(57)【要約】【課題】曲表面の微細形態を観察できる光学顕微鏡装置を提供すること【解決手段】光源１とコンデンサレンズ２によって、空間の一点４に収束する収束光を照明光として照射する照明手段３が構成されている。照明手段３の上方には、被検査物（標本）６を載置する被検査物載置台（ステージ）５が配置されている。ステージ５は、その中央に照明手段３からの照明光を透過する開口を有し、照明光はこの開口を通って被検査物６に入射する。照明手段３は、光源１とコンデンサレンズ２との間に位置する遮蔽板１５を有する。遮蔽板１５は開口１６を有し、その開口の中心が照明光の光軸から外れている。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源から出射された光をコンデンサレンズによって空間の一点に収束するように構成しこの収束光を照明光として照射する照明手段と、
対物レンズを備えこの対物レンズの光軸が前記照明光の光軸と略一致するように配置された鏡筒と、
前記対物レンズと前記照明手段との間において被検査物を載置する被検査物載置台とを備えた光学顕微鏡装置において、
前記光源と前記被検査物との間に開口を有する遮蔽板を備え、
前記開口の中心が前記照明光の光軸から外れていることを特徴とする光学顕微鏡装置。
【請求項２】
前記開口が前記照明光の光軸から外れていることを特徴とする請求項１に記載の光学顕微鏡装置。
【請求項３】
前記開口が異方性を有する形であることを特徴とする光学顕微鏡装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一項に記載の光学顕微鏡装置を用いて曲表面を有する光を透過する材料からなる被検査物の表面形態を分析する方法であって、
前記照明光の収束点と前記被検査物の曲表面との距離を変更することを特徴とする形態分析方法。
【請求項５】
前記被検査物がキャピラリー溶融押し出しストランドであることを特徴とする請求項４に記載の形態分析方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、各種材料の組織構造の観察に適した光学顕微鏡装置およびその光学顕微鏡装置を用いた形態分析方法に関するものである。本発明の光学顕微鏡装置および形態分析方法の観察対象となりうる被検査物としては、ポリエチレン等の高分子材料や、植物、病理組織等の生体材料や、ガラス等の無機材料等が挙げられる。
【０００２】
【従来の技術】
各種材料の組織構造は、その物性と密接に相関していることから、各種材料の物性を知るためにはその組織構造を正確に評価・解析することが重要となる。組織構造の評価・解析（分析）ために、これまで多くの手法および装置が開発され活用されているが、光学顕微鏡装置はその中でも利用しやすさや、得られる情報の多様性等から、材料の組織構造観察法として最も一般に利用されている。
【０００３】
従来の光学顕微鏡装置では、被検査物に対する照明法として、被検査物を一様に照射し、かつ像の分解能を高めるために、平行光を入射するケーラー照明法が通常用いられている。また、被検査物に対する照明法として収束光を入射させることのできる光学顕微鏡装置も考えられている（特開２００１−２６４６３８号公報）。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の光学顕微鏡装置による形態分析では、平行光および収束光いずれを用いるものであっても、微細な形態を観察することが困難である場合があった。たとえば、平行光を用いる従来の光学顕微鏡装置により円柱状曲面をもつ被検査物を観察しても円柱状曲面そのものの形態が観察されるのみで、表面の微細な形態を観察することは困難であった。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の光学顕微鏡装置および形態分析方法はこのような課題を解決するためになされたものである。
【０００６】
本発明の光学顕微鏡装置は、光源から出射された光をコンデンサレンズによって空間の一点に収束するように構成しこの収束光を照明光として照射する照明手段と、対物レンズを備えこの対物レンズの光軸が前記照明光の光軸と略一致するように配置された鏡筒と、対物レンズと照明手段との間において被検査物を載置する被検査物載置台とを備えた光学顕微鏡装置において、光源と被検査物との間に開口を有する遮蔽板を備え、その開口の中心が照明光の光軸から外れていることを特徴とするものである。
【０００７】
一点に収束する照明光が遮蔽板によって光軸に対して非対称となるため、微細な形態にコントラストがつき、微細な形態がたとえば大きく湾曲した面上などにあってもその形態を観察し分析することができる。また、広い範囲にわたる微細な形態の分布や方向を分析することができる。
【０００８】
開口は照明光の光軸から外れていることが望ましい。照明光の光軸に対する非対称性が強くなり、観察すべき微細な形態のコントラストが大きくなる。
【０００９】
開口は円形のような等方性である必要はなく、異方性であってもよい。
【００１０】
本発明の形態分析方法は、上記本発明の光学顕微鏡装置を用いて曲表面を有する光を透過する材料からなる被検査物の表面形態を分析する方法であって、照明光の収束点と被検査物の曲表面との距離を変更することを特徴とする。
【００１１】
照明光の収束点と被検査物の曲表面との距離を変更することにより、最適なコントラストとなるように調整することができる。
【００１２】
被検査物がキャピラリー溶融押し出しストランドのような円柱形状である場合には、照明光の収束点と被検査物の曲表面との距離を最適化すると極めて良好に表面形状を観察することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の一実施形態である光学顕微鏡装置の基本構成を示す図である。光源１とコンデンサレンズ２によって、空間の一点４に収束する収束光を照明光として照射する照明手段３が構成されている。光源１から出力される光は、白色光でもよいし、単色光でもよい。
【００１４】
照明手段３の上方には、被検査物（標本）６を載置する被検査物載置台（ステージ）５が配置されている。ステージ５は、その中央に照明手段３からの照明光を透過する開口を有し、照明光はこの開口を通って被検査物６に入射する。
【００１５】
照明手段３は、光源１とコンデンサレンズ２との間に位置する遮蔽板１５を有する。
【００１６】
図２は、遮蔽板１５の平面図である。遮蔽板１５は、弓形の開口１６を有する。開口１６は、その弓形における弧（弓）の部分の曲率がコンデンサレンズ２の外周曲率とほぼ一致しており、弓形の弧の中央から弦に下ろした垂線の長さが、コンデンサレンズ２の半径のおよそ半分となっている。
【００１７】
遮蔽板１５は観察中でも容易に着脱したり、照明光の光軸７に平行な軸を中心に回転したり、光軸７に平行、あるいは垂直な方向に移動したりすることできるようになっている。ただし、移動・回転した場合であっても、開口１６の中心が照明光の光軸７から外れるようにすることが必要である。
【００１８】
遮蔽板１５が標準位置にあるときには、図２に示すように、開口１６の弧の部分とコンデンサレンズ２の外周とが平面（光軸７に垂直な面）においてほぼ重なるように、開口１６が位置する。
【００１９】
遮蔽板１５は光源１からの照明光の一部を透過する開口１６を有するものであるが、開口１６は遮光板に単に穴を開けたものの他、遮光板に開けた穴に照明光を透過できる石英板等の板をはめ込んだもの、あるいは照明光を透過できる石英板等の板に光を透過しない材料で塗装あるいはコーティングなどを施したもので、部分的に照明光が透過できる部分が残っているものなどが挙げられる。
【００２０】
遮蔽板１５は、異なる開口形状を有する別の遮蔽板と置き換えることができる。他の遮蔽板１７の一例を、図３に示す。遮蔽板１７は円形の開口１８を備えており、開口１８の直径はコンデンサレンズ２の直径のおよそ半分であり、遮蔽板１７が標準位置にあるときには、開口１８が光軸７とコンデンサレンズ２の外周との間に位置する。
【００２１】
開口形状については、そのほかに、楕円形、扇形、長方形などの形が考えられ、観察中に異なる遮蔽板に交換したり、回転、あるいは移動させたりすることにより、分析しようとする微細な形態に応じて最適なコントラストに調整することができる。
【００２２】
なお、本実施形態では遮蔽板１５が光源１とコンデンサレンズ２との間に位置しているが、被検査物６と光源１のと間であればよいので、ステージ５とコンデンサレンズ２との間に配置しても良い。
【００２３】
コンデンサレンズ２は、ステージ５に対して光軸７の方向に移動可能となっている。コンデンサレンズ２を光軸７の方向に移動させることにより、ステージ５に載置された被検査物６と収束点４との距離を変化させることができる。
【００２４】
ステージ５の上方には、対物レンズ１０、結像レンズ１１および接眼レンズ１２を備えた鏡筒１３が配置されている。この鏡筒１３の内部構成自体は、従来からある一般的なものであり、光軸７の方向に移動させることにより、焦準合わせを行うことができるようなっている。対物レンズ１０が捕らえた像は、結像レンズ１１の後方にある中間像位置１４に形成され、接眼レンズ１２はこの像を観察できるように焦準が調整されている。
【００２５】
この本実施形態の光学顕微鏡装置によれば、遮蔽板１５の開口１６の中心が照明光の光軸７に一致していないため、一致したものを用いた場合には得られないコントラストを分析すべき形態像に付与することができる。
【００２６】
ここで開口１６の中心とは、その位置が光軸上にあるとき、開口中の各点を透過した光の強さの和が、ある方向からの光のみが強くなることなく、すべての方向からの光の強さの和が最もバランスする点である。言い換えれば、開口中の各点を透過した光をそれぞれベクトルで表したとき、すべてのベクトルの和の方向が最も光軸に平行となるように遮蔽板の位置を光軸に垂直な方向に調整したときの、開口における光軸が通る位置を開口の中心という。
【００２７】
たとえば、開口の形が円であればその中心、楕円であれば２つの焦点を結ぶ線分の中点、正方形あるいは長方形を含む平行四辺形であれば２本の対角線の交点である。一般には開口形状の重心が開口の中心といえる。
【００２８】
本実施形態のように、開口の中心が光軸からずれていると、収束点における照明光の強さの和の方向が光軸に対して角度をもつことになり、照明光の強さの和の方向が光軸に平行な場合には得られなかったコントラストを形態像に付与することができる。
特に、被検査物の表面が円筒形のような曲表面の場合には、照明光の収束点を観察すべき曲表面の極近傍に位置させることにより、微細な表面形態を観察することができる。
【００２９】
つぎに、被検査物としてポリマーのキャピラリー溶融押し出しストランド（透明な円筒繊維）を観察したときの具体的な実施例を説明する。
【００３０】
１００Ｗハロゲンランプおよび口径１００μｍの円形のピンホールからなる点光源１の前方に、開口数０．４のコンデンサレンズ２を配置することにより一点に収束する照明光を得た。このコンデンサレンズ２は光軸７と平行な方向に最大２５ｍｍ以上移動させることができるようにした。なお、光源には単色化のためのフィルタは取り付けなかった。
【００３１】
コンデンサレンズ２の後方に位置するステージ５の上にキャピラリー溶融押し出しストランドを載置したスライドグラスを載せた。ステージ５は光軸７と平行な方向に固定する一方、光軸７と垂直な方向には、観察視野を選択するために移動することができるようにした。
【００３２】
ステージ５の後方には、長作動距離の対物レンズ１０（（株）ニコン製　ＣＦ　ＩＣＥＰＩ　Ｐｌａｎ２０×、作動距離　２０．５　ｍｍ、開口数　０．３５、倍率　２０倍）、および三眼鏡筒１３（（株）ニコン製　ＴＩ）をこの順番で配置した。
【００３３】
三眼鏡筒１３には図示省略した写真撮影装置（（株）ニコン製　Ｈ−３）および接眼レンズ１２（（株）ニコン製　ＣＦＷＮ１０×、倍率　１０倍）を取り付け、肉眼による観察、および写真撮影ができるようにした。対物レンズ１０および三眼鏡筒１３は一体となって光軸７と平行な方向に移動することにより、焦準を被検査物の像に合わせることができるようにした。
【００３４】
観察結果は、高感度インスタント白黒フィルム（富士写真フィルム（株）製ＦＰ−３０００Ｂ　ＳＵＰＥＲ　ＳＰＥＥＤＹ、ＩＳＯ　３２００）を用いて自動露光で写真撮影した。
【００３５】
表１に示す２種類のポリエチレンについて、（株）東洋精機製作所製キャピロラグラフ１Ｂを用いて、表２に示す条件で押し出されたストランドを作製した。得られたストランドから約１ｃｍの長さにはさみで切り出したものを、ストランドの軸が光学顕微鏡装置の接眼レンズ１２を通して観察したときに左右方向となるように載せたスライドガラスをステージ５の上に置いて観察した。
【００３６】
【表１】
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【００３７】
【表２】
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条件の異なる複数の観察例および比較例についての観察結果を表３に示すと共に、各観察例および比較例について以下に説明する。
【００３８】
【表３】
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まず、収束する照明光をステージ５の上に被検査物６がない状態で照射し、透過した光束の直径をトレーシングペーパー等で確認することにより、収束点４の位置がステージ５の被検査物載置面から５．８ｍｍ離れた位置になるようにコンデンサレンズ２の位置を調整した。次に、ステージ５の上に被検査物６としてキャピラリー溶融押し出しストランドを載せ、対物レンズ１０の焦準を被検査物６に合わせることにより被検査物の像を得た。その結果、キャピラリー溶融押し出しストランド全体の形態は観察されたが、表面あるいは内部に存在する微少な形態を観察するとはできなかった。表３では比較例３に相当する。
【００３９】
観察例１
比較例３の観察の後、点光源１とコンデンサレンズ２との間に遮光板１５を配置して被検査物６の像を得た。遮蔽板１５の開口１６は、図２に示すように弓形をなしており、光軸７に垂直な面において、弓形の弧の部分がコンデンサレンズ２の外周の左側でほぼ重なるように位置させた。その結果、キャピラリー溶融押し出しストランド全体の形態は観察されるとともに、さらに表面あるいは内部に存在する微少な形態を明瞭に観察することができた。具体的には、ＬＤＰＥ−１の凹凸の方が、ＬＤＰＥ−２のものよりも大きいことが確認できた。図４はこのときのＬＤＰＥ−１の顕微鏡写真である。
【００４０】
観察例２
観察例１における遮蔽板１５に代えて、図３に示す遮蔽板１７を用いた。開口１８の直径はコンデンサレンズ２の直径の半分であり、開口１８が光軸７の左側において光軸７とコンデンサレンズ２の外周との間に位置させた。その結果、キャピラリー溶融押し出しストランド全体の形態を観察することができた。さらに、観察例１の場合よりはコントラストは劣るものの、表面あるいは内部に存在する微少な形態を明瞭に観察することができた。図５はこのときのＬＤＰＥ−１の顕微鏡写真である。
【００４１】
比較例１
観察例１における遮蔽板１５を光軸７に垂直な面において９０度回転させ、開口１６の弦の部分をキャピラリー溶融押し出しストランドの長手方向に平行に位置させた。その結果、キャピラリー溶融押し出しストランド全体の形態を観察することができたが、表面あるいは内部に存在する微少な形態を明瞭に観察することはできなかった。図６はこのときのＬＤＰＥ−１の顕微鏡写真である。
【００４２】
比較例２
観察例１における遮蔽板１５に代えて、図７に示す遮蔽板１９を用いた。遮蔽板１９は、帯状の開口２０を有しており、開口２０の幅は、コンデンサレンズ２の直径の４分の１、すなわち照明光の円形光束断面の直径の４分の１となっている。この遮光板１９を、開口２０の長手方向が円形光束断面の左右方向に対して垂直となるようにし、開口２０の中心を光軸７に一致させて配置した。その結果、キャピラリー溶融押し出しストランド全体の形態を観察することができたが、表面あるいは内部に存在する微少な形態を明瞭に観察することはできなかった。図８はこのときのＬＤＰＥ−１の顕微鏡写真である。
【００４３】
【発明の効果】
以上のように、本発明の光学顕微鏡装置によれば、光源と被検査物との間に開口を有する遮蔽板を備え、その開口の中心が収束する照明光の光軸から外れているので、一点に収束する照明光が遮蔽板によって光軸に対して非対称となる。そのために、微細な形態にコントラストがつき、微細な形態がたとえば大きく湾曲した面上などにあってもその形態を観察し分析することができる。また、広い範囲にわたる微細な形態の分布や方向を分析することができる。
【００４４】
この光学顕微鏡装置を用いた本発明の形態分析方法によれば、照明光の収束点と被検査物の曲表面との距離を変更することにより、最適なコントラストとなるように調整することができるので、大きく湾曲した面の観察に特に有効である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態である光学顕微鏡装置の構成を示す側断面図。
【図２】遮蔽板１５の平面図。
【図３】遮蔽板１７の平面図。
【図４】観察例１に示す観察方法によりキャピラリー溶融押し出しストランドを観察した際に得られた顕微鏡写真。
【図５】観察例２に示す観察方法によりキャピラリー溶融押し出しストランドを観察した際に得られた顕微鏡写真。
【図６】比較例１に示す観察方法によりキャピラリー溶融押し出しストランドを観察した際に得られた顕微鏡写真。
【図７】遮蔽板１７の平面図。
【図８】比較例２に示す観察方法によりキャピラリー溶融押し出しストランドを観察した際に得られた顕微鏡写真。
【符号の説明】
１…光源、２…コンデンサレンズ、３…照明手段、４…収束点、５…被検査物載置台（ステージ）、６…被検査物、７…光軸、１０…対物レンズ、１２…接眼レンズ、１３…鏡筒、１５，１７，１９…遮蔽板、１６，１８，２０…開口。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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