JPH0448203B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （発明の技術分野） 本発明は、落射照明型顕微鏡における暗視野照
明装置、特に所謂エピダーク用対物レンズに関す
る。

（発明の背景） エピダーク照明とは、落射照明型顕微鏡におい
て対物レンズの周囲から対物レンズの光軸と同軸
のリング状光束を供給し、これを対物レンズの先
端付近に設けられたリング状集光部材によつて物
体面に導く暗視野照明である。最近、対物レンズ
の開口数及び作動距離が大きくなつてきており、
それに伴つて対物レンズのレンズ口径も大きくな
つてきている。このため従来のエピダーク照明系
では、対物レンズの周囲から十分な暗視野照明光
を供給することが難しくなつてきている。また、
従来のエピダーク照明系では、高倍率対物レンズ
に対しては物体面上で光束を強く集光するために
物体面の近傍に光源像が形成されて照明むらを生
じ易かつた。これを避けて照明光の均一性を得る
ために照明光路中に拡散板を配置することは従来
から行われているが、光量不足きたすため、光源
の輝度を高めなければならず、光源の寿命を縮め
ることが避けられなかつた。さらに、リング状光
束を対物レンズの先端付近に配置されたリング状
集光部材によつて強く集光するため、ここでの収
差による照明光の不均一性も生じ易かつた。

（発明の目的） 本発明の目的は、顕微鏡本体の構成を変更する
ことなく、大きな口径を有する対物レンズにおい
ても十分なエピダーク照明を行うことが可能で、
効率良く均一な暗視野照明光を供給し得るエピダ
ーク用対物レンズを提供することにある。

（発明の概要） 上記の目的を達成するために、本発明は、対物
レンズの先端付近に該対物レンズ光軸と同軸に配
置され、該対物レンズを包む如きリング状光束を
集光して物体面を照明するためのリング状集光部
材を有するエピダーク用対物レンズにおいて、前
記リング状集光部材と該対物レンズの鏡筒に入射
光側端との間に、リング状の外方偏向部材と該リ
ング状外方偏向部材より大きな口径のリング状内
方偏向部材とを設け、該リング状外方偏向部材と
該リング状内方偏向部材との一方に収斂性トロイ
ダル面を形成し、他方に発散性トロイダル面を形
成するとともに、該一方の収斂性トロイダル面と
該他方の発散性トロイダル面とでアフオーカル系
を形成したものである。

このリング状外方偏向部材は、対物レンズの入
射光側端に供給されるリング状光束の口径を、そ
の外方偏向作用によつて拡大すると共に、ここに
設けられた収斂性トロイダル面又は発散性トロイ
ダル面によつて、リング状光束を収斂又は発散す
る。そして、内方偏向部材は外方偏向部材からの
リング口径が拡大されたリング状光束を受けて、
その内方偏向作用によりリング状光束の進行方向
を対物レンズの光軸とほぼ平行に変換するととも
に、ここに設けられた発散性トロイダル面又は収
斂性トロイダル面によつて、リング状光束を発散
又は収斂する。従つて、外方偏向部材と内方偏向
部材とのそれぞれに形成されたトロイダル面の焦
点距離及び両トロイダル面の間隔を変えることに
よつて、両者のトロイダル面で形成されるアフオ
ーカル系の倍率を任意に選択し、対物レンズの周
囲に供給されるリング状光束の幅を適宜に変える
ことが可能である。すなわち、外方偏向部材に収
斂性のトロイダル面を形成し、内方偏向部材に発
散性トロイダル面を形成する場合には、内方偏向
部材を射出するリング状光束の幅を外方偏向部材
に入射するリング状光束の幅よりも細くできる、
逆に、外方偏向部材に発散性のトロイダル面を形
成し、内方偏向部材に収斂性トロイダル面を形成
する場合には、内方偏向部材を射出するリング状
光束の幅を外方偏向部材に入射するリング状光束
の幅よりも太くすることができる。内方偏向部材
を射出するリング状光束の幅を細くすることは、
高倍率対物レンズに必要な狭い照明領域に有利で
あり、その幅を太くすることは低倍率対物レンズ
に必要な広い照明領域に有利である。

尚、顕微鏡本体から対物レンズの周囲に供給さ
れるリング状光束は、一般には平行光束であるた
め、外方偏向部材のトロイダル面と内方偏向部材
のトロイダル面とで実質的にアフオーカル系が形
成されていることにより、対物レンズ先端付近の
リング状集光部材へ平行光束を供給できるので、
より効率の高いコンパクトな構成とすることが可
能である。

（実施例） 以下、図示した実施例の構成に基づいて本発明
を説明する。第１図は本発明によるエピダーク用
対物レンズの第１実施例の構成を示す概略断面図
である。図示なき光源から供給されるリング状の
ほぼ平行な照明光は、顕微鏡本体内に斜設された
孔開き反射鏡Ｍにより反射され、対物レンズ１０
の周囲に向かう。そして、対物レンズ鏡筒１１内
の対物レンズ１０の入射光側端近傍に設けられ
た、外方偏向部材としてのリング状トロイダル正
レンズ１ａに入射し、ここで外側に向けて偏向さ
れ又収斂される。この外方に向かう収斂光束は、
リング状トロイダル正レンズ１ａと、リング状集
光部材としてのリング状反射鏡３ａとの間に配置
された内方偏向部材としてのリング状トロイダル
負レンズ２ａによつて、対物レンズ１０の光軸１
２とほぼ平行に進む平行光束に変換され、リング
状反射鏡３ａに入射する。リング状反射鏡３ａは
ここでは円錐反射面からなつており、リング状ト
ロイダル負レンズ２ａからの平行光束を物体面０
へ向けて反射する。

ここで、外方偏向部材としてのリング状トロイ
ダル正レンズ１ａは、第２図の断面図Ａと平面図
Ｂに示すごとく、中空のリング形状で、入射面Ｒ
１は正レンズ作用をもつ凸のトロイダル面で、射
出面Ｒ２はプリズム作用をもち入射光側に凸な円
錐状屈折面であり、全体として対物レンズの光軸
１２を回転中心とすつ回転体である。また、内方
偏向部材としてのリング状トロイダル負レンズ２
ａは、第３図の断面図Ａと平面図Ｂに示すごと
く、同じく中空のリング形状で、入射面Ｒ３はプ
リズム作用をもち入射光側に凸な円錐状屈折面で
あり、射出面Ｒ４は負レンズ作用をもつ凹のトロ
イダル面で、対物レンズの光軸を回転中心とする
回転体である。そして、リング状トロイダル正レ
ンズ１ａの射出面Ｒ２はリング状光束を外方に偏
向する作用を有し、リング状トロイダル負レンズ
２ａの入射面Ｒ３はリング状光束を内方に偏向す
る作用を有しており、また、リング状トロイダル
正レンズ１ａの入射面Ｒ１の収斂作用とリング状
トロイダル負レンズ２ａの射出面Ｒ４の発散作用
とでほぼアフオーカル系が形成されている、ま
た、リング状トロイダル正レンズ１ａは口径は対
物レンズ１０の入射口径よりやや大きくなつてお
り、リング状トロイダル負レンズ２ａの口径はリ
ング状集光部材３ａの口径とほぼ同等である。

そして、リング状トロイダル正レンズ１ａに入
射するリング状光束は、ここでの外方偏向作用を
受けその口径が拡大されてリング状トロイダル負
レンズ２ａに達するため、リング状集光部材３ａ
の口径を大きくでき、対物レンズ１０の口径がか
なり大きくても物体面０には十分な暗視野照明光
を供給することが可能となる。また、リング状集
光部材の口径を従来以上に大きくすることができ
るので、作用距離を大きくすることも可能であ
る。更に、負屈折力と正屈折力とのリング状トロ
イダル面を組み合わせているので、照明光束につ
いての収差補正、特に色収差の補正が可能とな
り、より良好な暗視野照明光束を供給することが
可能となる。しかも、対物レンズの周囲に入射す
るリング状光束の幅はリング状集光部材に入射す
る時には細くなつているので、リング状集光部材
を小さく構成することができる。

尚、リング状集光部材としては、内方偏向部材
からのリング状光束を物体面に集める作用を持つ
ことが必要であつて、上記実施例の如く単に光束
を反射する円錐状反射面に限らず、光束を収斂又
は発散させる作用を持つ構成とすることも実用的
であり、リング状凹面又は凸面の反射鏡、さらに
はリング状の中空正レンズやリング状プリズムを
用いることも可能である。

第４図は、本発明による第２実施例の概略構成
を示す断面図であり、第１図と同等の作用を有す
る部材には同一の符号を付した。この第２実施例
はリング状集光部材として収斂作用を有するリン
グ状凹面反射鏡３ｂを用いたものである。この構
成によれば、より高倍率の対物レンズに必要な高
輝度で狭い物体領域への照明を行うことが可能で
ある。そして、外方偏向部材と内方偏向部材との
組合せによつてリング状照明光束の幅を細くでき
るので、リング状集光部材の収斂作用をあまり大
きくする必要がなく、しかも収束すべき光束の幅
自体が小さいため収差の発生が小さくなり、より
均一な照明を行うことが可能である。また、リン
グ状集光部材の収斂作用が小さくて良いため、物
体面上に光源像を形成することが無く均一な照明
が可能であると共に、リング状集光部材としての
焦点距離も長いので作動距離を大きくするのにも
有利である。このようにリング状集光部材に収斂
作用を持たせる場合には、本発明の構成が一層有
利になる。

上記の実施例では、リング状集光部材としてリ
ング状凹面反射部材を用いたが、第５図に示した
本発明による第３実施例では、リング状集光部材
としてリング状のプリズム３ｃを用いたものであ
る。図示した構成では、物体面を平行光束で照明
しているが、リング状プリズムをリング状中空正
レンズに置き換えてその焦点距離を変えることに
よつて、対物レンズの視野に応じて収斂光束、ま
たは発散光束にて物体面を照明することが可能で
ある。

第６図に示した本発明による第４実施例は、外
方偏向部材及び内方偏向部材として、上記の実施
例とは異なる構成を用いたものである。即ち、外
方偏向部材及び内方偏向部材のそれぞれにおいて
収斂作用及び発散作用を有するトロイダル面を図
示の如く断面形状が偏芯した円形状としたもので
あり、このトロイダル面において収斂作用と外方
偏向作用、また発散作用と内方偏向作用とを持つ
ものである。詳述するならば、外方偏向部材とし
てのリング状トロイダル正レンズ１ｂの入射面Ｒ
１は、対物レンズの光軸を含む断面内で偏芯した
正レンズ作用を有するトロイダル面であり、この
面でリング状光東を収斂すると共に外方へ向けて
偏向する。このためリング状トロイダル正レンズ
１ｂの射出面Ｒ２は図示の如く、対物レンズの光
軸１２に垂直な平面として、積極的にはプリズム
作用を持たせない構成とすることが可能である。
また、内方偏向部材としてのリング状トロイダル
負レンズ２ｂの射出面Ｒ４は、対物レンズの光軸
を含む断面内で偏心した負レンズ作用を有するト
ロイダル面であり、この面でリング状光束を発散
すると共に内方へ向けて偏向する。リング状トロ
イダル負レンズ２ｂの入射面Ｒ３は内方偏向作用
を高めるために、プリズム作用を有する円錐面に
形成されているが、リング状トロイダル正レンズ
１ｂの射出面Ｒ２と同様に、対物レンズの光軸と
垂直な平面に構成することも可能である。このよ
うな第４実施例の構成においても、効率良く暗視
野照明を行うことができる。また第６図に示した
第４実施例の如く、外方偏向部材１ｂ及び内方偏
向部材２ｂにおいて、対物レンズの周囲に入射す
るリング状光束の外側の光線に対して、各プリズ
ム作用と各レンズ作用とをバランスさせ、リング
状光束の外側の光線を何等偏向することなしにリ
ング状集光部材３ｂに導き、対物レンズに入射す
るリング状光束の外周口径をあまり変えることな
く内周口径のみを拡大しつつリング状集光部材に
導くこともできる。

第７図は本発明による第５実施例の概略構成を
示す断面図である。この第５実施例は外方偏向部
材に発散性トロイダル面を設け、内方偏向部材に
収斂性トロイダル面を設け、リング状光束の幅を
拡大する構成としたもので、低倍率対物レンズ用
の広い物体面の照明に有利な構成である。すなわ
ち、対物レンズ鏡筒１１内の対物レンズ１０の入
射光側端近傍に設けられた、外方偏向部材として
のリング状トロイダル負レンズ１ｃに入射したリ
ング状光束は、ここで外側に向けて偏向され又発
散される。この外方に向かう発散光束は、リング
状トロイダル負レンズ１ｃとリング状集光部材３
ｄとの間に配置された内方偏向部材としてのリン
グ状トロイダル正レンズ２ｃによつて、対物レン
ズ１０の光軸１２とほぼ平行に進む平行光束に変
換され、対物レンズ鏡筒１１の先端付近に設けら
れたリング状集光部材としてのリング状反射鏡３
ｄに入射する。リング状反射鏡３ｄはここでは円
錐反射面からなつており、リング状トロイダル正
レンズからの平行光束を物体面０へ向けて反射す
る。

ここで、外方偏向部材としてのリング状トロイ
ダル負レンズ１ｃは、第８図の断面図Ａと平面図
Ｂに示すごとく、中空のリング形状で、入射面Ｒ
１１は負レンズ作用をもつ凹のトロイダル面で、
射出面Ｒ１２はプリズム作用をもち入射光側に凸
な円錐状屈折面であり、全体として対物レンズの
光軸１２を回転中心とする回転体である。また、
内方偏向部材としてのリング状トロイダル正レン
ズ２ｃは、第９図の断面図Ａと平面図Ｂに示すご
とく、同じく中空のリング形状で、入射面Ｒ１３
はプリズム作用をもち入射光側に凸な円錐状屈折
面であり、射出面Ｒ１４は正レンズ作用をもつ凸
のトロイダル面で、対物レンズの光軸を回転中心
とする回転体である。そして、リング状トロイダ
ル負レンズ１ｃの射出面Ｒ１２はリング状光束を
外方に偏向する作用を有し、リング状トロイダル
正レンズ２ｃの入射面Ｒ１３はリング状光束を内
方に偏向する作用を有しており、また、リング状
トロイダル負レンズ１ｃの入射面Ｒ１の発散作用
とリング状トロイダル正レンズ２ｃの射出面Ｒ４
の収斂作用とでほぼアフオーカル系が形成されて
いる。また、リング状トロイダル負レング１ｃの
口径は対物レンズ１０の入射側口径よりやや大き
くなつており、リング状トロイダル正レンズ２ｃ
の口径はリング状集光部材３ｄの口径ととほぼ同
等である。

従つて、リング状トロイダル負レンズ１ｃに入
射するリング状光束は、ここでの外方偏向作用を
受けその口径が拡大されてリング状トロイダル正
レンズ２ｃに達するため、リング状集光部材３ｄ
の口径を大きくでき、対物レンズ１０の口径がか
なり大きくても物体面０には十分な暗視野照明光
を供給することが可能となる。また、リング状集
光部材３ｄに達するリング状光束の幅をも拡大す
ることができるため、低倍率対物レンズ用の広い
物体面への照明を行うのに有利である。

第１０図は、本発明による第６実施例の概略構
成を示す断面図であり、第７図と同等の作用を有
する部材には同一の符号を付した。この第６実施
例はリング状集光部材として弱いパワーの発散作
用を有するリング状凸面反射鏡３ｅを用いたもの
である。この構成によれば、より低倍率の対物レ
ンズに必要なより広い物体領域への照明を行うこ
とが可能である。そして、リング状凸面反射鏡に
入射するリング状光束の幅が大きいので、リング
状凸面反射鏡の発散作用が小さくて良いため、こ
こでの収差の発生が小さく、より広い範囲に対し
て均一な照明を行うことが可能である。

上記の実施例では、何れも外方偏向部材及び内
方偏向部材として、リング状レンズ部材を用い屈
折系にて構成したが、両者の一方又は両者を共に
反射系にて構成することも可能である。第１１図
及び第１２図に示した本発明による第７実施例及
び第８実施例は、外方偏向部材と内方偏向部材と
を共にリング状反射部材で構成したものである。
即ち、外方偏向部材としてリング状凹面反射鏡１
ｄを、また内方偏向部材としてリング状凸面反射
鏡２ｄを設けたものであり、第１実施例から第４
実施例までと同様にリング状光束の口径を拡大し
またリング状光束の幅を縮小してリング状集光部
材へ導くことが可能である。また図示した如く、
反射系によれば、リング状光束の外側の光線と内
側の光線とを入れ換えて物体面に導くことができ
る。この様に、反射系にて外方偏向部材と内方偏
向部材とを形成する場合にも、大きな口径の対物
レンズに対して有効な暗視野照明ができる。尚、
第１１図の第７実施例はリング状集光部材として
リング状凹面反射鏡３ｂを用いたものであり、第
１２図の第８実施例は、リング状集光部材として
リング状のプリズム部材３ｃを用いたものであ
る。

（発明の効果） 以上の如く、本発明によれば、対物レンズの口
径が大きなものであつても、顕微鏡本体に何等変
更を加えることがなく、リング状光束を対物レン
ズの先端まで効率良く導くことができ、リング状
集光部材によつて物体面に十分な照明光を供給
し、明るい暗視野照明を行うことができる。ま
た、外方偏向部材と内方偏向部材とのそれぞれに
設けられたトロイダル面によつて実質的にアフオ
ーカル系が形成され、このアフオーカル系によつ
てリング状光束の幅を任意に選択することが可能
である。このため、高倍率対物レンズに対して
は、リング状光束の幅をアフオーカル系によつて
細くすることによつて高輝度の均一照明か可能で
あり、また、低倍率対物レンズに対しては、リン
グ状光束の幅をアフオーカル系によつて太く拡大
することによつて広範囲の均一照明が可能であ
る。しかも、リング状集光部材に達するリング状
光束の幅を対物レンズに必要な照明領域に応じて
選定できるので、リング状集光部材によつて過度
に収斂又は発散する必要がなく、ここでの収差の
発生を少なくできるので、より優れた照明光を供
給することが可能である。更に、対物レンズの先
端部におけるリング状光束の口径は、従来のもの
よりも大きくできるため、作動距離を長くするた
めにも有利である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による第１実施例の概略構成を
示す断面図、第２図Ａ，Ｂは第１実施例に用いら
れる外方偏向部材の断面図及び平面図、第３図
Ａ，Ｂは第１実施例に用いられる内方偏向部材の
断面図及び平面図、第４図、第５図及び第６図は
それぞれ本発明による第２、第３及び第４実施例
の概略構成を示す断面図であり、第７図は本発明
による第５実施例の概略構成を示す断面図、第８
図Ａ，Ｂは第５実施例に用いられる外方偏向部材
の断面図及び平面図、第９図Ａ，Ｂは第５実施例
に用いられる内方偏向部材の断面図及び平面図、
第１０図は第６実施例の概略構成を示す断面図で
あり、第１１図及び第１２図は本発明による第７
及び第８実施例の概略構成を示す断面図である。 〔主要部分の符号の説明〕、１ａ，１ｂ，１ｃ，
１ｄ……外方偏向部材、２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ
……内方偏向部材、３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ，３
ｅ……リング状集光部材、Ｒ１，Ｒ１４……収斂
性トロイダル面、Ｒ４，Ｒ１１……発散性トロイ
ダル面、１０……対物レンズ、０……物体面。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 対物レンズの先端付近に該対物レンズ光軸と
   同軸に配置され、該対物レンズを包む如きリング
   状光束を集光して物体面を照射するためのリング
   状集光部材を有するエピダーク用対物レンズにお
   いて、 前記リング状集光部材と該対物レンズの鏡筒の
   入射光側端との間に、リング状の外方偏向部材と
   該リング状外方偏向部材より大きな口径のリング
   状内方偏向部材とを設け、該リング状外方偏向部
   材と該リング状内方偏向部材との一方に収斂性ト
   ロイダル面を形成し、他方に発散性トロイダル面
   を形成するとともに、該一方の収斂性トロイダル
   面と該他方の発散性トロイダル面とでアフオーカ
   ル系を形成したことを特徴とする大口径エピダー
   ク用対物レンズ。