(57)【要約】【課題】コントラストが高く高解像な観察画像と十分な光量の落射照明を得ることができる顕微鏡装置を提供する。【解決手段】顕微鏡装置１は、物体Ｏからの光を集光する対物レンズ１１を含む２つの観察光学系１０と、対物レンズ１１を介して物体Ｏを照明する落射照明装置の照明光学系２０とを有し、照明光学系２０は、各々に開口絞りＡＳを有し照明光学系２０内に配置された光源Ｓからの照明光を対物レンズ１１に導く２つの光路２９と、照明光学系２０内の光源Ｓと共役な位置に配置され、２つの光路２９内に照明光を導く光路分割素子２３とを有する。そして、対物レンズ１１の光軸を像側へ延長した方向から見たときに、２つの観察光学系１０は、対物レンズ１１の光軸を中心に略対称に配置され、照明光学系２０の２つの光路２９は、２つの観察光学系１０の光軸に垂直な直線に対して略対称かつ前記２つの観察光学系の光軸に対して略平行に配置される。【選択図】図１
2010008646.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検物体からの光を集光する対物レンズを含む２つの観察光学系と、
前記対物レンズを介して前記被検物体を照明する落射照明装置と、を有し、
前記落射照明装置を構成する照明光学系は、
各々に開口絞りを有し、当該照明光学系内に配置された光源からの照明光を前記対物レンズに導く２つの光路と、
前記照明光学系内の、前記光源近傍又は前記光源と共役な位置に配置され、前記２つ光路内に照明光を導く光路分割素子と、を有し、
前記対物レンズの光軸を像側へ延長した方向から見たときに、前記２つの観察光学系は、前記対物レンズの前記光軸を中心に略対称に配置され、前記照明光学系の前記２つの光路は、前記２つの観察光学系の光軸に垂直な直線に対して略対称かつ前記２つの観察光学系の光軸に対して略平行に配置されたことを特徴とする顕微鏡装置。
【請求項２】
前記照明光学系の光源側瞳径をφPIとし、前記照明光学系の光源側瞳位置近傍に形成される光源像径をφSIとしたとき、次式
１．５φPI  ＜  φSI
の条件を満足することを特徴とする請求項１に記載の顕微鏡装置。
【請求項３】
前記照明光学系は、当該照明光学系内の前記光路分割素子が配置される位置の近傍に光源像を形成するリレー光学系を有することを特徴とする請求項１または２に記載の顕微鏡装置。
【請求項４】
前記照明光学系内の前記リレー光学系は、フライアイレンズを有し、当該フライアイレンズを介して、当該照明光学系内の前記光源と共役な位置に前記光源像を形成することを特徴とする請求項３に記載の顕微鏡装置。
【請求項５】
前記照明光学系の光源側瞳径をφPIとし、前記フライアイレンズの射出側有効径をφFIとしたとき、次式
１．５φPI  ＜  φFI
の条件を満足することを特徴とする請求項４に記載の顕微鏡装置。
【請求項６】
前記照明光学系の前記２つの光路中には、前記開口絞り及び前記光路分割素子で分割された２つの光束の各々の光束径を変更する照明用変倍光学系が配置されていることを特徴とする請求項１〜５いずれか一項に記載の顕微鏡装置。
【請求項７】
前記光路分割素子は、前記開口絞りと略共役な位置に配置されていることを特徴とする請求項１〜６いずれか一項に記載の顕微鏡装置。
【請求項８】
前記光路分割素子は、複数の反射光学素子で構成されていることを特徴とする請求項１〜７いずれか一項に記載の顕微鏡装置。
【請求項９】
前記光路分割素子は、前記照明光学系の光軸に対して傾けて配置された複数のガラスブロックで構成されていることを特徴とする請求項１〜７いずれか一項に記載の顕微鏡装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、顕微鏡装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
顕微鏡装置の一例である平行系実体顕微鏡は、被検物体（標本）から出た光を一つの対物レンズで集光した後、２つの観察光学系に分割することにより、視差を持たせ、立体的な観察を可能としている。このような構成の実体顕微鏡は、アフォーカルズーム光学系と結像レンズとを組み合わせた結像光学系が用いられる。
【０００３】
このような実体顕微鏡において、被検物体を落射照明する場合には、一般的に観察光学系の途中（結像光学系の像側または対物レンズの像側）より照明光を導入するように構成されている。近年では、観察光学系とは別に、落射照明装置による照明光学系を設けて、共通の対物レンズを介して被検物体を照明する構成が提案されている（例えば、特許文献参照）。これは、高い結像性能を要求される観察光学系は、一般的にレンズ構成が複雑なので、観察光学系とは別の比較的単純な構成の照明光学系を用いることにより、ゴースト、フレア、また、蛍光観察の場合には、励起光による観察光学系内での自家蛍光によるコントラストの低下を防ぐためである。
【特許文献１】特表２００１−５１６０７１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら，観察光学系とは別の照明光学系を配置し、共通の対物レンズを介して被検物体を照明する落射照明装置では、一つの対物レンズを、観察光が透過する領域と照明光が透過する領域とに分割しなければならないため、観察光学系の光学性能を優先すると十分な照明光を被検物体に照射することができず、反対に、照明光の光量の確保を優先すると、観察光学系の結像性能が悪くなるという課題があった。
【０００５】
本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、光学性能が従来と同等でありながら、コントラストが高く高解像な観察画像と十分な光量の落射照明を得ることができる顕微鏡装置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】
【０００６】
前記課題を解決するために、本発明に係る顕微鏡装置は、被検物体からの光を集光する対物レンズを含む２つの観察光学系と、この対物レンズを介して被検物体を照明する落射照明装置と、を有して構成される。また、落射照明装置を構成する照明光学系は、各々に開口絞りを有し、当該照明光学系内に配置された光源からの照明光を対物レンズに導く２つの光路と、照明光学系内の、光源近傍又は光源と共役な位置に配置され、２つ光路内に照明光を導く光路分割素子と、を有する。そして、対物レンズの光軸を像側へ延長した方向から見たときに、２つの観察光学系は、対物レンズの光軸を中心に略対称に配置され、照明光学系の２つの光路は、２つの観察光学系の光軸に垂直な直線に対して略対称かつ前記２つの観察光学系の光軸に対して略平行に配置される。
【０００７】
このような顕微鏡装置は、照明光学系の光源側瞳径をφPIとし、照明光学系の光源側瞳位置近傍に形成される光源像径をφSIとしたとき、次式
１．５φPI  ＜  φSI
の条件を満足することが好ましい。
【０００８】
また、このような顕微鏡装置において、照明光学系は、当該照明光学系内の光路分割素子が配置される位置の近傍に光源像を形成するリレー光学系を有することが好ましい。
【０００９】
このとき、照明光学系内のリレー光学系は、フライアイレンズを有し、当該フライアイレンズを介して、当該照明光学系内の光源と共役な位置に光源像を形成することが好ましい。
【００１０】
またこのとき、照明光学系の光源側瞳径をφPIとし、フライアイレンズの射出側有効径をφFIとしたとき、次式
１．５φPI  ＜  φFI
の条件を満足することが好ましい。
【００１１】
また、このような顕微鏡装置において、照明光学系の２つの光路中には、上述の開口絞り及び光路分割素子で分割された２つの光束の各々の光束径を変更する照明用変倍光学系が配置されていることが好ましい。
【００１２】
また、このような顕微鏡装置において、光路分割素子は、開口絞りと略共役な位置に配置されていることが好ましい。
【００１３】
さらに、このような顕微鏡装置において、光路分割素子は、複数の反射光学素子で構成されていることが好ましい。あるいは、光路分割素子は、照明光学系の光軸に対して傾けて配置された複数のガラスブロックで構成されていることが好ましい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明に係る顕微鏡装置を以上のように構成すると、コントラストが高く高解像な観察画像と十分な光量を持った落射照明を得ることができる顕微鏡装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の好ましい実施形態について図面を参照して説明する。まず、図１を用いて本実施形態に係る顕微鏡装置の一例として、実体顕微鏡の構成について説明する。この実体顕微鏡１は、被検物体Ｏ（以下、「物体Ｏ」と呼ぶ）の像を観察するための対物レンズ１１を含む観察光学系１０と、物体Ｏに照明光を照射する照明光学系２０を有する落射照明装置と、を有して構成される。観察光学系１０は、物体Ｏ側より順に、対物レンズ１１、図示しないズーム光学系（このズーム光学系は、対物レンズ１１から出射した略平行光束の径を変倍して略平行光束として出射するように構成されているアフォーカルズーム系である）、及び、図示しない結像レンズを有し、同じく図示しない接眼レンズを介して観察者が肉眼で物体Ｏを観察することや、結像レンズの焦点面若しくはその共役位置に配置された撮像素子（ＣＣＤ等）によりデジタル画像に変換することを可能としている。なお、この実体顕微鏡１は、平行系実体顕微鏡であるため、１つの対物レンズ１１に対して、互いに平行に配置された２つのアフォーカルズーム系及び結像レンズからなる結像光学系が設けられている。また、それぞれのアフォーカルズーム系内には、開口絞りが設けられている。
【００１６】
一方、照明光学系２０は、光源側から順に、この光源Ｓと、コレクタレンズ２１、第１視野絞りＦＳ１及びリレーレンズ２２から構成され光源Ｓと共役な位置に光源の像を形成するリレー光学系２８と、光路分割素子２３と、フィールドレンズ２４と、第２視野絞りＦＳ２と、照明用結像レンズ２５と、照明用変倍光学系２６と、を有して構成される。なお、この照明光学系２０も、フィールドレンズ２４、第２視野絞りＦＳ２、照明用結像レンズ２５及び照明用変倍光学系２６を２つずつ有し、互いに平行に配置された２つの光路２９を形成している。ここで、照明光学系２０内に照明用変倍光学系２６を配置しているが、これは観察光学系１０内に配置されるズーム光学系によって観察倍率を変更する際、観察視野の変化に照明範囲を合わせるためのである。観察視野が広い場合、照明範囲を観察視野に合わせて広く均一な照明を行い、観察倍率が高く観察視野が狭い場合は、照明範囲を狭く、且つ照明光の開口数（ＮＡ）を大きくし、明るい照明を行うことが可能となる。
【００１７】
このように構成された照明光学系２０において、光源Ｓから放射された照明光は、コレクタレンズ２１で略平行光束に変換された後、リレーレンズ２２で集光され光路分割素子２３の先端Ｐ若しくはその近傍に光源Ｓの像を結像する。光路分割素子２３は、光軸上にある先端Ｐを中心に放射状に広がる第１の反射光学素子（例えばミラー）２３ａと、この第１の反射光学素子２３ａと対向するように配置された第２の反射光学素子２３ｂとが組み合わされて構成され、先端Ｐ側から入射した光束（光源Ｓの像）を２つの光束に分割するように構成されたものである。そして、この光路分割素子２３で２つの光路２９に分割された光束は、それぞれがフィールドレンズ２４、照明用結像レンズ２５及び照明用変倍光学系２６を介して略平行光束に変換されて観察光学系１０に入射し、対物レンズ１１を透過して物体Ｏに照射される。すなわち、この実体顕微鏡１は、照明光学系２０から出射した照明光を観察光学系１０の対物レンズ１１を介して物体Ｏに対して落射照明するように構成されている。ここで、この光路分割素子２３の先端Ｐは、光源Ｓと共役であると共に、さらに、照明用変倍光学系２６内の開口絞りＡＳと略共役な位置に配置されている。つまり、光路分割素子２３の先端Ｐは瞳共役位置となる。
【００１８】
互いに平行に配置された２つの観察光学系１０は、図２に示すように、対物レンズ１１の光軸を像側へ延長した方向から見たときに、対物レンズ１１の有効径ＯＰを透過する光束ＶＰが、この対物レンズ１１の光軸（中心）に対して略対称に配置されている。すなわち、２つの光束ＶＰの中心を結ぶ直線が、対物レンズ１１の光軸若しくはその近傍を通るように配置されている。そして、照明光学系２０を構成する２つの光路２９（フィールドレンズ２４、照明用結像レンズ２５及び照明用変倍光学系２６）により対物レンズ１１を通過する光束ＩＰは、２つの観察光学系１０を通過する光束ＶＰを挟み、この２つの観察光学系１０を通過する光束ＶＰの中心線（観察光学系１０の光軸）に垂直な直線に対して略対称かつ、前記２つの観察光学系１０の光軸に対して略平行に配置されている。そのため、２つの光束ＩＰの中心線に垂直な直線が対物レンズ１１の光軸若しくはその近傍を通り、かつ、２つの光束ＶＰの中心線（観察光学系１０の光軸）に垂直な直線と略直交するように配置される。
【００１９】
対物レンズ１１に対して、観察光学系１０及び照明光学系２０を以上のように配置すると、対物レンズ１１の有効径ＯＰ内を通過する２つの観察光学系１０を通過する光束ＶＰを、最も効率良く配置することができ、物体Ｏの明るい像を観察することができる。また、観察光学系１０をこのように配置しても、対物レンズ１１の有効径ＯＰ内のうち、観察光学系１０を通過する光束が使用しない領域に２つの照明光学系２０を通過する光束ＩＰを通すことができるため、十分な照明光を物体Ｏに照射することができるとともに、観察光学系１０と照明光学系２０を通過する光束ＶＰ，ＩＰが重ならないように配置することができるため、ゴースト、フレアの発生、また、蛍光観察の場合には、励起光による観察光学系１０内での自家蛍光によるコントラストの低下を防ぐことができる。
【００２０】
なお、図３（ａ）に示すように、照明光学系の光路を分割せず、１つの照明光路を通過する光束ＩＰだけで照明すると、試料に対して十分な照明光を照射することができず、図３（ｂ）に示すように、やはり照明光学系の光路を分割せずに観察光学系を通過する光束ＶＰを対物レンズの有効径ＯＰの中心からずらして照明光学系を通過する光束ＩＰの径を大きくすると、試料に照射される照明光の光量を増やすことはできるが、対物レンズ１１の非対称の収差が観察光学系の光学性能に影響を与えてしまい好ましくない。
【００２１】
一般的に落射照明では、照明光の強度は物体側の開口数（ＮＡ）の２乗に比例する。これは、対物レンズ１１の焦点距離が同じ場合、照明光の強度が瞳の面積に比例することになる。図４は、照明光学系２０の光源側瞳像ＰＩと、この光源側瞳位置近傍に形成される光源像ＳＩを示している。上述のような構成の実体顕微鏡１においては、照明用変倍光学系２６が高倍側になると、瞳共役位置Ｐ側から見た射出瞳径φPIは小さくなり、その結果、光源Ｓの像の径φSIより小さくなる。ここで、光源像ＳＩの大きさ（直径φSI）が瞳径φPIの２倍以上ある場合、照明光学系２０の瞳径φPIを制限することなく２つに分割することができる。そして、２つに分割した光源像を照明光学系２０の瞳位置近傍に投影し、対物レンズ１１を介して被検物体（物体Ｏ）を照明する場合、瞳の面積が２倍になり、より明るい照明を行うことが可能になる。特に上述のような構成の平行系実体顕微鏡１の場合、機構上観察光学系１０が２つあるため、対物レンズ１１の瞳面上、観察光が通過しない領域に、光源像を分割した照明光束を２つの照明光学系へ導入することが容易である。以上より、このような構成の実体顕微鏡１においては、光源像径φSIと照明光学系２０の光源側瞳径φPIとが次の条件式（１）を満足することにより、光源像ＳＩを有効に分割することができ、被検物体（物体Ｏ）をより明るく照明することが可能となる。
【００２２】
１．５φPI  ＜  φSI                      （１）
【００２３】
なお、上述のように、光路分割素子２３は、照明光学系２０の照明用変倍光学系２６の開口絞りＡＳと略共役な位置にあるときに、照明光の利用効率が高くなるが、ズーミングによってこの照明用変倍光学系２６の射出瞳位置は変化する。しかし、上記条件式（１）を満足すれば、光源像ＳＩを有効に分割して物体Ｏに照射することができる。
【００２４】
［変形例］
上述のように、射出瞳像ＰＩの径φPIと光源像ＳＩの径φSIとが条件式（１）を満足する場合、光源像ＳＩを有効に分割することができるため、光源Ｓの径（光源像ＳＩの径φSI）を大きくすると低倍端側でも光源像ＳＩを有効に分割することができるようになる。しかしながら、光源Ｓの径を大きくすると、開口角が広がり、結果として光軸を中心とする中心部は明るくなるが、周辺部は暗くなり照度ムラが発生する。ここでは、この照度ムラを解消するために、図１におけるリレー光学系２８において、リレーレンズ２２の替わりにフライアイレンズ２７を配置した構成の実態顕微鏡１′について図５を用いて説明する。この図５に示す実態顕微鏡１′は、観察光学系１０と照明光学系２０′を有する。なお、図１に示す実態顕微鏡１と同一の構成要素は同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。
【００２５】
照明光学系２０′は、光源側から順に、この光源Ｓと、コレクタレンズ２１及びフライアイレンズ２７からなるリレー光学系２８と、光路分割素子２３′と、２つのフィールドレンズ２４と、２つの第２視野絞りＦＳ２と、２つの照明用結像レンズ２５と、２つの照明用変倍光学系２６と、を有して構成される。ここで、フライアイレンズ２７は複数のマイクロレンズがアレイ状に配置されて構成されたレンズである。なお、この図５に示す実体顕微鏡１′において、光路分割素子２３′は、２つのガラスブロック（例えば平行プリズム）を光軸に対して傾けて配置し、フライアイレンズ２７から出射した光束を２つの光束に分割するとともに、各々の光路２９を適当な距離にシフトさせるように構成されている。なお、図２で説明した対物レンズ１１の有効径ＯＰに対する観察光学系１０を通過する光束ＶＰと照明光学系２０を通過する光束ＩＰの配置については、この実体顕微鏡１′も同様である。
【００２６】
この照明光学系２０′において、光源Ｓから放射された照明光は、コレクタレンズ２１で略平行光束に変換された後、フライアイレンズ２７を構成する各々のマイクロレンズで集光されてこの照明光学系２０′内の、光路分割素子２３′が配置される位置（フライアイレンズ射出側端面）に光源像が形成される。そして、このフライアイレンズ２７から出射した光束は、フライアイレンズ２７の物体側の面の近傍に配置された光路分割素子２３′で２つの光束に分割され、分割された光束のそれぞれがフィールドレンズ２４、照明用結像レンズ２５及び照明用変倍光学系２６を介して略平行光束に変換されて観察光学系１０に入射し、対物レンズ１１を透過して物体Ｏに照射される。なお、図１に示す実体顕微鏡１における第１視野絞りＦＳ１は、図５に示す実体顕微鏡１′においては、フライアイレンズ２７光源Ｓ側の面に相当し、フライアイレンズ２７の対物レンズ１１側の面が瞳共役面Ｐとなる。すなわち、フライアイレンズ２７の光源Ｓ側の面ＦＳ１は第２視野絞りＦＳ２と共役であり、フライアイレンズ２７の対物レンズ１１側の面Ｐは光源Ｓ及び照明用変倍光学系２６内の開口絞りＡＳと共役である。
【００２７】
上述のようにフライアイレンズ２７は複数のマイクロレンズがアレイ状に配置されて構成されているため、それぞれのマイクロレンズによる光源像が標本面（物体Ｏ上）で重なり合い、照度ムラが打ち消され均一な照明を行うことができる。そのため、光源Ｓの径を大きくしても、照度ムラを少なくすることができ、かつ、瞳共役面の有効系を大きくすることができるので、光源像の分割をより容易にすることができる。図６は、図５に示す実体顕微鏡１′における光源側瞳位置での光源像ＦＩを示している。この実体顕微鏡１′においても、射出瞳径が光源像の径の１／２以下となった場合、光源像を有効に分割することができ、物体Ｏをより明るく照明することが可能になる。フライアイレンズ２７を用いると、上述のように光源Ｓの径を大きくしても照度ムラが無いため、照明用変倍光学系２６の低倍側においても、有効に瞳を分割することができる。具体的には、この実体顕微鏡１′は、光源像ＦＩの径φFIと照明光学系２０の光源側瞳径φPI（図２に示す）とが次の条件式（２）を満足することにより、光源像ＦＩを有効に分割することができ、物体Ｏをより明るく照明することが可能となる。
【００２８】
１．５φPI  ＜  φFI                      （２）
【００２９】
以上の説明のように、この顕微鏡装置１，１′では、観察光学系１０とは別に、この２つの観察光学系１０を挟むように２つの照明光学系２０，２０′を配置し、この照明光学系２０，２０′の光源側瞳位置近傍に光源像を形成してこの光源像を空間的に分割し、各々の光束を２つの照明光学系２０，２０′と対物レンズ１１とにより物体Ｏを照明するように構成されているため、照明光学系２０，２０′の瞳の面積が２倍になり、より明るい照明を行うことが可能となる。また、対物レンズ１１の中心に対して観察光学系１０を対称に配置することができるため、この観察光学系１０の結像性能を損なうことがない。さらに、観察光学系１０を通過する光束ＶＰと照明光学系２０，２０′を通過する光束ＩＰとが、対物レンズ１１において重ならないように配置することができるため、ゴースト、フレアの発生、また、蛍光観察の場合には、励起光による観察光学系１０内での自家蛍光によるコントラストの低下を防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明に係る実体顕微鏡の構成を示すレンズ構成図である。
【図２】対物レンズに対する照明光学系及び観察光学系の配置方法を説明するための説明図である。
【図３】対物レンズに対する照明光学系及び観察光学系の別の配置方法を説明するための説明図であって、（ａ）は照明光学系を１つにしたときを示し、（ｂ）は観察光学径をずらして配置して照明光学径の光束を大きくしたときを示す。
【図４】上記実体顕微鏡における光源側瞳位置での光源像を示す説明図である。
【図５】本発明に係る実体顕微鏡の変形例の構成を示すレンズ構成図である。
【図６】上記変形例における光源側瞳位置での光源像を示す説明図である。
【符号の説明】
【００３１】
１，１′  実体顕微鏡（顕微鏡装置）    １０  観察光学系    １１  対物レンズ
２０，２０′  照明光学系    ２３，２３′  光路分割素子
２６  照明用変倍光学径    ＡＳ  開口絞り    ２７  フライアイレンズ
２８  リレー光学系    ２９  光路    Ｏ  物体（被検物体）
【図１】
2010008646.tif 000003
【図２】
2010008646.tif 000004
【図３】
2010008646.tif 000005
【図４】
2010008646.tif 000006
【図５】
2010008646.tif 000007
【図６】
2010008646.tif 000008