(57)【要約】【課題】大気中の粉塵や建築材から採取した試料に含有する位相差量のごく小さいアスベストなどの鉱物繊維を検出することができる位相差顕微鏡を提供する。【解決手段】アスベスト検査用顕微鏡１を、光源２１から順に、この光源２１からの光を試料Ｓに照射する照明光学系２０と、試料Ｓを透過した光を集光し像を形成する対物レンズ３０とを備え、照明光学系２０中に、対物レンズ３０の像側焦点面と共役な位置の近傍に配置されたリング絞り２４を有し、対物レンズ３０の像側には、リング絞り２４と共役な位置に配置され、リング絞り２４の開口部２４ａを覆う形状の位相リング３１を有して構成される。そして、位相リング３１の透過率をμ［％］としたとき、次式５  ≦  μ  ≦  ２０を満足するように構成される。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源から順に、前記光源からの光を試料に照射する照明光学系と、前記試料を透過した光を集光し像を形成する対物レンズとを備え、
前記照明光学系中に、前記対物レンズの像側焦点面と共役な位置の近傍に配置されたリング絞りを有し、
前記対物レンズの像側には、前記リング絞りと共役な位置に配置され、前記リング絞りの像の開口部を覆う形状の位相リングを有して構成され、
前記位相リングの透過率をμ［％］としたとき、次式
５  ≦  μ  ≦  ２０
を満足する位相差顕微鏡。
【請求項２】
前記対物レンズの倍率が１０倍または４０倍である請求項１に記載の位相差顕微鏡。
【請求項３】
前記試料はアスベストである請求項１または２に記載の位相差顕微鏡。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、位相差顕微鏡に関する。
【背景技術】
【０００２】
アスベストはその耐熱性などを理由に、建材などにかつては幅広く使用されていた。近年、アスベストが使用された建築物を解体する際に、飛散するアスベストが原因と考えられる疾病が社会問題化している。そのため、大気に対するアスベストの含有の有無を調査するニーズが高まっている。大気中から採取し、得られた試料は、まず位相差顕微鏡で観察される。位相差顕微鏡とは、位相物体によって生じる光の位相のずれを、光の強弱のコントラストに変えて観察するものである。通常の明視野顕微鏡の照明光路中、対物レンズの像側焦点面（瞳）と共役な位置にリング形状の開口絞り（以下、「リング絞り」と呼ぶ）を設け、このリング絞りの共役位置である対物レンズの像側焦点位置又はその共役位置に、リング形状の位相膜が形成された位相リング（位相板）と呼ぶ特殊なフィルタを対物レンズの光路中に設けてある。位相物体を通過した光は、周囲の光と位相差を生じるが、位相物体で回折された回折光、及び、透過したままの透過光と分けて考えることができる。これら回折光と透過光は、位相差が小さい場合は、位相が約４分の１波長だけずれる。これを利用して、リング絞りの共役部分に、透過光の位相を４分の１波長だけずらす作用を持つ位相膜（位相リング）を配置する。これにより像面では、回折光と直接光は干渉して強め合ったり弱め合ったりして光の強弱になる。位相物体によって生じる位相差量が小さい場合には、回折光の強度は位相差量に比例する。回折光は透過光に比べて弱いので、位相膜部分には吸収フィルタを配置して、直接光を弱めてコントラストが高まるように工夫される。フィルタによる光の透過率は、対象試料の位相差に応じて変えた対物レンズが準備されており、透過率が低いフィルタはコントラストが高く描写され、位相差量のごく小さい物体の観察に向いている。逆に透過率の高いフィルタはコントラストが低く描写されるという性質がある（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００７−１０８６６４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、従来の位相差顕微鏡では、使用されているフィルタの透過率が不適切で、コントラストが低くなり、位相差量のごく小さいアスベストなどの鉱物繊維を見落とす可能性があるという課題があった。
【０００４】
本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、大気中の粉塵や建築材から採取した試料に含有する位相差量のごく小さいアスベストなどの鉱物繊維を検出することができる位相差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】
【０００５】
前記課題を解決するために、本発明に係る位相差顕微鏡（例えば、実施形態におけるアスベスト検査用顕微鏡１）は、光源から順に、この光源からの光を試料に照射する照明光学系と、試料を透過した光を集光し像を形成する対物レンズとを備え、照明光学系中に、対物レンズの像側焦点面と共役な位置の近傍に配置されたリング絞りを有し、対物レンズの像側には、リング絞りと共役な位置に配置され、リング絞りの像の開口部を覆う形状の位相リングを有して構成される。そして、位相リングの透過率をμ［％］としたとき、次式
５  ≦  μ  ≦  ２０
を満足するように構成される。また、更に好ましくは
１１  ≦  μ  ≦  １７
である。
【０００６】
なお、このような本発明に係る位相差顕微鏡において、対物レンズの倍率が１０倍または４０倍であることが好ましい。
【０００７】
また、このような本発明に係る位相差顕微鏡において、試料はアスベストであることが好ましい。
【発明の効果】
【０００８】
本発明に係る位相差顕微鏡を以上のように構成すると、位相差量のごく小さいアスベストなどの鉱物繊維であっても、その像はコントラストが高く見落とすことがない。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
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。なお、本実施例では、本発明に係る位相差顕微鏡として、位相リングを含む位相差対物レンズだけでなく、遮光リングを含む分散対物レンズも有するアスベスト検査用顕微鏡を例に説明する。まず、図１を用いてこのアスベスト検査用顕微鏡１の構成について説明する。このアスベスト検査用顕微鏡１は、正立型であり、基台２、直立ベース３、アーム４、照明レンズユニット５、試料ステージ６、ステージ駆動部７、レボルバ８、位相差対物レンズ９、分散対物レンズ１０、観察鏡筒１１及び接眼レンズ鏡筒１２を備える。基台２には、直立ベース３が立設され、この直立ベース３の上部には、アーム４が水平に延出している。また、基台２の後面（図１においては左側）には、光源部１３が設けられている。直立ベース３の前面には、照明レンズユニット５びステージ駆動部７が取り付けられている。このステージ駆動部７は、試料Ｓを載置する試料ステージ６を光軸ＡＸ方向に上下させるとともに、この光軸ＡＸ廻りに回転可能に保持している。アーム４の先端下部には、位相差対物レンズ９及び分散対物レンズ１０を光路に対して挿脱するレボルバ８が設けられ、アーム３の先端上部には、観察鏡筒１１が設けられている。そしてこの観察鏡筒１１の先端部には、接眼レンズ鏡筒１２が接続されている。
【００１０】
以下、光路に沿ってこのアスベスト検査用顕微鏡１の光学系の配置を説明する。光源部１３には、光源２１（例えば、白色光を発するハロゲンランプやタングステンランプ）が収納されている。基台２の内部には、コリメータレンズ２２と照明光を上方へ反射するミラー２３が収納されている。照明レンズユニット５には、リング絞り２４とコンデンサレンズ２５とが保持されている。これらの光源２１からコンデンサレンズ２５が照明光学系２０を構成している。
【００１１】
位相差対物レンズ９は、対物レンズ３０と位相リング３１とを有している。観察鏡筒１１には、アナライザ３２、デポラライザ３３、結像レンズ３４及びプリズム３５が収納されている。ここで、アナライザ３２は、光軸ＡＸ廻りに回転可能である。なお、プリズム３５は、このプリズム３５に到達した光を２つに分離して、一方を接眼レンズ３６、他方を図示しない撮像装置へ導くように配設されている。
【００１２】
それでは、図２を用いてこのアスベスト検査用顕微鏡１の光学系の作用を、位相差対物レンズ９を中心に説明する。光源２１から射出した照明光Ｌ１は、コリメータレンズ２２により平行光束に変換され、リング絞り２４に入射する。ここで、リング絞り２４は、図３（ａ）に示すように、リング状の開口部２４ａを有する。照明光Ｌ１は、このリング絞り２４の開口部２４ａを通過した後に、コンデンサレンズ２５により試料Ｓに照射され、この試料Ｓをケーラー照明する。照明光Ｌ１が試料Ｓを照明することにより、試料Ｓを直接透過する透過光（０次の回折光とも言う）及び試料Ｓにより回折される回折光が生じる。すなわち、試料Ｓからの光Ｌ２としては、透過光及び回折光があり、図２においては、透過光を実線で示し、回折光を破線で示す。なお、符号ＡＸは、試料Ｓからの光Ｌ２の光軸を表している。
【００１３】
試料Ｓからの光Ｌ２、すなわち透過光及び回折光は、対物レンズ３０に入射して平行光に変換され、リング絞り２４と共役な位置に配置された位相リング３１に入射する。位相リング３１は、図３（ｂ）に示すように、光を透過する円盤状の部材３１にリング状の位相膜として形成されており、この位相リング（位相膜）３１が、リング絞り２４の開口部２４ａに対応する位置に（開口部２４ａを覆うように）配置されている。このように、リング絞り２４と位相リング３１とが共役な位置に配置されているため、試料Ｓからの光Ｌ２のうち、透過光（０次の回折光）はこの位相リング３１に入射し、回折光はその周囲を通過する。ここで、試料Ｓで回折した光（回折光）は、照明光Ｌ１に比較して４分の１波長ずれる（遅れる）。一方、位相リング３１は、透過する光の位相を、４分の１波長だけずらす（進める）とともに、この光の一部を吸収してその光量を弱めるように構成されている。従って、透過光は４分の１波長進められるとともに、光量が少なくなる。そして、位相リング３１を通過した光（透過光及び回折光）Ｌ２は結像レンズ３４により１次像面Ｉに結像される。このとき、回折光と透過光とは、２分の１波長ずれているため、試料の像は互いに弱め合い暗い像となり、背景は明るくなり、全体としてコントラストが形成される。また、位相リング３１が透過する光の位相を４分の１波長遅らせる場合、波長のずれがなくなるため、試料像は明るい像となり、背景は暗くなる。
【００１４】
なお、図２には図示しないが、アナライザ３２は、試料Ｓを透過した光Ｌ２の中から特定の偏光方向の光のみを透過させるものである。すなわち、アナライザ３２を光軸ＡＸ廻りに回転させることにより、様々な偏光方向の入り交じった光Ｌ２から特定の回転角で特定の直線偏光の光のみを分離選択することができる。すなわち、被検物がアスベストのような複屈折性を持っているかどうかを確認できる。この試料像を接眼レンズ３６によって観察すれば、試料Ｓの特定の偏光方向での状態（色調、形状など）を明瞭に知ることができる。アナライザ３２は、主に、分散対物レンズ１０とともに用いられるものであり、光路に沿って試料Ｓよりも後方であれば任意の位置に配置することができるが、平行光束となっている位相差対物レンズ９若しくは分散対物レンズ１０と結像レンズ３４との間に配設するのが望ましい。
【００１５】
また、アナライザ３２を通過した直線偏光の光は、デポラライザ３３に入射する。デポラライザ３３は、直線偏光の偏光面を回転し、円偏光または楕円偏光の光とするものである。デポラライザ３３を配設することによって、直線偏光の光の偏光方向に依存する光学特性の差を解消して等方的とすることができる。例えば、プリズム３５での反射率は偏光方向により異なるが、直線偏光の光を円偏光の光とすることによって、偏光方向に依存せずに試料像が観察できる。デポラライザ３３は試料Ｓからの光Ｌ２の進行方向において、アナライザ３２の後ろ側の任意の位置に配設できるが、位相リング３１の後ろ側、若しくは、位相差対物レンズ９若しくは分散対物レンズ１０と結像レンズ３４との間に配設するのが望ましい。
【００１６】
以上より、デポラライザ３３を通過した円偏光又は楕円偏光の光は、結像レンズ３４により１次像面Ｉ上に結像する。この試料像を接眼レンズ３６によって観察すれば、試料Ｓの状態を知ることができる。もちろん、観察像を撮像装置（例えば、デジタルカメラ）で撮像し、その画像をディスプレイに表示してもよい。
【００１７】
このようなアスベスト検査用顕微鏡１において、位相差量のごく小さいアスベスト等の微小な物体を、このような位相差対物レンズ９を用いて検出するためには、位相リング３１の透過率μ［％］が次に示す条件式（１）を満足することが必要である。
【００１８】
５  ≦  μ  ≦  ２０                              （１）
【００１９】
この条件式（１）は、アスベストのような位相差量のごく小さい物体（例えば、繊維の長さ２〜３μｍ以下、径０．１μｍ以下、屈折率１．５前後）の像のコントラストを高くして、確実に検知できるための条件である。この条件式（１）の上限値を上回ると、位相差量のごく小さい物体のコントラストが低くなり、この物体を認識できない場合がある。反対にこの条件式（１）の下限値を下回ると、像が暗くなりすぎて物体を認識できなくなる。ここで、本実施例の効果を確実にするためには、条件式（１）の下限値を１１にすることが好ましい。また、条件式（１）の上限値を１７にすることが好ましい。
【００２０】
なお、この位相差対物レンズ９を構成する対物レンズ３０の倍率は、１０倍または４０倍とすることにより、アスベストのような微小物体の像を確実に検出することができる。上述のように、このアスベスト検査用顕微鏡１は、リボルバ８に複数の対物レンズを設けて光路に対して挿脱可能であるため、１０倍及び４０倍の位相差対物レンズと、１０倍及び４０倍の分散対物レンズとをこのレボルバ８に設けることにより、位相差による観察だけでなく、分散染色法による観察も可能である。
【００２１】
図４及び図５は、４０倍の対物レンズ３０を有する位相差対物レンズ９において、位相リング３１の透過率をそれぞれ１４％と４５％にしたときのテストプレートのラインプロファイルを示している（透過率が１４％のときをパターン１とし、透過率が４５％のときをパターン２とする）。ここで、像の明るさの平均値で規格化したこの像の明るさの最大値をＭａｘとし、最小値をＭｉｎとして、このようなラインプロファイルの最大コントラストＣを次式（２）で定義すると、上述の条件においては、それぞれの最大コントラストＣは、図６のようになる。
【００２２】
Ｃ  ＝  （Ｍａｘ−Ｍｉｎ）／（Ｍａｘ＋Ｍｉｎ）        （２）
【００２３】
この図６から明らかなように、位相リング（位相膜）３１の透過率μを、上記条件式（１）を満足するように設定することにより（すなわち、パターン１とすることにより）、コントラストが高い画像を観察することができる。なお、図７に示すように、上記条件式（１）を満たすことにより、アスベストのような位相差量のごく小さい、微小な物体でもはっきりと認識することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明に係るアスベスト検査用顕微鏡の構成を示す説明図である。
【図２】位相差対物レンズを含む光学系を説明するための説明図である。
【図３】リング絞り及び位相リングを示す平面図であって、（ａ）はリング絞りを示し、（ｂ）は位相リングを示す。
【図４】パターン１の場合のラインプロファイル及びその明るさを示す説明図である。
【図５】パターン２の場合のラインプロファイル及びその明るさを示す説明図である。
【図６】パターン１及び２の場合の最大コントラストを示す表である。
【図７】アスベスト撮影画像であって、（ａ）はパターン１の場合であり、（ｂ）はパターン２の場合である。
【符号の説明】
【００２５】
１  アスベスト検査用顕微鏡（位相差顕微鏡）    ２０  照明光学系    ２４  リング絞り
２４ａ  開口部    ３０  対物レンズ    ３１  位相リング    Ｓ  試料
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図６】
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【図４】
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【図５】
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【図７】
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