りたい場合は、第２実施例を採用することが好ましい。

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。

例えば、本発明では、使用する全ての光学素子が、可視光帯域において波長依存性を持たないことが好ましい。

特に、１／４波長板は、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。

図７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、上記の第１実施例で用いた第１の１／４波長板Ｑ１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。

また、本発明では、顕微鏡装置内に配置されているハーフミラー７、第１プリズム１９及び第２プリズム２０等の偏光特性を回避するために、照明装置を構成するアナライザＡの直後（すなわち結像光学系側）にデポラライザ又は１／４波長板を配置して、結像光学系に入る信号光を非偏光又は円偏光にしておくことが好ましい。

また、本発明では、第２のλ／４板Ｑ２，第３のλ／４板Ｑ３、デポラライザＤなど、対物レンズ１０（１０´）内に挿入される各光学素子は、対物レンズ１０（１０´）の光軸に対して２度以上の傾きを有して配置されていることが好ましい。

これまで説明してきた方法を用いれば、複数のレンズ群１１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することができる。しかしながら、上記のような（レンズ群１１以外の）各光学素子は一般に平行平板形状であり、それら表面からの反射光は除去することが難しい。そこで、各光学素子を対物レンズ１０（１０´）の光軸に対して傾けて配置して、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ることが好ましい。

まず、極低倍の対物レンズ１０（１０´）を構成する複数のレンズ群１１と標本１２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。

また、極低倍対物レンズ１０（１０´）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。

次に、複数のレンズ群１１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（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。

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である場合、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。

例えば、対物レンズ１０（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。

ｔ’＝Ｄ×ｓｉｎθ＋ｔ×ｃｏｓθ …（１）

ここで、対物レンズ１０（１０´）の同焦点距離を６０mmと想定すると、レンズ設計の自由度を維持するためにも、素子群の総厚ｔ’が対物レンズ１０の同焦点距離の２割程度に抑えられるように、傾斜角θを設定することが好ましい。

具体的には、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した場合、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。

ｔ’＝２５×ｓｉｎ６°＋８×ｃｏｓ６°＝ １０．６［mm］ …（２）

上記のように対物レンズの同焦点距離を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割近くを占めることになり、レンズ設計の自由度を確保するためにも、この場合は傾きの上限は６度程度にしておくのが好ましいと言える。

このように、本発明では、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度以上の傾きを有して配置されることが望ましい。また、対物レンズ１０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。

さらに、本発明では、照明装置を構成する第１のλ／４板Ｑ１（Ｑ１´）やアナライザＡなど、顕微鏡装置を構成する他の光学素子（特に平行平板形状である光学素子）についても、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るため、光軸に対して傾き（例えば２度以上）を有して配置することが好ましい。

また、本発明では、照明装置を構成するポラライザＰ、ハーフミラー７及びアナライザＡに換えて、偏光ビームスプリッタを用いてもよい。なお、偏光ビームスプリッタは、装置の小型化に貢献できるプレート状でも、性能向上を図ることができるブロック状でも、どちらを用いても構わない。

Ｍ１，Ｍ２ 顕微鏡装置
Ｌ１，Ｌ２ 照明装置
１ 光源
９ 通常の対物レンズ
１０、１０´ 極低倍の対物レンズ
１１，１１´ 複数のレンズ群
１２ 標本
Ｐ ポラライザ（偏光子）
Ａ アナライザ（検光子）
Ｑ１ 第１の１／４波長板
Ｑ２ 第２の１／４波長板
Ｑ３ 第３の１／４波長板
Ｄ デポラライザ

Claims (7)

1. 複数の対物レンズを光路に対して切り換え可能な顕微鏡装置において、
   光路中に固定された、光源からの光を選択的に透過する偏光子と、前記偏光子を透過した光を分割する光路分割手段と、前記光路分割手段からの光を選択的に透過する検光子と、前記光路分割手段と前記対物レンズとの間に設けられた第１の１／４波長板とを備え、
   前記偏光子と前記検光子とがクロスニコルの状態で配置され、前記第１の１／４波長板の速い軸が前記偏光子及び前記検光子の偏光方向のそれぞれに対して４５度をなすように配置された照明装置と、
   前記複数の対物レンズの一つとして、それぞれの速い軸が互いに平行又は直交するように配置された、前記光源側の端部に第２の１／４波長板と、標本側の端部に第３の１／４波長板とを備えた極低倍用対物レンズとを有することを特徴とする顕微鏡装置。
2. 前記検光子、前記第１の１／４波長板、前記第２の１／４波長板及び前記第３の波長板の透過面のうち少なくとも一つは、光軸に対して２度以上傾いて配置されていることを特徴とする請求項１に記載の顕微鏡装置。
3. 前記偏光子、前記検光子及び前記光路分割手段に代えて、偏光ビームスプリッタを用いることを特徴とする請求項１又は２に記載の顕微鏡装置。
4. 複数の対物レンズを光路に対して切り換え可能な顕微鏡装置において、
   光路中に固定された、光源からの光を選択的に透過する偏光子と、前記偏光子を透過した光を分割する光路分割手段と、前記光路分割手段からの光を選択的に透過する検光子と、前記光路分割手段により分割された光のうち前記対物レンズへ向かう方向とは異なる方向に設けられた第１の１／４波長板とを備え、
   前記偏光子と前記検光子とがオープンニコルの状態で配置され、前記第１の１／４波長板の速い軸が前記偏光子及び前記検光子の偏光方向のそれぞれに対して４５度をなすように配置された照明装置を有することを特徴とする顕微鏡装置。
5. 前記複数の対物レンズの一つとして、前記光源側の端部に第２の１／４波長板と、標本側の端部にデポラライザとを備え、前記第２の１／４波長板の速い軸が前記偏光子及び前記検光子の偏光方向のそれぞれに対して４５度をなすように配置された極低倍用対物レンズを有することを特徴とする請求項４に記載の顕微鏡装置。
6. 前記検光子、前記第１の１／４波長板、前記第２の１／４波長板及び前記デポラライザの透過面のうち少なくとも一つは、光軸に対して２度以上傾いて配置されていることを特徴とする請求項４又は５に記載の顕微鏡装置。
7. 前記偏光子及び前記検光子に代わって、互いの偏光方向が同じになるように配置された一対の円偏光板を用いるとともに、
   前記複数の対物レンズの一つとして、それぞれの速い軸が互いに平行又は直交するように配置された、前記光源側の端部に第２の１／４波長板と、標本側の端部に第３の１／４波長板とを備えた極低倍用対物レンズとを有することを特徴とする請求項４に記載の顕微鏡装置。

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