(57)【要約】【課題】外部位相差観察が可能で、光学系の全長を短くすることができる顕微鏡装置を提供する。【解決手段】顕微鏡装置１０は、光源１と、開口部２ａを有する絞り２と、この開口部２ａからの光を略平行光にして標本Ｈに照射するコンデンサレンズ３と、標本Ｈを通過した光を結像する対物レンズ４と、標本Ｈの一次像面Ｆ３に配置された第１のマイクロレンズアレイ５と、この第１のマイクロレンズアレイ５よりも像側であって、対物レンズ４の射出瞳面と共役な面Ｆ４上に配置された第２のマイクロレンズアレイ６と、を有し、第２のマイクロレンズアレイ６は、第１のマイクロレンズアレイ５の単位レンズ５ａの各々から出射した光束を分割する複数の単位レンズ６ａからなる単位レンズセット６ｂが、二次元状に配置されて構成され、且つ、この単位レンズセット６ｂの各々の、絞り２の開口部２ａと共役な位置にある単位レンズ６ａに、位相膜が設けられている。【選択図】図１
2012220611.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源からの光の一部を通過させる開口部を有する絞りと、
前記絞りの開口部からの光を略平行光にして標本に照射するコンデンサレンズと、
前記標本を通過した前記光を結像する対物レンズと、
複数の単位レンズが二次元状に配置されたマイクロレンズアレイであって、前記対物レンズにより前記標本の像が結像される位置に配置された第１のマイクロレンズアレイと、
前記第１のマイクロレンズアレイよりも像側であって、前記対物レンズの射出瞳面と共役な面上に配置された第２のマイクロレンズアレイと、を有し、
前記第２のマイクロレンズアレイは、前記第１のマイクロレンズアレイの前記単位レンズの各々から出射した光束を分割する複数の単位レンズからなる単位レンズセットが、二次元状に配置されて構成され、且つ、前記単位レンズセットの各々の、前記絞りの開口部と共役な位置にある前記単位レンズに、位相膜が設けられていることを特徴とする顕微鏡装置。
【請求項２】
前記絞りの前記開口部は、光軸を含むように配置され、前記第２のマイクロレンズアレイの前記単位レンズセットの各々は、当該単位レンズセットの中心にある前記単位レンズに前記位相膜が形成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】
前記絞りの開口部は、光軸を囲むようにリング状に形成され、前記第２のマイクロレンズアレイの前記単位レンズセットの各々は、当該単位レンズセットの中心を囲みリング状に位置する単位レンズに前記位相膜が形成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４】
受光素子が２次元状に配置され、前記第１のマイクロレンズアレイ及び前記第２のマイクロレンズアレイで形成される前記標本の像を検出する撮像素子を有し、
前記第２のマイクロレンズアレイの各々の前記単位レンズで形成される像の位置に、前記撮像素子を構成する前記受光素子の各々が配置されてい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。
【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、顕微鏡装置による観察において、対物レンズの瞳面に光学素子を配置し、その光学素子の効果により通常の観察では可視化することが困難な標本を可視化して観察することができる。例えば、照明側にリング絞りを配置し、対物レンズ内の瞳面に位相板や位相リングを配置することで、位相差観察が可能になる。その際、対物レンズは位相差観察専用のものを使用する必要がある。あるいは、対物レンズの像面側にある瞳共役面に位相板や位相リング等の光学素子を配置して観察する、いわゆる外部位相差観察がある（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−１７５７７４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、外部位相差観察が可能な顕微鏡装置の場合、瞳をリレーするためのレンズ等が必要となり、光学系の全長が長くなってしまう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、外部位相差観察が可能で、光学系の全長を短くす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、光源からの光の一部を通過させる開口部を有する絞りと、この絞りの開口部からの光を略平行光にして標本に照射するコンデンサレンズと、標本を通過した光を結像する対物レンズと、複数の単位レンズが二次元状に配置されたマイクロレンズアレイであって、対物レンズにより標本の像が結像される位置に配置された第１のマイクロレンズアレイと、この第１のマイクロレンズアレイよりも像側であって、対物レンズの射出瞳面と共役な面上に配置された第２のマイクロレンズアレイと、を有し、第２のマイクロレンズアレイは、第１のマイクロレンズアレイの単位レンズの各々から出射した光束を分割する複数の単位レンズからなる単位レンズセットが、二次元状に配置されて構成され、且つ、この単位レンズセットの各々の、絞りの開口部と共役な位置にある単位レンズに、位相膜が設けられていることを特徴とする。
【０００７】
このような顕微鏡装置において、絞りの開口部は、光軸を含むように配置され、第２のマイクロレンズアレイの単位レンズセットの各々は、当該単位レンズセットの中心にある単位レンズに位相膜が形成されていることが好ましい。
【０００８】
あるいは、このような顕微鏡装置において、絞りの開口部は、光軸を囲むようにリング状に形成され、第２のマイクロレンズアレイの前記単位レンズセットの各々は、当該単位レンズセットの中心を囲みリング状に位置する単位レンズに位相膜が形成されていることが好ましい。
【０００９】
また、このような顕微鏡装置は、受光素子が２次元状に配置され、第１のマイクロレンズアレイ及び第２のマイクロレンズアレイで形成される標本の像を検出する撮像素子を有し、第２のマイクロレンズアレイの各々の単位レンズで形成される像の位置に、撮像素子を構成する受光素子の各々が配置されていることが好ましい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明に係る顕微鏡装置を以上のように構成すると、外部位相差観察が可能で、かつ、光学系の全長が短い顕微鏡装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】顕微鏡装置の構成を示す説明図である。
【図２】第１及び第２のマイクロレンズアレイの構成を示す説明図であって、（ａ）は第１のマイクロレンズアレイを示し、（ｂ）は絞りに光軸上に位置する開口部を形成したときの第２のマイクロレンズアレイを示し、（ｃ）は第２のマイクロレンズアレイの単位レンズセットの構成を示す。
【図３】絞りに光軸を囲むリング状の開口部を形成したときの、第２のマイクロレンズアレイの単位レンズセットの構成を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
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。この顕微鏡装置１０は、標本Ｈを位相差観察するものであり、光源１、光軸上に光源１からの光が通過する開口部２ａが形成された絞り２、焦点がこの絞り２の開口部２ａと略一致するように配置され、開口部２ａを通過した光を略平行光にして標本Ｈに照射するコンデンサレンズ３、標本Ｈを含む標本面Ｆ１からの光を集光して一次像面Ｆ３に結像する対物レンズ４、一次像面Ｆ３上に配置された第１のマイクロレンズアレイ５、このマイクロレンズアレイ５よりも像側であって、対物レンズ４の射出瞳面Ｆ２と共役な面Ｆ４上に配置された第２のマイクロレンズアレイ６、及び、第１及び第２のマイクロレズアレイ５，６で二次像面Ｆ５上に結像された標本面Ｆ１（標本Ｈ）の像を検出する撮像素子７を有し、光軸上にこの順で並んで配置されていてる。以上のように、この顕微鏡装置１０において、第１のマイクロレンズアレイ５及び撮像素子７は標本Ｈと共役な位置に配置され、第２のマイクロレンズアレイ６は対物レンズ４の射出瞳と共役な位置に配置されている。さらに、絞り２の開口部２ａは対物レンズ４の射出瞳と共役である。なお、図１において、観察像の結像光線のうち直接光が実線で示され、回折光が一点鎖線で示され、射出瞳の結像光線が破線で示されている。
【００１３】
ここで、第１及び第２のマイクロレンズアレイ５，６は、図２に示すように、多数個の単位レンズ（マイクロレンズ）が２次元状に配置されたものであり、これらの単位レンズの焦点面は、略同一平面上に位置するように構成されている。この本実施形態に係る顕微鏡装置１０において、第１のマイクロレンズアレイ５及び第２のマイクロレンズアレイ６は、略同一の直径を有している。また、光軸方向から見たときに、第１のマイクロレンズアレイ５の単位レンズ５ａの各々を、複数の第２のマイクロレンズアレイ６の単位レンズ６ａが分割するように配置されている。図２（ｃ）は、第１のマイクロレンズアレイ５の単位レンズ５ａの一つに対応して配置された第２のマイクロレンズアレイ６の単位レンズ６ａの組（以下、「単位レンズセット６ｂ」と呼ぶ）を示しており、この図２の場合は、１つの単位レンズ５ａに対応して配置された単位レンズセット６ｂは、３×３の９個の単位レンズ６ａで構成されている。すなわち、第２のマイクロレンズアレイ６は、第１のマイクロレンズアレイ５の単位レンズ５ａの数と同じ数の単位レンズセット６ｂが２次元状に配置されて構成されている。そして、対物レンズ４により標本面Ｆ１の一次像を第１のマイクロレンズアレイ５の単位レンズ５ａで分割し、さらに、この第１のマイクロレンズアレイ５の各々の単位レンズ５ａを出射した光束を、各々の単位レンズ５ａに対して設けられた第２のマイクロレンズアレイ６の単位レンズセット６ｂの単位レンズ６ａで分割して結像するように構成されている。
【００１４】
本実施形態に係る顕微鏡装置１０において、上述のように、第２のマイクロレンズアレイ６は、対物レンズ４の射出瞳面Ｆ２と略共役な位置（瞳共役面Ｆ４上）に配置されており、さらに、この第２のマイクロレンズアレイ６の単位レンズセット６ｂの各々は、この単位レンズセット６ｂを構成する単位レンズ６ａのうち、絞り２の開口部２ａと略共役な位置にある単位レンズ６ａに位相膜が形成されている（図２においては、中央の単位レンズ６ａに位相膜が形成されている）。この位相膜は、透過する光の位相を１／４波長進める、若しくは、遅らせるとともに、透過する光の光量を小さくするものである。
【００１５】
なお、撮像素子７は、複数の受光素子が２次元状に配置されたＣＣＤやＣＭＯＳ等で構成され、この撮像素子７で取得された標本Ｈの像は、図示しない処理装置に出力され、デジタル画像として記憶されたり、表示装置に表示される。また、撮像素子７の代わりに接眼レンズを配置し、直接観察することも可能である。
【００１６】
以上のような構成の顕微鏡装置１０において、光源１から放射された光は絞り２に入射し、一部の光がこの絞り２の開口部２ａを通過してコンデンサレンズ３で略平行光に変換され、標本Ｈに照射される。そして、この標本Ｈを含む標本面Ｆ１からの光は、対物レンズ４で集光されて一次像面Ｆ３に標本面Ｈの一次像を形成し、この一次像面Ｆ３からの光は第１のマイクロレンズアレイ５の単位レンズ５ａの各々で集光される。さらに、第２のマイクロレンズアレイ６の単位レンズ６ａの各々で集光されて、二次像面Ｆ２に標本面Ｆ１の二次像が形成され、撮像素子７で検出される。
【００１７】
ここで、標本面Ｆ１に照射された光源１からの光のうち、標本Ｈを透過する光は、この標本Ｈを通過する直接光と、標本Ｈの表面等（媒質の屈折率の変化する部分）で回折した回折光とに分かれる。図１において、光軸上にある標本面Ｆ１から出射した光を用いて説明すると、標本Ｈを通過した直接光は、対物レンズ４で集光され、一次像面Ｆ３上に結像する。この一次像面Ｆ３上には第１のマイクロレンズアレイ５が配置されており、直接光は、この第１のマイクロレンズアレイ５の光軸上の単位レンズ５ａを通過して、第２のマイクロレンズアレイ６の光軸上の単位レンズセット６ｂのうち、光軸上の単位レンズ６ａに入射する。この光軸上の単位レンズ６ａには、上述のように位相膜が設けられており、この単位レンズ６ａを通過した直接光の位相は、１／４波長進められるか、若しくは、遅らされる。そして、この直接光は、光軸上の単位レンズ６ａにより、撮像素子７（二次像面Ｆ５）の光軸上に結像される。
【００１８】
一方、標本Ｈにより回折し、標本面Ｆ１の光軸上から出射した回折光は、直接光よりも広がって対物レンズ４に入射し、この対物レンズ４で集光されて一次像面Ｆ３上に結像する。そして、第１のマイクロレンズアレイ５の光軸上の単位レンズ５ａを通過し、第２のマイクロレンズアレイ６の光軸上の単位レンズセット６ｂに入射する。この回折光は、直接光よりも広がって標本面Ｆ１から出射しているため、単位レンズセット６ｂの光軸上の単位レンズ６ａだけでなく、その周りの単位レンズ６ａにも入射する。そして、この回折光は、単位レンズセット６ｂの各々の単位レンズ６ａで集光され、撮像素子７（二次像面Ｆ５）の光軸上（直接光と同じ位置）に結像される。そのため、単位レンズセット６ｂのうち、中央以外の単位レンズ６ａを通過した回折光の位相は変化していない。
【００１９】
以上より、二次像面Ｆ５に結像される標本面Ｆ１の像のうち、標本Ｈの表面のように、直接光と回折光とが出射した部分の像は、第２のマイクロレンズアレイ６の単位レンズ６ａのうち、位相膜が設けられた単位レンズ６ａを通過した直接光と設けられていない単位レンズ６ａを通過した回折光とが干渉する。位相膜で、直接光の位相が１／４波長進められているときは、直接光と回折光とは弱め合い、１／４波長遅らされているときは、直接光と回折光とは強めあう。また、標本面Ｆ１から出た光のうち、回折が起こらない部分から出射した光（すなわち、直接光のみのとき）は、このような干渉は発生しない。そのため、標本Ｈのうち、回折が起こる部分の像のコントラストを他の部分と変化させることができ、標本Ｈの像を可視化することができる。
【００２０】
本実施形態に係る顕微鏡装置１０のように、標本面Ｆ１の一次像面Ｆ３に第１のマイクレンズアレイ５を配置し、さらにその像側で対物レンズ４の射出瞳面Ｆ２と共役な面Ｆ４に第２のマイクロレンズアレイ６を配置することにより、この第２のマイクロレンズアレイ６に位相リングの役割を持たせることができ、外部位相差観察が可能となる。このとき、第１及び第２のマイクロレンズアレイ５，６は、複数の単位レンズ５ａ，６ａで構成されているため、個々の単位レンズ５ａ，６ａの焦点距離を短くすることができ、全体として、第１及び第２のマイクロレンズアレイ５，６の焦点距離を短くして、この顕微鏡装置１０の光学系の全長を短くすることができる。また、このように、対物レンズ４の外部に第１及び第２のマイクロレンズアレイ５，６を配置することができるので、位相差用対物レンズ（対物レンズ内の射出瞳面に位相リングが配置されたもの）を用いる必要がなく、第１及び第２のマイクロレンズアレイ５，６を光軸上に挿抜することで、位相差観察と明視野観察とを切り換えることができる。
【００２１】
さらに、第２のマイクロレンズアレイ６の単位レンズ６ａの配置と、撮像素子７の受光素子の配置とを揃える（個々の単位レンズ６ａで結像された像が、撮像素子７の個々の受光面上に位置する）ように構成することにより、視差毎の画像取得が可能となり、この画像から実体顕微鏡装置で位相差観察を行うような効果を得ることができる。
【００２２】
なお、絞り２を、光軸を囲むように形成されたリング状の開口部を有するリング絞りとした場合、第２のマイクロレンズアレイ６の単位レンズセット６ｂは、図３に示すように、リング状の開口部と共役な位置にある単位レンズ６ａに位相膜を設けることにより、位相差観察を行うことができる。図３では、単位レンズ６ａを１０×１０の１００個の単位レンズ６ａで構成し、これらの単位レンズ６ａのうち、リング状の開口部と共役な単位レンズ６ａに全体としてリング状になるように位相膜を設けた場合を示している。
【００２３】
また、以上の説明では、第１及び第２のマイクロレンズアレイ５，６を構成する単位レンズ５ａ，６ａを光軸方向から見たときに、円形形状に形成した場合について説明したが、矩形形状や六角形形状としても良い。
【符号の説明】
【００２４】
１  光源    ２  絞り    ２ａ  開口部
３  コンデンサレンズ    ４  対物レンズ
５  第１のマイクロレンズアレイ    ５ａ  単位レンズ
６  第２のマイクロレンズアレイ    ６ａ  単位レンズ    ６ｂ  単位レンズセット
７  撮像素子    １０  顕微鏡装置
【図１】
2012220611.tif 000003
【図２】
2012220611.tif 000004
【図３】
2012220611.tif 000005