(57)【要約】【課題】効果的にフレアを防止するとともに、低倍率観察時においても照野を満足し、明るさを確保しうる顕微鏡を提供する。【解決手段】光源７から射出された光を対物レンズ１３により試料２に照射する同軸落射照明系１９と、対物レンズ１３を介して入射された反射光の結像を観察する観察光学系２０と、を有する顕微鏡１００であって、光源７から射出された光を観察光軸Ｌ２方向に反射して対物レンズ１３に入射させるとともに、試料２からの反射光を透過して結像レンズ１６に入射させるワイヤーグリッド偏光ビームスプリッタ１２と、対物レンズ１３と試料２との間に配置される１／４波長板１５と、を備えることを特徴とする。【選択図】図１
2010266767.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源から射出された光を対物レンズにより試料に照射する同軸落射照明系と、前記対物レンズを介して入射された反射光の結像を観察する観察光学系と、を有する顕微鏡であって、
前記光源から射出された光を観察光軸方向に反射して前記対物レンズに入射させるとともに、前記試料からの反射光を透過して結像レンズに入射させるワイヤーグリッド偏光ビームスプリッタと、
前記対物レンズと前記試料との間に配置される１／４波長板と、
を備えることを特徴とする顕微鏡。
【請求項２】
前記ワイヤーグリッド偏光ビームスプリッタが反射する直線偏光の振動方向と同方向の偏光を生ずる第２偏光素子を、前記同軸落射照明系内に配置することを特徴とする請求項１に記載の顕微鏡。
【請求項３】
前記ワイヤーグリッド偏光ビームスプリッタが透過する直線偏光の振動方向と同方向の偏光を生ずる第３偏光素子を、前記観察光学系内に配置することを特徴とする請求項１に記載の顕微鏡。
【請求項４】
前記ワイヤーグリッド偏光ビームスプリッタが反射する直線偏光の振動方向と同方向の偏光を生ずる第２偏光素子を、前記同軸落射照明系内に配置し、前記ワイヤーグリッド偏光ビームスプリッタが透過する直線偏光の振動方向と同方向の偏光を生ずる第３偏光素子を、前記観察光学系内に配置することを特徴とする請求項１に記載の顕微鏡。
【請求項５】
前記観察光学系は変倍光学系を有し、前記同軸落射照明系を前記変倍光学系と前記対物レンズとの間に配置することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の顕微鏡。
【請求項６】
前記１／４波長板は挿脱可能であることを特徴とする請求項１に記載の顕微鏡。
【請求項７】
消光比の異なる少なくとも２以上のワイヤーグリッド偏光ビームスプリッタをそれぞれ保持し、前記２以上のワイヤーグリッド偏光ビームスプリッタを観察光軸上に挿脱する光学素子切替手段を備えることを特徴とする請求項１に記載の顕微鏡。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、同軸落射照明によって試料を照射する顕微鏡に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、顕微鏡は、レボルバに取り付けられた倍率の異なる複数の対物レンズを備え、倍率を変更して試料観察を行なっていた。しかし、比較的低倍率の対物レンズを使用した観察では、レンズの曲率の緩さにより、照明光が反射して観察像上にフレアが発生する問題があった。これを防止するために、光源とハーフミラーとの間にポラライザを、ハーフミラーと結像レンズとの間にアナライザをクロスニコルに配置し、対物レンズと試料との間に１／４波長板を配置する偏光光学系を採用して、対物レンズ面での反射光のみをアナライザでカットしていた。
【０００３】
また、ハーフミラーの代わりにプリズムタイプの偏光ビームスプリッタを使用し、対物レンズと試料との間に１／４波長板を配置する偏光光学系として、対物レンズ面での反射によるフレア除去を行なう技術も開示されている（たとえば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−３１１３８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、ハーフミラーと偏光素子とを使用する偏光光学系では、ハーフミラーでの光量ロスに加え、ポラライザ、アナライザでも光量減衰が生じるため、観察像の明るさを得るために光源光量を大きくすることが必要となり、大型化、消費電量増加につながってしまう。
【０００６】
また、特許文献１の光学系においても、低倍率観察時の照野を満足させるためには大きな光束径の光源が必要となるが、大きな光束径に対応しうるプリズムタイプの偏光ビームスプリッタをハーフミラーとして使用すると、装置が大型化してしまい好ましくない。
【０００７】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、効果的にフレアを防止するとともに、低倍率観察時においても照野を満足し、明るさを確保しうる顕微鏡を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の顕微鏡は、光源から射出された光を対物レンズにより試料に照射する同軸落射照明系と、前記対物レンズを介して入射された反射光の結像を観察する観察光学系と、を有する顕微鏡であって、前記光源から射出された光を観察光軸方向に反射して前記対物レンズに入射させるとともに、前記試料からの反射光を透過して結像レンズに入射させるワイヤーグリッド偏光ビームスプリッタと、前記対物レンズと前記試料との間に配置される１／４波長板と、を備えることを特徴とする。
【０００９】
また、本発明の顕微鏡は、上記発明において、前記ワイヤーグリッド偏光ビームスプリッタが反射する直線偏光の振動方向と同方向の偏光を生ずる第２偏光素子を、前記同軸落射照明系内に配置することを特徴とする。
【００１０】
また、本発明の顕微鏡は、上記発明において、前記ワイヤーグリッド偏光ビームスプリッタが透過する直線偏光の振動方向と同方向の偏光を生ずる第３偏光素子を、前記観察光学系内に配置することを特徴とする。
【００１１】
また、本発明の顕微鏡は、上記発明において、前記ワイヤーグリッド偏光ビームスプリッタが反射する直線偏光の振動方向と同方向の偏光を生ずる第２偏光素子を、前記同軸落射照明系内に配置し、前記ワイヤーグリッド偏光ビームスプリッタが透過する直線偏光の振動方向と同方向の偏光を生ずる第３偏光素子を、前記観察光学系内に配置することを特徴とする。
【００１２】
また、本発明の顕微鏡は、上記発明において、前記観察光学系は変倍光学系を有し、前記同軸落射照明系を前記変倍光学系と前記対物レンズとの間に配置することを特徴とする。
【００１３】
また、本発明の顕微鏡は、上記発明において、前記１／４波長板は挿脱可能であることを特徴とする。
【００１４】
また、本発明の顕微鏡は、上記発明において、消光比の異なる少なくとも２以上のワイヤーグリッド偏光ビームスプリッタをそれぞれ保持し、前記２以上のワイヤーグリッド偏光ビームスプリッタを観察光軸上に挿脱する光学素子切替手段を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明にかかる顕微鏡は、ワイヤーグリッド偏光ビームスプリッタを使用することにより効果的にフレアを防止するとともに、装置を大型化することなく低倍率観察時における照野を満足し、かつ明るさを確保することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１は、実施の形態１にかかる顕微鏡の概略構成を示す右側面図である。
【図２】図２は、１／４波長板を取り付けた対物レンズ先端部の縦断面図である。
【図３】図３は、図２の対物レンズのＸ−Ｘ線断面図である。
【図４】図４は、実施の形態２にかかる顕微鏡の概略構成を示す右側面図である。
【図５】図５は、実施の形態３の顕微鏡観察装置の概略構成を示す右側面図である。
【図６】図６は、実施の形態４の顕微鏡観察装置の概略構成を示す右側面図である。
【図７】図７は、光学素子切替装置の水平断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下に、本発明にかかる顕微鏡の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、本発明は、これらの実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。
【００１８】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１にかかる顕微鏡１００の概略構成を示す右側面図である。顕微鏡本体１は、下部側に、上面に試料２が載置されて矢印Ａで示す上下方向（Ｚ軸方向）に移動可能なステージ３を備えている。また、顕微鏡本体１は、ステージ３を上下方向に移動させるための焦準機構における焦準ハンドル４を側面に備えている。
【００１９】
顕微鏡本体１は、上部側に落射投光管５を備え、さらに、この落射投光管５の背面側に光源ユニット６を備えている。光源ユニット６は、落射投光管５内に向けて出射光を投光する光源７を内蔵し、光源７は、ハロゲンランプやＬＥＤ等が使用される。また、落射投光管５は、落射照明光軸Ｌ１上に照明レンズ８および９、開口絞り１０、視野絞り１１、ワイヤーグリッド偏光ビームスプリッタ１２等の所定の光学素子を備えている。試料２は、光源７、照明レンズ８および９、開口絞り１０、視野絞り１１、および光路切換え用のワイヤーグリッド偏光ビームスプリッタ１２から構成される同軸落射照明系１９を用いて照明される。
【００２０】
ワイヤーグリッド偏光ビームスプリッタ１２は、基板上に多数のナノメータレベルのワイヤー状のグリッドが形成された偏光板であり、落射照明光軸Ｌ１上に４５°に配置されることにより偏光ビームスプリッタとして機能する。
【００２１】
光源７が発する照明光は、照明レンズ８に入射され、開口絞り１０、視野絞り１１および照明レンズ９を通過して、ワイヤーグリッド偏光ビームスプリッタ１２により反射されることにより、光源７の共役像を対物レンズ１３の瞳上に形成する。ワイヤーグリッド偏光ビームスプリッタ１２は、入射した光を直線偏光に偏光し、Ｓ偏光のみを落射照明光軸Ｌ１に直交する観察光軸Ｌ２方向に反射する。その後、ワイヤーグリッド偏光ビームスプリッタ１２により反射された照明光（Ｓ偏光）は、対物レンズ１３によって試料２に照射される。
【００２２】
開口絞り１０は対物レンズ１３の瞳と共役な位置に設置され、開口絞り１０を調節することにより開口数ＮＡを調整する。視野絞り１１は、対物レンズ１３の焦点位置と共役な位置に設置され、視野絞り１１を調整することにより視野を調整する。
【００２３】
落射投光管５は、落射照明光軸Ｌ１に直交する観察光軸Ｌ２上の下面側に、倍率の異なる複数の対物レンズ１３が取り付けられたレボルバ１４を備えている。レボルバ１４は、回転操作に伴いいずれか一つの対物レンズ１３を選択的に観察光軸Ｌ２上に配置させることができる。ステージ３を、焦準ハンドル４の回転により図示しない焦準機構によって矢印Ａで示す上下方向に移動することにより、対物レンズ１３に対する試料２の焦点合わせを行う。対物レンズ１３の先端には、１／４波長板１５が取り付けられ、ワイヤーグリッド偏光ビームスプリッタ１２で反射された直線偏光を円偏光に変換する。
【００２４】
図２は、１／４波長板１５を取り付けた対物レンズ１３先端部の縦断面図、図３は、図２の対物レンズ１３先端部のＸ−Ｘ線断面図である。対物レンズ保持枠２１は、先端部の外周面に係合部２４が形成され、１／４波長板保持枠２２の内周面と嵌合される。対物レンズ保持枠２１と１／４波長板保持枠２２とは、固定つまみ２３により固定される。また、図３に示すように、１／４波長板保持枠２２には、１／４波長板１５を位置決めして対物レンズ保持枠２１に取り付けるための回転規制ピン２５が設けられ、対物レンズ保持枠２１に形成された溝２６に回転規制ピン２５を嵌め合わせることにより、１／４波長板１５の回転を防止する。
【００２５】
図２および図３に示すような構成により、１／４波長板１５は対物レンズ１３先端部に取り付けられて、ワイヤーグリッド偏光ビームスプリッタ１２からの反射光および試料２からの反射光が１／４波長板１５に繰り返し通過することにより、１／４波長板１５を出射する観察光（Ｐ偏光）はワイヤーグリッド偏光ビームスプリッタ１２から入射する証明光（Ｓ偏光）とπ（９０°）の位相差を生じる。対物レンズ１３面で反射する光は、１／４波長板１５により偏光の方向が９０°ずれるので、ワイヤーグリッド偏光ビームスプリッタ１２により透過されず、結像レンズ１６への入射が防止されるため、フレアの防止が可能となる。なお、図２および図３に示すように、固定つまみ２３を取り外して、１／４波長板１５を１／４波長板保持枠２２ごと対物レンズ保持枠２１から取り外して使用することが可能な構成とすることにより、１／４波長板１５を取り外して偏光観察を行なうことも可能となる。このように、１／４波長板１５を挿脱可能な構成とすることにより、試料２の種類によりハレーションがおきる場合などに、１／４波長板１５を取り外して偏光観察を行なうことが可能となり、簡易にハレーションを抑制した画像観察を行なうことができる。
【００２６】
一方、落射投光管５における観察光軸Ｌ２上の上方には、結像レンズ１６が内蔵された鏡筒１７が設けられている。この鏡筒１７の上部には、接眼レンズ１８が備えられている。１／４波長板１５、対物レンズ１３、ワイヤーグリッド偏光ビームスプリッタ１２、結像レンズ１６から観察光学系２０は構成され、観察光学系２０と接眼レンズ１８とを用いて試料２の結像が観察される。観察光軸Ｌ２上に、観察光学系２０を構成する各光学素子は配置される。
【００２７】
ワイヤーグリッド偏光ビームスプリッタ１２は、光源７から出射され、照明レンズ８、開口絞り１０、視野絞り１１、および照明レンズ９を透過した光を直線偏光として反射し、対物レンズ１３を通過した直線偏光を１／４波長板１５が円偏光に変換後、該光は試料２に照射される。照射された光は、試料２で反射した後、１／４波長板１５、対物レンズ１３、ワイヤーグリッド偏光ビームスプリッタ１２を透過して、結像レンズ１６により結像され、接眼レンズ１８により結像を観察する。
【００２８】
光源７から出射され、同軸落射照明系１９を通過してワイヤーグリッド偏光ビームスプリッタ１２により観察光軸Ｌ２方向に反射された光は対物レンズ１３を通過するが、対物レンズ１３の曲率が緩い場合に、対物レンズ１３面で一部の光が反射される。対物レンズ１３面で反射された光のうち、観察光軸Ｌ２方向に反射された光はワイヤーグリッド偏光ビームスプリッタ１２に入射するが、Ｓ偏光のままであるためワイヤーグリッド偏光ビームスプリッタ１２で反射されて、観察光軸Ｌ２上の結像レンズ１６には入射しない。したがって、対物レンズ内のフレア発生を抑制することが可能となる。また、ワイヤーグリッド偏光ビームスプリッタ１２は、一般に使用されるハーフミラーに比べて、光量減衰を低く抑えることが可能であるため、光源光量を大きくすることなく明るさを確保することができる。さらに、低倍率観察時の照野を満足させる大きな光束径の光源７を使用した場合でも、装置をコンパクトにできるという効果を奏する。
【００２９】
（実施の形態２）
実施の形態２は、同軸落射照明系１９Ａ内に、ワイヤーグリッド偏光ビームスプリッタ１２が反射する直線偏光の振動方向と同方向の偏光を生ずる第２偏光素子を配置し、観察光学系２０Ａ内に、ワイヤーグリッド偏光ビームスプリッタ１２が透過する直線偏光の振動方向と同方向の偏光を生ずる第３偏光素子を配置することにより、試料観察に使用する光の偏光特性を向上して、より一層のフレア除去を可能とする。
【００３０】
図４は、実施の形態２にかかる顕微鏡２００の概略構成を示す右側面図である。実施の形態２にかかる顕微鏡２００は、同軸落射照明系１９Ａ内の照明レンズ９とワイヤーグリッド偏光ビームスプリッタ１２との間に第２偏光素子としてのポラライザ２７が配置され、観察光学系２０Ａ内の結像レンズ１６とワイヤーグリッド偏光ビームスプリッタ１２との間に第３偏光素子としてのアナライザ２８が配置される。
【００３１】
ポラライザ２７は、光源７から射出された照明光からワイヤーグリッド偏光ビームスプリッタ１２が反射する直線偏光の振動方向と同方向の振動方向である直線偏光（Ｓ偏光）を抽出するように配置され、アナライザ２８は、ワイヤーグリッド偏光ビームスプリッタ１２が透過する直線偏光の振動方向と同方向の振動方向である直線偏光（Ｐ偏光）を抽出するように配置されることにより、消光比を高め、試料２の結像観察に使用する光の偏光特性を向上させ、より一層のフレア除去が可能となる。
【００３２】
なお、実施の形態２では、ポラライザ２７とアナライザ２８とを両方設置しているが、いずれか一方を設置するだけでも、試料観察に使用する光の偏光特性の向上は可能である。
【００３３】
（実施の形態３）
実施の形態３は、結像レンズ１６とワイヤーグリッド偏光ビームスプリッタ１２との間に、ズーム鏡筒２９を配置するものであり、ズーム鏡筒２９と対物レンズ１３との間に同軸落射照明系１９Ａが配置されることにより、ズームレンズ内の光線高が抑えられ、コンパクトなズームレンズであっても必要な視野を確保することが可能となる。さらに、ワイヤーグリッド偏光ビームスプリッタ１２の使用によりフレア発生を防止するだけでなく、照明装置部の大型化を伴うことなくズーム範囲内すべての照野を満足しうる。
【００３４】
図５は、実施の形態３にかかる顕微鏡３００の概略構成を示す右側面図である。実施の形態３にかかる顕微鏡３００は、同軸落射照明系１９Ａが内蔵される落射投光管５と結像レンズ１６が内蔵された鏡筒１７との間に、図示しない変倍光学系を内蔵するズーム鏡筒２９が配置される。
【００３５】
ズーム鏡筒２９は、複数のズームレンズから構成される変倍光学系（図示しない）とズームハンドル３０とを備え、ズームハンドル３０の回転によりズーム変倍動作されることでズーム変倍観察を可能とする。
【００３６】
ワイヤーグリッド偏光ビームスプリッタ１２は、光源７から出射され、照明レンズ８、開口絞り１０、視野絞り１１、照明レンズ９、およびポラライザ２７を透過した光を直線偏光として反射し、対物レンズ１３を通過した直線偏光を１／４波長板１５が円偏光に変換後、該光は試料２に照射される。照射された光は、試料２で反射した後、再び１／４波長板１５、対物レンズ１３、ワイヤーグリッド偏光ビームスプリッタ１２、およびアナライザ２８を透過して、変倍光学系に入射された後、結像レンズ１６により結像される。
【００３７】
実施の形態３にかかる顕微鏡３００は、ズーム鏡筒２９と対物レンズ１３との間に同軸落射光学系１９Ａを配置することにより、ズームレンズ内の光線高が抑えられ、コンアパクトなズームレンズであっても広視野かつ明るい観察画像を得ることができるものである。また、ワイヤーグリッド偏光ビームスプリッタ１２や、ポラライザ２７、アナライザ２８の配置により、照射光の偏光特性を向上するとともに、光量減衰を抑制し、対物レンズ１３面での反射光の結像レンズ１６への入射を防止して、フレアを効果的に防止できる。
【００３８】
（実施の形態４）
実施の形態４にかかる顕微鏡４００は、消光比の異なるワイヤーグリッド偏光ビームスプリッタ１２（１２Ａ、１２Ｂ）の観察光軸Ｌ２上への配置を切り替える光学素子切替装置３１を備える。光学素子切替装置３１により、消光比の異なるワイヤーグリッド偏光ビームスプリッタ１２（１２Ａ、１２Ｂ）を切り替え配置することにより、ハレーション除去の程度を変更した画像観察を行なうことが可能となる。
【００３９】
図６は、実施の形態４の顕微鏡４００の概略構成を示す右側面図である。図６に示すように、実施の形態４にかかる顕微鏡４００は、ワイヤーグリッド偏光ビームスプリッタ１２の観察光軸Ｌ２上への配置を切り替える光学素子切替装置３１を備える。
【００４０】
図７は、光学素子切替装置３１の水平断面図である。保持部材３５は、消光比の高いワイヤーグリッド偏光ビームスプリッタ１２Ａと、それよりも消光比の低いワイヤーグリッド偏光ビームスプリッタ１２Ｂを保持し、保持部材３５には落射投光管５外から保持部材３５を移動させるための操作つまみ３２が取り付けられる。保持部材３５はガイド３４に摺動可能に係合され、操作つまみ３２によりＹ軸方向に往復直動される。
【００４１】
操作つまみ３２により保持部材３５を図７に示す矢印方向に移動させると、ガイド３４の端部に設置される規制ピン３３に保持部材３５の端部が接した状態で移動が制限され、例えば、不図示のクリック機構などによって係止される。ガイド３４の両端部に設置される規制ピン３３は、保持部材３５の移動範囲を制限するために設けられ、これによって消光比の異なるワイヤーグリッド偏光ビームスプリッタ１２Ａと、１２Ｂとを観察光軸Ｌ２上に位置決めを行なう。
【００４２】
試料２からの反射光の輝度差が大きい場合は、消光比の高いワイヤーグリッド偏光ビームスプリッタ１２Ａを観察光軸Ｌ２上に配置することにより、ハレーションを抑制した画像観察が可能となり、試料２からの反射光量が少ない場合は、消光比の低いワイヤーグリッド偏光ビームスプリッタ１２Ｂを観察光軸Ｌ２上に配置することにより、光量を確保した画像観察が可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
以上のように、本発明にかかる顕微鏡は、フレア発生を防止しうる顕微鏡に有用であり、特に、変倍光学系を備え、同軸落射照明系で照明する顕微鏡に適している。
【符号の説明】
【００４４】
１  顕微鏡本体
２  試料
３  ステージ
４  焦準ハンドル
５  落射投光管
６  光源ユニット
７  光源
８、９  照明レンズ
１０  開口絞り
１１  視野絞り
１２、１２Ａ、１２Ｂ  ワイヤーグリッド偏光ビームスプリッタ
１３  対物レンズ
１４  レボルバ
１５  １／４波長板
１６  結像レンズ
１７  鏡筒
１８  接眼レンズ
１９、１９Ａ、１９Ｂ  同軸落射照明系
２０、２０Ａ  観察光学系
２１  対物レンズ保持枠
２２  １／４波長板保持枠
２３  固定つまみ
２４  係合部
２５  回転規制ピン
２６  溝
２７  ポラライザ
２８  アナライザ
２９  ズーム鏡筒
３０  ズームハンドル
３１  光学素子切替装置
３２  操作つまみ
３３  規制ピン
３４  ガイド
３５  保持部材
Ｌ１  落射照明光軸
Ｌ２  観察光軸
【図１】
2010266767.tif 000003
【図２】
2010266767.tif 000004
【図３】
2010266767.tif 000005
【図４】
2010266767.tif 000006
【図５】
2010266767.tif 000007
【図６】
2010266767.tif 000008
【図７】
2010266767.tif 000009