(57)【特許請求の範囲】
【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とを有し、
前記光源と前記コンデンサレンズとの間に、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の複屈折素子とを配置すると共に、
前記対物レンズと前記観察手段との間に、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の偏光手段とを配置し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≦２δ／５
【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。
【請求項３】
前記シアー量Ｓをδ／５あるいはδ／１０とすることを特徴とする請求項１に記載の微分干渉顕微鏡。
【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Ｗ1 、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 は対物レンズ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Ｌ5 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Ｌ3 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 と角度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Ｌ4 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とを有し、前記光源と前記コンデンサレンズとの間に、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の複屈折素子とを配置すると共に、  前記対物レンズと前記観察手段との間に、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の偏光手段とを配置し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≦２δ／５                        …(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
【図１】
0003656252.tif 000002
【図２】
0003656252.tif 000003
【図３】
0003656252.tif 000004
【図４】
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【図５】
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【図６】
0003656252.tif 000007
【図７】
0003656252.tif 000008