(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
空間の一点に収束する収束光を照明光として照射する照明手段と、前記照明光を被検査物の手前で直線偏光もしくは円偏光に変換するポラライザーと、前記照明光の前記収束点の手前で前記被検査物を載置する被検査物載置台と、前記照明光が前記被検査物において、透過もしくは反射した光をひとたび前記収束点に収束させた後に入射するように配置された対物レンズと、前記被検査物を透過もしくは反射した光を再度直線偏光もしくは円偏光に変換するアナライザーと、前記収束点を含み前記照明光の光軸に直交する回折像面と前記被検査物との相対的な位置を任意に変更できる調整機構とを備えることを特徴とする光学顕微鏡装置。
【請求項２】
前記対物レンズは、前記回折像面および前記被検査物のいずれにも焦準を合わせることができるようになっ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】
前記回折像面の位置に配置され、前記照明光が前記被検査物において透過もしくは反射した光の一部を選択的に遮蔽する空間絞りを備えることを特徴とする請求項１または２のいずれか一項に記載の光学顕微鏡装置。
【請求項４】
前記ポラライザーおよび前記アナライザーが入射光の光軸の周りで回転できることを特徴とする請求項 １〜３のいずれか一項に記載の光学顕微鏡装置。
【請求項５】
前記被検査物載置台が入射光の光軸の周りで回転できることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の光学顕微鏡装置。
【請求項６】
前記ポラライザーおよび前記アナライザーがともに入射光を直線偏光に変換する直線偏光素子であり、かつ前記両素子の偏光面が互いに平行もしくは垂直であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の光学顕微鏡装置。
【請求項７】
前記ポラライザーが入射光を円偏光に変換する円偏光素子であり、かつ前記アナライザーが入射光を直線偏光に変換する直線偏光素子であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の光学顕微鏡装置。
【請求項８】
前記ポラライザーおよび前記アナライザーがともに入射光を円偏光に変換する円偏光素子であり、かつ両円偏光素子の偏光回転面が互いに逆方向もしくは同方向であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の光学顕微鏡装置。
【請求項９】
前記空間絞りを通過した光の方向と前記対物レンズの光軸とを略一致させる調整機構を備えていることを特徴とする請求項３〜８のいずれか一項に記載の光学顕微鏡装置。
【請求項１０】
前記照明光が単色光であることを特徴とする請求項１〜９のいずれか一項に記載の光学顕微鏡装置。
【請求項１１】
請求項１に記載の光学顕微鏡装置を用いた顕微鏡観察方法において、前記対物レンズの焦準を前記被検査物に合わせて前記被検査物を観察することを特徴とする顕微鏡観察方法。
【請求項１２】
請求項１に記載の光学顕微鏡装置を用いた顕微鏡観察方法において、前記収束点を含み前記対物レンズの光軸に直交する回折像面に前記対物レンズの焦準を合わせることにより、前記被検査物の前記照明光による回折像を観察することを特徴とする顕微鏡観察方法。
【請求項１３】
請求項２に記載の光学顕微鏡装置を用いた顕微鏡観察方法において、最初に前記対物レンズの焦準を前記被検査物に合わせて前記被検査物を観察した後、前記対物レンズの焦準を前記回折像面上に形成された回折像に合わせて前記回折像を観察するか、もしくは、最初に前記対物レンズの焦準を前記回折面上に形成された回折像に合わせて前記回折像を観察した後、前記対物レンズの焦準を前記被検査物に合わせて前記被検査物を観察することを特徴とする顕微鏡観察方法。
【請求項１４】
請求項３〜１０のいずれか一項に記載の光学顕微鏡装置を用いた顕微鏡観察方法において、前記空間しぼりを用いて前記回折像面上の所望の領域のみの光を通過させ、前記空間絞りを通過した光について前記対物レンズの焦準を前記被検査物に合わせて前記被検査物を観察することを特徴とする顕微鏡観察方法。
【請求項１５】
請求項３〜１０のいずれか一項に記載の光学顕微鏡装置を用いた顕微鏡観察方法において、前記回折像面に前記対物レンズの焦準を合わせることにより前記回折像面上に形成された前記被検査物の回折像を観察し、前記回折像の所望の領域のみの光を選択的に通過させるように前記空間絞りを調整した後、前記対物レンズの焦準を前記被検査物に合わせることにより、前記空間絞りを通過した光 によって前記被検査物を観察することを特徴とする顕微鏡観察方法。
【請求項１６】
請求項３〜１０のいずれか一項に記載の光学顕微鏡装置を用いた顕微鏡観察方法において、前記対物レンズが前記回折像面の近傍に位置したときに前記被検査物に焦準が合うように前記回折像面の位置を調整して前記被検査物を観察することを特徴とする顕微鏡観察方法。
【請求項１７】
前記空間絞りの形状または前記空間絞りの前記回折面上での位置を変えることにより、もしくは、前記対物レンズの光軸に対する前記照明光の光軸の角度を変えることにより、前記対物レンズによる前記被検査物の光学像形成にあずかる光を選択して前記被検査物を観察することを特徴とする請求項１４〜１６のいずれか一項に記載の顕微鏡観察方法。
【請求項１８】
前記空間絞りを通過した光の方向と前記対物レンズの光軸とを略一致させて前記被検査物を観察することを特徴とする請求項１４〜１６のいずれか一項に記載の顕微鏡観察方法。
【請求項１９】
前記照明光の収束点の位置を前記対物レンズの光軸方向において変えることにより前記回折像の大きさを調整することを特徴とする請求項１１〜１５、１７、または１８のいずれか一項に記載の顕微鏡観察方法。
【請求項２０】
前記照明光が単色光であることを特徴とする請求項１１〜１９のいずれか一項に記載の顕微鏡観察方法。
【請求項２１】
前記被検査物が高分子材料であることを特徴とする請求項１１〜２０のいずれか一項に記載の顕微鏡観察方法。
【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収束光偏光顕微鏡装置および収束光偏光顕微鏡観察方法に関するものである。本発明の収束光偏光顕微鏡装置および収束光偏光顕微鏡観察方法の観察対象となり得る材料のとして、ポリエチレンフィルム、ポリプロピレンフィルム等の高分子材料や、植物、病理組織等の生体材料や、塗液、乳液等の懸濁液や、半導体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、その組織構造を正確に評価・解析することが重要となる。そのために、多くの手法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、利用の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的に利用される手法となっている。
【０００３】
そして、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、入射光を偏光させるポラライザーと、被検査物を透過または反射したのちに、検出のためのアナライザーを配置した偏光顕微鏡装置も従来からしばしば用いられている。以下これらを合わせて従来の顕微鏡装置と略称する。
【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観察は、対物レンズによって被検査物の拡大された光学像を単に形成し、それを接眼レンズでさらに拡大して行うだけである。すなわち、被検査物で反射あるいは透過した光の強度に起因する像を観察するだけなので、たとえ偏光顕微鏡装置を用いても、配向と複屈折を与える構造の分布に関する詳細な知見を十分に得ることはできなかった。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の収束光偏光顕微鏡装置および収束光偏光顕微鏡観察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】
本発明の収束光偏光顕微鏡装置は、空間の一点に収束する収束光を照明光として照射する照明手段と、前記照明光を被検査物の手前で直線偏光もしくは円偏光に変換するポラライザーと、前記照明光の前記収束点の手前で前記被検査物を載置する被検査物載置台と、前記照明光が前記被検査物において透過もしくは反射した光をひとたび前記収束点に収束させた後に入射するように配置された対物レンズと、前記被検査物を透過もしくは反射した光を再度直線偏光もしくは円偏光に変換するアナライザーと、前記収束点を含み前記照明光の光軸に直交する回折像面と前記被検査物との相対的な位置を任意に変更できる調整機構とを備えることを特徴とする。
【０００７】
このように、従来の非偏光の平行光に代わってポラライザーによって偏光させた収束光を照明光として用い、さらに被検査物の透過または反射光を再度偏光させるアナライザーを用いると、極めてコントラストの高い、焦点深度の深い偏光顕微鏡像と偏光を用いたことに基づく回折像を得ることができる。
【０００８】
ここで直線偏光および円偏光とは、進行する光波に相対したとき、一定の場所において電場の振動方向と大きさを表す電場ベクトルの終端が時間とともに描く軌跡のうち、それぞれ直線および円となるものおよびその状態のことである。直線偏光の場合、電場とともに振動している磁場の振動方向と伝播方向を含む面は平面となり、ここではこの平面を偏光面と呼ぶ。また入射光を直線偏光に変換するポラライザーおよびアナライザーについては、変換された光の偏光面をポラライザーおよびアナライザーの偏光面と呼ぶことがある。一方、円偏光の場合、電場ベクトルの描く軌跡により右回りと左回りの違いがあり、ここではそれぞれ右円偏光および左円偏光と呼ぶ。ポラライザーまたはアナライザーに光を透過させることにより、偏光にすることができる。
【０００９】
一方、複屈折とは、光学的異方性を持つ媒質に光が入射するときに一般に二つの屈折光が現れる現象をいう。2つの屈折光は直線偏光となるため、入射する光に偏光を用いることにより、複屈折を与える構造を観察することができる。
【００１０】
この収束光偏光顕微鏡装置では、照明光の収束点を含み照明光の光軸に直交する面（以下回折像面という）には、偏光照明光による被検査物のフーリエ変換像すなわち回折像が形成される。この収束光偏光顕微鏡装置によれば、対物レンズの前方にこの回折像を形成させることができるので、回折像そのものを観察したり、回折像に対して操作を加えて所望の処理を施したりすることができる。
【００１１】
従来の光学顕微鏡装置では、入射光が平行光なので回折像は対物レンズの後側焦点面、すなわち、鏡筒内部に形成されるので、接眼レンズをはずさない限り観察できないし、いわんや操作を加えたりすることは不可能である。
【００１２】
回折像には被検査物の構造情報が集約されている。換言すると、被検査物の組織構造に応じた回折像が形成され、被検査物の組織構造が異なっていれば、その回折像も異なったものとなる。したがって、組織構造と回折像との関係が判っていれば、回折像から逆に被検査物の組織構造を知ることができる。この収束光偏光顕微鏡装置では、偏光顕微鏡像に加えて偏光下での回折像を同時に得られることが大きな特徴の一つである。
【００１３】
対物レンズは、回折像面および被検査物のいずれにもに焦準（ピント）を合わせることができるようになっていることが望ましい。これにより、被検査物の光学像と回折像を共に観察することができ、被検査物の構造情報の取得を増やすことができる。
【００１４】
この収束光偏光顕微鏡装置は、回折像面の位置に配置され、照明光が被検査物において透過または反射した光の一部を選択的に遮蔽する空間絞りを備えることが望ましい。
【００１５】
この空間絞りにより、所望の回折光および直接光を選択して対物レンズに入射させることができるからである。対物レンズの焦準を被検査物に合わせ、選択された回折光のみを空間絞りで透過させてやれば、選択された回折光のみによる被検査物の光学像（暗視野像）を観察することができる。しかも、回折光の選択が自由なので、同一の被検査物について所望の回折光に応じた様々な暗視野像を観察することができる。このときポラライザーおよびアナライザーを用いているので、回折光の偏光状態を反映した暗視野像を観察することができる。なお、直接光も含んで選択してやれば、明視野像を得ることができる。
【００１６】
この収束光偏光顕微鏡装置は、回折像面と被検査物との相対的な位置を任意に変更できる調整機構を備えている。通常は、収束する照明光の出射面となるコンデンサーレンズの位置を変えることにより収束点の位置、すなわち回折像面の位置を変える。回折像面と被検査物との距離を変えると、回折像の大きさが変化する。距離を離すほど、回折像の大きさを大きくすることができ、回折像のより詳細な観察ができる。
【００１７】
この収束光偏光顕微鏡装置のポラライザーおよびアナライザーは、入射光の光軸の周りで回転できることが望ましい。被検査物中のさまざまな方向を持つ複屈折を与える構造の中で、目的の構造に対するポラライザーおよびアナライザーおのおのの最適な角度を、被検査物の方向を一定に保ちながら選ぶことができるからである。
【００１８】
この収束光偏光顕微鏡装置の被検査物載置台は、入射光の光軸の周りで回転できることが望ましい。被検査物中のさまざまな方向を持つ複屈折を与える構造の中で、目的の構造に対する被検査物の最適な方向を、ポラライザーおよびアナライザーの角度を一定に保ちながら選ぶことができるからである。
【００１９】
このとき、ポラライザーとアナライザーが直線偏光素子であり、かつ両素子の偏光面が互いに平行のときは、被検査物中の偏光面を回転させる領域が回転させない領域よりも明るい領域となる像を観察することができ、一方、両素子の偏光面が互いに垂直のときは、被検査物中の偏光面を回転させる領域が回転させない領域よりも暗い領域となる像を観察することができる。これらにより複屈折を与える構造の分布を知ることができる。
【００２０】
また、ポラライザーとアナライザーが円偏光素子であり、かつ両素子の偏光面の回転方向が互いに同方向（ポラライザーが右円偏光であればアナライザーは右円偏光、ポラライザーが左円偏光であればアナライザーは左円偏光）のときは、被検査物中の偏光面を回転させる領域が回転させない領域よりも明るい領域となる像を観察することができ、一方、両素子の偏光面を回転させる方向が互いに逆方向（ポラライザーが右円偏光であればアナライザーは左円偏光、ポラライザーが左円偏光であればアナライザーは右円偏光）のときは、被検査物中の偏光面を回転させる領域が回転させない領域よりも暗い領域となる像を観察することができる。これらによって複屈折を与える構造の分布を知ることができる。
【００２１】
さらに、ポラライザーが円偏光素子であり、かつアナライザーが直線偏光素子であるときは、被検査物中の微小な複屈折を与える構造の分布を検出することができるようになる。
【００２２】
すなわち、被検査物の複屈折を与える構造の分布が小さいとき、ポラライザーおよびアナライザーがともに照明光を直線偏光に変換する場合には、配向あるいは複屈折を与える構造による光の強度の変化がほとんど無く、これらの構造を観察することが困難であるが、ポラライザーが照明光を円偏光に変換し、アナライザーが被検査物を透過した光もしくは反射した光を直線偏光に変換する場合には、複屈折に基づく光の強度が大きくなり、これらの構造を観察することが可能となる。そのため、ポラライザーが照明光を円偏光に変換し、アナライザーが照明光を直線偏光に変換する場合には、被検査物の微小な複屈折を与える構造の分布を識別するのに都合がよい。
【００２３】
この収束光偏光顕微鏡装置は、空間絞りを通過した光の方向と対物レンズの光軸とを略一致させる調整機構を備えていることが望ましい。空間絞りにより光量が減少するが、この２つの光軸を略一致させることにより、ひずみの少ない明るい像を得ることができる。
【００２４】
この収束光偏光顕微鏡装置は、照明光に単色光を用いてもよい。単色光を用いることにより、白色光では得られなかった、組織構造を知る上で重要な像を得ることができる。
【００２５】
この収束光偏光顕微鏡装置のポラライザーとアナライザーは着脱可能であることが望ましい。ポラライザーのみあるいはアナライザーのみ用いた観察や、ポラライザーおよびアナライザーのいずれも用いない観察など、様々な観察を行うことができる。
【００２６】
このような収束光偏光顕微鏡装置を用いた本発明の顕微鏡観察方法の一つは、対物レンズの焦準を被検査物に合わせて被検査物を観察するものである。収束光を照明光として用いるので、極めてコントラストの高い、焦点深度の深い偏光顕微鏡像を得ることができる。
【００２７】
本発明の他の顕微鏡観察方法は、収束点を含む対物レンズの光軸に直交する回折像面に対物レンズの焦準を合わせることにより、回折像面上に形成された被検査物の偏光入射光による回折像をアナライザーを用いて観察するものである。
【００２８】
被検査物について、回折像と組織構造との関係を予め取得しておけば、回折像を直接観察することにより、回折像のパターンの特徴から被検査物の組織構造を知ることができる。
【００２９】
本発明の他の顕微鏡観察方法は、最初に前記対物レンズの焦準を前記被検査物に合わせて前記被検査物を観察した後、前記対物レンズの焦準を前記回折像面上に形成された回折像に合わせて前記回折像を観察するか、もしくは、最初に前記対物レンズの焦準を前記回折面上に形成された回折像に合わせて前記回折像を観察した後、前記対物レンズの焦準を前記被検査物に合わせて前記被検査物を観察するものである。
【００３０】
光学像の観察だけでは分かりにくかった組織構造の全体的な特徴を把握したり、回折像の観察だけでは分かりにくかった回折像が由来する組織構造の詳細を知ることができる。
【００３１】
本発明の他の顕微鏡観察方法は、空間絞りを用いて回折像面上の所望の領域のみの光を通過させ、空間絞りを通過した光について対物レンズの焦準を被検査物に合わせて被検査物を観察するものである。
【００３２】
空間絞りによって通過させる光（直接光および回折光）を自由に選択できるので、偏光下で同一の被検査物について回折光に応じた様々な暗視野像および明視野像を観察することができる。これにより被検査物の組織構造をさらに詳しく知ることができる。
【００３３】
本発明の他の顕微鏡観察方法は、回折像面に対物レンズの焦準を合わせることにより、回折像面上に形成された被検査物の偏光入射光による回折像を観察し、回折像の所望の領域のみの光を通過させるように空間絞りを調整した後、対物レンズの焦準を被検査物に合わせることにより、空間絞りおよびアナライザーを通過した光によって被検査物を観察するものである。
【００３４】
回折像に基づいて回折光を選択してから像観察を行うので、いかなる回折光に基づく光学像かを知ることができる。これにより被検査物の組織構造をさらに詳しく知ることができる。
【００３５】
本発明の顕微鏡観察方法では、対物レンズが回折像面の近傍に位置したときに被検査物に焦準が合うように回折像面の位置を調整して被検査物を観察することが望ましい。回折像面は照射光が収束する位置なので、そこに対物レンズが置かれたときに回折光をロスすることなく最も像が明るくなるためである。
【００３６】
空間絞りの形状または回折像面上での位置を変えることにより、もしくは、対物レンズの光軸に対する照明光の光軸の角度を変えることにより、対物レンズによる被検査物の光学像形成にあずかる回折光を選択して被検査物を観察することができる。
【００３７】
本発明の顕微鏡観察方法では、空間絞りを通過した光の方向と対物レンズの光軸とを略一致させて被検査物を観察することが望ましい。空間絞りにより光量が減少するが、この２つの光軸を略一致させることにより、ひずみの少ない明るい像を得ることができる。
【００３８】
本発明の顕微鏡観察方法では、照明光の収束点の位置を対物レンズの光軸方向において変えることにより回折像の大きさを調整することができることが望ましい。距離を離すほど、回折像の大きさを大きくすることができ、回折像のより詳細な観察ができる。
【００３９】
本発明の顕微鏡観察方法では、照明光に単色光を用いてもよい。単色光を用いることにより、白色光では得られなかった、組織構造を知る上で重要な像を得ることができる。
【００４０】
本発明の顕微鏡観察方法は、高分子材料に対して好適に用いることができる。高分子材料の重要な組織構造について、従来の顕微鏡観察方法では得られなかった詳細な知見が得られる。
【００４１】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の一実施形態である収束光偏光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、およびポラライザー１５によって、空間の一点４に収束する偏光した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。
【００４２】
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からの偏光した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さらに上方の収束点４で収束する。これにより、収束点４を通り照明光の光軸７に垂直な平面８には、被検査物６の偏光した照明光によるフーリエ変換像すなわち偏光下での回折像が形成される。ここでは、この平面８を回折像面と呼ぶことにする。
【００４３】
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、すなわち、被検査物６と回折像面８との距離を変化させることができる。
【００４４】
回折像面８上またはその近傍の位置には、回折像面８と平行に空間絞り９が設けられている。図２は空間絞り９の平面図であり、遮光板の中央に、たとえば直径数百ミクロンの円形開口が形成されている。この空間絞り９は、光軸７に直交する方向に移動可能となっており、回折像面８上に形成される回折像のうちで光を透過させるべき領域を選択できる。また、この空間絞り９は観察途中でも、容易に脱着可能となっている。
【００４５】
なお、空間絞り９に形成する開口形状すなわち観察視野は、必ずしも円形でなくてもよい。目的に応じて方形、半円形、扇形等を適宜選択することができる。
【００４６】
空間絞り９のさらに上方には、対物レンズ１０、アナライザー１６、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。
【００４７】
しかし、焦準合わせのための鏡筒移動可能範囲は、従来の一般的な顕微鏡装置に比べて十分に長いことが必要である。すなわち、少なくとも被検査物６と回折像面８の両方に焦準合わせができるようになっている。
【００４８】
対物レンズ１０は、被検査物６に焦準を合わせたときの位置が空間絞り９よりも後方（上方）になるような焦点距離を有している。したがって、焦準合わせ動作において、空間絞り９が邪魔になることがない。
【００４９】
なお、図３に示すように、対物レンズ１０が空間絞り９に最も近づいたときに被検査物６に焦準が合うように、回折像面８の位置を調整すると、最も明るい像を得ることができる。
【００５０】
対物レンズ１０が捕らえた像は、アナライザー１６を透過したのちに結像レンズ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。
【００５１】
本発明による被検査物としては、高分子材料（たとえば、ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリマーフィルム）、生体材料、セラミックス、金属他を挙げることができるが、組織構造を観察し得るという点で、ポリマーフィルムは最も典型的な対象材料である。
【００５２】
そこで、被検査物としてポリマーフィルムを観察したときの具体的な実施例を説明する。
【００５３】
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のコンデンサーレンズ２を配置することにより収束する照明光を得た。本コンデンサーレンズ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、光源に単色化のためのフィルターは取り付けなかった。
【００５４】
コンデンサーレンズ２の後方にステージ５を配置し、その上にポリマーフィルムを固定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した。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。
【００５５】
さらにステージ５の後方に空間絞り９として口径８００μｍの円形のピンホールが設けられた遮光板を配置した。この遮光板は、試料（ポリマーフィルム）を透過した光の中から遮蔽する直接光または散乱光を選択するために光軸７と垂直でかつ互いに直角に交わる２方向にそれぞれ最大５ｍｍ移動させることができるようにした。また、収束面（回折像面）８とピンホール面を一致させるために光軸７と平行な方向に最大５ｍｍ移動させることができるようにした。
【００５６】
空間絞り９の後方に長作動距離の対物レンズ１０（（株）ニコン製ＣＦ  ＩＣＥＰＩ  Ｐｌａｎ  ５×、作動距離２２．５ｍｍ、開口数０．１３、倍率５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。
【００５７】
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  ＣＦＷＮ  １０×、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、焦準を試料像あるいは回折像にそれぞれ合わせることができるようにした。
【００５８】
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、回折像および試料像それぞれについて一定の露光時間にて写真撮影した。
【００５９】
＜試料（被検査物）＞
メルトフローレート１．２ｇ／１０分のポリプロピレンをスライドガラスおよびカバーガラスのあいだにはさみ、２３０℃で５分間溶融させたのち、１３０℃で等温結晶化させて得られたフィルム（ポリマーフィルムと呼ぶ）を試料とした。得られた試料の試料像を本発明の収束光偏光顕微鏡装置で観察した。
【００６０】
観察例１
空間絞り９を光軸７から取り除いたのち収束する照明光を試料６に照射し、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、収束面すなわち回折像面８の位置が試料６と対物レンズ１０の間になるようにコンデンサーレンズ２の位置を調整した。次に、対物レンズ１０の焦準を収束面８に合わせることにより回折像を得た。図４はポリマーフィルムの偏光下での回折像の顕微鏡写真である。このときポラライザーの直線偏光面を図４の上下方向に、アナライザーの直線偏光面を図４の左右方向に合わせた。このようにポラライザーおよびアナライザーの直線偏光面を互いに垂直となるように配置した状態を直交ニコルと呼ぶことにする。図４は四つ葉のクローバー状の像となった。これは、複屈折を与える構造から構成されている球晶と呼ばれる組織構造の光散乱像と特徴が一致した。図４が特定の方向にゆがんでいないことから、球晶は全体として特定の方向に配向していないことが分かる。図４では球晶の配向についての知見が得られたが、ポラライザーとアナライザーを光路からはずして回折像を観察することにより、複屈折を与える構造以外の構造の配向についても知ることができる。図５は対物レンズ１０の焦準をポリマーフィルムに合わせたときの直交ニコル下での顕微鏡写真である。図５には暗い十字形のコントラストを持った構造の集合体が観察された。これは直交ニコル下での球晶の顕微鏡像の特徴と一致しており、複屈折を与える構造から構成される球晶が高いコントラストで観察されていることが分かる。
【００６１】
観察例２
図４の回折像を得たのち、空間絞りとして口径８００μｍの円形のピンホールを有する空間絞り９を収束面８と同一面上に挿入することにより、直接光およびその付近の散乱光以外を遮蔽した。図６はこのときのポリマーフィルムの回折像を示す顕微鏡写真である。そののち、顕微鏡装置の焦準を試料位置まで移動させることにより、試料像として空間絞り９を透過した光のみで形成させた像を得た。図７はこのときのポリマーフィルムの像を示す顕微鏡写真である。その結果、球晶界面より内側に円形の構造が存在することが観察された。これは空間絞りを用いなかった図５には見られなかった構造である。
【００６２】
観察例３
図４の回折像を得たのち、空間絞り９として口径８００μm の円形のピンホールを有する遮光板を収束面８と同一面上に挿入することにより、直接光の上側の散乱光以外を遮蔽した。図８は、このときのポリマーフィルムの回折像を示す顕微鏡写真である。そののち、顕微鏡装置の焦準を試料位置に合わせることにより、試料像として空間絞り９を透過した光のみで形成させた像を得た。図９の顕微鏡写真は、このときのポリマーフィルムの像を示す。その結果、空間絞りにより球晶の上方の構造が下方の構造に対して識別された。このような構造を抽出できることは従来の光学顕微鏡装置では知られていないことである。
【００６３】
観察例４
図４の回折像を得たのち、観察例２および３のときと同じ空間絞り９を収束面８と同一面上に挿入することにより、直接光の右側の散乱光以外を遮蔽した。図１０は、このときのポリマーフィルムの回折像を示す顕微鏡写真である。そののち、顕微鏡装置の焦準を試料位置に合わせることにより、試料像として空間絞り９を透過した光のみで形成させた像を得た。図１１の顕微鏡写真は、このときのポリマーフィルムの像を示す。その結果、空間絞りにより球晶の左右方向の違いについても識別された。
【００６４】
観察例５
図４の回折像を得たのち、観察例２から４のときと同じ空間絞り９を収束面８と同一面上に挿入することにより、直接光の右上側の散乱光以外を遮蔽した。図１２は、このときのポリマーフィルムの回折像を示す顕微鏡写真である。そののち、顕微鏡装置の焦準を試料位置に合わせることにより、試料像として空間絞り９を透過した光のみで形成させた像を得た。図１３の顕微鏡写真は、このときのポリマーフィルムの像を示す。その結果、空間絞りにより球晶の右上方の構造がそれ以外の構造に対して識別された。空間絞りで選択する範囲を小さくすることで、抽出される構造の範囲を小さくすることができた。
【００６５】
観察例６
図４の回折像を得たのち、観察例２から５のときと同じ空間絞り９を収束面８と同一面上に挿入することにより、直接光の左下側の散乱光以外を遮蔽した。図１４は、このときのポリマーフィルムの回折像を示す顕微鏡写真である。そののち、顕微鏡装置の焦準を試料位置に合わせることにより、試料像として空間絞り９を透過した光のみで形成させた像を得た。図１５顕微鏡写真は、このときのポリマーフィルムの像を示す。その結果、空間絞りにより球晶の左下方の構造がそれ以外の構造に対して識別された。図８〜１５から、空間絞りで選択する回折像の大きさおよび位置により、球晶中の任意の部分を抽出することができた。これらにより、回折像の各部分が球晶中のどの部分に由来しているかが明らかになった。
【００６６】
【発明の効果】
以上のように、本発明の収束光偏光顕微鏡装置およびこれを用いた顕微鏡観察方法によれば、対物レンズの手前で一点に収束する偏光した照明光を用いるので、偏光下での被検査物およびその回折像を対物レンズを光軸方向に移動するだけで選択的に観察できる。また、この収束光偏光顕微鏡装置は、回折像面と被検査物との相対的な位置を任意に変更できる調整機構を備えているので、回折像面と被検査物との距離を離すほど、回折像の大きさを大きくすることができ、回折像のより詳細な観察ができる。さらに、空間絞りを適当に挿入または移動させることにより、偏光下での所望の回折光による被検査物の光学像と回折像とを得ることができる。したがって、従来の光学顕微鏡装置では得られなかった配向と複屈折を与える構造の分布に関する詳細な知見を十分に得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態である収束光偏光顕微鏡装置の構成を示す図
【図２】空間絞り９を示す平面図
【図３】対物レンズ１０を空間絞り９に近接させた状態の収束光偏光顕微鏡装置を示す図
【図４】ポリマーフィルムの回折像を示す顕微鏡写真
【図５】ポリマーフィルムの光学像を示す顕微鏡写真
【図６】選択された一部の回折光によるポリマーフィルムの回折像を示す顕微鏡写真
【図７】選択された一部の回折光によるポリマーフィルムの光学像を示す顕微鏡写真
【図８】選択された一部の回折光によるポリマーフィルムの回折像を示す顕微鏡写真
【図９】選択された一部の回折光によるポリマーフィルムの光学像を示す顕微鏡写真
【図１０】選択された一部の回折光によるポリマーフィルムの回折像を示す顕微鏡写真
【図１１】選択された一部の回折光によるポリマーフィルムの光学像を示す顕微鏡写真
【図１２】選択された一部の回折光によるポリマーフィルムの回折像を示す顕微鏡写真
【図１３】選択された一部の回折光によるポリマーフィルムの光学像を示す顕微鏡写真
【図１４】選択された一部の回折光によるポリマーフィルムの回折像を示す顕微鏡写真
【図１５】選択された一部の回折光によるポリマーフィルムの光学像を示す顕微鏡写真
【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、８…回折像面、９…空間絞り、１０…対物レンズ、１１…結像レンズ（必ずしも必要ではない）、１２…接眼レンズ、１３…鏡筒、１４…中間像位置、１５…ポラライザー、１６…アナライザー
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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