JPS60225817A - 大口径エピダ−ク用対物レンズ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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って物体面社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っ
てきており、それに伴って対物レンズのレンズ口径も大
きくなってきている。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ってきている。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った。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、光量不足をきたすため、
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った。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っ
て強（集光するため、ここでの収差による照明光の不均
一性も生じ易かった。

（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） 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ほぼアフォーカル系を形
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
によって拡大すると共に、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って、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
ル面によって、リング状光束を発散又は収斂する。従っ
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
を変えることによって、両者のトロイダル面で形成され
るアフォ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、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
質的にアフォ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（ｌａ）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）によって、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、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
円錐反射面からなっており、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（Ｒ１）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
グ状トロイダル負レンズ（２ａ）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＾する回転体である。そして、リング状１　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ォ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（ｌａ）の口径は対物レ
ンズ（１０）の入射側口径よりやや大きくなっており、
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、作動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ル時ニは細くなっているので
、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
って、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
との組合せによっ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
えることによって、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（Ｒ１）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束
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
む断面内で偏芯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プリズム（３ｂ
）に導き、対物レンス６二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（ＩＣ）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（ｌｃ）とリング状集光部材（３ｄ）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）によって、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（３ｄ）に入射する。

リング状反射鏡（３ｄ）　＆よここては円錐反射面から
なっており、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（ＩＣ）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（Ｒ１１）
は負レンズ作用をもつ凹のトロイダル面で、射出面（Ｒ
１２）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（Ｒ１
３）はプリズム作用をもち入射光側Ｇこ凸な円錐状屈折
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、ＩＪソングトロイダル負レンズ（
ＩＣ）の射出面（Ｒ１２）はす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（
ｌｃ）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
ぼアフォーカル系が形成されている。また、リング状ト
ロイダル負レンズ（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っており、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（３
ｄ）の口径ととほぼ同等である。

従って、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１　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ク状凹面反射鏡（１ｄ）
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
なものであっても、顕微鏡本体に何等変更を加えること
なく、リング状光束を対物レンズの先端まで効率良り導
くことができ、リング状集光部材によって物体面に十分
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って実質的にアフォーカル
系が形成され、このアフォーカル系によってリング状光
束の幅を任意に選定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
の幅をアフォーカル系によって細くすることによって高
輝度の均一照明が可能であり、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ォーカル系によっ
て太く拡大することによっ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っ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、
従来のものよりも太き（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、ｘｄ−・・外方偏向部材、　２ａ、
２ｂ＋２ｃ＋２ｄ　・・・内方偏向部材３ａ、３ｂ、３
ｃ、３ｄ、３ｅ・・・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ｌＯ・・・対物レンズ ０　・・・物体面 出願人　日本光学工業株式会社 代理人　渡辺隆男 第３図　第９図 第１Ｏ図 第１１図 第１２図

Claims (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篠
   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ほぼアフォ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。