(57)【要約】【課題】明視野照明と暗視野照明の切り換えるための構成が簡単な顕微鏡装置を提供する。【解決手段】明視野観察時には結像光路２０ａの対物レンズ２１を介し、暗視野観察時には暗視野光路２０ｂを介して標本３１に照明光を照射するように構成された顕微鏡装置１００は、光源５１と、この光源５１からの照明光を標本３１に照射する照明光学系５０と、を有する。そして、照明光学系５０は、入射端２０１ａが光源５１に向かって照明光学系５０の光軸を囲むように輪帯状に配置され、射出端２０１ｂが暗視野光路２０ｂに照明光を導くように配置された複数の光ファイバ２０１からなる輪帯光束生成部材２００と、この輪帯光束生成部材２００の入射端２０１ａの光源側に挿脱自在に配置され、光源５１からの光を入射端２０１ａに導く光路切替ユニット２０２と、を有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
対物レンズが配置された結像光路と、前記結像光路の周りに形成された暗視野光路と、を有し、明視野観察時には前記結像光路の前記対物レンズを介して標本に照明光を照射し、暗視野観察時には前記暗視野光路を介して前記標本に照明光を照射するように構成された顕微鏡装置であって、
前記照明光を放射する光源と、
前記光源からの前記照明光を前記標本に照射する照明光学系と、を有し、
前記照明光学系は、
入射端が前記光源に向かって前記照明光学系の光軸を囲むように輪帯状に配置され、射出端が前記暗視野光路に前記照明光を導くように前記対物レンズの光軸を囲むように輪帯状に配置された複数の光ファイバからなる輪帯光束生成部材と、
前記輪帯光束生成部材の前記入射端の光源側に挿脱自在に配置され、前記光源からの光を前記入射端に導く光路切替ユニットと、を有することを特徴とする顕微鏡装置。
【請求項２】
前記輪帯光束生成部材の前記射出端は、前記対物レンズの射出瞳の近傍に配置されてい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】
前記光路切替ユニットは、前記照明光学系に取り付けられたときに、前記輪帯光束生成部材の前記入射端で囲まれた開口部を塞ぐ遮光部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】
前記輪帯光束生成部材の前記入射端と前記光路切替ユニットとの間に配置され、前記入射端の各々に対応して輪帯状に配置されたマイクロレンズを有し、前記光路切替ユニットから出射した前記照明光を前記マイクロレンズの各々で前記入射端に集光するマイクロレンズアレイを有す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顕微鏡装置。
【請求項５】
前記マイクロレンズアレイは、前記マイクロレンズで囲まれた開口部を塞ぐ遮光部を有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】
前記照明光学系は、前記輪帯光束生成部材の前記入射端よりも前記標本側であって、当該照明光学系の光軸と前記対物レンズの光軸とが交差する点に挿脱自在に配置され、前記輪帯光束生成部材の前記入射端で囲まれた開口部を通過した前記照明光を前記対物レンズに導くハーフミラーを有す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】
従来、特に工業顕微鏡分野では、明視野照明と暗視野照明とを切り換え可能にした照明装置を用いる場合がある。このような照明装置を用いて暗視野照明を行う場合、対物レンズの開口数より大きい角度で標本を照明し、その散乱光のみを結像光学系に導くために、輪帯状の照明を生成する必要がある。このとき、輪帯照明光束を生成した後に、この光束を対物レンズの光軸に沿った光路に偏向するために、明視野照明ではハーフミラーが配置されている部分を、穴あきミラーと置き換える必要があるが、ハーフミラーユニット若しくは穴あきミラーユニットが配置される位置は、結像光学系の瞳位置とは空間的に離れてしまうため、暗視野の照明光と明視野および暗視野の結像光を効率よく分離することが困難であった。すなわち、穴あきミラーとハーフミラーのみの交換とすると、暗視野の照明光束が、結像光路に漏れてしまい、コントラストを下げてしまう。それを回避するために、筒状の光束分離部材を配置したり、絞りを配置したりすると、今度は結像光の周辺光束が充分でなくなり、シェーディングが発生する原因となる。このため、ハーフミラー部を暗視野照明光束が通らないようにするために、環状ファイバを用いたバイパス光路を有する顕微鏡装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。この顕微鏡装置では、開口絞りまたは視野絞りとファイバ入射端とが挿脱可能に配置されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−００５０８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、開口絞り又は視野絞り等の絞り部材は、絞り羽根のほか、心だし用のビス等もあり、顕微鏡用の照明装置の中では複雑な機構の部類であるため、可動式にすることは構成上好ましくない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、ハーフミラー部をバイパスして暗視野照明を確保する構成でありながら、バイパスするための光学部材の挿脱の機構がシンプルで、かつ照明光と結像光とを効率よく分離することができ、結像光の周辺減光の発生を抑え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、対物レンズが配置された結像光路と、この結像光路の周りに形成された暗視野光路と、を有し、明視野観察時には結像光路の対物レンズを介して標本に照明光を照射し、暗視野観察時には暗視野光路を介して標本に照明光を照射するように構成された顕微鏡装置であって、照明光を放射する光源と、この光源からの照明光を標本に照射する照明光学系と、を有し、照明光学系は、入射端が光源に向かって照明光学系の光軸を囲むように輪帯状に配置され、射出端が暗視野光路に照明光を導くように対物レンズの光軸を囲むように輪帯状に配置された複数の光ファイバからなる輪帯光束生成部材と、輪帯光束生成部材の入射端の光源側に挿脱自在に配置され、光源からの光を入射端に導く光路切替ユニットと、を有することを特徴とする。
【０００７】
このような顕微鏡装置において、輪帯光束生成部材の射出端は、対物レンズの射出瞳の近傍に配置されていることが好ましい。
【０００８】
また、このような顕微鏡装置において、光路切替ユニットは、照明光学系に取り付けられたときに、輪帯光束生成部材の入射端で囲まれた開口部を塞ぐ遮光部を有することが好ましい。
【０００９】
また、このような顕微鏡装置は、輪帯光束生成部材の入射端と光路切替ユニットとの間に配置され、入射端の各々に対応して輪帯状に配置されたマイクロレンズを有し、光路切替ユニットから出射した照明光をマイクロレンズの各々で入射端に集光するマイクロレンズアレイを有することが好ましい。
【００１０】
このとき、マイクロレンズアレイは、マイクロレンズで囲まれた開口部を塞ぐ遮光部を有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、照明光学系は、輪帯光束生成部材の入射端よりも標本側であって、当該照明光学系の光軸と対物レンズの光軸とが交差する点に挿脱自在に配置され、輪帯光束生成部材の入射端で囲まれた開口部を通過した照明光を対物レンズに導くハーフミラーを有することが好ましい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明に係る顕微鏡装置を以上のように構成すると、暗視野光路に照明光を導く輪帯光束生成部材を設けることにより、照明光と結像光とを効率よく分離することができ、また、結像光の周辺減光の発生を抑えることができるとともに、照明光学系に対する光路切替ユニットの挿脱で明視野照明と暗視野照明の切り換えるように構成することで、挿脱機構を簡単にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】顕微鏡装置の構成を示す説明図である。
【図２】輪帯光束生成部材の射出部側の光学系の構成を示す説明図である。
【図３】輪帯光束生成部材の入射部側の光学系の構成を示す説明図である。
【図４】輪帯光束生成部材の入射部の構成を示す説明図である。
【図５】輪帯光束生成部材の入射部に対してマイクロレンズアレイを配置した場合を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
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及び図２を用いて、本実施形態に係る顕微鏡装置の構成について説明する。本実施形態に係る顕微鏡装置１００は、明視野照明と暗視野照明とを切り替えて標本３１の観察が可能に構成されている。この顕微鏡装置１００は、標本３１が載置されるステージ３０が取り付けられたベース部１０１ａ、及び、このベース部１０１ａの上部に設けられ対物レンズユニット２０を有するレボルバ１０２を保持するアーム部１０１ｂからなる基部１０１と、アーム部１０１ｂの上部に取り付けられた照明部１０３と、この照明部１０３の上部に取り付けられた接眼鏡筒１０４と、から構成される。
【００１５】
この顕微鏡装置１００の光学系は、ステージ３０上に載置された標本３１の像を対物レンズユニット２０の対物レンズ２１を介して結像する結像光学系１０と、光源５１からの照明光を対物レンズ２１を介して標本３１に照射する照明光学系５０と、を有している。
【００１６】
結像光学系１０は、標本３１側から順に、この標本３１から出た光（観察光）を略平行光に変換する対物レンズ２１と、この略平行の観察光を集光して標本３１の一次像４３を結像する結像レンズ４１と、この結像光学系１０の光路を折り曲げるプリズム４２と、標本３１の一次像４３を観察するための接眼レンズ４４と、から構成される。なお、上述のように、対物レンズ２１は、レボルバ１０２に取り付けられた対物レンズユニット２０に保持され、結像レンズ４１、プリズム４２及び接眼レンズ４４は接眼鏡筒１０４に保持されている。
【００１７】
一方、照明光学系５０は、結像光学系１０の側方に配置され、光源５１側から順に、光源５１からの照明光を集光してこの光源５１の像を結像するコレクタレンズ５２と、コレクタレンズ５２で結像された光源５１の像からの光をリレーして光源５１の像５６を結像するリレーレンズ群５３，５４，５５と、光源５１の像５６（すなわち、光源５１と共役な位置）と略一致するように配置された開口絞り５７と、視野絞り５８と、視野絞り５８の像を標本３１上に投影するフィールドレンズ群５９と、後述する輪帯光束生成部材２００の入射部２００ａと、光源５１からの照明光を結像光学系１０上に重ね合わせて対物レンズ２１に導くハーフミラー６０と、から構成される。なお、ハーフミラー６０は、結像光学系１０（対物レンズ２１）の光軸と照明光学系５０の光軸とが交差する点に配置されており、上述する結像光学系１０と共用される。この照明光学系５０は、照明部１０３により保持されている。
【００１８】
対物レンズユニット２０の内部には、筒状の遮光部材２２が光軸に沿って延びるように設けられており、この対物レンズユニット２０の内部を、遮光部材２２の内側に形成された結像光路２０ａと、遮光部材２２の外側に形成された暗視野光路２０ｂとに分離している。そして、上述の対物レンズ２１は結像光路２０ａに配置されている。また、この対物レンズユニット２０の暗視野光路２０ｂには、後述する輪帯光束生成部材２００により導かれ、射出部２００ｂから出射した光源５１からの照明光を集光する輪帯状の集光レンズ２３と、この集光レンズ２３により集光された照明光を反射して対物レンズ２１の先端部の周囲から標本３１に照射する輪帯状のミラー２４が設けられている。
【００１９】
次に、輪帯光束生成部材２００の構成について図３及び図４を合わせて用いて説明する。この輪帯光束生成部材２００は、複数の光ファイバ２０１が束ねられて構成されており、一方の端部（入射端２０１ａ）が、入射部２００ａに保持されて、照明光学系５０の光軸を囲むように輪帯状に配置されている。また、他方の端部（射出端２０１ｂ）が、レボルバ１０２内の対物レンズユニット２０上方で、結像光学系１０の光軸を囲むように射出部２００ｂに保持されて輪帯状に配置されている。このとき、光ファイバ２０１の射出端２０１ｂを、対物レンズ２１の射出瞳の近傍に配置することにより、この射出端２０１ｂを対物レンズ２１の射出瞳の外側に配置することができるので、暗視野の照明光と明視野および暗視野の結像光を確実に分離することができる。ここで、各光ファイバ２０１の入射端２０１ａは、その端面が照明光学系５０の光軸と略平行方向であって、光源５１側に向くように配置されている。また、射出端２０１ｂは、その端面が結像光学系１０の光軸と略平行方向であってあって、集光レンズ２３側に向くように配置されている。
【００２０】
また、照明部１０３は、照明光学系５０におけるフィールドレンズ群５９と輪帯光束生成部材２００の入射部２００ａと間の光路上に、光路切替ユニット２０２を挿脱可能に構成されている。この光路切替ユニット２０２は、光源５１側から順に、負レンズ２０３と標本３１側に凸面を向けた正レンズ２０４とから構成されている。また、この正レンズ２０４の標本３１側の面には、輪帯状に配置された光ファイバ２０１の入射端２０１ａにより形成された開口部２００ｃを塞ぐように、遮光部２０４ａが形成されている。このとき、正レンズ２０４の標本３１側の凸面の遮光部２０４ａの外側の有効輪帯２０４ｂ（光が透過可能な領域）の形状と、入射部２００ａの形状とは一致するように構成されている。また、輪帯光束生成部材２００の開口部２００ｃは照明光学系５０による明視野観察の照明光束有効径以上となっている。同様に、輪帯光束生成部材２００の射出部２００ｂ（射出端２０１ｂ）で囲まれた内径は、結像光学系１０の有効径以上となっている。さらに、この照明部１０３において、上述のハーフミラー６０は、結像光学系１０及び照明光学系５０の光路上に挿脱可能に構成されている。
【００２１】
以上のような構成の顕微鏡装置１００において、明視野観察をするときは、照明光学系５０の光路上から上述の光路切替ユニット２０２を取り外し、結像光学系１０及び照明光学系５０の光路上にハーフミラー６０を取り付ける。このような状態で光源５１から放射された照明光は、コレクタレンズ５２で集光され、さらに、リレーレンズ群５３，５４，５５で光源５１の像がリレーされて光源像５６が形成される。そして、開口絞り５７及び視野絞り５８を通過してフィールドレンズ群５９に入射する。さらに、このフィールレンズ群５９を透過した光は、輪帯光束生成部材２００の開口部２００ｃを通過してハーフミラー６０に入射し、一部の照明光がこのハーフミラー６０で反射され、対物レンズユニット２０の結像光路２０ａ内の対物レンズ２１を介して標本３１に照射される。また、標本３１で反射した光（観察光）は、対物レンズ２１により集光され、この観察光の一部がハーフミラー６０を透過し、結像レンズ４１で標本３１の一次像４３が形成され、接眼レンズ４４を介して観察に供される。上述のように、輪帯光束生成部材２００の入射部２００ａに形成された開口部２００ｃは、照明光学系５０による明視野観察の照明光束有効径以上となっているため、この輪帯光束生成部材２００が、明視野観察のための照明光を遮ることはない。また、輪帯光束生成部材２００の射出部２００ｂで囲まれた内径は、結像光学系１０の有効径以上となっているため、この輪帯光束生成部材２００が、結像光束（観察光）を遮ることはない。
【００２２】
一方、暗視野観察をするときは、照明光学系５０の光路上に光路切替ユニット２０２を取り付け、結像光学系１０及び照明光学系５０の光路上からハーフミラー６０を取り外す。このような状態で光源５１から放射された照明光は、上述の明視野観察のときと同様にフィールレンズ群５９に入射するが、このフィールドレンズ群５９を透過した照明光は、光路切替ユニット２０２の負レンズ２０３で光束が広げられ、さらに正レンズ２０４で集光されて有効輪帯２０４ｂから出射し、輪帯光束生成部材２００の入射部２００ａに設けられた光ファイバ２０１の入射端２０１ａからこの光ファイバ２０１内に入射する。そして、この光ファイバ２０１の各々により導かれた光は、射出部２００ｂで保持されている射出端２０１ｂから出射し、集光レンズ２３で集光され、ミラー２４で反射されて、対物レンズ２１の先端部の周囲から標本３１に照射される。この標本３１で反射した光（観察光）は、上述の明視野観察の場合と同様に進む。このとき、結像光学系１０の光路上から上述のハーフミラー６０が取り外されているため、標本３１で反射した光のほとんどが観察光として利用することができる。また、光路切替ユニット２０２の正レンズ２０４の有効輪帯２０４ｂの形状と、輪帯光束生成部材２００の入射端２０１ａを保持する入射部２００ａの輪帯形状とは略一致するように構成されているので、正レンズ２０４から出射した光を無駄なく輪帯光束生成部材２００の光ファイバ２０１に取り込むことができる。さらに、光路切替ユニット２０２の正レンズ２０４に形成された遮光部２０４ａにより輪帯光束生成部材２００の開口部２００ｃが塞がれるため、光源５１からの照明光等がこの開口部２００ｃを通って結像光学系１０の光路に侵入することはない。
【００２３】
以上のような構成によれば、対物レンズ２１の射出瞳に近いところに輪帯光束生成部材２００の射出端２０１ｂを配置することができるため、この射出瞳の外側に射出端２０１ｂを配置することにより、明視野及び結像光束と暗視野照明光束とを確実に効率よく分離することができる。そのため、結像光学系１０における対物レンズユニット２０とハーフミラー６０との間の空間Ｔは、明視野の照明光と明視野および暗視野の観察光のみが通る空間となり、最適な照明が可能となる。また、この空間Ｔには暗視野照明のための部材（例えば、結像光路を通る光束と暗視野光路を通る光束とを分離する光束分離部材）が配置されないため、周辺光量を妨げることなく光束を通すことができるので、周辺まで明るい像を得ることができる。
【００２４】
また、まれに標本３１の微細構造が大きな角度で回折した場合に、回折光が対物レンズユニット２０の暗視野光路２０ｂ内に紛れ込んでしまい、空間Ｔから結像光束内にはいって、結像光のコントラストを下げることがあったが、以上のような構成によれば、暗視野光路２０ｂを照明と逆に進む光は、輪帯光束生成部材２００の射出端２０１ｂから光ファイバ２０１に入って照明光学系５０に射出されるため、結像光のコントラストに影響を与えることがない。
【００２５】
なお、図５に示すように、輪帯光束生成部材２００の入射端２０１ａの前に、各入射端２０１ａに対応したマイクロレンズ２０５ａが輪帯状に配置されたマイクロレンズアレイ２０５を設けると、光源５１の像を、それぞれの入射端２０１ａ状に形成することが可能となり、より明るい光束を暗視野光路２０ｂに導くことができる。このとき、マイクロレンズ２０５ａで囲まれた空間に遮光部２０５ｂを設けることにより、光源５１からの光が結像光学系１０に入射することを防ぐことができる。
【符号の説明】
【００２６】
２０  対物レンズユニット    ２０ａ  結像光路    ２０ｂ  暗視野光路
２１  対物レンズ    ３１  標本    ５０  照明光学系    ５１  光源
１００  顕微鏡装置    ２００  輪帯光束生成部材
２０１  光ファイバ    ２０１ａ  入射端    ２０１ｂ  射出端
２０２  光路切替ユニット    ２０４ａ  遮光部
２０５  マイクロレンズアレイ    ２０５ａ  マイクロレンズ    ２０５ｂ  遮光部
【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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