(57)【要約】【課題】直射照明光をカットせずに光源光が有効に光散乱に寄与するようにして微小散乱体の検出精度を高くする。【解決手段】円周に沿って配置された多数の微小光源（光ファイバ２）からなり透過型照明により物体の照明を行なうリング照明（１）を備え、微小光源（２）からの射出光が前記リング照明（１）の中心付近を通る観測系の光軸に対し−定の角度をなす状態で物体を照明し、照明光が観測視野に直接入ることを防ぐようにした。【選択図】　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
円周に沿って配置された多数の微小光源からなり透過型照明により物体の照明を行なうリング照明を備え、前記微小光源からの射出光が前記リング照明の中心付近を通る観測系の光軸に対し−定の角度をなす状態で物体を照明し、照明光が観測視野に直接入ることを防ぐようにしたことを特徴とする暗視野照明装置。
【請求項２】
請求項１の暗視野照明装置を用いて透過方法で微小散乱体となる微小体を含む観察対象物を照明し、前記微小体からの散乱光のみを検出可能にしたことを特徴とする微小体の可視化装置。
【請求項３】
請求項２において、高倍率観測光学系により観察対象物である溶液に含まれる微小体を可視化し、モニターする微小体の可視化装置。
【請求項４】
微小体は溶液中に含まれる微粒子および微生物のいずれかである請求項２または３の微小体の可視化装置。
【請求項５】
請求項２または３または４において、観測系の光軸上に偏光板を取付けた微小体の可視化装置。
【請求項６】
請求項２または３または４において、観測系の光軸上で観察対象物を挟む位置に偏光子と検光子とを取り付けた微小体の可視化装置。
【請求項７】
請求項１の暗視野照明装置を用いて、観察対象物である透明物体の表面の傷、欠けを観察し、これら傷、欠けの散乱異常部分の検出を行うことを特徴とする透明物体表面の検査装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は暗視野方法による光散乱の原理を用い、透明溶液中の粒子状微小体を可視化したり透明物体の表面検査に用いる暗視野照明装置と、これを用いて微小体による散乱部分の検出を可能にし、水質検査、表面の傷検査などを必要とする工業分野あるいは研究分野などで幅広く用いられる微小体の可視化装置と、透明物体の表面の傷や欠けを暗視野画像で観察できるようにする透明物体の表面検査装置とに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の光散乱による微粒子などの検出方法としては、高強度なレーザー光を検査物体に照射し、直射光の影響を受けない方向から微粒子の散乱光のみを検出する方法、顕微鏡を用いた暗視野照明方法により微粒子を検出可能にする方法、などが知られている。
【０００３】
上記の散乱体の側面からの観察方法、及び従来の暗視野照明方法においては、出射強度の強い中心光束をカットする方法が採られているため、測定対象の微小散乱体からの光散乱強度は極めて弱く高い検出精度を得ることは望めない。本発明では直射照明光をカットせずに光源光が有効に光散乱に寄与するようにした暗視野照明装置を提供することを第１の目的とする。またこの照明装置を使用した微小体の可視化装置を提供することを第２の目的とする。さらにこの照明装置を用いた透明物体の表面検査装置を提供することを第３の目的とする。
【０００４】
【課題を解決するために手段】
この発明では上記目的を達成するために、共通な円周（リング）に沿って等間隔に配列された照明用光ファイバーなどを用い、その個々の光ファイバー素線等に光の出射角度を持たせる工夫をした。それにより、リングの中心上部に置かれた顕微鏡への照明光の直射を防ぎ、微小物体からの非常に明るい散乱光のみが検出可能になる。
【０００５】
すなわち本発明によれば第１の目的は、円周に沿って配置された多数の微小光源からなり透過型照明により物体の照明を行なうリング照明を備え、前記微小光源からの射出光が前記リング照明の中心付近を通る観測系の光軸に対し−定の角度をなす状態で物体を照明し、照明光が観測視野に直接入ることを防ぐようにしたことを特徴とする暗視野照明装置、により達成される。
【０００６】
また第２の目的は、請求項１の暗視野照明装置を用いて透過方法で微小散乱体となる微小体を含む観察対象物を照明し、前記微小体からの散乱光のみを検出可能にしたことを特徴とする微小体の可視化装置、により達成される。この場合に微小体は、透明な液体中に含まれる微粒子や微生物とすることができる。偏光板を用いてコントラストを増強したり、偏光子および検光子を用いて、複屈折効果により有機物の異方性・組成の変化を観察することができる。第３の目的は、この照明装置を用いて、透明物体表面の傷、欠けによる散乱異常部分の観察を行うことにより表面の傷や欠けを検出する表面検査装置により達成される。
【０００７】
【作用】
上記のように構成された光ファイバー等によるリング照明により、非常に小型、軽量な高性能暗視野照明装置が製作可能となった。これにより、一般の照明では検出不可能な、透明溶液中の微粒子などの可視化が可能になった。また透明物体の表面欠陥を検出することが可能になった。
【０００８】
【実施例】
実施例について図面を参照して説明する。図１は本発明における、リング照明を用いた可視化装置の原理を示すものである。ハロゲン光源からの光はバンドル状（束状）の照明用光ファイバーケーブル３から伝達され、光ファイバー単線２はリング状照明１上で同心円上の配列をなすよう分岐される。
【０００９】
ガラス製などの透明容器４に入れられた検査溶液５は、出射角度の付いた光束により全ての周辺から均一に照明され、液中の微粒子、微生物などの微小体からの散乱光はレンズ鏡筒９に固定されている対物レンズ８により集光され検出される。この際、対物レンズ８の焦点位置Ｆにある物点からの散乱光は、照明直射光の影響を受けずに検出される機構が工夫されている。すなわち光ファイバー単線２の射出光は直接対物レンズ８に入らないように射出光の角度が設定される。
【００１０】
又、検査溶液５に有機物、微生物などの微粒子が含まれる場合には、照明光は偏光子６によって偏光され、さらに検光子７により複屈折性、物資組成の変化が識別可能になる。回転ノブ１０は、偏光の消光位を調整する目的で偏光子６を回転可能にするために設けたものである。
【００１１】
図２はこの発明の主要な工夫部分であるリング照明の詳細を示したもので、平面図（Ｂ）には、リング状照明１上に間隔を極めて小さくしてほぼ周方向に密になるように配置された多数の光ファイバー単線２の配置が示されている。このリング（円周）の内側は一般的には中空であっても良い。例として、本発明で用いられた光ファイバー単線２は直径１ｍｍくらいであり、１００本前後が円周に沿って配列される。リング（円周）の内径は１８ｍｍ前後である。
【００１２】
側面図（Ａ）に示されるように、個々の光ファイバー単線２から射出される光束（射出光）は、ある程度の広がりはもつが、その中心光線の射出角は水平から４０度前後であり、リングの中心部上方に散在する微粒子、微生物に集中して照明される。この角度は直射光が対物レンズ８の視野角に入るのを防ぐ様に考慮したもので、測定対象物の種類及び観察領域の照明範囲などの条件によっては、上記全ての数値、パラメーターは当然大きく変わっても良い。又、上記照明は必ずしも光ファイバーを用いる必要はなく、ＬＥＤや半導体レーザなどの小型の半導体発光素子をリング状に配列したものであっても良い。
【００１３】
図３は上記の原理の基づいて製作された、本発明によるリング照明を用いた微粒子、傷等の暗視野可視化装置の全体を示す外観図である。高倍率観察において可視化対象領域を選択するため、容器４及びそれに付随する照明機構は、Ｘ−Ｙステージ１１により微少量の移動調節がなされる。
【００１４】
レンズ鏡筒９はＣＣＤカメラ１４の先端のフラン時部分にネジで直接取り付けられ、微粒子、傷などからの散乱光は高倍率な対物レンズ光学系により、ＣＣＤセンサー面に集光する。ＣＣＤカメラ１４は固定具１３を介し高さ調整用Ｚステージ１２に固定され、Ｚステージの上下移動によるレンズ鏡筒９のピント微調整がなされる。
【００１５】
通常の明視野による照明方法により液中の異物などの観察を試みても、強度の強い光源の直射光が直接受光センサー等の視野に入射するため、微粒子からの散乱光は非常に強度が弱くノイズ程度にしか検出できない。本発明では、光源からの直射光をほぼ完全にカットし、微粒子などから散乱された微弱光のみを高強度で観察することを可能にした。
【００１６】
本発明による照明方法により、通常の方法では全く透明で、高倍率に拡大しても検出不可能なミクロンオーダーの海水中微生物の形状、挙動を、瞬時に高解像度記録することが可能になった。又、一般の生物顕微鏡ではガラスの薄いプレパラートなどを用いるため、三次元的な領域の観察はできないが、本発明による方式では作動距離が大きく被写界深度の深いレンズを用いることにより、溶液の厚み方向を含めた広範囲な領域で観察可能になった。
【００１７】
例として、２５吋ＴＶモニターに１／４インチサイズのＣＣＤカメラを使い映像を映し出すと、約１４００倍のモニター倍率により、ミクロンオーダーの微生物の動きが明確に確認された。又、偏光子、検光子を組み込むことにより、微生物などの有機物による複屈折性着色の有無、組成の変化を調べることが可能となる。さらに偏光板による像のコントラストの増強により、微生物などの輪郭、形状がより鮮明になる。
【００１８】
しかし、無機物の検査の場合には、偏光子６、及び検光子７の両方あるいは一方を外した暗視野専用の装置として、本発明を使用することが出来る。その例は、容器４を取り除いた部分に、検査対象物のガラス板などを載せて置き換えれば、ガラス表面の非常にマクロあるいはミクロな傷、欠け等の異常部分からの微弱な散乱光を高感度でとらえ、検出することが可能となる。
【００１９】
高倍率撮影に際し、微少の振動が検出像の著しい揺れを引き起こす。これらを防ぐため図３に示す防振台１５を設け、あらゆる防振対策が施される。又、本発明による装置では、対物レンズ光学系及びＣＣＤカメラを取り除き、ルーペなどを用いた低倍率な拡大により、直接目視する方法も考えられる。本発明による照明を用いた可視化技術は、環境汚染による水質の検査、濁度検査及び微生物検査などの生物科学、医学、生体応用の他、微小な傷の検査を含め、多くの産業への適用が可能である。
【００２０】
【発明の効果】
請求項１の発明は、上記の通りに構成され、一定の射出角度を有するリング状に配列した光ファイバーなどの多数の微小光源により照明するから、全く新しい型の暗視野照明装置が得られる。これにより、ミクロンオーダーの微粒子などからの散乱光を高強度で検知し、高倍率な顕微鏡光学系により精細な画像を記録する事が可能になった。
【００２１】
請求項２〜５の発明によれば、この装置を使用した微小体の可視化装置が得られる。この場合に微小体は、溶液中に含まれるものとすることができる（請求項３）。容器に入れたままの状態で水溶液を検査することが可能で、生きたままの微生物など情報を記録することが出来る（請求項４）。従って環境汚染、水質汚染、濁度検査などに有効な新たな手段となる。偏光板による複屈折機能を持たせることにより、観察像のコントラストの増強、構造の変化などの観測が可能になる（請求項５）。偏光子と検光子を用いて観察対象物の複屈折効果による異方性・組成の変化を調べることができる（請求項６）。
【００２２】
請求項７の発明によれば、透明物質の表面欠け、傷などの検出を行うための表面検査装置が得られ、工業方面を含む広い産業上の各分野で貢献することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】リング照明を用いた暗視野照明と偏光複屈折による液中微粒子の可視化を行う一実施態様の原理図
【図２】リング照明の詳細図
【図３】本発明による溶液中微粒子、微生物検査用の可視化装置の概略図
【符号の説明】
１　リング状照明
２　光ファイバー単線（微小光源）
３　照明用光ファイバーケーブル
４　容器
５　検査溶液
６　偏光子
７　検光子
８　対物レンズ
９　レンズ鏡筒
１０　回転ノブ
１１　Ｘ−Ｙステージ
１２　Ｚステージ
１３　固定具
１４　ＣＣＤカメラ
１５　防振台
【図１】
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【図２】
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【図３】
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