JPH0735982A - 微分干渉顕微鏡 - Google Patents

微分干渉顕微鏡

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JPH0735982A
JPH0735982A JP5196717A JP19671793A JPH0735982A JP H0735982 A JPH0735982 A JP H0735982A JP 5196717 A JP5196717 A JP 5196717A JP 19671793 A JP19671793 A JP 19671793A JP H0735982 A JPH0735982 A JP H0735982A
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達朗 大瀧
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敬 川人
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 コントラストを上げても対物レンズの分解能
をより活かすことのできる微分干渉顕微鏡を得る。 【構成】 微分干渉顕微鏡において、対物レンズによっ
て形成された被検物の像を観察するための観察手段が、
被検物の像を光電的に検出する撮像手段と、該撮像手段
に検出された被検物の像のコントラストを強調するコン
トラスト強調手段とを有し、さらに、対物レンズの分解
能をδとしたとき、常光線と異常光線とのシアー量Sが
以下の条件を満たすものとした。 δ/20≦S<δ/2

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、例えば生物標本の観察
等に用いられる微分干渉顕微鏡に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来の微分干渉顕微鏡には、例えば図5
に示すような透過照明型のものがあった。この微分干渉
顕微鏡は、図5(a)において、光源Sからの光をレン
ズL1、レンズL2 およびコンデンサレンズL3 によっ
て標本Mをケーラー照明し、この標本Mの透過光が対物
レンズL4 を介して形成する拡大像Yを接眼レンズL5
を介して肉眼で観察するという顕微鏡光学系に微分干渉
部材、即ち偏光子P、検光子A、ウオラストンプリズム
1 、ウオラストンプリズムW2 を組み込んだものであ
る。
【0003】ウオラストンプリズムW1 はコンデンサレ
ンズL3 の入射瞳位置に、ウオラストンプリズムW2
対物レンズL4 の射出瞳位置に各々配置され、偏光子P
はウオラストンプリズムW1 の手前(光源S側)に、検
光子AはウオラストンプリズムW2 の後ろ(接眼レンズ
5 側)に配置されている。
【0004】ウオラストンプリズムは、図6に示すよう
に、それぞれの光学軸方向が互いに直交する状態で切り
出された2つの直角プリズムを接合してなるものであ
り、ここでは一方が紙面に平行な光軸方向(矢印)で他
方が紙面に垂直な光軸方向(+印)となっている。この
プリズムは、入射光線を互いに直交する振動面を持つ2
つの直線偏光に分離する。この時2つの光線は、直角プ
リズムの頂角αで決定される偏角θ=2(ne −n0
tan αで分離する。ここで、ne は異常光線に対するウ
オラストンプリズムの屈折率、n0 は常光線に対するウ
オラストンプリズムの屈折率である。
【0005】上記のような構成において、図5(b)に
示すように、光源Sからの光は偏光子Pによって矢印方
向の直線偏光が取り出され、この直線偏光は、ウオラス
トンプリズムW1 によって互いに直交する2つの直線偏
光に偏角θをもって分離される。通常ウオラストンプリ
ズムは、使用される対物レンズに応じて選択され、対物
レンズを取り替える際に一緒に取り替えられる。
【0006】この分離された2光線はコンデンサレンズ
3 に入射するが、このときウオラストンプリズムW1
がコンデンサレンズL3 の前側焦点面に位置すれば、2
つの直線偏光はコンデンサレンズL3 の焦点距離fc
角度θによって決まる量(シアー量)S=fc ・tanθだ
け離れた平行光線となって標本Mを照射する。
【0007】標本Mを透過した2光線は、対物レンズL
4 によって対物レンズL4 の後ろ側焦点面で交わり、こ
こに配置されたウオラストンプリズムW2 よって1つと
なり、同一光路上を進む。さらに検光子Aを透過するこ
とによってこれら2光線の逆位相成分が取り出され、互
いに干渉し合うようになる。
【0008】即ち、標本M内を通過することによって2
つの光線に光路差が生じなければ、2光線は干渉し打ち
消し合て暗くなるが、逆に光路差が生じていれば明るく
見える。微分干渉顕微鏡はこの原理を利用したものであ
り、標本Mが無色透明であっても、標本M内の屈折率や
厚さの差に応じて2光線に光路差が生じていれば、標本
Mを明暗の差で観察することが可能となる。
【0009】このような微分干渉顕微鏡では、肉眼によ
る観察が主であったため、像Yにある程度のコントラス
トが必要であった。このコントラストはシアー量Sの大
きさで決定される。コントラストを上げたい時にはシア
ー量Sを大きくすれば良い。
【0010】例えば、図7(a)に示すような標本M内
に屈折率が高い部分M’が存在する場合を考えてみる
と、光線の同一位相面を線分abで表すと、入射光ab
は標本Mを通過後a’b’となって進む。この時シアー
量Sだけ離れた2つの光線は図7(b)に示すごとく重
なりあうが、2光線の光路差Δによって生じる明暗によ
ってコントラストが得られる。図からも明らかなよう
に、シアー量Sが小さいと2光線の光路差Δが小さくコ
ントラストが低くなる。シアー量Sを大きく取ればコン
トラストは上り、わずかな傾斜であっても明暗のコント
ラストが生じる。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
如き従来の微分干渉顕微鏡では、シアー量Sを大きく取
ってコントラストを上げようとすると、対物レンズL4
の分解能をある程度犠牲にしなければならなかった。
【0012】例えば、シアー量Sが対物レンズの分解能
δ(δ=0.61×λ/N.A.)を越えた時には標本Mの
像Yは2重になって見えてしまう。さらに、シアー量S
をそれほど大きくなく対物レンズL4 の分解能δ以下と
しても、分解能δ近くに設定した場合、このシアー量S
の方向に像が伸びる現象も起こる。
【0013】これによって本来対物レンズの性能として
は分解できるはずの微細部分がつぶれて見えるという問
題もあった。従って従来は、対物レンズの分解能をでき
るだけ損なわないようにするためにはシアー量Sを小さ
くすることが望まれるが、比較的高いコントラストを得
るためには、シアー量Sをδ/2程度が限界であった。
【0014】本発明は、上記問題を解消し、コントラス
トを上げても対物レンズの分解能をより活かすことので
きる微分干渉顕微鏡を得ることを目的とする。
【0015】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項1に記載の発明に係る微分干渉顕微鏡装置で
は、光源と、該光源からの光を集光して被検物を照明す
るコンデンサレンズと、前記被検物を介した前記コンデ
ンサレンズからの光を集光して前記被検物の像を形成す
る対物レンズと、前記像を観察するための観察手段を有
し、前記光源と前記被検物との間に、前記光源側から順
に、前記光源からの光束を所定の偏光光とする第1の偏
光手段と、前記偏光光を常光線と異常光線との2光線に
分離する第1の複屈折素子とを備えると共に、前記被検
物と前記像との間に、前記被検物から順に、前記被検物
を介した前記2光線を同一光路上に導く第2の複屈折素
子と、前記同一光路上に導かれた2光線を干渉させる第
2の偏光手段とを備えた微分干渉顕微鏡において、前記
観察手段は、前記被検物の像を光電的に検出する撮像手
段と、該撮像手段に検出された前記被検物の像のコント
ラストを強調するコントラスト強調手段とを有し、さら
に、前記対物レンズの分解能をδとしたとき、前記常光
線と前記異常光線とのシアー量Sが以下の条件(1) 式を
満たすものとした。 δ/20≦S<δ/2 …(1) 式
【0016】また、請求項2に記載の発明に係る微分干
渉顕微鏡では、請求項1に記載の微分干渉顕微鏡におい
て、前記コンデンサレンズが前記被検物からの反射光を
集光する対物レンズとして共用されると共に、前記第1
の複屈折素子が前記第2の複屈折素子として共用される
構成とし、前記第1の偏光手段と前記第1の複屈折素子
との間に、前記コンデンサレンズと前記第1の複屈折素
子とを介した前記被検物からの反射光を前記第2の偏光
手段へ導く光路分割手段を備えた。
【0017】
【作用】本発明は、光源側からの光束を第1の偏光手段
で所定の偏光光とし、該偏光光をウオラストンプリズム
等の複屈折素子によって常光線と異常光線との2光線に
分離し、コンデンサレンズで集光し被検物を照明させ、
被検物を介した2光線を第2の複屈折素子により同一光
路上に導き、さらに第2の偏光手段によって互いに干渉
させる、微分干渉像を得る微分干渉顕微鏡であり、この
像を観察するための観察手段において、撮像手段によっ
て被検物の像を光電的に検出し、コントラスト強調手段
によって撮像手段に検出された被検物の像のコントラス
トを強調してモニタ等の表示手段の画面上に表示するも
のである。
【0018】請求項1に記載の本発明においては、上記
構成により、得られる微分干渉像のコントラストが低く
てもこれを強調することができるので、コントラスを低
く、即ち常光線と異常光線との被検面上でのシアー量S
=fc ・tanθ(fc :コンデンサレンズの焦点距離、
θ:第1の結晶光学素子による常光線と異常光線との分
離角)が小さくなるよう光学系を設定することができ
る。
【0019】従って、本発明によれば、被検物の像が2
重に見えたり微細部分がつぶれて見えたり等、像の品質
が損なわれることがなく、対物レンズの分解能が活かさ
れたまま、対物レンズによる像を極めてシャープな微分
干渉像として捕らえることがでるとともに、最終的には
にコントラストの高い観察像を得ることができる。
【0020】なお、本発明においては、対物レンズの分
解能をδとしたときシアー量Sを前記条件式(1) を満た
すものとした。この条件式の下限を越えた場合、シアー
量Sが小さ過ぎて2光線の干渉効果が非常に小さく、コ
ントラストの強調を施しても観察に十分な高いコントラ
ストを得ることができない。また、このようにシアー量
Sを非常に小さくするような、即ち常光線と異常光線の
分離角θが小さい結晶光学素子(ウオラストンプリズ
ム)を形成することが困難である。
【0021】一方、上限を越えた場合は、従来の微分干
渉顕微鏡と同様に対物レンズの分解能を損なう恐れがあ
り、分解能限界付近で被検物を観察する際に不利であ
る。本発明はシアー量Sを条件式(1) の範囲内に限定す
ることにより、常に対物レンズの分解能を活かしつつ高
いコントラストの観察像が得られる。なお、対物レンズ
の分解能をより高めながら、高いコントラストのもとで
被検物の像を観察するためには、条件式(1) に示したシ
アー量Sに関する範囲をさらにδ/20≦S≦2δ/5
とすることが望ましい。
【0022】さらに、請求項2に記載の本発明は、コン
デンサレンズを被検物からの反射光を集光する対物レン
ズとして共用し、且つ第1の複屈折素子を第2の複屈折
素子として共用する構成とし、第1の偏光手段と複屈折
素子との間に、コンデンサレンズと第1の複屈折素子と
を介した被検物からの反射光を第2の偏光手段へ導く光
路分割手段を設けることによって反射型の微分干渉顕微
鏡とするものである。
【0023】このような構成においては、第1の複屈折
素子で分離した2光線をコンデンサレンズによって被検
物に照射し、被検物からの反射光を逆行させ、再びコン
デンサレンズを介して集光し、さらに第1の複屈折素子
で2光線を同一光路上に導いた後、光路分割手段によっ
て第2の偏光素子へ導き、これによって2光線を互いに
干渉させ被検物の微分干渉像を得ることができる。
【0024】この像は、請求項1に記載の発明と同様
に、観察手段において、撮像手段によって光電的に検さ
れ、コントラスト強調手段によって像のコントラストが
強調される。従って、本発明によれば、常に対物レンズ
の分解能を活かしつつ高いコントラストの観察像が得ら
れる反射型微分干渉顕微鏡をも実現できる。
【0025】
【実施例】以下に、本発明の実施例を説明する。図1
(a)に、本発明の第1の実施例として透過照明型の微
分干渉顕微鏡装置を示す。本実施例は、光源1からの光
をレンズ2、レンズ3、コンデンサレンズ6により標本
7を照明し、対物レンズ8によって拡大像11を得ると
いう構成の顕微鏡に、微分干渉用部材である偏光子4、
検光子10、ウオラストンプリズム5、ウオラストンプ
リズム9を組み込んだものである。
【0026】ウオラストンプリズム5はコンデンサレン
ズ6の入射瞳位置に、ウオラストンプリズム9は対物レ
ンズ8の射出瞳位置に各々配置され、偏光子4はウオラ
ストンプリズム5の手前(光源1側)に、検光子10は
ウオラストンプリズム9の後ろに配置されている。
【0027】上記のような構成において、光源1からの
光は偏光子4によって直線偏光が取り出され、この直線
偏光は、ウオラストンプリズム5によって互いに直交す
る2つの直線偏光に偏角θをもって分離される。
【0028】この分離された2光線はコンデンサレンズ
6に入射し、シアー量Sだけ離れた平行光線となって標
本7を照射する。標本7を透過した2光線は、対物レン
ズ8によって対物レンズ8の後ろ側焦点面で交わり、こ
こに配置されたウオラストンプリズム9よって1つとな
り、同一光路上を進む。さらに検光子10を透過するこ
とによってこれら2光線の逆位相成分が取り出され、互
いに干渉し合うようになり、像面11に微分干渉像を形
成する。
【0029】ここで、ウオラストンプリズム5およびウ
オラストンプリズム9は、標本7におけるシアー量Sが
対物レンズ8の分解能δに対してδ/20≦S<δ/2
の範囲内になるよう設定されている。これにより、像面
11における微分干渉像は、シアー量Sが従来のものよ
り極端に小さいため、像としては極めてシャープなもの
ではあるがコントラストは低く、肉眼や普通のビデオカ
メラ等では捕らえることができない。
【0030】そこで、本実施例においては、このコント
ラストを増強するためのビデオエンハンスメントを行う
回路13を、像面11の像を光電的に検出するCCDや
撮像管等の撮像手段12とモニタ14との間に設置し
た。
【0031】本実施例によるコントラスト増強の例を図
1(b)に示す。なお、簡単のためコントラスト強度は
横軸に位置x、縦軸に強度Iの一次元で表している。こ
こでは撮像手段12からの入力信号Si を単純に増幅し
モニタ14上に信号So として出力するものである。入
力信号Si のコントラストが、従来の微分干渉顕微鏡に
おける肉眼での観察可能な閾値以下の弱いものであって
も、モニタ14上では十分観察可能なコントラストの出
力So となっている。
【0032】以上のような構成の本実施例の微分干渉顕
微鏡において、シアー量Sをδ/5およびδ/10
(δ:対物レンズ8の分解能)に設定し、標本の観察を
行って見たところ、いずれの場合も、シャープな観察像
が得られ、従来の微分干渉顕微鏡において肉眼で見る以
上にコントラストの強い迫力ある像が見られた。
【0033】次に、本発明の第2の実施例として、反射
型(落射照明)の微分干渉顕微鏡を図2に示す。本実施
例は、光源21からの光をコレクタンズ22によって平
行光束とした後、レンズ24にて対物レンズ27の瞳面
に結像させ、対物レンズ27をによって標本面28を照
明させ、標本面28からの反射光を再び対物レンズ27
を通過させることによって像30を得るという構成の反
射型顕微鏡に、微分干渉用部材である偏光子23、検光
子29、ウオラストンプリズム26を組み込んだもので
ある。
【0034】ウオラストンプリズム26は、対物レンズ
27の瞳面に配置され、第1の実施例と同様にシアー量
Sが前記条件式(1) を満たすよう設定されている。この
ような構成において、光源21からの光は偏光子23に
よって直線偏光が取り出され、この直線偏光は、レンズ
24、ハーフミラー25を介してウオラストンプリズム
26によって互いに直交する2つの直線偏光に分離され
る。
【0035】この分離された2光線は対物レンズ(コン
デンサレンズ)27に入射し、シアー量Sだけ離れた平
行光線となって標本面28を照射する。標本面28で反
射された2光線は、再び対物レンズ27を通過し、対物
レンズ27の後ろ側焦点面で交わり、ここに配置された
ウオラストンプリズム26よって1つとなり、同一光路
上を進む。さらにハーフミラー25を透過し検光子29
を透過することによってこれら2光線の逆位相成分が取
り出され、互いに干渉し合うようになり、像面30に微
分干渉像を形成する。
【0036】像面30の像は、第1の実施例と同様に、
CCDや撮像管等の撮像手段31によって光電的に検出
され、回路32でコントラストが強調された後、モニタ
33の画面上に表示される。この表示画像は、シャープ
でコントラストの強いものである。
【0037】なお、以上の実施例においては、対物レン
ズを有限系とし、第2の複屈折素子と第2の偏光手段と
を対物レンズと像面との間に配置する構成を示したが、
本発明はこれに限るものではない。例えば、図3(a)
に示す如く、以上の実施例と同様に対物レンズ8を有限
系の構成とし、標本7と対物レンズ8との間に第2の複
屈折素子9を配置すると共に、対物レンズ8と像面11
との間に第2の偏光手段10を配置しても良い。この場
合、第1の複屈折素子5はコンデンサーレンズ6と標本
7との間に配置されると共に第1の偏光手段4はコンデ
ンサーレンズ6の光源側に(レンズ3とコンデンサーレ
ンズ6との間)に配置される。
【0038】また、図3(b)に示す如く、図3(a)
に示した対物レンズ8をレンズ81、レンズ82の2群
系として、各レンズ間を平行系(無限遠系)とする構成
とし、その平行光束中に、標本7側から順に、第2の複
屈折素子9と第2の偏光手段10とを配置しても良い。
この場合、コンデンサーレンズ6は、対物レンズ8と同
様に、レンズ61、レンズ62の2群系として各レンズ
間を平行系(無限遠系)とする構成とし、第1の複屈折
素子5と第1の偏光手段4とは、標本7側から順にそれ
ぞれ平行光束中に配置される。
【0039】なお、図3(a)及び(b)には、透過照
明型の微分干渉顕微鏡の例を示したが、コンデンサーレ
ンズ6と対物レンズ8とを共用させ、複屈折素子5、複
屈折素子9と、偏光手段4、偏光手段10とを各々共用
させて図2に示した如き反射照明型の微分干渉顕微鏡と
しても良い。
【0040】また、本実施例では、複屈折素子としてウ
オラストンプリズムを用いる場合を示したが、本発明は
これに限るものではなく、第1の偏光手段で取り出され
た直線偏光を互いに直交する2つの直線偏光に所定の偏
角で分離できるものであれば良い。例えば、対物レンズ
が複数のレンズ群で構成される場合など、焦点位置が対
物レンズ中に存在することがある。
【0041】この時、焦点面にウオラストンプリズムを
配置することはできいないので、図4に示す様なノマル
スキープリズム(変形ウオラストンプリズム)を用いる
ことができる。これは、プリズムと距離dだけ離れた位
置で2光線を分離するものであるので、分離点Hが対物
レンズの瞳位置となるよう設定すれば、ウオラストンプ
リズムが瞳位置にある場合と同様の作用が得られる。
【0042】
【発明の効果】以上説明したとおり、本発明によれば、
対物レンズの分解能を活かしたままコントラストの強い
被検物の観察像を得ることができる。従って、例え無色
透明な標本であっても、その屈折率や厚さの差に応じて
極めてシャープな像がコントラスト良く観察することが
できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例による微分干渉顕微鏡の
概略構成図である。
【図2】本発明の第2の実施例による微分干渉顕微鏡の
概略構成図である。
【図3】第1、第2の実施例と異なる対物レンズ、偏光
手段、複屈折素子の配置を示す構成図である。
【図4】複屈折素子として使用可能なノマルスキープリ
ズムを説明する模式図である。
【図5】従来の微分干渉顕微鏡を示す概略構成図であ
る。
【図6】実施例で複屈折素子として使用するウオラスト
ンプリズムを説明する模式図である。
【図7】常光線と異常光線による標本M面上でのシアー
量を示す模式図である。
【符号の説明】
1,21,S:光源 4,23,P:偏光子 6,27,61,62,L3 :コンデンサレンズ 5,9,26,W1 ,W2 :ウオラストンプリズム 7,28,M:標本 8,27,81,82,L4 :対物レンズ 10,29,A:検光子 11,30,Y:像面 12,31:撮像装置 13,32:(コントラスト強調)回路 14,33:モニタ

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 光源と、該光源からの光を集光して被検
    物を照明するコンデンサレンズと、前記被検物を介した
    前記コンデンサレンズからの光を集光して前記被検物の
    像を形成する対物レンズと、前記像を観察するための観
    察手段を有し、前記光源と前記被検物との間に、前記光
    源側から順に、前記光源からの光束を所定の偏光光とす
    る第1の偏光手段と、前記偏光光を常光線と異常光線と
    の2光線に分離する第1の複屈折素子とを備えると共
    に、 前記被検物と前記像との間に、前記被検物から順に、前
    記被検物を介した前記2光線を同一光路上に導く第2の
    複屈折素子と、前記同一光路上に導かれた2光線を干渉
    させる第2の偏光手段とを備えた微分干渉顕微鏡におい
    て、 前記観察手段は、前記被検物の像を光電的に検出する撮
    像手段と、該撮像手段に検出された前記被検物の像のコ
    ントラストを強調するコントラスト強調手段とを有し、
    さらに、前記対物レンズの分解能をδとしたとき、前記
    常光線と前記異常光線とのシアー量Sが以下の条件を満
    たすことを特徴とする微分干渉顕微鏡。 δ/20≦S<δ/2
  2. 【請求項2】 前記コンデンサレンズが前記被検物から
    の反射光を集光する対物レンズとして共用されると共
    に、前記第1の複屈折素子が前記第2の複屈折素子とし
    て共用される構成とし、前記第1の偏光手段と前記第1
    の複屈折素子との間に、前記コンデンサレンズと前記第
    1の複屈折素子とを介した前記被検物からの反射光を前
    記第2の偏光手段へ導く光路分割手段を備えたことを特
    徴とする請求項1に記載の微分干渉顕微鏡。
JP19671793A 1993-07-15 1993-07-15 微分干渉顕微鏡 Expired - Lifetime JP3656252B2 (ja)

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