JP7465669B2 - 暗視野コンデンサ - Google Patents

Description

本明細書の開示は、暗視野コンデンサに関する。

様々なモジュールを適宜組み合わせることで複数の顕微鏡法に対応する顕微鏡（以降、システム顕微鏡と記す）では、コンデンサも、対物レンズなどとともに使用する顕微鏡法に応じて切り替えられる。

例えば、散乱光によって試料を観察する暗視野顕微鏡法では、対物レンズに直接光が入射することを回避するため、対物レンズの開口数よりも大きな入射角で試料に光を照射する専用のコンデンサ（以降、暗視野コンデンサ）が使用される。このような暗視野コンデンサは、例えば、特許文献１に記載されている。特許文献１に記載される暗視野コンデンサには、カージオイド光学系が採用されている。

特開平６－１６７６５５号公報

カージオイド光学系を採用した暗視野コンデンサは、硝材を複雑な形状に加工する必要があるため、製造することが難しい。このため、個体差なく安定した性能を発揮することは容易ではない。このような技術的な課題に対処した新たな暗視野コンデンサが求められている。

以上のような実情から、本発明の一側面に係る目的は、安定した照明性能を有する暗視野コンデンサを提供することである。

本発明の一態様に係る暗視野コンデンサは、試料を挟んで対物レンズと対向する側に配置される暗視野コンデンサであって、光を反射する反射部であって、反射した光を前記試料に照射する前記反射部と、光を屈折する屈折部であって、前記反射部に入射する光の角度を規定する前記屈折部と、光を遮光する遮光部であって、前記遮光部に入射した光を輪帯状の光に変換する前記遮光部と、を備える。前記反射部は、前記遮光部及び前記屈折部よりも前記試料側に配置され、前記屈折部から出射した光であって光軸から離れる方向に進行する光を、前記光軸に近づく方向に向けて反射する。前記遮光部は、前記屈折部と前記反射部との間に配置される。
本発明の他の一態様に係る暗視野コンデンサは、光を反射する反射部であって、反射した光を試料に照射する前記反射部と、光を屈折する屈折部であって、前記反射部に入射する光の角度を規定する前記屈折部と、光を遮光する遮光部であって、前記遮光部に入射した光を輪帯状の光に変換する前記遮光部と、を備える。前記反射部は、前記遮光部及び前記屈折部よりも前記試料側に配置され、前記屈折部から出射した光であって光軸から離れる方向に進行する光を、前記光軸に近づく方向に向けて反射する。前記遮光部は、前記屈折部と前記反射部との間に配置された、輪帯状の開口が形成された第１の遮光部材を含む。また、下記の条件式を満たす。
０．９＜（ＮＡ２×Ｈ１）／（ＮＡ１×Ｈ２）＜２．０ ・・・（１）
但し、Ｈ１は前記第１の遮光部材に形成された前記開口の外側の半径であり、Ｈ２は前記第１の遮光部材に形成された前記開口の内側の半径であり、ＮＡ１は前記暗視野コンデンサの最大開口数であり、ＮＡ２は前記暗視野コンデンサの最小開口数である。
本発明の更に他の一態様に係る暗視野コンデンサは、光を反射する反射部であって、反射した光を試料に照射する前記反射部と、光を屈折する屈折部であって、前記反射部に入射する光の角度を規定する前記屈折部と、光を遮光する遮光部であって、前記遮光部に入射した光を輪帯状の光に変換する前記遮光部と、を備える。前記反射部は、前記遮光部及び前記屈折部よりも前記試料側に配置され、前記屈折部から出射した光であって光軸から離れる方向に進行する光を、前記光軸に近づく方向に向けて反射する。また、下記の条件式を満たす。
０．０５＜（ＷＤ×ＮＡ２）／ＦＯＶ＜１．７ ・・・（２）
但し、ＷＤは前記暗視野コンデンサの作動距離であり、ＮＡ２は前記暗視野コンデンサの最小開口数であり、ＦＯＶは前記暗視野コンデンサの照明範囲の直径である。

上記の態様によれば、安定した照明性能を有する暗視野コンデンサを提供することができる。

第１の実施形態に係る顕微鏡１００の構成を例示した図である。 第１の実施形態に係る暗視野コンデンサ１０の構成を例示した図である。 ミラー１３の直径とレンズ１１へ入射する光の光束径の関係を説明するための図である。 ミラー１３の曲率中心を説明するための図である。 ミラー１３の半径と絞り１２の開口１２ａの半径の関係を説明するための図である。 第２の実施形態に係る暗視野コンデンサ２０の構成を例示した図である。 第３の実施形態に係る暗視野コンデンサ３０の構成を例示した図である。 第４の実施形態に係る暗視野コンデンサ４０の構成を例示した図である。 第５の実施形態に係る暗視野コンデンサ５０の構成を例示した図である。 第６の実施形態に係る暗視野コンデンサ６０の構成を例示した図である。 第７の実施形態に係る暗視野コンデンサ７０の構成を例示した図である。 第８の実施形態に係る暗視野コンデンサ８０の構成を例示した図である。

［第１の実施形態］
図１は、第１の実施形態に係る顕微鏡１００の構成を例示した図である。図１には、暗視野顕微鏡法を実現する構成が例示されている。具体的には、顕微鏡１００は、図１に示すように、光源１と、コレクタレンズ２と、暗視野コンデンサ１０と、対物レンズ３と、結像レンズ４を備えている。なお、顕微鏡１００は、暗視野顕微鏡法を含む複数の顕微鏡法の間で使用する顕微鏡法を切り替え可能であってもよい。例えば、図１に示す暗視野コンデンサ１０と対物レンズ３を図示しない位相差コンデンサと位相差対物レンズに交換する切り替えることで、位相差顕微鏡法が実現されてもよい。

顕微鏡１００では、光源１から出射した照明光Ｌ１は、コレクタレンズ２を経由して暗視野コンデンサ１０に入射する。暗視野コンデンサ１０は、対物レンズ３の開口数よりも大きな開口数で照明光Ｌ１をスライドガラスＳの試料に照射する。このため、照明光Ｌ１のうち試料を透過した直接光は対物レンズ３に入射しない。従って、顕微鏡１００では、試料で散乱した光が検出光Ｌ２として対物レンズ３及び結像レンズ４によって像面ＩＰに結像する。顕微鏡１００によれば、例えば、無色透明な生体標本を無染色で観察することができる。また、例えば、試料の傷や段差を感度よく検出することで、試料を検査することができる。

図２は、本実施形態に係る暗視野コンデンサ１０の構成を例示した図である。図３は、ミラー１３の直径とレンズ１１へ入射する光の径の関係を説明するための図である。図４は、ミラー１３の曲率中心を説明するための図である。図５は、ミラー１３の半径と絞り１２の開口１２ａの半径の関係を説明するための図である。以下、図２から図５を参照しながら、暗視野コンデンサ１０の構成について詳細に説明する。

暗視野コンデンサ１０は、照明光路の最も試料側に配置され、光源１から出射した光を試料に照射する。暗視野コンデンサ１０は、図２に示すように、光源１側から順に、レンズ１１と、絞り１２と、ミラー１３を備えている。

レンズ１１は、光を屈折する屈折部である。レンズ１１は、より具体的には、負の屈折力を有する光学系である。レンズ１１は、レンズ１１に入射した光ＩＬを光軸から離れる方向に屈折する。これにより、レンズ１１は、凡そ平行光として入射した光ＩＬを発散光である光IL１１に変換して、絞り１２及びミラー１３へ向けて出射する。即ち、レンズ１１は、ミラー１３に入射する光の角度を規定する。

絞り１２は、光を遮光する遮光部である。絞り１２は、レンズ１１とミラー１３の間に配置されている。絞り１２は、より具体的には、輪帯状の開口１２ａが形成された遮光部材である。絞り１２は、絞り１２に入射した光ＩＬ１１を輪帯状の光ＩＬ１２に変換する。

ミラー１３は、光を反射する反射部である。ミラー１３は、より具体的には、図３に示すように、光軸上に円形の開口が形成された輪帯状のミラーである。ミラー１３は、レンズ１１及び絞り１２よりも試料側に配置されている。このため、ミラー１３には、レンズ１１から出射し、絞り１２を経由した光ＩＬ１２が入射する。ミラー１３は、レンズ１１で屈折することによって光軸から離れる方向に進行する光ＩＬ１２を、光軸に近づく方向に向けて反射する。これにより、ミラー１３は、反射した光ＩＬ１３を試料に照射する。

また、ミラー１３は、反射面１３ａを含んでいる。反射面１３ａは、試料上に光を集光するため、曲面形状を有している。反射面１３ａは、より具体的には、凹面形状を有している。これにより、ミラー１３は、ミラー１３に入射した発散光である光ＩＬ１２を収束光である光ＩＬ１３に変換して、その結果、試料上に光ＩＬ１３を集光する。なお、反射面１３ａの曲率中心は、図４に示すように、暗視野コンデンサ１０の光軸上にない。

暗視野コンデンサ１０のレンズデータは、以下のとおりである。なお、レンズデータ中のINFは無限大（∞）を示している。
暗視野コンデンサ１０
s r d nd ER
1 INF 1.2 1.5233 2.65
2 INF 5.4 1
3 -54.7 8.6 1
4 INF 18 1
5 INF 1 1
6 INF 10 1
7 -46 6 1.51633 10
8 46
なお、面番号s3に示す面の曲率中心の座標（Y,Z）は以下のとおりである。Zは光軸方向の座標であり、Yは光軸と直交する方向の座標である。
(Y,Z)=(-34,33)

ここで、sは面番号を、rは曲率半径(mm)を、dは面間隔(mm)を、ndはd線に対する屈折率を、ERは有効径（mm）を示している。これらの記号は、以降の実施例でも同様である。なお、面番号s1が示す面は、スライドガラスＳの試料側の面である。面番号s2が示す面は、スライドガラスＳの光源１側の面である。面番号s3が示す面は、ミラー１３の反射面である。面番号s4が示す面は、ミラー１３の光源１側の端部に位置にする光軸と直交する仮想面である。面番号s5が示す面は、絞り１２の試料側の面である。面番号s6が示す面は、絞り１２の光源１側の面である。面番号s7が示す面は、レンズ１１の試料側の面である。面番号s8が示す面は、レンズ１１の光源１側の面である。

暗視野コンデンサ１０に関連するその他のデータは、以下のとおりである。
ＮＡ１＝０．９２、ＮＡ２＝０．８、ΦＭ１＝２×Ｈ３（ｍｍ）、ΦＭ２＝２×Ｈ４（ｍｍ）、Ｈ１＝１３．２（ｍｍ）、Ｈ２＝１０．６（ｍｍ）、Ｈ３＝１７．７（ｍｍ）、Ｈ４＝１４．１（ｍｍ）、ＷＤ＝５．４（ｍｍ）、ＦＯＶ＝２．６５（ｍｍ）

ここで、図２に示すように、ＮＡ１は暗視野コンデンサ１０の最大開口数である。ＮＡ２は暗視野コンデンサ１０の最小開口数である。また、図３に示すように、ΦＭ１はミラー１３の外径である。ΦＭ２はミラー１３の内径である。また、図５に示すように、Ｈ１は開口１２ａの外側の半径である。Ｈ２は開口１２ａの内側の半径である。Ｈ３はミラー１３の外縁の半径である。Ｈ４はミラー１３の内縁の半径である。ＷＤは暗視野コンデンサ１０の作動距離である。ＦＯＶは暗視野コンデンサ１０の照明範囲の直径である。

以上のように、暗視野コンデンサ１０では、レンズ１１でミラー１３に入射する光の角度を規定して、ミラー１３がレンズ１１から出射した光を反射して試料に照射する。このため、カージオイド光学系のような複雑な形状の光学素子を用いることなく、暗視野照明を行うことができる。従って、暗視野コンデンサ１０によれば、安定した照明性能を有することができる。

また、暗視野コンデンサ１０では、暗視野コンデンサ１０内の絞り１２で輪帯状の光を形成し、ミラー１３が輪帯状の光を試料に向けて反射する。このため、暗視野照明を行うにあたり、暗視野コンデンサ１０には、通常の光、つまり、円形の断面形状を有する光を入射させればよい。このため、他の顕微鏡法で使用されるコンデンサレンズを暗視野コンデンサ１０に変更するだけで、他の顕微鏡法から暗視野顕微鏡法への切り替えを行うことが可能である。従って、暗視野コンデンサ１０によれば、顕微鏡法の切り替えを容易に且つ素早く行うことができる。

また、暗視野コンデンサ１０では、ミラー１３は、光軸から離れる方向に進行する光を、光軸に近づく方向に向けて反射することで、試料に光を照射する。このような構成を採用することで、ミラー１３よりも光源１側に設けられた、暗視野コンデンサ１０の構成要素（レンズ１１、絞り１２）を小さくすることができる。従って、暗視野コンデンサ１０全体をコンパクトに構成することが可能となる。

また、暗視野コンデンサ１０では、レンズ１１によって光軸から離れる方向に屈折した光をミラー１３に入射させる。このような構成を採用することで、ミラー１３に対応する光線高を確保するために必要となるレンズ１１とミラー１３の間の距離を短くすることができる。従って、暗視野コンデンサ１０の全長を短くすることができる。また、全長を短くするために過度に大きな屈折力を必要としない。このため、暗視野コンデンサ１０は、特殊な光学素子を用いることなく、負の屈折力を有する光学系であるレンズ１１を用いて構成することができる。従って、暗視野コンデンサ１０の製造コストを抑えることができる。

また、暗視野コンデンサ１０では、凹面形状を有する反射面１３ａによって試料上に光を集光する。光を試料に向ける反射面１３ａに集光作用を持たせることで、暗視野コンデンサ１０は、集光のための光学素子を別途備える必要がない。このため、照明光に作用する光学素子の数を少なく抑えることができる。これにより、暗視野コンデンサ１０の製造コストを抑えることができる。また、光学素子で生じる光量ロスを小さくすることができる。

また、暗視野コンデンサ１０は、図３に示すように、ΦＭ２＞ΦＨの関係を満たしている。ここで、ΦＨは、レンズ１１に入射する光ＩＬの光束径である。つまり、ミラー１３の内径は、レンズ１１に入射する光ＩＬの光束径よりも大きい。これにより、暗視野コンデンサ１０は、対物レンズの開口数よりも大きな開口数を、小さなレンズ１１によって十分な作動距離を確保しながら、達成することができる。

また、暗視野コンデンサ１０では、絞り１２は、レンズ１１とミラー１３の間に配置されている。つまり、絞り１２は、レンズ１１よりも試料側に配置されている。これにより、レンズ１１で生じた迷光を絞り１２で遮光することができる。従って、暗視野コンデンサ１０によれば、フレア、ゴーストなどの発生を抑制することで、高いＳ／Ｎ比を達成することができる。

また、暗視野コンデンサ１０では、（ＮＡ２×Ｈ１）／（ＮＡ１×Ｈ２）＝１．０８である。従って、暗視野コンデンサ１０は、以下の条件式（１）を満たしている。
０．９＜（ＮＡ２×Ｈ１）／（ＮＡ１×Ｈ２）＜２．０ ・・・（１）

（ＮＡ２×Ｈ１）／（ＮＡ１×Ｈ２）が条件式（１）の下限値を下回る場合、開口１２ａが小さすぎるため、十分な光量で試料を照明することが困難になる。一方で、（ＮＡ２×Ｈ１）／（ＮＡ１×Ｈ２）が条件式（１）の上限値を上回る場合、迷光が開口１２ａを通過してしまうため、Ｓ／Ｎ比が劣化する。条件式（１）を満たすことで、暗視野コンデンサ１０は、高いＳ／Ｎ比で明るく試料を照明することができる。

また、暗視野コンデンサ１０では、（ＷＤ×ＮＡ２）／ＦＯＶ＝１．６３である。従って、暗視野コンデンサ１０は、以下の条件式（２）を満たしている。
０．０５＜（ＷＤ×ＮＡ２）／ＦＯＶ＜１．７ ・・・（２）

（ＷＤ×ＮＡ２）／ＦＯＶが条件式（２）の下限値を下回る場合、十分な開口数と作動距離が確保することが困難になる。一方で、（ＷＤ×ＮＡ２）／ＦＯＶが条件式（２）の上限値を上回る場合、暗視野コンデンサ１０による照明範囲に対して開口数と作動距離が大きくなりすぎる。その結果、暗視野コンデンサ１０が大型化してしまう。条件式（２）を満たすことで、暗視野コンデンサ１０は、コンパクトな構成で高い照明性能を実現することができる。

［第２の実施形態］
図６は、本実施形態に係る暗視野コンデンサ２０の構成を例示した図である。暗視野コンデンサ２０は、図６に示すように、光源１側から順に、絞り２１と、レンズ２２と、ミラー２３を備えている。

暗視野コンデンサ２０は、実質的には、図２に示す暗視野コンデンサ１０のレンズ１１と絞り１２の位置を入れ替えたものに相当する。従って、絞り２１、レンズ２２、ミラー２３は、それぞれ、暗視野コンデンサ１０の絞り１２、レンズ１１、ミラー１３に相当する。

具体的には、絞り２１は、輪帯状の開口２１ａが形成された遮光部材である。絞り２１は、絞り２１に入射した光ＩＬを輪帯状の光ＩＬ２１に変換する。レンズ２２は、負の屈折力を有する光学系である。レンズ２２は、レンズ２２に入射した光ＩＬ２１を光軸から離れる方向に屈折し、発散光である光IL２２をミラー２３に入射させる。ミラー２３は、光軸上に円形の開口が形成された輪帯状のミラーである。ミラー２３は、レンズ２２で屈折することによって光軸から離れる方向に進行する光ＩＬ２２を、凹面形状を有する反射面２３ａで光軸に近づく方向に向けて反射し、反射した光ＩＬ２３を試料に照射する。

以上のように構成された暗視野コンデンサ２０でも、暗視野コンデンサ１０と同様に、カージオイド光学系のような複雑な形状の光学素子を用いることなく、暗視野照明を行うことができる。従って、暗視野コンデンサ２０によれば、安定した照明性能を有することができる。また、暗視野コンデンサ２０は、遮光部が反射部と屈折部に置かれることによって得られる効果を除き、暗視野コンデンサ１０と同様の効果を奏する。

［第３の実施形態］
図７は、本実施形態に係る暗視野コンデンサ３０の構成を例示した図である。暗視野コンデンサ３０は、図７に示すように、光源１側から順に、絞り３１と、レンズ３２と、絞り３３と、ミラー３４を備えている。

暗視野コンデンサ３０は、実質的には、図２に示す暗視野コンデンサ１０のレンズ１１の光源１側に、さらに絞りを追加したものに相当する。従って、レンズ３２と、絞り３３と、ミラー３４は、それぞれ、暗視野コンデンサ１０のレンズ１１、絞り１２、ミラー１３に相当する。

暗視野コンデンサ３０では、開口３１ａが形成された絞り３１と開口３３ａが形成された絞り３３が遮光部として機能する。即ち、遮光部は、複数の遮光部材を含んでいる。また、暗視野コンデンサ３０では、複数の遮光部材の各々に形成された輪帯状の開口の位置は、ミラー３４に近いほど光軸から離れている。より具体的には、絞り３３に形成された輪帯状の開口３３ａは、絞り３１に形成された輪帯状の開口３１ａよりも光軸から離れている。

絞り３１は、絞り３１に入射した光ＩＬを輪帯状の光ＩＬ３１に変換する。レンズ３２は、レンズ３２に入射した光ＩＬ３１を光軸から離れる方向に屈折し、発散光である光IL３２に変換する。絞り３３は、レンズ３２で生じた迷光を遮光して、発散光である光IL３３をミラー３４に入射させる。ミラー３４は、光軸から離れる方向に進行する光ＩＬ３３を、反射面３４ａで光軸に近づく方向に向けて反射し、反射した光ＩＬ３４を試料に照射する。

以上のように構成された暗視野コンデンサ３０によっても、暗視野コンデンサ１０と同様の効果を奏する。また、暗視野コンデンサ３０は、複数の遮光部材（絞り３１、絞り３３）を備えているため、さらに効果的に迷光を遮光することができる。また、複数の遮光部材のうちの少なくとも１つ（絞り３３）は、レンズ３２とミラー３４の間に配置されているため、レンズ３２で生じた迷光によるフレア、ゴーストなどの発生を抑制することができる。

［第４の実施形態］
図８は、本実施形態に係る暗視野コンデンサ４０の構成を例示した図である。暗視野コンデンサ４０は、図８に示すように、光源１側から順に、絞り４１と、レンズ４２と、レンズ４３と、ミラー４４を備えている。

暗視野コンデンサ４０は、実質的には、図６に示す暗視野コンデンサ２０のレンズ２２を複数のレンズ（レンズ４２、レンズ４３）に置き換えたものに相当する。従って、絞り４１と、レンズ４２及びレンズ４３と、ミラー４４は、それぞれ、暗視野コンデンサ２０の絞り２１、レンズ２２、ミラー２３に相当する。

暗視野コンデンサ４０では、負の屈折力を有するレンズ４２と負の屈折力を有するレンズ４３が屈折部として機能する。即ち、屈折部は、全体として負の屈折力を有する光学系である。

絞り４１は、絞り４１に入射した光ＩＬを輪帯状の光ＩＬ４１に変換する。レンズ４２は、開口４１ａを通過してレンズ４２に入射した光ＩＬ４１を、光軸から離れる方向に屈折し、発散光である光IL４２に変換する。さらに、レンズ４３は、レンズ４３に入射した光ＩＬ４２を光軸から離れる方向に屈折し、さらに発散した光である光IL４３をミラー４４に入射させる。ミラー４４は、光軸から離れる方向に進行する光ＩＬ４３を、反射面４４ａで光軸に近づく方向に向けて反射し、反射した光ＩＬ４４を試料に照射する。

暗視野コンデンサ４０のレンズデータは、以下のとおりである。
暗視野コンデンサ４０
s r d nd ER
1 INF 1.2 1.5233 2.65
2 INF 4.5 1
3 -45 15.7 1
4 INF 11.6 1
5 -200 5 1.51633 18
6 50 15 1
7 -30 6.9 1.51633 15
8 -80 1 1
9 INF 1 1
10 INF
なお、面番号s3に示す面の曲率中心の座標（Y,Z）は以下のとおりである。Zは光軸方向の座標であり、Yは光軸と直交する方向の座標である。
(Y,Z)=(-20,29)

なお、面番号s1が示す面は、スライドガラスＳの試料側の面である。面番号s2が示す面は、スライドガラスＳの光源１側の面である。面番号s3が示す面は、ミラー４４の反射面である。面番号s4が示す面は、ミラー４４の光源１側の端部に位置にする光軸と直交する仮想面である。面番号s5が示す面は、レンズ４３の試料側の面である。面番号s6が示す面は、レンズ４３の光源１側の面である。面番号s7が示す面は、レンズ４２の試料側の面である。面番号s8が示す面は、レンズ４２の光源１側の面である。面番号s9が示す面は、絞り４１の試料側の面である。面番号s10が示す面は、絞り４１の光源１側の面である。

暗視野コンデンサ４０に関連するその他のデータは、以下のとおりである。
ＮＡ１＝０．９２、ＮＡ２＝０．８、ΦＭ１＝２×Ｈ３（ｍｍ）、ΦＭ２＝２×Ｈ４（ｍｍ）、Ｈ１＝１２．８（ｍｍ）、Ｈ２＝１１．５（ｍｍ）、Ｈ３＝２３．２（ｍｍ）、Ｈ４＝１５．８（ｍｍ）、ＷＤ＝４．５（ｍｍ）、ＦＯＶ＝２．６５（ｍｍ）

以上のように構成された暗視野コンデンサ４０によっても、暗視野コンデンサ２０と同様の効果を奏する。また、暗視野コンデンサ４０は、複数のレンズを備えているため、暗視野コンデンサ４０内で光を徐々に曲げることができる。このため、光を強く屈折させることによって生じる様々な問題を回避することができる。

なお、暗視野コンデンサ４０では、（ＮＡ２×Ｈ１）／（ＮＡ１×Ｈ２）＝０．９７である。従って、暗視野コンデンサ４０は、以下の条件式（１）を満たしている。また、暗視野コンデンサ４０では、（ＷＤ×ＮＡ２）／ＦＯＶ＝１．３６である。従って、暗視野コンデンサ４０は、以下の条件式（２）を満たしている。

［第５の実施形態］
図９は、本実施形態に係る暗視野コンデンサ５０の構成を例示した図である。暗視野コンデンサ５０は、図９に示すように、光源１側から順に、絞り５１と、レンズ５２と、レンズ５３と、レンズ５４と、ミラー５５を備えている。

暗視野コンデンサ５０は、実質的には、図６に示す暗視野コンデンサ２０のレンズ２２を複数のレンズ（レンズ５２からレンズ５４）に置き換えたものに相当する。従って、絞り５１と、レンズ５２からレンズ５４と、ミラー５５は、それぞれ、暗視野コンデンサ２０の絞り２１、レンズ２２、ミラー２３に相当する。

暗視野コンデンサ５０では、負の屈折力を有するレンズ５２と負の屈折力を有するレンズ５３と正の屈折力を有するレンズ５４が屈折部として機能する。屈折部は、全体として負の屈折力を有する光学系である。

絞り５１は、絞り５１に入射した光ＩＬを輪帯状の光ＩＬ５１に変換する。レンズ５２は、絞り５１を通過してレンズ５２に入射した光ＩＬ５１を光軸から離れる方向に屈折し、発散光である光IL５２に変換する。レンズ５３は、レンズ５３に入射した光ＩＬ５２を光軸から離れる方向に屈折し、さらに発散した光である光IL５３に変換する。レンズ５４は、レンズ５４に入射した光ＩＬ５３を収束光である光IL５４に変換し、ミラー５４に入射させる。ミラー５４は、凹面形状を有する反射面５５ａを有していて、反射面５５ａで光軸から離れる方向に進行する光ＩＬ５４を、光軸に近づく方向に向けて反射し、反射した光ＩＬ５５を試料に照射する。

暗視野コンデンサ５０のレンズデータは、以下のとおりである。
暗視野コンデンサ５０
s r d nd ER
1 INF 1.2 1.5233 2.65
2 INF 4.5 1
3 -55 10.9 1
4 INF 22.6 1
5 -98 10 1.51633 15
6 -60 8 1
7 -120 8 1.51633 12
8 58 8 1
9 -37.5 8 1.51633 11
10 96 2 1
11 INF 1 1
12 INF
なお、面番号s3に示す面の曲率中心の座標（Y,Z）は以下のとおりである。Zは光軸方向の座標であり、Yは光軸と直交する方向の座標である。
(Y,Z)=(-33,33)

なお、面番号s1が示す面は、スライドガラスＳの試料側の面である。面番号s2が示す面は、スライドガラスＳの光源１側の面である。面番号s3が示す面は、ミラー５５の反射面である。面番号s4が示す面は、ミラー５５の光源１側の端部に位置にする光軸と直交する仮想面である。面番号s5が示す面は、レンズ５４の試料側の面である。面番号s6が示す面は、レンズ５４の光源１側の面である。面番号s7が示す面は、レンズ５３の試料側の面である。面番号s8が示す面は、レンズ５３の光源１側の面である。面番号s9が示す面は、レンズ５２の試料側の面である。面番号s10が示す面は、レンズ５２の光源１側の面である。面番号s11が示す面は、絞り５１の試料側の面である。面番号s12が示す面は、絞り５１の光源１側の面である。

暗視野コンデンサ５０に関連するその他のデータは、以下のとおりである。
ＮＡ１＝０．９２、ＮＡ２＝０．８、ΦＭ１＝２×Ｈ３（ｍｍ）、ΦＭ２＝２×Ｈ４（ｍｍ）、Ｈ１＝１１（ｍｍ）、Ｈ２＝５（ｍｍ）、Ｈ３＝１９（ｍｍ）、Ｈ４＝１４．２（ｍｍ）、ＷＤ＝４．５（ｍｍ）、ＦＯＶ＝２．６５（ｍｍ）

以上のように構成された暗視野コンデンサ５０によっても、暗視野コンデンサ２０と同様の効果を奏する。また、暗視野コンデンサ５０は、複数のレンズを備えているため、暗視野コンデンサ５０内で光を徐々に曲げることができる。このため、暗視野コンデンサ４０と同様に、光を強く屈折させることによって生じる様々な問題を回避することができる。

なお、暗視野コンデンサ５０では、（ＮＡ２×Ｈ１）／（ＮＡ１×Ｈ２）＝１．９１である。従って、暗視野コンデンサ５０は、以下の条件式（１）を満たしている。また、暗視野コンデンサ５０では、（ＷＤ×ＮＡ２）／ＦＯＶ＝１．３６である。従って、暗視野コンデンサ５０は、以下の条件式（２）を満たしている。

［第６の実施形態］
図１０は、本実施形態に係る暗視野コンデンサ６０の構成を例示した図である。暗視野コンデンサ６０は、図１０に示すように、光源１側から順に、絞り６１と、レンズ６２と、レンズ６３と、ミラー６４を備えている。

暗視野コンデンサ６０は、実質的には、図９に示す暗視野コンデンサ５０のレンズ５２とレンズ５３をレンズ６２に置き換えたものに相当する。従って、絞り６１と、レンズ６２及びレンズ６３と、ミラー６４は、それぞれ、暗視野コンデンサ５０の絞り５１、レンズ５２からレンズ５４、ミラー５５に相当する。

暗視野コンデンサ６０では、レンズ６２と正の屈折力を有するレンズ６３が屈折部として機能する。レンズ６２は、正レンズを光軸に沿って２つに切断し、２つの部材を反対に向けて接合したものである。このため、レンズ６２は、負レンズのように光を光軸に対して離れる方向に曲げながら、正レンズのように光線束を収束させる作用を有している。

絞り６１は、絞り６１に入射した光ＩＬを輪帯状の光ＩＬ６１に変換する。レンズ６２は、レンズ６２に入射した光ＩＬ６１を光軸から離れる方向に屈折し、収束光である光IL６２に変換する。レンズ６３は、レンズ６３に入射した光ＩＬ６２をさらに収束した光である光IL６３に変換し、ミラー６４に入射させる。ミラー６４は、凸面形状を有する反射面６４ａを有していて、反射面６４ａで光軸から離れる方向に進行する光ＩＬ６３を、光軸に近づく方向に向けて反射し、反射した光ＩＬ６４を試料に照射する。

以上のように構成された暗視野コンデンサ６０によっても、暗視野コンデンサ５０と同様の効果を奏する。なお、暗視野コンデンサ６０は、レンズ６２によって光を光軸から離れる方向に曲げながら収束光に変換することができる。従って、暗視野コンデンサ５０のレンズ５２からレンズ５４をレンズ６２に置き換えてもよい。

［第７の実施形態］
図１１は、本実施形態に係る暗視野コンデンサ７０の構成を例示した図である。暗視野コンデンサ７０は、図１１に示すように、光源１側から順に、絞り７１と、レンズ７２と、ミラー７３を備えている。

暗視野コンデンサ７０は、実質的には、図６に示す暗視野コンデンサ２０の負の屈折力を有するレンズ２２を正の屈折力を有するレンズ７２に置き換えたものに相当する。従って、絞り７１と、レンズ７２と、ミラー７３は、それぞれ、暗視野コンデンサ２０の絞り２１、レンズ２２、ミラー２３に相当する。

絞り７１は、絞り７１に入射した光ＩＬを輪帯状の光ＩＬ７１に変換する。レンズ７２は、レンズ７２に入射した光ＩＬ７１を光軸に近づく方向に屈折する。レンズ７２で屈折した光IL７２は、一旦収束し、その後、発散光としてミラー７３に入射する。ミラー７３は、凹面形状を有する反射面７３ａを有していて、反射面７３ａで光軸から離れる方向に進行する光ＩＬ７２を、光軸に近づく方向に向けて反射し、反射した光ＩＬ７３を試料に照射する。

以上のように構成された暗視野コンデンサ７０によっても、暗視野コンデンサ２０と同様の効果を奏する。

［第８の実施形態］
図１２は、本実施形態に係る暗視野コンデンサ８０の構成を例示した図である。暗視野コンデンサ８０は、図１２に示すように、光源１側から順に、レンズ８１と、絞り８２と、ミラー８３を備えている。

暗視野コンデンサ８０は、実質的には、図１に示す暗視野コンデンサ１０の負の屈折力を有するレンズ１１をアキシコンレンズであるレンズ８１に置き換えたものに相当する。従って、レンズ８１と、絞り８２と、ミラー８３は、それぞれ、暗視野コンデンサ１０のレンズ１１、絞り１２、ミラー１３に相当する。

暗視野コンデンサ８０では、アキシコンレンズであるレンズ８１が屈折部として機能する。レンズ８１は、レンズ８１に入射した光ＩＬを輪帯状の光ＩＬ８１に変換する。その後、光ＩＬ８１は、レンズ８１とミラー８３との間に配置された、光軸上に中心を有する輪帯状の開口８２ａが形成された遮光部材である絞り８２へ入射する。絞り８２を通過したＩＬ８２は、ミラー８３に入射する。ミラー８３は、凹面形状を有する反射面８３ａを有していて、反射面８３ａで光軸から離れる方向に進行する光ＩＬ８２を、光軸に近づく方向に向けて反射し、反射した光ＩＬ８３を試料に照射する。

以上のように構成された暗視野コンデンサ８０によっても、暗視野コンデンサ１０と同様の効果を奏する。

上述した実施形態は、発明の理解を容易にするための具体例を示したものであり、本発明の実施形態はこれらに限定されるものではない。上述した実施形態の一部を他の実施形態に適用しても良い。暗視野コンデンサは、特許請求の範囲の記載を逸脱しない範囲において、さまざまな変形、変更が可能である。

上述した実施形態では、反射部としてミラーを例示したが、反射部は、ミラーに限らない。反射部は、試料に向けて光を反射するものであればよく、例えば、入射光を全反射するように配置されたプリズムであってもよい。

また、上述した実施形態では、遮光部として輪帯状の開口が形成された絞りを例示したが、これに限らない。遮光部は、輪帯状の光を出射するものであればよく、例えば、光線束の中心部分のみを遮光する円形の遮光板であってもよい。また、遮光部と屈折部は、一体に構成されてもよい。例えば、遮光部は屈折部であるレンズの表面に設けられた遮光膜であってもよい。

１ 光源
２ コレクタレンズ
３ 対物レンズ
４ 結像レンズ
１０、２０、３０、４０、５０、６０、７０、８０ 暗視野コンデンサ
１１、２２、３２、４２、４３、５２～５４、６２、６３、７２、８１ レンズ
１２、２１、３１、３３、４１、５１、６１、７１、８２ 絞り
１２ａ、２１ａ、３１ａ、３３ａ、４１ａ、５１ａ、６１ａ、７１ａ、８２ａ 開口
１３、２３、３４、４４、５５、６４、７３、８３ ミラー
１３ａ、２３ａ、３４ａ、４４ａ、５５ａ、６４ａ、７３ａ、８３ａ 反射面
１００ 顕微鏡
Ｌ１ 照明光
Ｌ２ 検出光
ＩＰ 像面
Ｓ スライドガラス

Claims (11)

1. 試料を挟んで対物レンズと対向する側に配置される暗視野コンデンサであって、
   光を反射する反射部であって、反射した光を前記試料に照射する前記反射部と、
   光を屈折する屈折部であって、前記反射部に入射する光の角度を規定する前記屈折部と、
   光を遮光する遮光部であって、前記遮光部に入射した光を輪帯状の光に変換する前記遮光部と、を備え、
   前記反射部は、
   前記遮光部及び前記屈折部よりも前記試料側に配置され、
   前記屈折部から出射した光であって光軸から離れる方向に進行する光を、前記光軸に近づく方向に向けて反射し、
   前記遮光部は、前記屈折部と前記反射部との間に配置される
   ことを特徴とする暗視野コンデンサ。
2. 請求項１に記載の暗視野コンデンサにおいて、
   前記屈折部は、前記屈折部に入射した光を前記光軸から離れる方向に屈折する
   ことを特徴とする暗視野コンデンサ。
3. 請求項２に記載の暗視野コンデンサにおいて、
   前記屈折部は、負の屈折力を有する光学系である
   ことを特徴とする暗視野コンデンサ。
4. 請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の暗視野コンデンサにおいて、
   前記反射部は、曲面形状を有する反射面を含む
   ことを特徴とする暗視野コンデンサ。
5. 請求項４に記載の暗視野コンデンサにおいて、
   前記反射部は、凹面形状を有する反射面を含む
   ことを特徴とする暗視野コンデンサ。
6. 請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の暗視野コンデンサにおいて、
   前記反射部は、輪帯状のミラーであり、
   前記ミラーの内径は、前記屈折部に入射する光の光束径よりも大きい
   ことを特徴とする暗視野コンデンサ。
7. 請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の暗視野コンデンサにおいて、
   前記遮光部は、複数の遮光部材を含む
   ことを特徴とする暗視野コンデンサ。
8. 請求項７に記載の暗視野コンデンサにおいて、
   前記複数の遮光部材の各々に形成された輪帯状の開口の位置は、前記反射部に近いほど前記光軸から離れている
   ことを特徴とする暗視野コンデンサ。
9. 光を反射する反射部であって、反射した光を試料に照射する前記反射部と、
   光を屈折する屈折部であって、前記反射部に入射する光の角度を規定する前記屈折部と、
   光を遮光する遮光部であって、前記遮光部に入射した光を輪帯状の光に変換する前記遮光部と、を備え、
   前記反射部は、
   前記遮光部及び前記屈折部よりも前記試料側に配置され、
   前記屈折部から出射した光であって光軸から離れる方向に進行する光を、前記光軸に近づく方向に向けて反射し、
   前記遮光部は、前記屈折部と前記反射部との間に配置された、輪帯状の開口が形成された第１の遮光部材を含み、
   以下の条件式を満たすことを特徴する暗視野コンデンサ。
   ０．９＜（ＮＡ２×Ｈ１）／（ＮＡ１×Ｈ２）＜２．０ ・・・（１）
   但し、Ｈ１は前記第１の遮光部材に形成された前記開口の外側の半径であり、Ｈ２は前記第１の遮光部材に形成された前記開口の内側の半径であり、ＮＡ１は前記暗視野コンデンサの最大開口数であり、ＮＡ２は前記暗視野コンデンサの最小開口数である。
10. 光を反射する反射部であって、反射した光を試料に照射する前記反射部と、
    光を屈折する屈折部であって、前記反射部に入射する光の角度を規定する前記屈折部と、
    光を遮光する遮光部であって、前記遮光部に入射した光を輪帯状の光に変換する前記遮光部と、を備え、
    前記反射部は、
    前記遮光部及び前記屈折部よりも前記試料側に配置され、
    前記屈折部から出射した光であって光軸から離れる方向に進行する光を、前記光軸に近づく方向に向けて反射し、
    以下の条件式を満たすことを特徴する暗視野コンデンサ。
    ０．０５＜（ＷＤ×ＮＡ２）／ＦＯＶ＜１．７ ・・・（２）
    但し、ＷＤは前記暗視野コンデンサの作動距離であり、ＮＡ２は前記暗視野コンデンサの最小開口数であり、ＦＯＶは前記暗視野コンデンサの照明範囲の直径である。
11. 請求項１に記載の暗視野コンデンサにおいて、
    前記屈折部は、アキシコンレンズを含み、
    前記遮光部は、前記アキシコンレンズと前記反射部との間に配置された、前記光軸上に中心を有する輪帯状の開口が形成された遮光部材を含む
    ことを特徴とする暗視野コンデンサ。

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