JP2001356276A - 偏光顕微鏡 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】高倍率な対物レンズを用いた場合であっても、
高い消光比の得られる偏光顕微鏡を提供する。 【解決手段】照明光学系１０，１１，２１は、試料１３
に対して予め定められた偏光状態の光束を照射する。対
物レンズ１４は、試料１３からの光束を集光し拡大像を
結像する。偏光手段２３は、予め定められた偏光特性を
有する。照明光学系１０，１１，２１と偏光手段２３と
の間には、対物レンズ１４により生じる光束の偏光主軸
の回転をうち消す向きに、光束の偏光主軸を回転させる
ための液晶素子１０１が配置されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、偏光補償手段を有
する光学系に関し、特に光学系により発生する偏光面の
回転や位相差を高精度に補償する偏光顕微鏡に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】まず、従来の偏光顕微鏡の構成の一例を
図１０を用いて説明する。偏光顕微鏡については、例え
ば応用物理工学選書２「応用光学II」鶴田匡夫著（培風
館）に記載されている。光源１０からの照明光は、コレ
クタレンズ１１によって集光された後、コンデンサレン
ズ１２を介してスライドガラス上の試料１３を照明す
る。照明された試料１３からの光は、対物レンズ１４に
よって集光され、拡大像１５が形成される。観察者は、
この拡大像１５を接眼レンズ（不図示）を介して肉眼で
観察する。コレクタレンズ１１とコンデンサレンズ１２
の間の光路中には、偏光子２１が、また対物レンズ１４
と拡大像１５の間の光路中には、検光子２３がそれぞれ
配置されている。偏光子２１と検光子２３は、一般にそ
の透過方位が直交するように配置される。偏光子２１と
検光子２３の間には、試料１３の複屈折の存在およびそ
の軸方位を検知するために、着脱可能な補償器（コンペ
ンセータ）２２が配置されることが多い。補償器２２と
しては、λ／４板、バビネ・ソレイユの補償器等が用い
られる。

【０００３】上記構成において、スライドグラス上に試
料が置かれていない場合、視野は暗黒となる。そこへた
とえば鉱物の薄い標本のような試料を置くと、その組織
構造が試料上の各部の複屈折と方位の違いによって可視
化される。またその個々の複屈折と方位は補償器２２を
用いて測定することができる。このような観察法をオル
ソスコープ観察という。また一方、コノスコープ観察と
呼ばれる観察法もある。これは図１１に示すように、光
路にベルトランレンズ２４を挿入し、対物レンズ１４の
焦点面２５を観察できるようにしたものである。このと
き試料１３に均質な結晶の薄い平行平板を用いると、結
晶方位とその切断方位に特徴的な干渉縞が観察できる。

【０００４】このような偏光顕微鏡においては、試料に
よるわずかな偏光状態の変化を可視化して検出するた
め、高精度な観察を行うにあたっては試料以外の部分で
発生する偏光状態の乱れを極力避けなければならない。

【０００５】ところが、従来の偏光顕微鏡では、偏光子
２１と検光子２３の間にコンデンサレンズ１２や対物レ
ンズ１４等の複雑な光学系が置かれているために、偏光
子２１と検光子２３の透過軸が互いに直交していても、
系全体の消光比が低下するという問題がある。この問題
は、高倍の対物レンズほど顕著であり、偏光顕微鏡の検
出能力の低下を招く。消光比低下の主な原因は、レンズ
表面の反射防止用等のコートの偏光特性にある。コート
の特性は一般に光がコートに対して垂直入射する場合に
最適となるよう設計されており、高倍対物レンズのよう
にレンズを通過する光が大きな角度をもつ場合には、図
１２のように偏光方向２６の回転を引き起こす。これ
は、レンズに入射する直線偏光のＰ偏光成分の反射率と
Ｓ偏光成分の反射率が、入射角度によって異なることに
起因するものである。この結果、レンズから射出する光
は楕円偏光となり、かつ楕円長軸は入射直線偏光に対し
て回転する。これらが、偏光顕微鏡における消光比の低
下を引き起こす。

【０００６】このとき、図１１の偏光顕微鏡において対
物レンズ１４の焦点面２５を観察すると、レンズ開口上
の明るさが一様ではなく、検光子２３の透過軸に対して
±４５°の方位で光の漏れが著しい。このような焦点面
上における光の漏れは、消光比の低下と並んで偏光顕微
鏡の結像特性をも劣化させ、総合的に偏光顕微鏡の検出
能力を低下させる原因となる。また、実際の偏光顕微鏡
では、対物レンズ１４のみならず、コンデンサレンズ１
２、試料１３を載せるスライドグラス、試料を押さえる
カバーグラス等の影響も加算される。このため、入射し
た直線偏光が、これらの光学部品を通過するごとに少し
ずつ楕円偏光に変わり、しかもその長軸方向は少しずつ
同じ方向に回転するため、通常の光学系でこの影響を打
ち消して射出光をもとの直線偏光にもどすことはできな
い。

【０００７】この問題を解決する手段として、特公昭３
７−５７８２記載にはレクティファイアとよばれるレン
ズを用いた偏光補償光学素子が開示されている。図１３
に示したように、レクティファイア２８は、強い屈折面
をもつ一対のレンズで、トータルの屈折力はゼロであ
る。このレクティファイア２８とλ／２板２７を組み合
わせることにより、顕微鏡による入射直線偏光の楕円偏
光化と回転とを補償する。すなわち、顕微鏡を通過した
楕円偏光はλ／２板２７によりその中性軸に関して反転
されてレクティファイア２８に入射し、レクティファイ
ア２８により楕円偏光の原因となった位相差が補償さ
れ、元の直線偏光に戻る。実際の透過照明型偏光顕微鏡
では、コンデンサレンズ１２と対物レンズ１４のそれぞ
れについて偏光特性を補償するために偏光補償素子３０
ａ、３０ｂを図９のように配置する。偏光補償素子３０
ａは、レクティファイア２８ａとλ／２板２７ａとを組
み合わせたものである。偏光補償素子３０ｂは、レクテ
ィファイア２８ｂとλ／２板２７ｂとを組み合わせたも
のである。これにより、より高い消光比を得ることがで
き、その結果偏光顕微鏡の検出能力を大幅に向上させる
ことができる。

【０００８】また、特公昭５２−３７７８４によれば、
レンズに環状のコーティングを行うことにより、偏光補
償を行う方法も提案されている。

【０００９】さらに、特開平１１−７２７１０によれ
ば、レンズの屈折面にコーティングを施すことにより、
光学系の偏光補償を行う方法が報告されている。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来例による偏光補償方法では、偏光子２１と検光子２３
の間に配置する光学系の光学特性に応じて偏光補償手段
の特性を設計する必要があるため、光学系の種類が変わ
るごとに、それに適合した偏光補償手段を用意する必要
がある。一般に偏光顕微鏡観察においては、対物レンズ
１４として複数種類の倍率のものを用意しておき、これ
を交換しながら試料を観察するのが普通である。また、
対物レンズ１４の交換に合わせて、コンデンサレンズ１
２を交換することも多い。このため、従来の偏光補償方
法では、使用する対物レンズ１４とコンデンサレンズ１
２の組み合わせごとに、それぞれ専用のレクティファイ
ァや偏光補償コート付レンズ等の偏光補償手段を用意し
ておく必要があり、それをレンズの組み合わせに応じて
光路上に挿脱しなければならない。

【００１１】また、同じように製造した同一種類のレン
ズであっても、実際には製造誤差等により、一つ一つの
レンズの偏光特性は微妙に異なることが多い。このた
め、偏光顕微鏡でより高い分解能を提供するには、たと
え同一種類のレンズであっても、個々のレンズ毎に偏光
補償手段の補償特性を微調整することが望ましい。

【００１２】本発明は、高倍率な対物レンズを使用した
場合であっても、高い消光比を実現することのできる偏
光顕微鏡を提供することを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明によれば、以下のような偏光顕微鏡が提供さ
れる。

【００１４】すなわち、試料に対して予め定められた偏
光状態の光束を照射するための照明光学系と、前記試料
からの光束を集光し拡大像を結像するための対物レンズ
と、予め定められた偏光特性を有する偏光手段とを有
し、前記照明光学系から前記偏光手段までの光路中に
は、前記照明光学系および対物レンズを含む光学系によ
る偏光の乱れをうち消すために、前記光束の偏光特性を
変化させる液晶素子が、１つないし複数個配置されてい
ることを特徴とする偏光顕微鏡である。

【００１５】

【発明の実施の形態】本発明の一実施の形態について図
面を用いて説明する。

【００１６】まず、本発明の一実施の形態の偏光顕微鏡
について図１を用いて説明する。図１の偏光顕微鏡は、
偏光補償手段として液晶素子１０１とその制御回路１０
２を備えている。具体的には、図１の偏光顕微鏡は、光
軸１０３上に順に、光源１０、コレクタレンズ１１、偏
光子２１、コンデンサレンズ１２、試料台１０４、対物
レンズ１４、補償器２２、液晶素子１０１、検光子２３
を配置した構成である。偏光子２１と検光子２３は、そ
の透過軸が平行にするように配置されている。

【００１７】光源１０からの照明光は、コレクタレンズ
１１によって集光された後、偏光子２１を通過して直線
偏光となり、コンデンサレンズ１２によって集光され、
試料台１０４上の試料１３を照明する。照明された試料
１３からの光は、対物レンズ１４によって集光され、液
晶素子１０１を通過することにより偏光方向が約９０度
回転するとともに偏光方向のばらつきが補償されて、検
光子２３に入射する。そして、検光子２３を通過した光
によって拡大像１５が形成される。観察者は、この拡大
像１５を接眼レンズ（不図示）を介して肉眼で観察す
る。

【００１８】対物レンズ１４およびコンデンサレンズ１
２としては、倍率等の異なる複数の種類のレンズが用意
されており、そのうちの任意のレンズをレボルバー等の
不図示の機構部によって光軸１０３上に装着することが
できるように構成されている。また、補償器２２は、試
料１３の複屈折の存在およびその軸方位を検知するため
に用いられる光学部品であり、光軸１０３上に着脱可能
に配置される。補償器２２としては、λ／４板やバビネ
・ソレイユの補償器等を用いることができる。

【００１９】また、図１の偏光顕微鏡は、コノスコープ
観察のためのベルトランレンズ２４を、検光子２３と拡
大像１５の間の光軸１０３上に装着できるように構成さ
れている。

【００２０】液晶素子１０１は、図３のように２枚のガ
ラス基板３１の間にねじれネマティック液晶をはさんで
配置したものである。液晶素子１０１の光束入射側のガ
ラス基板３１上には、液晶分子３３に対してガラス基板
３１に平行な向きの電界３５を印加するための透明電極
対３２が縦横に配列されて配置されている。液晶分子３
３の向きは、透明電極対３２からの電界３５が印加され
ていない状態で、液晶素子１０１の厚さ方向について略
９０度ねじれている。すなわち、光束出射側のガラス基
板３１に接する液晶分子３３の長軸方向は、電界３５の
向きに平行であるのに対し、光束入射側のガラス基板３
１に接する液晶分子３３の長軸方向は、電界３５の向き
と直交している。このように液晶分子３３の配向させる
ために、液晶素子１０１の製造時にガラス基板３１のラ
ビング等の処理が施されている。また、ネマティック液
晶に少量のコレステリック液晶を添加することにより、
所望のねじれ特性をもたせることもできる。このように
透明電極対３２が、ガラス基板３１の面内方向で縦横に
配列された液晶素子１０１は、一つの透明電極対３２に
挟まれた領域が一つのセル３４となる。液晶素子１０１
は、複数のセルから構成され、セル３４が格子状に配置
されて構成されている。なお、透明電極対３２からの電
界が隣のセル３４の液晶分子３３におよぶのをさけるた
めに、隣り合うセル３４とセル３４の境界に絶縁材等の
スペーサを配置する構成にすることもできる。

【００２１】ガラス基板３１の間隔すなわち液晶の厚さ
は、光源１０の出射光の波長よりも十分大きく、しか
も、透明電極対３２からの電界３５が液晶の厚さ全体に
およぶ厚さに設定されている。

【００２２】一般に、ねじれピッチが波長よりも十分大
きい液晶は、液晶分子のねじれ量に応じた旋光性を示
し、偏光光束が入射すると偏光方向が回転する性質を有
することが知られている。例として、印加電圧に対する
旋光角度、および、ガラス基板をさらに２枚の偏光板で
挟んだ場合の透過率のM. Schadtらによる測定例を図２
に示す(M. Schadt and W. Helfrich: Appl. Phys. Let
t., 18, P.127(1971))。図２より、印加電圧にほぼ比例
して液晶の旋光角度を変化させることができることがわ
かる。

【００２３】本実施の形態の偏光顕微鏡では、液晶素子
１０１の液晶分子のねじれ量を電界３５によりセル３４
ごとに制御し、これに光束を通過させることにより、コ
ンデンサレンズ１２や対物レンズ１４を通過することで
光束に生じた偏光方向のばらつきを補償する。セル３４
ごとのねじれ量の制御は、透明電極対３２が発生する電
界３５の強さを制御することにより行う。電界３５を印
加すると、液晶分子３３は、その分子長軸方向を電界方
向に揃えた方がエネルギー的に安定なため、電界３５に
平行な方向に向かって、電界３５の強度にほぼ比例した
角度だけ回転する。よって、図３の液晶素子１０１の構
成では、光束入射側のガラス基板３１側の液晶分子３３
が、電界３５に平行な方向に向かって、電界３５の強度
にほぼ比例した角度だけ回転する。光束出射側のガラス
基板３１側の液晶分子３３は、電界３５の印加前から電
界３５に平行に向いているため、電界３５の影響を受け
ず、常に電界３５に平行な方向を向く。入射側と出射側
の中間に位置する液晶分子は、分子長軸方向が電界と垂
直方向となす成分に比例して回転する。

【００２４】このとき、液晶素子１０１は、偏光子２１
の透過軸と液晶素子１０１の電界３５の方向が直交する
ように配置されている。よって、電界３５を印加してい
ない状態で、光束入射側の液晶分子３３方向が偏光子２
１の透過軸と略一致している。そこで、図４のように、
セル３４に入射する時点での光束の偏光方向４１の回転
角θに応じて、液晶素子１０１のセル３４の電界３５の
強度を制御することにより、入射側の液晶分子３３の長
軸方向と偏光方向４１とを一致させることができる。こ
れにより、光束の偏光方向の回転角θの大きさに関わら
ず、入射光の偏光方向を液晶分子３３の長軸方向に一致
させて液晶素子１０１へ入射させることができる。入射
した光束は、液晶素子１０１を厚さ方向に通過しなが
ら、それぞれのセル３４の液晶分子３３のねじれに沿っ
て偏光方向が回転する。

【００２５】出射側の液晶分子３３の長軸方向は、電界
３５の強度に関わらず常に電界３５に平行であるため、
すべてのセル３４の光束出射側の液晶分子３３の長軸
は、偏光子２１の透過軸と直交している。これにより、
各セル３４を通過する光束は、出射時には偏光方向が偏
光子２１の透過軸と直交する方向にそろえられている。
図１における検光子２３の透過軸は、偏光子２１と平行
に設定されているため、試料１３が配置されていない状
態では液晶素子１０１から出射される光束は、偏光方向
が検光子２３の透過軸と直交し、偏光顕微鏡はいわゆる
クロスニコルの状態となる。

【００２６】このように液晶素子１０１は、偏光子２１
と検光子２３の間に配置された光学系、すなわちコンデ
ンサレンズ１２や対物レンズ１４によって偏光の主軸が
回転し偏光方向にばらつきが生じる現象を打ち消して補
償することができる。よって、試料１３が存在しない場
合のクロスニコルにおける透過光強度をほぼゼロとする
事ができ、またクロスニコル以外の状態においても光強
度むらや劣化の少ない拡大像１５が得られる。これらの
ことにより、消光比が高く、かつ、高解像度の偏光顕微
鏡を得ることができる。

【００２７】このようにセル３４ごとに電界３５の強度
を制御し、ねじれ量を調節するために、制御回路１０２
は、各セル３４ごとに独立して印加電圧を制御する駆動
回路を有している。駆動回路の一部は、液晶素子１０１
の周辺部に配置する構成にすることもできる。また、制
御回路１０２は、演算回路およびメモリ回路を内蔵して
いる。メモリ回路には、予め求めておいた偏光特性情報
（具体的には偏光回転角θ）が、セル３４ごとに格納さ
れている。この偏光特性情報（偏光回転角θ）は、偏光
子２１と液晶素子１０１の間に配置される光学系、具体
的にはコンデンサレンズ１２と対物レンズ１４のレンズ
データやコードデータに基づいて、偏光光線追跡計算を
行うことによりセル３４ごとに得たものである。この偏
光回転角θは、対物レンズ１４やコンデンサレンズ１２
等の組み合わせ毎にあらかじめメモリに格納しておく。
演算回路は、現在、光軸１０３上に配置されている対物
レンズ１４やコンデンサレンズ１２等の組み合わせに対
応する回転角θをセル３４ごとに読み出して、この回転
角θだけセル３４の液晶分子３３を回転させるのに必要
な透明電極対３２の駆動電圧を求め、駆動回路ごとに制
御信号を出力する。これにより、各セル３４の透明電極
対３２の発生する電界３５を制御する。

【００２８】なお、メモリ回路に図５に示したフローの
ようなプログラムを格納しておき、これを演算回路が実
行することにより、上記計算によって求めた回転角θと
実際に光軸１０３上に配置されているレンズによって生
じている回転角θとの誤差Δθを測定し、追加格納する
こともできる。このような回転角θの誤差Δθは、同じ
種類のレンズであっても製造誤差等により、個々のレン
ズごとに回転角θが若干異なることに起因するものであ
り、本実施の形態ではΔθを個体差情報と呼ぶ。メモリ
回路には、セル３４ごとの個体差情報Δθij（ｉ、ｊ
は、液晶素子１０１のセル３４の配置を示す）を格納す
る領域を有している。

【００２９】個体差情報Δθijの測定は、実際に偏光顕
微鏡に装着されている対物レンズ１４およびコンデンサ
レンズ１２の組み合わせごとに行う。測定時には、図１
の偏光顕微鏡を図６のような光学配置にする。具体的に
は、試料１３を配置せず、ＣＣＤカメラ１６を配置し、
対物レンズ１４の後側焦点面がＣＣＤカメラ１６上に結
像するように、ベルトランレンズ２４を挿入した光学配
置とする。

【００３０】まず、メモリ回路内の個体差情報Δθijを
すべて初期値のゼロにする（ステップ５１）。次に、検
光子２３を光路からはずし、偏光子２３からの入射直線
偏光が、コンデンサレンズ１２、対物レンズ１４および
液晶素子２３を通過後、そのままＣＣＤカメラ１６上に
結像するようにする。この状態で、ＣＣＤカメラ１６で
画像データを取得し、光強度分布を測定することによ
り、各セル３４を透過した透過光強度Ｉij（ｉ,ｊは液
晶素子のセルの縦横方向の配列を表す）を測定する（ス
テップ５２）。次に、検光子２３を光路中に挿入し、こ
れによりクロスニコルの状態に設定する。そして、すで
に説明したように、メモリ回路には、あらかじめセル３
４ごとの回転角θij（ｉ,ｊは液晶素子のセルの縦横方
向の配列を表す）格納されているので、これを演算回路
が読み込む（ステップ５３）。

【００３１】演算回路は、その回転角θijに現在格納さ
れているΔθijを加えた（θij＋Δθij）を求め、これ
を回転角θijとして、この回転角θijだけ液晶分子３３
を回転させるための制御信号をセル３４ごとに作成し、
駆動回路に出力する（ステップ５４）。これにより、各
セル３４の電界３５の強度が制御され、各セル３４の入
射側の液晶分子が回転角θijだけ回転する。この状態
で、ＣＣＤカメラ１６を用いて、画像データを取り込
み、各セル３４毎の透過光強度ΔＩijを得る（ステップ
５５）。ΔＩijがあらかじめ定めておいたしきい値を超
えているかどうかを判断し（ステップ５７）、超えてい
ない場合には、液晶素子１０１により偏光のばらつきが
補償され、液晶素子１０１から出射される光束の偏光方
向が検光子２３の透過軸に直交し、クロスニコルとなっ
ていると判断できる。よって、個体差情報Δθijとして
現在メモリ回路に格納されているΔθij（ここでは初期
値ゼロ）を最終的な個体差情報Δθijとして確定し、終
了する（ステップ５８）。

【００３２】ステップ５７でΔＩijが前記しきい値を超
えている場合には、前回のステップ５４で制御に用いた
回転角θij＝（θij＋Δθij）が実際の光束の偏光方向
４１の回転角θからずれており、個体差情報Δθijの補
正が必要であると判断して、ステップ５６に進む。ステ
ップ５６では、Δθij＋sqrt[asin(ΔＩij／Ｉij)]（た
だし、Δθij は現在メモリ回路に格納されているΔθi
jの値）を計算し、求めた値を新たな個体差情報Δθij
として現在格納されているΔθijと置き換えてメモリ回
路に格納した後ステップ５４に戻る。ステップ５４で
は、ステップ５３で読み込んだ回転角θijと、現在格納
されている補正後の個体差情報Δθijとで再度（θij＋
Δθij）を計算する。そして、この（θij＋Δθij）を
回転角θijとして、この回転角θijだけ液晶分子３３を
回転させるための制御信号をセル３４ごとに作成し、駆
動回路に出力し、ステップ５５およびステップ５７に進
む。これらステップ５６，５４，５５，５７をステップ
５７でΔＩijが所定のしきい値を超えなくなるまで繰り
返す。

【００３３】以上の動作により、個体差情報Δθijをセ
ル３４ごとメモリ回路に取り込むことができる。よっ
て、制御回路１０２は、偏光光線追跡計算によって求め
られて予めメモリ回路に格納されている回転角θijに個
体差情報Δθijを加えた（θij＋Δθij）を回転角θij
として制御に用いることにより、実際に光路に装着され
ているコンデンサレンズ１２および対物レンズ１４の製
造誤差等を加味して偏光補償制御を行うことができる。
これにより、液晶素子１０１を通過後の光束は、偏光方
向のばらつきがほとんどなく、検光子２３の透過軸に対
してクロスニコルとなる。したがって、高精度な偏光観
察が可能となる。

【００３４】また、本実施の形態では、液晶素子１０１
により偏光補償を行っているため、制御回路１０２が電
界３５の強度の制御をセル３４ごとに行うことにより、
対物レンズ１４やコンデンサレンズ１２の種類が変わっ
ても、一つの液晶素子１０１で対応することができる。
したがって、対物レンズ１４とコンデンサレンズ１２の
組み合わせごとに偏光補償手段を用意する必要がないと
いう利点がある。さらに、上述のように個体差情報Δθ
ijを測定することにより、同一種類のレンズであっても
製造誤差等によって生じる回転角θijの誤差を加味し
て、偏光補償を行うことができる。これにより、一つの
液晶素子１０１を用いながら、さらに高精度な偏光観察
が可能になる。

【００３５】なお、上述の実施の形態では、光学系ごと
の偏光特性情報である回転角θijを予めレンズデータ等
から計算により求めておき、これをそのまま液晶素子１
０１の制御に用いるか、もしくは必要に応じて図５のフ
ローで個体差情報Δθijを求め、これを回転角θijに加
味して液晶素子１０１の制御を行う構成を示した。しか
しながら、本実施の形態は、これらの構成に限らず、回
転角θijそのものを図５のようなフローにより測定で求
める構成にすることも可能である。具体的には、図５の
フローでステップ５３を削除し、ステップ５４ではセル
３４の液晶分子３３をΔθijだけ回転させるように制御
する。これにより、ステップ５４、５５，５７，５６を
繰り返すことにより、クロスニコルとなるΔθijを求め
ることができる。よって、求められたΔθijを、ステッ
プ５８において回転角θijとして格納することにより、
現在使用されている対物レンズ１４およびコンデンサレ
ンズ１２の回転角θijを実測で求めることができる。

【００３６】また、上記実施の形態では、その偏光顕微
鏡で使用される対物レンズ１４とコンデンサレンズ１２
の組み合わせごとに、予め回転角θij（必要に応じて個
体差情報Δθij）を制御回路１０２に格納しておく構成
であった。よって、ユーザは、光軸１０３に装着する対
物レンズ１４とコンデンサレンズ１２の組み合わせを変
えるたびに、制御回路１０２に格納されている回転角θ
ij（必要に応じて個体差情報Δθij）のデータから装着
された対物レンズ１４とコンデンサレンズ１２の組み合
わせに対応するものを選択する必要がある。そこで、対
物レンズ１４やコンデンサレンズ１２を光軸１０３上に
配置するレボルバー等の機構部に、どのレンズが光軸１
０３上に位置しているかを検出する検出部を設けてお
き、この検出部の検出信号を制御回路１０２が受け取る
ように構成することにより、制御回路１０２は、ユーザ
から指示を受けなくても、検出されたレンズに対応する
回転角θij等のデータを選択することが可能になる。こ
れにより、ユーザは、制御回路１０２に対して指示を行
うことなく、レボルバー等の機構部を操作して所望のレ
ンズを光軸１０３上に配置するだけで、高精度な偏光観
察を行うことができる。

【００３７】なお、上記実施の形態では、個体差情報Δ
θijを図５のフローで測定する際に、図６のような光学
配置にするため、像１５を肉眼で観察することはできな
かったが、図８のように、像１５とベルトランレンズ２
４との間にハーフミラー８２を配置して光路を分割する
ことにより、肉眼での観察とＣＣＤカメラ１６による画
像取得とを同時に行うことも可能である。なお、ベルト
ランレンズ２４を光軸１０３上に着脱するための機構部
８３を設け、この機構部８３を制御回路１０２の制御に
よって動作させる構成にすることもできる。また、本実
施の形態の液晶素子１０１による偏光特性補償は、反射
型の偏光顕微鏡にも適用することができる。その場合、
図８のように補償器２２と対物レンズ８１の間にビーム
スプリッタ８１を配置し、照明光を試料１３の上方から
落射させ、試料１３からの反射光を対物レンズ１４で集
光させる構成とする。

【００３８】なお、本実施の形態においては、液晶素子
１０１を１つだけ用い、試料１３を除く全光学系、具体
的にはコンデンサレンズ１２および対物レンズ１４の偏
光特性を１つの液晶素子１０１で打ち消す構成であった
が、本発明の配置はこれに限られるものではない。例え
ば、図１の構成において、偏光子２１とコンデンサレン
ズ１２の間にも液晶素子１０１を配置し、２つの液晶素
子１０１をそれぞれ独立に駆動して、照明側光学系と観
察側光学系の偏光特性を個別に補償することも可能であ
る。

【００３９】また、上記実施の形態の液晶素子１０１の
構成は、コンデンサレンズ１２および対物レンズ１４等
の光学系の偏光特性のうち、偏光の主軸方向の回転のみ
に関して補償をおこなう構成であった。しかしながら、
厳密には光学系の偏光特性は、単に主軸方向が回転する
だけではなく、直線偏光の楕円偏光化も含まれる。そこ
で、より厳密に光学系の偏光特性を補償するためには、
楕円偏光化した光を、直線偏光に戻してやる必要があ
る。そのためには、上記実施の形態の図３の構成の液晶
素子１０１を、図７に示すように、ほぼ９０度のねじれ
ネマティック２つの液晶素子１０１ａおよび１０１ｂを
ごく接近して平行に配置したものに置き換える。このと
き、液晶素子１０１ａと液晶素子１０１ｂは、それぞ
れ、電界３５を加えることにより、光束の入射側の液晶
分子３３の方向が回転し、射出側の液晶分子３３の方向
は電界３５に関わらず一定となるように、液晶材料の選
択および配向方向の制御を行う。また、液晶素子１０１
ａの射出側の液晶分子３３の方向と、液晶素子１０１ｂ
の入射側の液晶分子３３の方向はほぼ平行となるように
配置する。

【００４０】さらに、液晶素子１０１ａは、封入する液
晶材料とその厚さを選択することにより、液晶素子１０
１を通過後の光束に含まれる、液晶分子３３の長軸方向
に振動する偏光光とそれに垂直な方向に振動する偏光光
とが、波長λに対してちょうどλ／４の位相差をもつよ
うに設計する。このように設計することにより、液晶素
子１０１ａは、偏光の主軸方向を回転させる作用をもつ
と同時に、光学的なλ／４板として作用する。

【００４１】対物レンズ１４およびコンデンサレンズ１
２を直線偏光が通過することにより生じた楕円偏光（主
軸方向が角度θ回転し、楕円率角εをもつ光）が、液晶
素子１０１ａに入射する場合を考える。このとき、液晶
素子１０１ａの透明電極対３２の電圧を制御することに
より、液晶素子１０１ａの入射側の液晶分子３３の方向
が楕円偏光の主軸方向θと一致するように制御する。こ
れにより、液晶素子１０１ａに入射した光は、偏光の主
軸方向が液晶分子３３のねじれに沿って回転すると共
に、楕円偏光の長軸方向成分と短軸方向成分との間に位
相差λ／４が付与される。その結果、液晶素子１０１ａ
を出射する時には、射出側液晶分子３３の方向に対し
て、振動方向がε回転した直線偏光に変換される。この
直線偏光は、液晶素子１０１ｂに入射する。そこで、液
晶素子１０１ｂの入射側液晶分子３３の方向を、透明電
極対３２の電圧制御によりεと一致するように回転させ
ると、液晶素子１０１ｂに入射した直線偏光は、直線偏
光のまま液晶分子のねじれに沿って旋光し、射出時に
は、固定された射出側液晶分子３３の方向に振動方向を
そろえた直線偏光となる。

【００４２】このように、図７のような液晶素子を用い
ることにより、液晶素子１０１ａにより楕円偏光を直線
偏光に変換し、液晶素子１０１ｂにより該直線偏光の回
転角を補正することができる。したがって、全体として
任意の主軸方向θと楕円率角εをもつ楕円偏光を、振動
方向の揃った直線偏光に変換する事ができ、光学系の偏
光特性をすべて補償することが可能となる。

【００４３】上述してきた本発明の実施の形態では、光
の偏光等性や位相特性を電気的に変調可能な液晶素子を
用いているため、あらゆるレンズの種類に対応して偏光
特性を補償することができる。したがって、従来技術の
ようにレンズの種類ごとに偏光補償光学素子を用意する
必要がなく、コスト的に有利である。また、異なる種類
の偏光補償光学素子に交換するための抜き差し動作の煩
わしさもない。また、本実施の形態の液晶素子は、電気
的に瞬時に偏光特性を変更することが可能であり、顕微
鏡観察時のレンズの交換にすばやく対応することができ
る。その結果、顕微鏡操作の電動化への対応が容易であ
る。

【００４４】さらに、本実施の形態の偏光顕微鏡によれ
ば、液晶素子により微妙な偏光特性や位相特性の補償も
簡単に行えるため、レンズの製造誤差や個々のレンズの
差による偏光特性の違いがあっても、高精度に偏光特性
を補償することが可能となる。その結果、従来になく高
精度な偏光観察が可能となる。

【００４５】

【発明の効果】本発明の請求項１または請求項２に記載
の偏光顕微鏡によれば、高倍率な対物レンズを用いた場
合であっても、対物レンズによる偏光主軸の回転をうち
消すことができるため、消光比の高い高精度な偏光観察
が可能になる。

【００４６】また、本発明の請求項３に記載の偏光顕微
鏡によれば、予め求めておいた、対物レンズのデータに
基づいて制御回路が液晶素子の制御を行うため、対物レ
ンズを交換した場合であっても対物レンズによる偏光主
軸の回転を容易にうち消すことができる。

【００４７】また、本発明の請求項４に記載の偏光顕微
鏡によれば、液晶素子をねじれ構造にすることにより、
入射側に液晶分子の向きを制御することで容易に偏光主
軸の回転が実現可能になる。

【００４８】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態の偏光顕微鏡の構成を示
す説明図である。

【図２】一般的なねじれネマティック液晶セルの光学的
性質の印加電圧依存性を示すグラフである。

【図３】図１の偏光顕微鏡で用いる液晶素子１０１の具
体的な断面構成を示す説明図である。

【図４】図１の偏光顕微鏡の液晶素子１０１の液晶分子
３３を回転させる角度と、光束の偏光方位４１の回転角
θとの関係を示す説明図である。

【図５】図１の偏光顕微鏡において、制御回路１０２が
光学系の偏光回転角θijの個体差情報Δθijを測定する
動作を示すフローチャートである。

【図６】図１の偏光顕微鏡において、図５のフローチャ
ートの動作を行う際の光学は位置を示す説明図である。

【図７】本発明の別の実施の形態の楕円偏光を補償する
液晶素子の断面構成を示す説明図である。

【図８】本発明の別の実施の形態の反射型偏光顕微鏡の
構成を示す説明図である。

【図９】従来の偏光補償素子３０ａ，３０ｂを備える偏
光顕微鏡の構成を示す説明図である。

【図１０】一般的なオルソスコープ観察時の偏光顕微鏡
の構成を示す説明図である。

【図１１】一般的なコノスコープ観察時の偏光顕微鏡の
構成を示す説明図である。

【図１２】従来の偏光顕微鏡において、直線偏光が対物
レンズ１４等を通過した後の偏光方向のばらつきを示す
説明図である。

【図１３】従来の偏光方向補償素子の構成を示す説明図
である。

【符号の説明】

１０…光源、１１…コレクタレンズ、１２…コンデンサ
レンズ、１３…試料、１４…対物レンズ、１５…拡大
像、１６…ＣＣＤカメラ、２１…偏光子、２２…補償
器、２３…検光子、２４…ベルトランレンズ、２５…対
物レンズ１４の後ろ側焦点面、２７、２７ａ、２７ｂ…
１／２波長板、２８、２８ａ、２８ｂ…レクティファイ
ア、３０、３０ａ、３０ｂ…偏光補償素子、３１…ガラ
ス基板、３２…透明電極対、３３…液晶分子、３４…セ
ル、３５…電界、８１…ビームスプリッタ、８２…ハー
フミラー、８３…機構部、１０１…液晶素子、１０１
ａ，１０１ｂ…液晶素子、１０２…制御回路、１０３…
光軸、１０４…試料台。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】偏光子を含み、前記偏光子を介して、試料
   に対して予め定められた偏光状態の光束を照射するため
   の照明光学系と、 前記試料からの光束を集光し拡大像を結像するための対
   物レンズと、 前記対物レンズと前記拡大像との間に配置され、予め定
   められた偏光特性を有する検光子とを備えた偏光顕微鏡
   において、 前記照明光学系と前記対物レンズとを含む光学系による
   偏光の乱れをうち消すために、前記偏光子から前記検光
   子までの光路中に配置された液晶素子と、 前記液晶素子の偏光特性を変化させる制御手段とを備え
   たことを特徴とする偏光顕微鏡。
2. 【請求項２】請求項１に記載の偏光顕微鏡において、 前記液晶素子は、複数のセルから構成され、前記セルが
   格子状に配置されて成り、 前記制御手段は、前記各セルごとに電圧を加えて液晶の
   偏光特性を任意に変化させ、前記液晶の分子を回転させ
   ることで、入射した光束の偏光主軸を回転させて制御す
   ることを特徴とする偏光顕微鏡。
3. 【請求項３】請求項１に記載の偏光顕微鏡において、 前記制御手段は、予め求めておいた前記偏光特性の情報
   を前記各セルごとに記憶するメモリ部を有し、 前記偏光特性の情報は、前記照明光学系および前記対物
   レンズを含む光学系のレンズデータに基づいて算出さ
   れ、或いは前記偏光顕微鏡を作動させて実際の測定デー
   タに基づいて算出されたことを特徴とする偏光顕微鏡。
4. 【請求項４】請求項２に記載の偏光顕微鏡において、 前記液晶素子は、前記対物レンズと前記検光子との間に
   配置され、 前記制御手段は、前記対物レンズにより生じる前記光束
   の偏光主軸の回転量データに基づいて、前記対物レンズ
   による前記偏光主軸の回転を補償して前記光束の偏光主
   軸を光束全体で揃えるように、前記液晶の分子を回転さ
   せる電界を制御することを特徴とする偏光顕微鏡。