JP3142994U

JP3142994U - 暗視野照明装置

Info

Publication number: JP3142994U
Application number: JP2008002595U
Authority: JP
Inventors: 政王
Original assignee: 株式会社渋谷光学
Priority date: 2008-04-22
Filing date: 2008-04-22
Publication date: 2008-07-03
Anticipated expiration: 2018-04-22

Abstract

【課題】簡便であり、かつ充分な光量を観察対象領域に照射して暗視野観察を可能とする暗視野照明装置を提供すること。
【解決手段】顕微鏡の対物レンズを収容するレンズ鏡筒１２の外周に着脱可能に取り付けられ、照明光を観察対象物に照射して暗視野観察を可能とする暗視野照明装置１０であって、レンズ鏡筒１２の外側に該レンズ鏡筒１２と同心円状に着脱可能に取り付けられるリング状の形態を有する外筒１５と、外筒１５の内部に配設され、照明光を放射する光源１６と、外筒１５に配設され、光源１６から放射される照明光をメリジオナル面で平行光に変換して観察対象物に対して斜めに出射させる光学素子１７と、を備えることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本考案は、検査対象物に暗視野照明を施してその拡散あるいは回折光を対物レンズに取り込んで観察する暗視野観察用顕微鏡で用いられる暗視野照明装置に関する。

ＩＣパターンや液晶用ガラスの傷やゴミの有無の検査は、暗視野照明による観察が適しており、暗視野照明による観察が行われる。この暗視野照明は、光軸上で観察対象に対して照明光を照射する明視野照明と異なり、観察対象物の横あるいは斜め方向から光を当て、観察対象からの回折光あるいは拡散光を対物レンズに取り込んで観察するものである。

この暗視野観察用の対物レンズ鏡筒は、観察対象物からの回折光あるいは拡散光を採り入れる対物レンズ系が収納された内筒と暗視野照明用の平行光を導く導光用の中空の外筒とからなるものである（特許文献１〜４参照）。

特開平７−２８１０９８号公報（要約書）特開２０００−１２１９４９号公報（要約書）特開２００６−０３９４１８号公報（要約書）特開２００１−１５４１０３号公報（要約書）

特許文献１のような、暗視野照明用の平行光を対物レンズ系の外側から導く方式の暗視野用対物レンズには次のような問題がある。

光源装置と光を平行光に変換するコリメート光学素子を備えた照明装置を顕微鏡の光学系とは別途に設け、そこから平行光にした光を顕微鏡の光学系に採り入れ、暗視野用対物レンズ鏡筒に導く光学系を備える必要があり、暗視野照明光の対物レンズ系から接眼レンズ系の光学系に漏れ込み（迷光）が発生するため、観察対象物からの回折光あるいは拡散光を見えにくくしてしまう。

暗視野用対物レンズ鏡筒の暗視野照明を導く外側の環状の空間には、外筒を支えるため内筒との間に少なくとも３本の腕が必要であり、その影が照明光として出てしまい、その影の部分により観察対象領域に照射する光量が少なくなる。またその影の影響を小さくするための光学素子として拡散板が必要となる。

照明光を対物レンズ系に導入しないように、円形のフィルタを設ける必要があり、そのため、暗視野観察領域に持ち込める光量が少なくなる。

また、特許文献２のように、ＬＥＤで直接に対象物を照明しても、これは明視野観察と同様であり、メリジオナル面で平行光を対象物に当てるものではないため、観察対象からの回折光や拡散光を観察する暗視野観察には向かない。

さらに、特許文献３は、ＬＥＤ照明を用いるが、ＬＥＤ光を平行光として撮影カメラ、対物レンズ系が収納された内筒の外側を導光するため、従来の暗視野照明用の対物レンズ鏡筒と同様の問題が生ずる。また、この特許文献３の技術では、鏡筒内にカメラも設けるため同じ対物レンズを用いて明視野観察も併用することはできない。また、倍率の異なった対物レンズを一つの顕微鏡に取り付けて異なる倍率で観察することもできない。

また、特許文献４は、暗視野用のリング状のＬＥＤ照明を対物レンズ鏡筒とは別に設けているが、それらをどのようにメリジオナル面で平行光にして観察対象に照射するかについての提案はなく、顕微鏡内に設けられるため、対物レンズの倍率によって観察対象物への照射焦点距離が変化する場合を考慮したものではない。

本考案は、このような問題を解決するもので、簡便であり、かつ充分な光量を観察対象領域に照射して暗視野観察を可能とする暗視野照明装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本考案は、顕微鏡の対物レンズを収容するレンズ鏡筒の外周に着脱可能に取り付けられ、照明光を観察対象物に照射して暗視野観察を可能とする暗視野照明装置であって、レンズ鏡筒の外側に該レンズ鏡筒と同心円状に着脱可能に取り付けられるリング状の形態を有する外筒と、外筒の内部に配設され、照明光を放射する光源と、外筒に配設され、光源から放射される照明光をメリジオナル面で平行光に変換して観察対象物に対して斜めに出射させる光学素子とを備えるものである。

このように構成した場合には、観察対象物から拡散あるいは回折された光が対物レンズ系に取り込まれ、顕微鏡の接眼レンズ光学系に導かれる。このため、接眼レンズ系に導かれた光を目視観察することが可能となる。また、当該光をカメラ装置で撮影して画像処理を施すことによって、影像として観察できる。

また、他の考案は、上述の考案に加えて更に、光源は、照射域に向けて照明光が直進するように外筒内に配設され、斜めに出射させる光学素子は、トロイド面レンズであり、外筒の先端部分に取り付けられているものである。

このように構成した場合には、光源から照射された照明光をトロイド面レンズによりメリジオナル面で平行な光に変換して、観察対象物に照射することが可能となる。

また、他の考案は、上述の考案に加えて更に、光源は外筒の内部において、周方向に沿って等間隔で３つ以上の奇数個配設されていると共に、光学素子は光源と対応するように周方向に沿って光源と同数配設されているものである。このように構成した場合には、観察対象物を、その外側から全周に亘ってむらなく照明することができ、観察対象物に充分な光を照射することができる。その結果、観察対象物をより鮮明に観察することが可能となる。

また、他の考案は、上述の考案に加えて更に、斜めに出射させる光学素子は、対物レンズ系部分が円状にくり抜かれたリング状の形態を有するトロイド面レンズであり、外筒の先端部分に取り付けられているものである。このように構成した場合には、光源から照射された照明光をトロイド面レンズによりメリジオナル面で平行な光に変換して、観察対象物に照射することが可能となる。

また、他の考案は、上述の考案に加えて更に、リング状のトロイド面レンズと外筒との間に、光源から放射される照明光を反射させる非球面状のミラーを介在させたものである。このように構成した場合には、光源から放射される照明光をミラーにより所望の角度に反射させた後、観察対象物に照射することが可能となる。

本考案によると、単純な構成で、充分な光量を観察対象領域に照射できる。

（第１の実施の形態）
以下、本考案の第１の実施の形態に係る暗視野照明装置１０について、図面を参照しながら説明する。

図１は、本考案の第１の実施の形態に係る暗視野照明装置１０を顕微鏡のレンズ鏡筒１２に取り付けた状態の断面図である。図２は、図１中の暗視野照明装置１０を右方向から見た側断面図であり、図４のII−II線で切断した断面図である。図３は、本考案の第１の実施の形態に係る暗視野照明装置１０を右方向から見た側面図である。図４は、本考案の第１の実施の形態に係る暗視野照明装置１０を図３中の矢示Ａ方向から見た底面図である。

暗視野照明装置１０は、顕微鏡により暗視野観察を行う際の暗視野照明手段である。図１および図２等に示すように、暗視野照明装置１０は中央がくり抜かれたリング状の形態を有しており、顕微鏡のレンズ鏡筒１２の外側に着脱可能に取り付けられる。レンズ鏡筒１２は、対物レンズ（図示省略）等からなる対物レンズ系と、この対物レンズ系を収容する略筒形状の形態を有する筒体１４と、から主に構成される。対物レンズは、筒体１４に囲まれた空間１３内に配置される。対物レンズを包み込んだ筒体１４は、顕微鏡本体に取り付け取り外しが可能とされている。また、筒体１４において周方向に沿って９０度の間隔を隔てた３箇所の位置（図１における、左方、右方および紙面手前側）には、ネジ１４ａが螺入されている。このネジ１４ａによって暗視野照明装置１０が筒体１４に固定される。

図２および図４に示すように、暗視野照明装置１０は、リング状の形態を有する外筒１５と、外筒１５の内部に周方向に一定の間隔を隔てて配設される光源となるＬＥＤ（Light Emitting Diode）素子１６と、外筒１５の先端（開口端）部近傍にＬＥＤ素子１６と対応するように周方向に一定の間隔を隔てて配設される光学素子となるトロイド面レンズ１７と、トロイド面レンズ１７が保持されるリング状の保持板１８（図４参照）とを有する。なお、この実施の形態では、ＬＥＤ素子１６は等間隔にて計９個配置され、同一形状のトロイド面レンズ１７も９個配置されている。トロイド面レンズ１７は、それぞれが周方向に４０度の幅となるような大きさで隣接するものが接するように配置されている。このように、ＬＥＤ素子１６やトロイド面レンズ１７を奇数個でかつ等間隔に配置すると、対称性がなくなり光の拡散の面で好ましいものとなる。

図２および図４に示すように、外筒１５は、中央がくり抜かれたリング状の形態を有している。具体的には、外筒１５は、その天面側を覆う図２における上から見てリング状の形態を有する天面壁２０と、光軸方向に伸びその内周側を覆う周状の内周壁２１と、天面壁２０に連続するように設けられ、外周側面を覆う周状の外周壁２２とから構成されている。このため、外筒１５は、円周状に沿って図２における上方に向かって略凹形状に凹んだ導光部２３を有する。すなわち、導光部２３は、外筒１５において円周状に沿って図２における下側に開口している。この導口部２３は周方向に繋がっておりドーナッツ形状となっている。図２に示すように、内周壁２１は、天面壁２０の内周端から図２における下方に向かって延出した後、外筒１５の中心軸線Ｍ方向に向かって斜めに傾斜している。なお、この中心軸線Ｍは光軸に相当する。また、内周壁２１の開口端２１ａは、外周壁２２の開口端２２ａよりも図２における上方に位置している。また、天面壁２０において周方向に９０度の間隔を隔てた３箇所の位置（図２における、左方、中央および紙面手前側）には、図２における上方に向かって略平板状の形態で突出する係合部２５が設けられている。これら各係合部２５には、横方向に向かって切り欠かれた切欠部２５ａが形成されている。なお、切欠部２５ａは、すべて周方向で同一方向に切り欠かれているが、いずれか１つを周方向で逆方向に切り欠いて形成しても良い。

図２に示すように、ＬＥＤ素子１６は、天面壁２０に固定される形で、外筒１５の内側に円周方向に沿って一定の間隔を隔てて合計９個配設されている。天面壁２０は外周側に向かうにつれて図２における下方に傾斜するように形成されているため、ＬＥＤ素子１６は外筒１５に対して内側に向かって斜めに傾いた状態で固定されている。

図２および図４に示すように、トロイド面レンズ１７は、外筒１５の開口端近傍に、ＬＥＤ素子１６と対応するように円周方向に沿って一定の間隔を隔てて合計９個配設されている。また、これらトロイド面レンズ１７は、内側に向かって斜めに傾いた状態で配設されている。具体的には、トロイド面レンズ１７は、リング状の保持板１８に周方向に向かって一定の間隔を隔てて固定されている（図４参照）。トロイド面レンズ１７は、トロイド面を有する円形のレンズである。また、トロイド面レンズ１７において、ＬＥＤ素子１６と対向する面は平坦な面に形成されている。保持板１８は、内周側から外周側に向かって図２における下方に向かって傾斜するように配置されている。すなわち、中央がくり抜かれた傘状の形態を有している。この保持板１８は、トロイド面レンズ１７を固定した状態で、導光部２３を閉塞するように外筒１５の開口端部分に固定されている。

暗視野照明装置１０は、外筒１５における内周壁２１の内側にレンズ鏡筒１２を挿入し、外筒１５を周方向に回転させて、各係合部２５に形成される切欠部２５ａをネジ１４ａの軸部分に係合させ、係合状態でネジ１４ａを締めることによって、レンズ鏡筒１２に取り付けられる。暗視野照明装置１０がレンズ鏡筒１２に取り付けられた状態では、該レンズ鏡筒１２の先端部分に配置される対物レンズが暗視野照明装置１０の高さ方向における略中央部分まで挿入された状態となる（図１参照）。また、暗視野照明装置１０がレンズ鏡筒１２に取り付けられた状態では、暗視野照明装置１０はレンズ鏡筒１２の外側に、該レンズ鏡筒１２の光軸を中心として同心円状に配置される。すなわち、レンズ鏡筒１２の光軸と暗視野照明装置１０の中心軸線Ｍとが一致した状態となる。

図１に示すように、暗視野照明装置１０は、各ＬＥＤ素子１６からの照明光をトロイド面レンズ１７のメリジオナル面で平行な光に変換して、照射域となる暗視野領域Ｓに向かって斜めに出射させる。このため、暗視野照明装置１０の電源スイッチ２６をＯＮにして、各ＬＥＤ素子１６からの照明光を暗視野領域Ｓに斜めに照射させることで、観察対象物によって回折あるいは散乱した光を、対物レンズ系を介して顕微鏡観察することができる。すなわち、対物レンズ系を通過した光は、接眼光学レンズ系に導かれ、人の目に入ることで観察対象物を観察することができる。

ここで、図１に示す、トロイド面レンズ１７の出射角α、暗視野領域（照射領域）Ｓ、レンズ鏡筒１２の外径ｄ、対物レンズの作動距離（観察対象物と対物レンズとの距離）ＷＤ、トロイド面レンズ１７の幅ｂ、ＬＥＤ素子１６とトロイド面レンズ１７との距離Ｌ、メリジナル面でのトロイド面レンズ１７のバックフォーカスｆｂとの関係を、
α≧ｔａｎ^-1[（Ｓ＋ｄ）／２ＷＤ]
ｂ≧Ｓ×Ｃｏｓα、
Ｌ＝ｆｂ、
とするのが好ましい。

このような関係とすると、ＬＥＤ素子１６からの照明光はメリジオナル面で平行な光に変換されて暗視野領域Ｓに斜めに出射される。

以上のように構成された暗視野照明装置１０では、各ＬＥＤ素子１６からの照明光を平行光に変換して暗視野領域Ｓに向かって斜めに照射させることができる。このため、暗視野領域Ｓに配置された観察対象物によって回折あるいは散乱した光を、レンズ鏡筒１２に収容された対物レンズ系を介して顕微鏡において目視観察することができる。また、当該光をカメラ装置で撮影して画像処理を施すことによって、影像として観察できる。

また、暗視野照明装置１０では、ＬＥＤ素子１６からの照明光をトロイド面レンズ１７を介して、暗視野領域Ｓに照射させている。このため、ＬＥＤ素子１６から放射された照明光をトロイド面レンズ１７によりメリジオナル面で平行な光に変換して、暗視野領域Ｓに配置された観察対象物に照射することが可能となる。また、トロイド面レンズ１７が円周状に複数配置されているため、観察対象物を、その外側から全周に亘って照明することができ、観察対象物に充分な光を照射することができる。その結果、観察対象物をより鮮明に観察することが可能となる。

（第２の実施の形態）
以下、本考案の第２の実施の形態に係る暗視野照明装置３０について、図面を参照しながら説明する。なお、第２の実施の形態に係る暗視野照明装置３０において、第１の実施の形態と共通する部分については、同一の符号を付すと共にその説明を省略または簡略化する。

図５は、本考案の第２の実施の形態に係る暗視野照明装置３０の断面図であり、図２に相当するものである。

図５に示すように、暗視野照明装置３０は中央がくり抜かれたリング状の形態を有しており、顕微鏡のレンズ鏡筒１２の外側に着脱可能に取り付けられる。

図５に示すように、暗視野照明装置３０は、リング状の形態を有する外筒３２と、外筒３２の内部に周方向に一定の間隔を隔てて配設される光源となるＬＥＤ素子１６と、外筒３２の開口端部近傍に配設される光学素子となるリング状の形態を有するリング状レンズ３３と、リング状レンズ３３に入射した照明光を反射させるミラー３４とを有する。

図５に示すように、外筒３２は、中央がくり抜かれたリング状の形態を有している。また、外筒３２には、円周状に沿って図５における上方に向かって略凹形状に凹んだ導光部３５がドーナッツ状に形成されている。図５に示すように、外筒３２の外側を覆う外周壁３６の開口端部近傍は、外筒３２の中心軸線Ｎ方向に向かって斜めに傾斜する傾斜部３７とされている。また、外筒３２の内側を覆う内周壁３８の開口端３８ａは、傾斜部３７の開口端３７ａよりも図５における上方に位置している。また、外筒３２の上部には３つの係合部２５が設けられている。

図５に示すように、ＬＥＤ素子１６は、導光部３５の天面に固定される形で、外筒１５の内側に円周方向に沿って一定の間隔を隔てて、例えば、合計９個配設されている。リング状レンズ３３は、中央がくり抜かれたリング状の形態を有しており、その内周側に全周に亘って形成されたトロイド面３３ａを有している。また、リング状レンズ３３の外周側には、中心軸線Ｎ方向に向かって斜めに傾斜するテーパ部３３ｂが形成されている。このリング状レンズ３３は、外筒３２の開口端部近傍に、導光部３５を塞ぐように配設されている。

また、リング状レンズ３３のテーパ部３３ｂと外筒３２の傾斜部３７との間には、中央がくり抜かれたリング状の形態を有する非球面状のミラー３４が介在されている。このミラー３４はテーパ部３３ｂに固定されている。しかしながら、ミラー３４をテーパ部３３ｂではなく、傾斜部３７に固定するようにしても良い。このミラー３４の反射面は平坦な面に形成されている。なお、ミラー３４の反射面を平坦な面ではなく曲面状等の他の形態の面に形成しても良い。

暗視野照明装置３０は、第１の実施に形態に係る暗視野照明装置１０と同様の方法でレンズ鏡筒１２に取り付けられる。暗視野照明装置３０がレンズ鏡筒１２に取り付けられた状態では、レンズ鏡筒１２の光軸と暗視野照明装置３０の中心軸線Ｎとが一致する。

暗視野照明装置３０は、各ＬＥＤ素子１６からの照明光をミラー３４で反射させて、その反射光をリング状レンズ３３のメリジオナル面となるトロイド面３３ａで平行な光に変換して、照射域となる暗視野領域Ｓに向かって斜めに出射させる。このため、暗視野照明装置３０の電源をＯＮにして、各ＬＥＤ素子１６からの照明光を暗視野領域Ｓに斜めに照射させることで、観察対象物によって回折あるいは散乱した光を、対物レンズ系を介して顕微鏡観察することができる。

以上のように構成された暗視野照明装置３０では、各ＬＥＤ素子１６からの照明光をミラー３４で反射させ、その反射光を平行光に変換して暗視野領域Ｓに向かって斜めに照射させることが可能となる。このため、暗視野領域Ｓに配置された観察対象物によって回折あるいは散乱した光を、レンズ鏡筒１２に収容された対物レンズ系を介して顕微鏡において目視観察することができる。また、照明光をミラー３４において反射させているため、ミラー３４の角度や大きさ等を調節することによって照射領域を容易に変えることが可能となる。

また、暗視野照明装置３０では、ＬＥＤ素子１６からの照明光をリング状のトロイド面３３ａを有するリング状レンズ３３を介して、暗視野領域Ｓに照射させている。このため、ＬＥＤ素子１６から照射された照明光をリング状レンズ３３によりメリジオナル面で平行な光に変換して、暗視野領域Ｓに配置された観察対象物に照射させることが可能となる。また、リング状レンズ３３はリング状の形態を有しているため、観察対象物を、その外側から全周に亘って照明することができ、観察対象物に充分な光を照射することができる。その結果、観察対象物をより鮮明に観察することが可能となる。

以上、本考案の各実施の形態について説明したが、本考案は上述の形態に限定されることなく、種々変形した形態にて実施可能である。

上述の各実施の形態では、ＬＥＤ素子１６は円周状にそれぞれ９個配設されているが、ＬＥＤ素子１６の数は９個に限定されるものではなく、８個以下としてもよいし、１０個以上としても良い。また、上述の第１の実施の形態における、トロイド面レンズ１７の数も９個に限定されるものではなく、８個以下としてもよいし、１０個以上としても良い。また、筒体１４は顕微鏡本体に取り付け取り外し可能なものとしたが、筒体１４が顕微鏡本体に固定され取り外しができないものとしても良い。

上述の各実施の形態では、光学素子としてトロイド面を有するレンズ１７，３３が採用されているが、光学素子として、フレネルレンズ等他の種類のレンズを採用しても良い。また、光学素子としてレンズを示したが、光学素子としては、レンズ以外にプリズム、フィルタ、回折格子、波長板、偏光素子、ライトガイド、反射鏡等が存在し、それらの光学素子をレンズの代わりに採用しても良い。

また、上述の各実施の形態では、光源として、ＬＥＤ素子１６を用いた場合について説明したが、光源として、ＬＥＤ素子以外に、例えば、酸化亜鉛を用いた蛍光発光素子を用いても良く、同じく酸化亜鉛を利用する高精細な酸化亜鉛ナノピット発光アレイ、有機ＥＬ発光素子（特に白色発光有機ＥＬ素子）、カーボン・ナノチューブを利用した固体発光素子を用いても良い。

本考案は、検査装置など暗視野照明が必要となる分野すべてに適用することが可能となる。例えば、ＩＣ、液晶産業への応用に資することが可能である。また、ファインダや望遠鏡の十字線やチャートの確認にも利用できる。

本考案の第１の実施の形態に係る暗視野照明装置を顕微鏡のレンズ鏡筒に取り付けた状態の断面図である。図１に示す暗視野照明装置を右方向から見た側断面図で、図４のII−II線で切断した断面図である。図１に示す暗視野照明装置を右方向から見た側面図である。図１に示す暗視野照明装置を図３中の矢示Ａ方向から見た底面図である。本考案の第２の実施の形態に係る暗視野照明装置の側断面図で図２に相当する図ある。

符号の説明

１０，３０…暗視野照明装置
１２…レンズ鏡筒
１３…対物レンズが配置される空間
１５，３２…外筒
１６…ＬＥＤ素子（光源）
１７…トロイド面レンズ（光学素子）
３３…リング状レンズ（光学素子）
３４…ミラー
Ｓ…暗視野領域（照射域）

Claims

顕微鏡の対物レンズを収容するレンズ鏡筒の外周に着脱可能に取り付けられ、照明光を観察対象物に照射して暗視野観察を可能とする暗視野照明装置であって、
上記レンズ鏡筒の外側に該レンズ鏡筒と同心円状に着脱可能に取り付けられるリング状の形態を有する外筒と、
上記外筒の内部に配設され、照明光を放射する光源と、
上記外筒に配設され、上記光源から放射される照明光をメリジオナル面で平行光に変換して観察対象物に対して斜めに出射させる光学素子と、
を備えることを特徴とする暗視野照明装置。
前記光源は、照射域に向けて照明光が直進するように前記外筒内に配設され、前記斜めに出射させる光学素子は、トロイド面レンズであり、前記外筒の先端部分に取り付けられていることを特徴とする請求項１記載の暗視野照明装置。
前記光源は前記外筒の内部において、周方向に沿って等間隔で３つ以上の奇数個配設されていると共に、前記光学素子は前記光源と対応するように周方向に沿って前記光源と同数配設されていることを特徴とする請求項１または２記載の暗視野照明装置。
前記斜めに出射させる光学素子は、対物レンズ系部分が円状にくり抜かれたリング状の形態を有するトロイド面レンズであり、前記外筒の先端部分に取り付けられていることを特徴とする請求項１記載の暗視野照明装置。
前記リング状のトロイド面レンズと前記外筒との間には、前記光源から放射される照明光を反射させる非球面状のミラーが介在されていることを特徴とする請求項４記載の暗視野照明装置。