(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と、
前記光源からの光を観察物体に照射する照明光学系と、
前記観察物体を拡大投影する拡大光学系を有し、
前記照明光学系の瞳位置にリングスリットを配置し、前記リングスリットと前記観察物体を介して略共役な位置に位相膜が配置されている位相差顕微鏡において、
前記拡大光学系は倍率の異なる複数の対物レンズを有し、
前記複数の対物レンズに対し、同一のリングスリットを使用し、
前記照明光学系の略瞳位置に配置された共通リングスリットの中心径が以下の式を満足することを特徴とする位相差顕微鏡。
０．３５＜（Ｒ／Ｉ）＜０．５５
ここで、Ｒは前記共通リングスリットが最低倍の対物レンズの瞳面に投影された像の中心半径を表し、Ｉは最低倍率の対物レンズの瞳の半径を表す。
【請求項２】
前記倍率の異なる複数の対物レンズの倍率の変化率が約４倍以下であることを特徴とする請求項１記載の位相差顕微鏡。
【請求項３】
光源と、
前記光源からの光を観察物体に照射する照明光学系と、
前記観察物体を拡大投影する拡大光学系を有し、
前記照明光学系の瞳位置にリングスリットを配置し、前記リングスリットと前記観察物体を介して略共役な位置に位相膜が配置されている位相差顕微鏡において、
前記拡大光学系は倍率の異なる複数の対物レンズを有し、
前記照明光学系に配置されるリングスリットが挿脱可能であり、前記リングスリットを前記照明光学系に挿入した際に、前記リングスリットの拡大光学系中の複数の対物レンズの瞳面近傍に投影された像が、前記拡大光学系中の前記複数の対物レンズの瞳面近傍に配置された前記位相膜からはみ出さないように以下の式を満足することを特徴とする位相差顕微鏡。
２＜Ｔ／［β（Ｒｏ−Ｒｉ）］＜３．５
ここで、Ｔは前記位相膜の膜幅、Ｒｉは前記リングスリットの内径、Ｒｏは前記リングスリットの外径とし、βは前記リングスリットの拡大光学系への投影倍率を表す。
【請求項４】
光源と、
前記光源からの光を観察物体に照射する照明光学系と、
前記観察物体を拡大投影する拡大光学系を有し、
前記照明光学系の瞳位置にリングスリットを配置し、前記リングスリットと前記観察物体を介して略共役な位置に位相膜が配置されている位相差顕微鏡において、
前記拡大光学系は倍率の異なる複数の対物レンズを有し、前記複数の対物レンズに対して同一のリングスリットを使用する以下の（１）式を満足し、
前記照明光学系に配置される前記リングスリットが挿脱可能であり、前記リングスリットを照明光学系に挿入した際に、前記リングスリットの拡大光学系中の対物レンズの瞳面近傍に投影された像が、拡大光学系中の対物レンズの瞳面近傍に配置された前記位相膜からはみ出さないように以下の（２）式を満足することを特徴とする位相差顕微鏡。
０．３５＜（Ｒ／Ｉ）＜０．５５  ・・・  （１）
ここで、Ｒは前記照明光学系の略瞳位置に配置された共通のリングスリットの中心径が共通リングスリットが最低倍の対物レンズの瞳面に投影された像の中心半径を、Ｉは最低倍率の対物レンズの瞳の半径を表す。
２＜Ｔ／［β（Ｒｏ−Ｒｉ）］＜３．５  ・・・  （２）
ここで、Ｔは前記位相膜の膜幅、Ｒｉは前記リングスリットの内径、Ｒｏは前記リングスリットの外径とし、βは前記リングスリットの拡大光学系への投影倍率を表す。
前記位相膜の膜幅をＴ、前記リングスリットの内径をＲｉ、外径をＲｏとし、前記リングスリットの結像光学系への投影倍率をβとする時、（２）式が成立する。
【請求項５】
前記位相膜の膜幅は、前記複数の対物レンズのうちの高倍の対物レンズの位相膜の膜幅であることを特徴とする請求項３に記載の位相差顕微鏡。
【請求項６】
前記倍率の異なる複数の対物レンズの倍率の変化率が約４倍以下であることを特徴とする請求項４又は５に記載の位相差顕微鏡。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、位相差顕微鏡に係り、特に培養細胞の育成状況観察等に用いられる位相差顕微鏡に関する。
【０００２】
【従来の技術】
位相差顕微鏡は、照明光学系の瞳位置にリングスリットを配置し、観察物体を介して共役な対物レンズの瞳位置に輪帯状の位相膜を配置することにより、観察物体の位相分布をコントラストに変える顕微鏡である。そして、細菌や生物細胞等の無色透明な物体の観察に広く用いられている。また、位相差顕微鏡おける像コントラストや解像力の改善に関する種々の方法が、以下に述べる文献１等に開示されている。
【０００３】
例えば、位相差顕微鏡の像コントラストを改善するためには、位相膜の中心径を対物レンズの瞳径の半分程度にするのが良いことが、例えば文献１「Some  Improvements  in  the phase   contrast  microscope，K.Yamamoto，A.Taira,J.Microscope，129(1983),p49-62」に示されている。
【０００４】
位相差顕微鏡で十分な像コントラストを得るためには、位相膜とリングスリットを使用する対物レンズに対して適切に配置することと、原理上位相膜とリングスリットの共役関係をに保つ必要がある。
【０００５】
このため、現在の位相差顕微鏡には、加工上の誤差の影響によるリングスリットと位相膜の位置ずれを補正するために、リングスリットを移動させて位置合わせを行なう機構が付加されている。
【０００６】
細菌や生体の細胞をシャーレ等容器で培養し、培養の状況を容器のまま観察できる顕微鏡として、倒立型顕微鏡が知られている。特に、培養細胞の育成状況をチェックするルーチンワーク顕微鏡には、位相差観察のできる倒立型位相差顕微鏡が多く用いられている。
【０００７】
培養細胞の育成状況をチェックするルーチンワーク用倒立型位相差顕微鏡では、観察する細胞の大きさにより使用する対物レンズを交換している。そのため、観察を開始する前にリングスリットと位相膜の位置合わせ等を各対物レンズ毎に行う必要がある。
【０００８】
【発明が解決しょうとする課題】
倒立型位相差顕微鏡には、リングスリットと対物レンズ内に配置された位相膜との共役関係を保つためにリングスリットの位置調整する機構が、観察物体の上方のコンデンサーに配置されている。培養細胞の育成をチェックするルーチンワーク用倒立型位相差顕微鏡では、観察を開始する前に調整機構を用いて対物レンズの各倍率毎にリングスリットの位置調整を行い、一連のルーチンワークを開始する。このリングスリットの位置調整の際に、調整機構等に付着していた異物などが、培養容器に落下すると培養細胞に影響を与えることになり、問題になる。
【０００９】
このため、培養細胞の育成状況をチエックするルーチンワーク用倒立型位相差顕微鏡では、リングスリットの位置調整を無くしたイニシャライズフリーの仕様が要望されている。観察する細胞の大きさにより観察倍率を変えることがあり、これに伴いリングスリットも対物レンズにあわせて交換することになり、この際にも培養容器内への異物の落下が問題になる。
【００１０】
また、対物レンズを変える時にリングスリットも同時に変えることは、作業上の効率を著しく低下さる。このため、培養細胞の育成をチェックするルーチンワーク用の位相差顕微鏡には、対物レンズの倍率を変えても、リングスリットを交換しないで済む共通リングスリットの仕様が要望されている。
【００１１】
位相差顕微鏡のリングスリットの位置調整を機械的に行なわない方法が、文献２（特開平５−３３３２７２号公報）に開示されている。この文献２は、図９に示すように、光源１０３とコンデンサレンズ１０４の間に配設されるリングスリット１００を液晶素子で形成し、該液晶素子に印加する電圧をコントローラ１０１により制御して液晶素子１００の形状及び位置を変えることにより、液晶素子と位相膜（透明板１０２ａと位相制御板１０２ｂからなるもの）１０２の位置調整を行なう発明である。
【００１２】
なお、図９において、１０５はステージ、１０７は培養容器１０６内に配置した培養細胞、１０８はコンデンサレンズ１０４とにより光学系を構成する対物レンズ、１０９は結像部材である。
【００１３】
この文献２が開示している技術を用いることにより、培養容器１０６の上方での操作を無くすことができ、培養容器１０６への異物の落下を防ぐことができる。しかし、観察開始前に行なうリングスリット１００の初期調整はそれ以前に必要であり、対物レンズ１０８の倍率を変えた時のリングスリット１００の交換も必要であり、ルーチンワークの作業上の効率が悪い。
【００１４】
位相差顕微鏡で、照明系の瞳位置に配置するリングスリットを共通にすると、対物レンズの瞳位置に投影されるリングスリットの径は対物レンズの倍率により変わり、共役関係にある位相膜の径も対物レンズ毎に変わることになる。このため、対物レンズ毎にリングスリットを設定した場合と比べ、解像力や像コントラストが変わり、全ての倍率で十分な解像力や像コントラストを得ることはできない。
【００１５】
また、位相差顕微鏡では、加工誤差の影響によりリングスリットと位相膜の共役関係が保たれなくなる。この加工誤差の影響を補正するために、リングスリットの位置調整が行われている。リングスリットの位置調整を行なわずに加工誤差の影響を補正するためには、リングスリットの対物レンズの瞳面に投影される像が、位相膜からはみ出さないように位相膜の幅を広く取ることが考えられる。従って、イニシャライズフリーの仕様を満足するためには、位相膜の膜幅を十分広くすることになる。しかし、位相差顕微鏡で位相膜の膜幅を広くすると、解像力と像コントラストを低下させてしまうという問題がある。
【００１６】
本発明は、以上のような問題点を鑑みてなされたものであり、培養細胞等の育成状況をチェックするルーチンワーク用顕微鏡において、観察前にリングスリットの位置調整を行なう必要の無いイニシャライズフリーであり、対物レンズの倍率変化に伴うリングスリットの変更を行なわない共通開口を有する位相差顕微鏡を提供することを目的とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため、請求項１に対応する発明は、光源と、前記光源からの光を観察物体に照射する照明光学系と、前記観察物体を拡大投影する拡大光学系を有し、前記照明光学系の瞳位置にリングスリットを配置し、前記リングスリットと前記観察物体を介して略共役な位置に位相膜が配置されている位相差顕微鏡において、
前記拡大光学系は倍率の異なる複数の対物レンズを有し、
前記複数の対物レンズに対し、同一のリングスリットを使用し、
前記照明光学系の略瞳位置に配置された共通リングスリットの中心径が以下の式を満足することを特徴とする位相差顕微鏡である。
０．３５＜（Ｒ／Ｉ）＜０．５５
ここで、Ｒは前記共通リングスリットが最低倍の対物レンズの瞳面に投影された像の中心半径を表し、Ｉは最低倍率の対物レンズの瞳の半径を表す。
【００１８】
前記目的を達成するため、請求項２に対応する発明は、前記倍率の異なる複数の対物レンズの倍率の変化率が約４倍以下であることを特徴とする請求項１記載の位相差顕微鏡である。
【００１９】
前記目的を達成するため、請求項３に対応する発明は、光源と、前記光源からの光を観察物体に照射する照明光学系と、前記観察物体を拡大投影する拡大光学系を有し、前記照明光学系の瞳位置にリングスリットを配置し、前記リングスリットと観察物体を介して略共役な位置に位相膜が配置されている位相差顕微鏡において、
前記拡大光学系は倍率の異なる複数の対物レンズを有し、
前記照明光学系に配置されるリングスリットが挿脱可能であり、前記リングスリットを前記照明光学系に挿入した際に、前記リングスリットの拡大光学系中の複数の対物レンズの瞳面近傍に投影された像が、前記拡大光学系中の前記複数の対物レンズの瞳面近傍に配置された前記位相膜からはみ出さないように以下の式を満足することを特徴とする位相差顕微鏡である。
２＜Ｔ／［β（Ｒｏ−Ｒｉ）］＜３．５
ここで、Ｔは前記位相膜の膜幅、Ｒｉは前記リングスリットの内径、Ｒｏは前記リングスリットの外径とし、βは前記リングスリットの拡大光学系への投影倍率を表す。
前記目的を達成するため、請求項４に対応する発明は、光源と、前記光源からの光を観察物体に照射する照明光学系と、前記観察物体を拡大投影する拡大光学系を有し、
前記照明光学系の瞳位置にリングスリットを配置し、前記リングスリットと前記観察物体を介して略共役な位置に位相膜が配置されている位相差顕微鏡において、
前記拡大光学系は倍率の異なる複数の対物レンズを有し、前記複数の対物レンズに対して同一のリングスリットを使用する以下の（１）式を満足し、
前記照明光学系に配置される前記リングスリットが挿脱可能であり、前記リングスリットを照明光学系に挿入した際に、前記リングスリットの拡大光学系中の対物レンズの瞳面近傍に投影された像が、拡大光学系中の対物レンズの瞳面近傍に配置された前記位相膜からはみ出さないように以下の（２）式を満足することを特徴とする位相差顕微鏡である。
０．３５＜（Ｒ／Ｉ）＜０．５５  ・・・  （１）
ここで、Ｒは前記照明光学系の略瞳位置に配置された共通のリングスリットの中心径が共通リングスリットが最低倍の対物レンズの瞳面に投影された像の中心半径を、Ｉは最低倍率の対物レンズの瞳の半径を表す。
２＜Ｔ／［β（Ｒｏ−Ｒｉ）］＜３．５  ・・・  （２）
ここで、Ｔは前記位相膜の膜幅、Ｒｉは前記リングスリットの内径、Ｒｏは前記リングスリットの外径とし、βは前記リングスリットの拡大光学系への投影倍率を表す。
前記位相膜の膜幅をＴ、前記リングスリットの内径をＲｉ、外径をＲｏとし、前記リングスリットの結像光学系への投影倍率をβとする時、（２）式が成立する。
前記目的を達成するため、請求項５に対応する発明は、次のようにしたものである。すなわち、前記位相膜の膜幅は、前記複数の対物レンズのうちの高倍の対物レンズの位相膜の膜幅であることを特徴とする請求項３に記載の位相差顕微鏡である。
前記目的を達成するため、請求項６に対応する発明は、倍率の異なる複数の対物レンズの倍率の変化率が約４倍以下であることを特徴とする請求項４記載の位相差顕微鏡である。
【００２０】
請求項１〜請求項６のいずれかに対応する発明によれば、リングスリットの径及び位相膜の膜幅をそれぞれ最適に設定することにより、位相差顕微鏡（特に培養細胞の育成状況観察用の位相差顕微鏡）における、リングスリットの共通化とイニシャライズフリーの仕様を満足することができ、位相差観察における倍率変化時の操作性及び作業効率を改善することができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明するが、始めに本発明の実施形態の概要について説明する。
従来、位相差顕微鏡の結像特性が、結像光学系の瞳面上に配置される位相膜の径及び位相膜膜幅により変わることは、例えば前述の文献１および文献３「位相差顕微鏡の像コントラストに関する考察、大木裕史、光学、Ｖｏｌ．20、Ｎｏ．9(1991) 、ｐ590 594 」にそれぞれ開示されている。
【００２２】
位相膜は照明系に配置されているリングスリットと共役な関係にあるので、リングスリットの径により位相差顕微鏡の結像特性が変わることになる。照明系に配置するリングスリットの径を共通にして、複数の倍率の異なる対物レンズに対応させると、倍率によって結像特性が異なることになる。培養細胞の育成状況をチェックするルーチンワーク用倒立型位相差顕微鏡では、観察に４倍から４０倍の対物レンズが用いられる。特に、１０倍から４０倍の対物レンズの使用頻度が高くなっている。
【００２３】
従って、リングスリットの径を共通化した時に、１０倍から４０倍の対物レンズで位相差像の結像特性が、培養細胞の育成をチェックするのに必要十分な結像特性が得られれば、倍率変換のために対物レンズを交換する際に、同時にリングスリットを交換する必要が無くなり、ルーチンワークの作業効率を向上させることができる。
【００２４】
位相差顕微鏡において、結像光学系の瞳位置に配置する位相膜の径を大きくすると解像力は向上するが、像のコントラストが低下する。逆に、径を小さくすると像のコントラストは向上するが、解像力が低下する。１０倍から４０倍の対物レンズに対し、照明系に配置するリングスリットの径を共通にした場合、各倍率で対物レンズの瞳面に投影されるリングスリットの投影倍率が変わる。通常の位相差顕微鏡に用いている４０倍用のリングスリットを共通リングスリットに用いると、４０倍の対物レンズでは位相膜の径がほぼ瞳径の半分程度になるが、１０倍の対物レンズでは瞳径の半分よりかなり外側にくる。これにより、１０倍での解像力は大幅に良くなるが、像のコントラストが低下してしまう。同様に、１０倍用のリングスリットを共通リングスリットに用いると、１０倍で位相膜の径が瞳径のほぼ半分程度になり、４０倍で位相膜の径が半分より内側にくる。この場合、４０倍での解像力の低下が生じる。１０倍及び４０倍の対物レンズに、１０倍用、２０倍用、４０倍用の各リングスリットを用いた時のＭＴＦ（光学的応答関数）を図４及び図５に示す。
【００２５】
この時、リングスリットと位相膜の径はそれそれの対物レンズの瞳径で規格化されている。培養細胞の育成状況をチェックするルーチンワーク用倒立型位相差顕微鏡では、４０倍の高倍側においても解像力より像のコントラストの高い方が作業上良いことと、１０倍のリングスリットを共通リングスリットに用いた場台でも、解像力が使用上問題ないことから、１０倍用のリングスリットを共通リングスリットに用いることが良い。特に、共通リングスリットが１０倍の対物レンズの瞳面上に投影された時、その中心半径Ｒと、１０倍の対物レンズの瞳半径Ｉとが次の（１）式を満たすことが良い。
【００２６】
０．３５＜（Ｒ／Ｉ）＜０．５５                …（１）
ここで「ｒ中心半径」とは、リングスリットの外半径と内半径の平均値をいう。
【００２７】
この条件式の上限を超えると、１０倍での像コントラストの低下が大きくなり、実使用上問題になる。下限を下回ると、４０倍での解像力が低下し、観察に必要な解像力が得られなくなり、培養細胞の育成チエックがしずらくなる。以上より、培養細胞の育成状況をチエックするルーチンワーク用倒立型位相差顕微鏡で、１０倍から４０倍の対物レンズを共通の径を持つリングスリットで位相差観察を行なうことができ、倍率を変化させる時にリングスリットを同時に変える必要が無くなり、観察の作業性を向上させることができる。
【００２８】
位相差顕微鏡でリングスリットの位置調整を行わないイニシャライズフリーを実現するためには、リングスリットと位相膜を照明光学系と対物レンズのそれそれの瞳位置に配置する時の偏心によるリングスリット像と位相膜の位置ずれを無くす必要がある。位相差顕微鏡はリングスリットの像が位相膜からはみ出さなければ、位相差観察が可能である。従って、位相膜の幅を広くし、リングスリット等の偏心が生じてもリングスリットの像が位相膜からはみ出さなければ、位相差観察は可能である。
【００２９】
しかし、位相膜の幅を広くすると、位相差像のコントラストの低下を招くことになる。よって、リングスリット等の偏心による機械的誤差を許容し、位相差像のコントラスト低下を最低限に抑える位相膜の膜幅を求めることにより、位相差顕微鏡のイニシャライズフリーか実現できる。位相膜の膜幅をＴ、リングスリットの内径をＲｉ、外径をＲｏとし、リングスリットの結像光学系への投影倍率をβとする時、以下の条件を満足することにより、リングスリットの偏心等による機械的誤差によるリングスリットと位相膜の位置ずれを無くし、位相差観察を可能にする。
【００３０】
ここで、（２）式を満せば、実使用上問題ない最低限のレベルを確保できる。
２＜Ｔ／［β（Ｒｏ−Ｒｉ）］＜３．５              …（２）
（２）式（条件式）の下限を下回ると、リングスリット等の偏心による機械的誤差を、非常に小さくする必要があり、位相差顕微鏡の生産性を著しく低下させる。
【００３１】
また、（２）式の上限を超えてしまうと、機械的誤差の影響は小さくなるが、位相差像のコントラストの低下を招き、位相差像の品位が低下してしまう。従って、位相膜の幅を上記（２）式の範囲に設定することにより、イニシャライズフリーの位相差顕微鏡を実現することができる。
【００３２】
上記説明により、位相差顕微鏡のリングスリットの共通化とイニシャライズフリーの実現方法について、説明してきた。上記２つの方法は排他的なものではなく、同時に満たすことができる。よって、上記で説明した２つの方を組台わせることにより、対物レンズの倍率変換に伴うリングスリットの交換と観察開始時のリングスリット調整を必要としない位相差顕微鏡が可能になる。
【００３３】
そして、培養細胞の育成状況をチェックするルーチンワーク用倒立型位相差顕微鏡に用いることにより、作業性を大幅に改善することが可能になる。
［第１実施形態］
図１は本発明の第１実施形態で倒立型顕微鏡の全体図を示すもので、（ａ）はその正面図であり、（ｂ）はその右側面図である。図２は図１の光学系のみを示す概略図である。内部に光源（図示せず）を有するランプハウス１と、また内部に後述するコンデンサレンズ１３を収納したコンデンサ筒２からなる照明光学系３は、Ｌ形の照明支柱４の上端部側に支持されている。照明支柱４の下端部側は観察物体（標本）１４を載置する標本載置台（ステージ）５の後端部に固定され、標本載置台５は顕微鏡本体６に固定されている。
【００３４】
ランプハウス１とコンデンサ筒２の間であって、後述するコンデンサレンズの前側焦点位置の近傍には、光軸Ｏに対して直交する方向にスライド可能にスライダ７が配設され、このスライダ７の中央部には後述するリングスリット１２が配設されている。
【００３５】
顕微鏡本体６には、接眼レンズ９を有する鏡筒８が垂直線に対して所定角度傾斜した状態で固定され、また顕微鏡本体６にはレボルバ１０がピント合わせのための上下動かつ対物レンズ交換のための回転が可能なように支持され、レボルバ１０には倍率の異なる例えば１０ｘ，２０ｘ，４０ｘの複数の対物レンズ１１が取り付けられ、さらに対物レンズ１１の後側焦点位置近傍に後述する位相膜１５が配置されている。次に、以上述べた実施形態における、リングスリット及び位相膜の中心径条件と、リングスリット及び位相膜の幅条件について具体的に説明する。
【００３６】
前述したように、異なる倍率の対物レンズに対して共通のリングスリットを使用すると、解像力またはコントラストの低下が生じるが、これについて、具体的に検討する。なお、使用する対物レンズの倍率範囲は、前述と同様の１０倍〜４０倍とする。
【００３７】
＜リングスリット及び位相膜の中心径条件＞
図３（ａ）は、図２の位相膜１５およびリングスリット１２の投影像１２ｉを示す概略図である。ここで、Ｃa はリングスリット投影像１２ｉの位相膜１５からのはみ出しに対する外側余裕量であり、Ｃb はリングスリット投影像１２ｉの位相膜１５からのはみ出しに対する内側余裕量であり、ｄは位相膜１５上でのリングスリット投影像１２ｉの偏心量を示している。
【００３８】
図７は、図４（ｂ）、図５（ｂ）の条件を説明するための図で、図７（ａ）は対物レンズ１１の瞳と、リングスリット１２の像を示し、Ｒinは瞳半径を１としたときのリングスリット１２の像の内半径、Ｒout はリングスリット１２の外半径を示している。図７（ｂ）は対物レンズ１１の瞳と、位相膜１５を示し、ｒinは瞳半径を１としたときの位相膜１５の内半径、ｒout は外半径を示している。
【００３９】
まず、最低倍率である１０倍対物レンズについて、１０倍用、２０倍用、４０倍用の各リングスリットを使用した場台のＭＴＦを計算した結果を、図４（ａ）に示す。計算の条件は、図４（ｂ）に示されている。また、対物レンズのＮＡ＝０．３、λ＝５５０ｎｍとしている。
【００４０】
１０倍対物レンズを装着した状態でそれよりの高倍率用のリングスリットを使用すると、リングスリット像１２ｉ及び位相膜１５が瞳径の外形に近づき、コントラストの低下が生じる。
【００４１】
図４（ａ）を見ると、１０倍用リングスリットに対して２０倍用リングスリットではＭＴＦ値がほぼ同程度であるが、４０倍用リングスリットではＭＴＦの値が大きく低下している。従つて、１０倍対物レンズに対して２０倍用リングスリットが使用の限度であるといえる。２０倍用リングスリットの中心半径は、図４（ｂ）から０．５１［＝（０．４８＋０．５４）／２］であるので、マージンを見込んで、リングスリットの上限値を０．５５とする。
【００４２】
次に、最高倍率である４０倍対物レンズについて、同様に１０倍用、２０倍用の各リングスリットを使用した場合のＭＴＦを計算した結果を、図５（ａ）に示す。計算条件は、図５（ｂ）に示されている。また、対物レンズのＮＡ＝０．５５、λ＝５５０ｎｍとしている。４０倍対物レンズを装着した状態でそれより低倍率用のリングスリットを使用すると、リングスリット像１２ｉ及び位相膜１５が瞳径の中心に近づき、解像力の低下が生じる。
【００４３】
図５（ａ）を見ると、４０倍用リングスリットに対して、２０倍用、１０倍用の各リングスリットとも多少の解像力の低下があるが、どちらも大幅な低下ではなく、両方とも使用可能であるといえる。
【００４４】
１０倍用リングスリットの中心半径は、図５（ｂ）から０．２２［＝０．２２十０．２４）／２］であるが、この値は４０倍対物レンズに対する値である。先に決めた上限値と比較可能にするために、最低倍率である１０倍対物レンズに対する値に換算すると、図４（ｂ）を参照して０．４１［＝（０．３８＋０．４４）／２］となるので、この値にマージンを見込んで、リングスリットの下限値を０．３５とする。
【００４５】
すなわち、リングスリットの中心半径をＲ、対物レンズの瞳径をＩとしたとき、使用する各対物レンズに対して共通使用するリングスリットが、
０．３５＜Ｒ／Ｉ＜０．５５
を満たしていれば、実用上支障ないレベルの観察像を得ることができるといえる。
【００４６】
なお、ここでの検討では使用する対物レンズ倍率を１０倍、２０倍、４０倍としたが、これと異なる倍率であっても同様に適用できる。例えば最低倍率が２倍または４倍といった場合、その最低倍率の対物レンズを基準にすればよく、高倍率側についても同様である。
【００４７】
＜リングスリット及び位相膜の幅条件：機械的条件＞
イニシャライズフリーを実現するためのリングスリット及び位相膜の幅条件について、まず、リングスリット像が位相膜からはみ出ないための機械的条件について説明する。
【００４８】
図３（ｂ）は、図３（ａ）とは逆に、リングスリット１２および位相膜１５の投影像１５ｉを示す概略図である。ここで説明する機械誤差の寸法関係は、図３（ｂ）のようにリングスリット１２上に各対物レンズの位相膜の投影像１５ｉを投影して説明する。ここで、Ｒｏ、Ｒｉは、それぞれリングスリットの外半径、内半径を示している。
【００４９】
次に本実施形態の構成要素の寸法関係について説明する。
リングスリット１２の外半径Ｒo は１０．５ｍｍ、リングスリット１２の内半径Ｒi は８．８ｍｍであり、リングスリット１２の各対物レンズ１１の位相膜１５への投影倍率は、
１０倍の対物レンズ（１０ｘ）で０．２、
２０倍の対物レンズ（２０ｘ）で０．１４、
４０倍の対物レンズ（４０ｘ）で０．０７
と縮小投影になっている。
【００５０】
リングスリット１２と位相膜１５の投影像１５ｉの間の投影時に影響する機械的誤差は、
観察光軸と照明光軸のずれが０．３０ｍｍ（光軸調整を行った値）
リングスリットスライダ７とリングスリット１２の中心のずれが０．１ｍｍ
レボルバ１０の各対物レンズ１１の取り付けねじ穴のずれが０．０１５ｍｍ
対物レンズ１１の取り付けねじと対物レンズの光軸のずれが０．０ｌｍｍ
これらを累積すると０．４２５ｍｍとなり、リングスリット１２上に直接効く機械的誤差である。この場合の直接機械的誤差０．４２５ｍｍである。
【００５１】
また、対物レンズ１１の光軸とその位相膜のずれが０．０３ｍｍであり、これをリングスリット１２上に投影して換算すると、４０倍の換算０．４２９ｍｍ（０．０３／０．０７＝０．４２９）となる。この結果、投影換算機械的誤差は０．４２９ｍｍとなる。
【００５２】
それぞれの機械的誤差の和は０．８５４ｍｍとなり、この誤差があってもリングスリット１２が位相膜１５の投影像１５ｉからはみ出さないためには、０．８５４×２＝１．７０８ｍｍの余裕が必要となって、リングスリット位置での位相膜増の幅は、１．７＋１．７０８＝３．４０８mmとなり、前述のリングスリット１２の幅１．７ｍｍの２倍に相当する。（１０．５−８．８＝１．７）
それゆえ、リングスリット位置での位相膜像の幅はリングスリット１２の幅の２倍以上、またはリングスリット１２の幅が該位相膜像１５の幅の半分以下である必要がある。
【００５３】
＜リングスリット及び位相膜の幅条件：光学的条件＞
リングスリット幅に対して位相膜幅が大きすぎると像のコントラストが低下する。図６に、位相膜の幅を大きくしたときのＭＴＦの計算結果を示す。図６で、Ａは理想の膜幅値、Ｂは位相膜像１５ｉの幅がリングスリット１２の幅の３．５倍の値でのＭＴＦである。図６のＢの状態を超えると、コントラスト低下が無視できなくなり、性能上好まし＜ないといえる。従って、リングスリツト位置での位相膜像１５ｉの幅が、リングスリット１２の幅の３．５倍以下である必要がある。これらの結果をまとめると、前述の（２）式が、初期の位置調節を不要とするための多件となる。
【００５４】
［第２実施形態］
以上述べた第１の実施形態は、リングスリット１２がスライダ７によりスライド可能に構成した場合であるが、図８は本発明の第２実施形態で倒立型顕微鏡の全体図を示すもので、（ａ）はその正面図であり、（ｂ）はその右側面図であり、（ｃ）はリングスリット１２の部分を水平方向に切断した断面図である。図８から明らかなように、第１の実施形態と同様にコンデンサレンズ１３の前側焦点位置近傍に配置されたリングスリット１２は、光軸Ｏに挿脱可能にリングスリット枠１２１を設け、リングスリット枠１２１に直接取り付けたものである。この場合、リングスリット枠１２１の外径１２２は、受け側の内径と嵌合する寸法に形成され、また図８（ｃ）の紙面の縦方向つまりリングスリット枠１２１の奥行き方向はストッパ１２３により位置決めされるようになっている。以上述べた点以外の構成は、前述の第１実施形態と同一である。
【００５５】
以上述べた第２実施形態によれば、第１実施形態のスライダ７を用いた構成に比べて照明支柱４の周りの顕微鏡操作スペースを縮小でき、コンパクトで取扱いが容易な顕微鏡を構成できるという利点を有する。
【００５６】
［変形例］
以上述べた実施形態では倒立型顕微鏡について説明したが、正立型顕微鏡であっても同様に実施でき、作用効果も倒立型顕微鏡と同様な作用効果が得られる。また、対物レンズ１１は３個組合わせたものをあげたが、これに限らず２個あるいは４個以上であっても同様に実施できる。
【００５７】
本発明は、以上述べた請求項１〜請求項３以外に、次の請求項もすべて含まれる。
［請求項４］  光源と、該光源からの光を観察物体に照射する照明光学系と、観察物体を拡大投影する拡大光学系を有し、前記照明光学系の瞳位置にリングスリットを配置し、前記リングスリットと前記観察物体を介して略共役な位置に位相膜が配置されている位相差顕微鏡において、前記拡大光学系は複数の倍率の異なる対物レンズを有し、前記複数の対物レンズに対し、同一のリングスリットを使用することを特徴とする位相差顕微鏡。
【００５８】
［請求項５］  前記対物レンズの倍率の変化率が約４倍以下であることを特徴とする請求項４記載の位相差顕微鏡。
［請求項６］  前記照明光学系の略瞳位置に配置された共通のリングスリットの中心径が以下の（３）式（条件式）を満足することを特徴とする請求項４または請求項５記載の位相差顕微鏡。
【００５９】
０．３５＜（Ｒ／Ｉ）＜０．５５            …（３）
但し、Ｒは共通リングスリットが最低倍の対物レンズの瞳面に投影された像の中心半径を表し、Ｉは最低倍率の対物レンズの瞳の半径を表す。
【００６０】
［請求項７］  光源と、光源からの光を観察物体に照射する照明光学系と、観察物体を拡大投影する拡大光学系を有し、前記照明光学系の瞳位置にリングスリットを配置し、前記リングスリットと観察物体を介して略共役な位置に位相膜が配置されている位相差顕微鏡において、
前記位相膜の膜幅をＴ、リングスリットの内径をＲｉ、外径をＲｏとし、リングスリットの結像光学系への投影倍率をβとする時、以下の（４）式（条件式）を満足することを特徴とする位相差顕微鏡。
【００６１】
２＜Ｔ／［β（Ｒｏ−Ｒｉ）］＜３．５      …（４）
［請求項８］  光源と、該光源からの光を観察物体に照射する照明光学系と、観察物体を拡大投影する拡大光学系を有し、前記照明光学系の瞳位置にリングスリットを配置し、前記リングスリットと観察物体を介して略共役な位置に位相膜が配置されている位相差顕微鏡において、
前記拡大光学系は複数の倍率の異なる対物レンズを有し、前記複数の対物レンズに対し、同一のリングスリットを使用することを特徴とする位相差顕微鏡。
【００６２】
［請求項９］  前記対物レンズの倍率の変化率が約４倍以下であることを特徴とする請求項７または８記載の位相差顕微鏡。
［請求項１０］  前記照明光学系の略瞳位置に配置された共通のリングスリットの中心径が以下の（５）式（条件式）を満足することを特徴とする請求項７〜請求項９のいずれかに記載の位相差顕微鏡。
【００６３】
０．３５＜（Ｒ／Ｉ）＜０．５５            …（５）
但し、Ｒは共通リングスリットが最低倍の対物レンズの瞳面に投影された像の中心半径を表し、Ｉは最低倍率の対物レンズの瞳の半径を表す。
【００６４】
［請求項１１］  前記位相膜の膜幅をＴ、前記リングスリットの内径をＲｉ、外径をＲｏとし、前記リングスリットの結像光学系への投影倍率をβとする時、以下の（６）式（条件式）を満足すること特徴とする請求項１０記載の位相差顕微鏡。
２＜Ｔ／［β（Ｒｏ−Ｒｉ）］＜３．５      …（６）
【００６５】
【発明の効果】
本発明によれば、以下のような作用効果が得られる位相差顕微鏡を提供できる。
（１）リングスリットの径及び位相膜の膜幅をそれそれ最適に設定することにより、位相差顕微鏡（特に培養細胞の育成状況観察用の位相差顕微鏡）における、リングスリットの共通化とイニシャライズフリーの仕様を満足することができ、位相差観察における倍率変化時の操作性及び作業効率を改善することができる。
（２）培養細胞を入れている培養容器への異物の落下を無くすこともでき、培養細胞観察状の諸問題を解決することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態を説明するための位相差顕微鏡の外観図。
【図２】図１の実施形態の光学系を説明するための概略図。
【図３】図１の実施形態の位相膜及びリングスリット投影像を説明するための概略図。
【図４】図１の実施形態を具体的に説明するための図。
【図５】図１の実施形態を具体的に説明するための図。
【図６】図１の実施形態を具体的に説明するための図。
【図７】図４，５の実験条件を説明するための図。
【図８】本発明の第２実施形態を説明するための位相差顕微鏡の外観図。
【図９】従来の位相差顕微鏡の一例を説明するための図。
【符号の説明】
１…ランプハウス
２…コンデンサ筒
３…照明光学系
４…照明支柱
５…標本載置台
６…顕微鏡本体
７…スライダ
８…鏡筒
９…接眼レンズ
１０…レボルバ
１１…対物レンズ
１２…リングスリット
１３…コレクタレンズ
１４…観察物体（標本）
１５…位相膜
１２１…リングスリット枠
【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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