(57)【要約】【課題】高開口数、長作動距離のレンズ系に対しても、光量ロスを低減して有効なエピダーク照明を供給することが可能な構成の落射暗視野照明用対物レンズ、及びこれを備えた顕微鏡を提供する。【解決手段】落射照明装置から供給されるリング状の光束を集光させて標本１６を照明する略中空円筒状の光学部材４０と、この光学部材４０に同軸的に包囲されて標本１６からの反射光を結像するレンズ系３１とを備えて構成される対物レンズ３０であって、光学部材４０は、落射照明装置から供給される光束を拡径させてレンズ系３１の略光軸方向へ偏向させる光偏向部４１と、光偏向部４１により偏向された光束を略光軸方向に沿って導く導光部４５と、導光部４５により導かれた光束を標本１６に集光させる集光部４８とが一体的に繋がって構成される。【選択図】図２
2012013879.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
照明装置から供給されるリング状の光束を集光させて標本面を照明する略中空円筒状の光学部材と、前記光学部材に同軸的に包囲されて標本面からの反射光を結像するレンズ系とを備えて構成される対物レンズであって、
前記光学部材は、前記照明装置から供給される光束を拡径させて前記レンズ系の略光軸方向へ偏向させる光偏向部と、前記光偏向部により偏向された光束を略光軸方向に沿って導く導光部と、前記導光部により導かれた光束を標本面に集光させる集光部とが一体的に繋がって構成されていることを特徴とする落射暗視野照明用対物レンズ。
【請求項２】
前記光学部材が、前記照明装置から供給されて透過した光束を、当該光学部材と外部との境界面で全反射させることで、前記光偏向部での偏向及び前記集光部での集光を行わせることを特徴とする請求項１に記載の落射暗視野照明用対物レンズ。
【請求項３】
前記光偏向部、前記導光部及び前記集光部が、同一材料により一体的に形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の落射暗視野照明用対物レンズ。
【請求項４】
前記光学部材の入射面および射出面の少なくとも一方に反射防止膜が形成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落射暗視野照明用対物レンズ。
【請求項５】
前記光学部材の射出面に、射出光の進行方向が当該射出面に対して法線方向を向くような曲率が形成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の落射暗視野照明用対物レンズ。
【請求項６】
前記照明装置と、
請求項１〜５のいずれか一項に記載の落射暗視野照明用対物レンズとを備えて構成されることを特徴とする顕微鏡。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、顕微鏡等の光学系に最適な落射暗視野照明用対物レンズ、及びこれを備えた顕微鏡に関する。
【背景技術】
【０００２】
落射暗視野照明（「エピダーク照明」とも称される）とは、落射照明型顕微鏡において標本からの反射光を結像するレンズ系（対物レンズ光学系）の周囲から当該レンズ系の光軸に中心が一致するリング状光束を供給し、この光束をレンズ系の先端付近に設けられた集光部材（例えば反射鏡）によって標本上に導く落射暗視野観察のための照明である。近年では、対物レンズの高開口数化や長作動距離化が進んでおり、これに伴って対物レンズの外径がより大きくなる傾向にあるため、従来の落射照明型顕微鏡において標準的に装備されている照明系（リング状光束の供給系）では有効なエピダーク照明を行うことが難しい。そこで、例えば特許文献１には、大口径を有するレンズ系に対応した落射暗視野照明を可能にすべく、レンズ系の光軸と同心状に配置された外方偏向部材、内方偏向部材、及び集光部材を備えたエピダーク照明用の対物レンズが開示されている（例えば、特許文献１を参照）。
【０００３】
この対物レンズにおいては、光源からのリング状光束は外方偏向部材によって外方へ偏向されてより大きな径の光束に変換され、この偏向された光が内方偏向部材によりレンズ系の光軸方向に直進する平行光束として更に偏向された後、集光部材により集光されて標本に照射されるようになっている。標本で反射した反射光は、レンズ系を通って結像レンズに入射し、この結像レンズで結像された像を接眼レンズを介して観察することにより、標本の落射暗視野観察が行われる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】実公平２−４１６０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記のような対物レンズは大きな有効径にも対応しているが、レンズ系の周囲に配置する光学部材（偏向部材、集光部材）間での光路中で角度を持つ光線（平行光束以外の光線）が光学部材の周囲に設けられた鏡筒の内壁面に当たって光路外へ反射されることで光量ロスが生じる。顕微鏡における暗視野観察では、その観察方法の特性上、強い照明光を供給することが必要となるため、照明光の光量を十分に確保できないと、良好な落射暗視野観察ができなくなるという問題がある。
【０００６】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、高開口数、長作動距離のレンズ系に対しても、光量ロスを低減して有効なエピダーク照明を供給することが可能な構成の落射暗視野照明用対物レンズ、及びこれを備えた顕微鏡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】
【０００７】
このような目的を達成するため、第１の本発明に係る落射暗視野照明用対物レンズは、照明装置から供給されるリング状の光束を集光させて標本面を照明する略中空円筒状の光学部材と、光学部材に同軸的に包囲されて標本面からの反射光を結像するレンズ系とを備えて構成される対物レンズであって、光学部材は、照明装置から供給される光束を拡径させてレンズ系の略光軸方向へ偏向させる光偏向部と、光偏向部により偏向された光束を略光軸方向に沿って導く導光部と、導光部により導かれた光束を標本面に集光させる集光部とが一体的に繋がって構成されている。
【０００８】
なお、本発明の落射暗視野照明用対物において、光学部材が、照明装置から供給されて透過した光束を、当該光学部材と外部との境界面で全反射させることで、光偏向部での偏向及び集光部での集光を行わせることが好ましい。
【０００９】
また、本発明の落射暗視野照明用対物において、光偏向部、導光部及び集光部が、同一材料により一体的に形成されていることが好ましい。
【００１０】
また、本発明の落射暗視野照明用対物において、光学部材の入射面および射出面の少なくとも一方に反射防止膜が形成されていることが好ましい。
【００１１】
また、光学部材の射出面に、射出光の進行方向が当該射出面に対して法線方向を向くような曲率が形成されていることが好ましい。
【００１２】
また、このような目的を達成するため、第２の本発明に係る顕微鏡は、照明装置と、上記構成の落射暗視野照明用対物レンズとを備えて構成される。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、高開口数、長作動距離のレンズ系に対しても、光量ロスを低減して有効なエピダーク照明を供給することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本実施形態に係る対物レンズを備えた顕微鏡を示す側面図である。
【図２】上記対物レンズを示す側断面図である。
【図３】上記顕微鏡における暗視野観察状態を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の一実施の形態に係る落射暗視野照明用対物レンズ（以下、単に「対物レンズ」と称する）を備えた顕微鏡について図面を参照して説明する。なお、以下の実施の形態は、発明の理解の容易化のためのものに過ぎず、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲において当業者により実施可能な付加・置換等を施すことを排除することは意図していない。この点に関しては補正・訂正後においても同様である。
【００１６】
図１に対物レンズを備えた顕微鏡の側面図を示しており、まず、この図面を参照して顕微鏡の全体構成を概要説明する。この顕微鏡１は、顕微鏡本体２、落射照明装置３、ステージ１５、対物レンズ３０、及び接眼レンズ１８等を備えて構成される。
【００１７】
落射照明装置３は、ランプハウス１１、照明光学系１２、及び暗視野観察用のフィルタブロック１３（以下、「暗視野ブロック」と称する）等を備えて構成されており、ランプハウス１１からの照明光は照明光学系１２を介して暗視野ブロック１３に導かれる。暗視野ブロック１３中の中空ミラーで反射された照明光は、対物レンズ３０の外周部の暗視野照明光路に入射し、この暗視野照明光路を介してステージ１５に載置された標本１６に照射される。なお、対物レンズ３０はレボルバ１９を介して顕微鏡本体２に配置され、適宜交換可能になっている。
【００１８】
標本１６からの光は、対物レンズ３０で集光され、暗視野ブロック１３の中空ミラー（中空部分）を通過して、結像光学系１７を介して接眼レンズ１８で観察者に標本像が観察される。以上のようにして、暗視野観察可能な顕微鏡１が構成されている。
【００１９】
なお、以降の説明では、倒立顕微鏡１を基に説明するが、対物レンズ３０が適用される顕微鏡は倒立顕微鏡に限定されないことは言うまでもない。また、顕微鏡１の暗視野ブロック１３を当該顕微鏡１の光路に挿脱可能に構成して、この暗視野ブロック１３と図示省略する明視野観察用のフィルタブロックとを適宜光路に挿脱し、暗視野観察と明視野観察とを選択的に切換可能に構成してもよい。
【００２０】
次に、図２を追加参照して、顕微鏡１に備えられた対物レンズ３０について説明する。図２は対物レンズ３０の側断面図を示している。なお、図２においては説明の便宜上、図１及び図３の状態に対して上下方向を反転させた状態の対物レンズ３０を示している。
【００２１】
対物レンズ３０は、図２に示すように、単数または複数のレンズからなるレンズ系３１と、このレンズ系３１の外周を包囲するとともにレンズ系３１の光軸と同心状に配置されて暗視野照明光路を形成する略中空円筒形状の光学部材４０とを有している。なお、レンズ系３１については、従来公知のものであるので、その詳細説明を省略する。
【００２２】
光学部材４０は、光偏向部４１、導光部４５、及び集光部４８からなり、これらの要素が上下方向に連なって一体的に形成され、全体として略中空円筒形状を呈している。この光学部材４０は、射出成形等の手段により完全一体に成形したものでも、複数の要素を接合して（貼り合わせて）一体的に形成したものであってもよい。また、光学部材４０は、各要素が同一の材料によって形成されていることが好ましく、適用される材料としては例えば、プラスチック等の樹脂、ガラス、石英などが例示される。特に、樹脂成形品は、射出成形の如き成形によって作られるため、その形状の如何に拘らず作製が困難となることがなく、製造コストを抑えることができるとともに、対物レンズ３０の軽量化が図られる。
【００２３】
光偏向部４１は、図２において下方に向かって拡径されたリング状のプリズムで構成されており、真空蒸着等により単層又は複層からなる反射防止膜が施された入射面４２、及び径方向に対向配置された一対の全反射面４３，４４を有している。互いに平行配置された全反射面４３，４４は約４５°の傾斜角をなしているが、この傾斜角に限定されるものではなく、この光偏向部４１の屈折率などに応じて適宜な角度に設定される。
【００２４】
導光部４５は、光偏向部４１と同一の物質により円筒状に形成されている。導光部４５の内周面４６には、径方向内方に延びてレンズ系３１の外周に繋がる複数の接続アーム（図示せず）が周方向等間隔に設けられており、これにより導光部４５にレンズ系３１が同心状に保持される。
【００２５】
集光部４８は、光偏向部４１および導光部４５と同一物質により、図２において下方に向けて縮径されたリング状に形成されており、この光学部材４０を透過した光束（照明光）がレンズ系３１の光軸上に集光されるような全反射面４９、及び真空蒸着等により単層又は複層からなる反射防止膜が施された射出面５０を有している。全反射面４９は、レンズ系３１の光軸上に焦点を有する放物面（光軸を中心とする回転放物面）により形成されている。また、射出面５０は、その射出光線が当該射出面５０（光学作用面）に対してほぼ法線方向を向くような所定の曲率を持つ面となっており、射出光線が当該射出面５０で表面反射するのを防止している。
【００２６】
このような光学部材４０では、光学部材４０と空気層との境界面となる上記の全反射面４３，４４，４９において入射角を臨界角よりも大きく設定し、光学部材４０内からこの境界面に入射する光束が全反射されるようになっている。
【００２７】
それでは、このように構成される対物レンズ３０を備えた顕微鏡１における暗視野観察について図３を追加参照して説明する。図３は、顕微鏡１における暗視野観察状態を示している。なお、以降の説明において、顕微鏡１を構成する筐体は図示及び説明を省略している。
【００２８】
図３において、ランプハウス１１（図１を参照）からの照明光は、暗視野レンズ２１でリング状の光束に変換され、暗視野ブロック１３の暗視野中空ミラー２２（以下、「中空ミラー」と称する）に入射する。中空ミラー２２で（垂直上方に折り曲げられるように）反射された光束は、対物レンズ３０（図２に示すように、光学部材４０の光偏向部４１に形成された入射面４２）に垂直入射する。
【００２９】
そして、図２において、光偏向部４１に入射した光束は、この光偏向部４１を透過して全反射面４３に到達し、径方向外方へ全反射される。この反射された光束は、光偏向部４１を更に透過してもう一方の全反射面４４に到達して、導光部４５へ向けて垂直方向に全反射される。これにより、落射照明装置３から供給されたリング状光束の光束径が光偏向部４１によって拡大される。
【００３０】
このように光偏向部４１により全反射の作用を受けて偏向された光束は、より大きな径のリング状光束として整形されて、この光偏向部４１と一体に繋がる導光部４５へと導かれる。導光部４５を透過する光束は、レンズ系３１の光軸方向と略平行に直進して、レンズ系３１の先端近傍において当該光軸をレンズ系３１の光軸と一致させて配置された集光部４８に導かれる。なお、光束が導光部４５の内部を透過する際に、光軸方向に対して角度のついた光線は、導光部４５の内周面４６又は外周面４７で全反射されて光路（暗視野照明光路）に戻るため、この経路中での光量ロスが抑制される。
【００３１】
導光部４５より導かれた光束は、集光部４８を透過し全反射面（放物面）４９に到達して、レンズ系３１の光軸上の焦点に向けて全反射される。この全反射された光は射出面５０から射出されて標本１６（標本面）に集光し、暗視野観察が可能となるように十分に大きな入射角で標本１６を照明する。
【００３２】
標本１６からの観察光はレンズ系３１により集められて略平行光に変換されて暗視野ブロック１３に入射し、中空ミラー２２の中空部を通過して、（結像光学系１７を構成する）第２対物レンズ２３により像面２４に結像される。このようにして、顕微鏡１では標本１６の落射暗視野観察が可能となる。
【００３３】
このような構成によれば、光学部材４０を構成する光偏向部４１、導光部４５及び射出部４８を樹脂等の同一材料で一体化して形成し、光学部材４０に入射した光束をレンズ系３１よりも径の大きな光束に整形して射出するための光束の偏向や集光等には全反射の作用を利用しているので、この光学部材４０における暗視野照明光路での光量ロスがほとんど無くなる。
【００３４】
また、光学部材４０の入射面４２及び射出面５０に反射防止膜を形成するとともに、射出面５０には所定の曲率を形成して、これら入射面４２及び反射面５０での表面反射を防止しているため、この光学部材４０への入射光及び射出光に対する光量ロスも低減することができる。
【００３５】
従って、以上説明した本実施形態に係る対物レンズ３０及びこれを備えた顕微鏡１によれば、落射照明装置３から供給されるリング状光束を、その光量ロスの防止を図りつつ、レンズ系３１の周囲でより大きな径のリング状光束に変換して、暗視野観察が可能となるように十分に大きな入射角で標本１６上を照明することができるため、高開口数、長作動距離を有する大口径のレンズ系３１に対しても、効率よく有効なエピダーク照明を供給することが可能である。
【００３６】
また、光偏向部４１、導光部４５及び集光部４８を一体化して光学部材４０を形成しているため、対物レンズ３０の部品点数が少なくなって組み立て誤差が低減され、レンズ系３１に対する位置精度（例えば、光学部材４０の集光位置とレンズ系３１の焦点位置との位置精度など）を容易に確保することが可能になる。
【００３７】
さらに、このような顕微鏡１によれば、十分な光量を標本１６に照射して良好な暗視野観察をすることが可能である。
【００３８】
なお、本実施形態に係る対物レンズ３０及び顕微鏡１は、上記構成に限定されるものではない。
【００３９】
例えば、上記のように一体的に形成される光学部材４０中に光偏向部４１および導光部４５を２組形成して交互に配置し、第１の光偏向部４１でリング状光束を拡径して第１の導光部４５に導いた後、更に第２の光偏向部４１でリング状光束を拡径して第２の導光部４５に導き、最終的に射出部４８から射出する構成、すなわちリング状照明の光束径を２段階（複数段階）で拡大させるような構成としてもよい。
【００４０】
また、顕微鏡１において、中空ミラー２２と対物レンズ３０との間に、リング状の照明光の光束径を対物レンズ３０（光学部材４０の光偏向部４１の入射面４２）の径に合わせるためのプリズムを更に追加して構成してもよい。
【００４１】
また、集光部４８の全反射面４９として、上述の実施形態のように放物面ではなく、例えば、傾斜面、非球面、その他の自由曲面（多項式非球面など）を形成してもよい。さらに、集光部４８の射出面５０として、上述の曲率に限定されず、他の自由曲面（多項式非球面など）を形成してもよい。
【００４２】
なお、本発明では、光学部材４０内での暗視野照明光路中において、当該光束の一部が光学部材４０と空気層との各境界面で全反射以外の屈折を行うことを排除するものではない。
【符号の説明】
【００４３】
１  顕微鏡
３  落射照明装置（照明装置）
１１  ランプハウス（照明装置）
１２  照明光学系（照明装置）
１３  フィルタブロック（照明装置）
１６  標本
３０  対物レンズ（落射暗視野照明用対物レンズ）
３１  レンズ系
４０  光学部材
４１  光偏向部
４２  入射面
４３  全反射面（境界面）
４４  全反射面（境界面）
４５  導光部
４８  集光部
４９  全反射面（境界面）
５０  射出面
【図１】
2012013879.tif 000003
【図２】
2012013879.tif 000004
【図３】
2012013879.tif 000005