JP4792163B2

JP4792163B2 - 顕微鏡装置

Info

Publication number: JP4792163B2
Application number: JP2001081120A
Authority: JP
Inventors: 章渡辺
Original assignee: Olympus Corp
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 2001-03-21
Filing date: 2001-03-21
Publication date: 2011-10-12
Anticipated expiration: 2021-03-21
Also published as: JP2002277749A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、落射照明を用いた顕微鏡装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、顕微鏡として、図５（ａ）に示すように、顕微鏡本体１に上下方向に移動可能に設けられた移動台２に、サンプルを載置するステージ３を設け、このようなステージ３を顕微鏡本体１側に固定された対物レンズ４を有するレボルバ５に対して上下動させて焦準を行う方式のものが多く用いられているが、サンプルが重い場合や、サンプルを固定しなければならない場合（例えばマニュピレータとの間系でサンプルの高さ方向の位置を変えられない場合、サンプルを観察しながら組立作業を行うような場合）には、組み立て内容を一部変更することで、同図（ｂ）に示すように、顕微鏡本体１に上下方向に移動可能に設けられた移動台２に対物レンズ４を有するレボルバ５を設け、このレボルバ５を顕微鏡本体１側に固定されたステージ３に対して上下動させて焦準を行う方式を選択できるようにしたものがある。
【０００３】
ところで、このような顕微鏡には、落射照明としてケーラー照明が多く用いられている。図６は、このようなケーラー照明を説明する落射照明光学系を示すもので、図面では、照明光学系の主光線を示している。
【０００４】
この場合、光源１１から出射された照明光は、コレクタレンズ１２でほぼ平行光束となり、リレーレンズ１３により集光され、開口絞り１４で焦点を結ぶ。また、開口絞り１４を通った光束は、リレーレンズ１５を介してハーフミラー１６に入射され、ここで、反射された光束は、対物レンズ４の瞳位置（対物レンズの後側焦点位置）１８で再度焦点を結び、対物レンズ４を構成するレンズ群４ａを通ってサンプル１９に照射される。一方、照明光が照射されたサンプル１９の反射光は、対物レンズ４を通り、ハーフミラー１６を透過して平行光束として結像レンズ２０に入射、結像され、プリズム２１を介して接眼レンズ２２により観察される。
【０００５】
このようなケーラー照明によれば、対物レンズ４の瞳位置と開口絞り１４の光学的共役関係により、倍率の異なる対物レンズ４を使用しても、サンプル１９にむらのない照明を行うことができる。また、開口絞り１４には、絞り羽根などにより径を可変可能なものが用いられるが、この開口絞り１４は、光源１１と共役の位置にあるので、開口絞り１４の径を小さくしても、照明光を視野全体に均一に減少させることができる。また、対物レンズ４の開口数に合わせて開口絞り１４の径を変更することにより、照明の適正化を図ることができ、さらに、対物レンズ４の開口数に対して絞り径をを変えることで、照明のコントラスト、焦点深度を変化させることもできる。また、光軸上の光線２３をサンプル１９と共役の位置に配置される視野絞り２４で焦点を結ばせることで、視野絞り２４の径により視野の可変を行うこともできる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
この場合、図５（ａ）に示すステージ３側を移動させる方式のものは、図６で述べたケーラー照明を採用する場合、顕微鏡本体１の上部に光源１１からの照明光の光軸上にコレクタレンズ１２、リレーレンズ１３、開口絞り１４、視野絞り２４、リレーレンズ１５およびハーフミラー１６を有する落射投光管６が配置されるが、このような落射投光管６に対して対物レンズ４の位置が固定で、これら間の距離を常に一定にできるので、この距離を小さくできる光学的な有利さもあって何ら問題ない。
【０００７】
ところが、図５（ｂ）に示すレボルバ５側を移動させる方式のものは、レボルバ５の上下動により、対物レンズ４の瞳位置と落射投光管６との距離が変化するため、上述したケーラー照明の効果を期待することができない。
【０００８】
そこで、従来、実開平３−５５９３１号公報に開示されるように、開口絞りをリレーレンズとともに移動可能にする移動機構を設け、このような移動機構により開口絞りとリレーレンズを所定距離移動させて平行光束を伸縮させることで、対物レンズの瞳位置と開口絞りを光学的共役関係に保つ方法が知られている。
【０００９】
ところが、このように特殊な移動機構を落射投光管内部に設けることは、開口絞りの操作部まで含めると光学的筒形状などを大幅に変更しなければならず、極力シンプルに抑えるべき汎用の落射投光管が大型で、コスト的に高価になってしまう。
【００１０】
また、特開平１０−７３７６８号公報には、対物レンズの瞳位置の変化を補正するため、開口絞りの位置を切換えたり、別途設けるようにものが開示されているが、このようにしても開口絞りを別体にして移動させるのに変わりなく、上述したような特殊な移動機構を必要とする。
【００１１】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、対物レンズの瞳位置と開口絞りの関係を常に光学的共役位置に保つことができ、最適な照明効果を期待できるとともに、コスト的にも安価にできる顕微鏡装置を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、光源からの照明光を少なくとも開口絞りを有する光路を介して反射部材に入射させ、この反射部材で反射した光束を対物レンズに入射させるケーラー照明の落射照明光学系を構成する落射投光管を有する顕微鏡装置であって、前記反射部材を収容する第１反射部材ブロックと、前記反射部材を収容するととともに前記反射部材と前記開口絞りとの間に補助光学素子が配置されている第２反射部材ブロックと、を備えていて、前記第１反射部材ブロックと前記第２反射部材ブロックは、前記反射部材に対する前記対物レンズの瞳位置の移動に対応して選択的に前記落射投光管に配置され、前記開口絞りと前記対物レンズの瞳位置との光学的共役関係を保つ、ことを特徴としている。
【００１３】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記落射投光管には前記開口絞りと前記反射部材との間に配置され前記開口絞りからの光束を結像させるレンズが配置されていて、前記補助光学素子は前記レンズからの前記光束の結像位置を延ばす凹レンズである、ことを特徴としている。
【００１４】
請求項３記載の発明は、請求項１または２記載の発明において、前記落射投光管には、前記光源と前記開口絞りとの間の光路で、前記開口絞りに近接して拡散板が配置されている、ことを特徴としている。
【００１６】
この結果、本発明によれば、ケーラー照明の落射照明光学系の対物レンズの瞳位置と開口絞りの光学的共役関係を保つことができるので、ムラのない照明と開口絞りを機能させることができる。
【００１７】
また、本発明によれば、顕微鏡の基幹ユニットを共通に利用できるので、各ユニットを最小限のコストで提供でき、これら各ユニットとともに複数の反射部材ブロックを用意するだけで、異なる方式の顕微鏡を構築できるので、経済的に有利にできる。
【００１８】
さらに、本発明によれば、開口絞りの近傍に拡散板を配置したことで、照明光学系の変更による軸外光の収差による照明ムラや光源の投影倍率の僅かな差を補正し、通常使用時との差を極力目立たなくできる。
【００１９】
さらにまた、本発明によれば、落射照明光学系と対物レンズの間の光路に中間部材として、中間ユニットや中間鏡筒を設けることができるので、つまり、対物レンズからの観察系平行光束部に中間部材を挿入できるので、光線の取り出し、別な光学系の付加などのシステム化に適した構成を得られる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に従い説明する。
【００２１】
（第１の実施の形態）
図１および図２は、本発明が適用される顕微鏡装置の概略構成図で、図１は、ステージ側を焦準移動させる方式、図２は、対物レンズ側を焦準移動させる方式を示している。
【００２２】
まず、図１は、ステージ側を焦準移動させる方式を適用したもので、図において、３１は顕微鏡本体で、この顕微鏡本体３１は、水平方向のベース３１ａに直立して胴部３１ｂが設けられ、この胴部３１ｂの上部には、ベース３１ａに対して平行な方向に落射投光管３２がボルト３０により直接取り付けられている。
【００２３】
この落射投光管３２は、ケーラー照明の落射照明光学系を構成するもので、点光源からなる光源３３およびコレクタレンズ３４を有するランプハウス３５が設けられ、光源３３から出射された照明光の光軸上に沿ってコレクタレンズ３４、リレーレンズ３６、開口絞り３７、視野絞り３８、リレーレンズ３９および反射部材としてハーフミラー４０が配置されている。この場合、ハーフミラー４０は、反射部材ブロックを構成するキューブ４１内に収容されている。このようなキューブ４１は、複数個がキューブユニット４２に収容され、選択的に落射投光管３２の光軸上に切換えることができるようになっている。
【００２４】
落射投光管３２の先端部には、レボルバ４４が設けられている。このレボルバ４４には、複数の対物レンズ４５が設けられ、レボルバ４４の回転操作により、これら対物レンズ４５を選択的に光軸上に切換え可能にしている。
【００２５】
一方、顕微鏡本体３１の胴部３１ｂには、上下方向に沿ってガイド部４６が形成され、このガイド部４６に沿ってステージ受け部４７が上下動可能に設けられている。このステージ受け部４７には、サンプル４８が載置されるステージ４９が設けられ、ステージ受け部４７の上下動によりステージ４９を対物レンズ４５の光軸方向に移動可能にしている。この場合、ステージ４９は、顕微鏡本体３１の側面に配置された焦準ハンドル５０を回転操作することで胴部３１ｂ内部に設けられた図示しない焦準機構を介して上下動され、サンプル６３を対物レンズ４５の焦点位置に合わせるようにしている。
【００２６】
このような方式の顕微鏡では、光源３３から出射された照明光は、コレクタレンズ３４でほぼ平行光束となり、リレーレンズ３６により集光され、開口絞り３７で結像される。その後、開口絞り３７を通った光束は、リレーレンズ３９を介してハーフミラー４０に入射され、ここで、反射された光束は、対物レンズ４５の瞳位置（対物レンズの後側焦点位置）５１で再度結像され、対物レンズ４５を通ってサンプル４８に照射される。一方、サンプル４８からの反射光は、対物レンズ４５を通り、ハーフミラー４０を透過して平行光束として図示しない結像レンズ、接眼レンズを介して観察される。
【００２７】
このような方式の顕微鏡によれば、ケーラー照明の落射照明光学系を構成する落射投光管３２は、対物レンズ４５との間の距離を一定にしているので、上述したケーラー照明による利点を得られ、また、落射投光管３２と対物レンズ４５を最も近い距離で取り付けることもできるので、広い視野を照明、観察することができる。
【００２８】
次に、図２は、図１に示す構成の一部を変更した対物レンズ側を焦準移動させる方式を採用したもので、ここでは、図１と同一部分には、同符号を付している。
【００２９】
この場合、顕微鏡本体３１の胴部３１ｂ上には、所定高さ寸法の嵩上げスペーサ６１を介して落射投光管３２がボルト６０により取り付けられている。
【００３０】
また、顕微鏡本体３１のベース３１ａ上には、ステージ受け部６２が図示しないアリなどにより着脱可能に設けられ、このステージ受け部６２に、サンプル６３を載置したステージ６４が設けられている。
【００３１】
一方、顕微鏡本体３１の胴部３１ｂの上下方向に沿って形成されるガイド部４６には、対物アーム６５が設けられ、ガイド部４６に沿って上下動可能にしている。また、対物アーム６５の先端には、レボルバ４４が設けられ、対物アーム６５の上下動によりレボルバ４４をステージ６４に対して光軸方向に移動可能にしている。この場合、レボルバ４４は、顕微鏡本体３１の側面に配置された焦準ハンドル５０を回転操作することで胴部３１ｂ内部に設けられた図示しない焦準機構を介して上下動され、サンプル６３を対物レンズ４５の焦点位置に合わせるようにしている。
【００３２】
また、落射投光管３２のキューブユニット４２に収容される反射部材ブロックを構成する複数のキューブ４１は、それぞれ反射部材のハーフミラー４０の前面に、補助光学素子として凹レンズ６６が配置されている。この凹レンズ６６は、リレーレンズ３９の焦点距離を延ばし、ハーフミラー４０に入射される光束の光線角度をやや浅くして、ハーフミラー４０で反射された光束を対物レンズ４５の瞳位置で結像させるためのものである。つまり、この場合、対物アーム６５の厚み寸法および上下動ストロークにより、落射投光管３２と対物レンズ４５の距離がＬだけ伸びた分、凹レンズ６６によりリレーレンズ３９の焦点距離を延ばすようにしている。
【００３３】
その他は、図１と同様なので、ここでの説明は省略する。
【００３４】
このようなステージ側を焦準移動させる方式の顕微鏡では、光源３３から出射された照明光は、コレクタレンズ３４でほぼ平行光束となり、リレーレンズ３６により集光され、開口絞り３７で結像される。その後、開口絞り３７よりリレーレンズ３９を通った光束は、凹レンズ６６を介してハーフミラー４０に入射される。この場合、凹レンズ６６によりリレーレンズ３９の焦点距離が延ばされ、ハーフミラー４０で反射された光束は、対物レンズ４５の瞳位置（対物レンズの後側焦点位置）５１で再度結像され、対物レンズ４５を通ってサンプル４８に照射される。一方、サンプル４８からの反射光は、対物レンズ４５を通り、ハーフミラー４０を透過して平行光束として図示しない結像レンズ、接眼レンズを介して観察される。
【００３５】
このような対物レンズ側を焦準移動させる方式の顕微鏡によれば、ケーラー照明の落射照明光学系を構成する落射投光管３２は、ハーフミラー４０の前面に、補助光学素子として凹レンズ６６を配置し、この凹レンズ６６により、リレーレンズ３９の焦点距離を延ばし、ハーフミラー４０に入射される光束の光線角度をやや浅くして、ハーフミラー４０で反射した光束を対物レンズ４５の瞳位置５１で結像させるようにしたので、落射投光管３２と対物レンズ４５の距離がＬだけ伸びた場合も、対物レンズ４５の瞳位置と開口絞り３７の光学的共役関係を保つことができ、ケーラー照明による全ての利点を確保することができる。特に、落射照明において重要な開口絞りの性能を確保できるので、開口絞りの径を小さくしても、照明光がケラれる（照野が狭くなる）ことがなく、照明光を視野全体に均一に減少させることができる。
【００３６】
なお、ハーフミラー４０の前面に凹レンズ６６を挿入すると、光路が延び、光線角度が浅くなることから、軸外光が減少し、照野が狭くなって、軸上光線の結像位置が視野絞り３８の位置から移動してしまうことがあるが、ケーラー照明の性能については確保される。また、落射照明の場合、視野絞りは、視野周辺でのフレア防止のために最適な径にする必要があるが、その他は、対物レンズの倍率に関わらず一定の径であるので、固定してあるか特に使用しないことが多い。
【００３７】
従って、このような第１の実施の形態によれば、ステージ側を焦準移動させる方式および対物レンズ側を焦準移動させる方式のいずれの構成に対しても、ケーラー照明の落射照明光学系を構成する落射投光管３２における開口絞り１４と対物レンズ４の瞳位置との光学的共役関係を保つことができるので、ムラのない照明と開口絞りを機能させることができ、常に最適な照明光効果を期待することができる。また、これらの方式のいずれに対しても、顕微鏡の基幹ユニットである顕微鏡本体１、落射投光管３２レボルバ４４などを共通に利用できるので、各ユニットを最小限のコストで提供でき、これら各ユニットとともに複数の反射部材ブロックを用意するだけで、それぞれの方式の顕微鏡を構築できるので、経済的に極めて有利にできる。
【００３８】
なお、上述した図１および図２において、光源３３と開口絞り３７との間の光路上で、開口絞り３７の近傍に拡散板７０を配置するようにしてもよい。このような拡散板７０は、通常、光源のフィラメント形状の相違や輝度差によるむらの抑制のために配置されるが、ここでは、照明光学系の変更による軸外光の収差による照明ムラや光源の投影倍率の僅かな差を補正し、通常使用時との差を極力目立たなくするのに効果的である。
【００３９】
（第２の実施の形態）
図３は、本発明の第２の実施の形態の要部の概略構成を示すもので、図１と同一部分には、同符号を付している。
【００４０】
この場合、ステージ側を焦準移動させる方式の顕微鏡で、落射照明光学系と対物レンズ４５の間の光路、つまり、落射投光管３２とレボルバ４４との間に中間部材として、中間ユニット７２を挿入している。この場合、中間ユニット７２は、例えば対物レンズ４５に近いほど効果的な輪帯照明、補助照明装置、オートフォーカス、微細な焦準装置(ピエゾ素子を用いた焦点合わせユニットなどである。
【００４１】
また、落射投光管３２のキューブユニット４２に収容される複数のキューブ４１は、ハーフミラー４０の前面に、補助光学素子として凹レンズ７３が配置されている。この凹レンズ７３は、リレーレンズ３９の焦点距離を延ばし、ハーフミラー４０に入射される光束の光線角度をやや浅くして、ハーフミラー４０で反射された光束を対物レンズ４５の瞳位置で結像させるためのもので、中間ユニット７２の挿入により落射投光管３２と対物レンズ４５の距離がＬ’だけ伸びた分、凹レンズ７３によりリレーレンズ３９の焦点距離を延ばすようにしている。
【００４２】
このようにしても、対物レンズ４５の瞳位置５１と開口絞り３７の光学的共役関係を保つことができるので、ムラのない照明と開口絞りを機能させることができ、さらに、顕微鏡本体１、落射投光管３２レボルバ４４などを共通に利用でき、しかも、これらユニットとともに複数の反射部材ブロックを用意するだけで、それぞれの方式の顕微鏡を構築できるので、経済的に極めて有利にできる。さらに、対物レンズ４５からの観察系平行光束部（無限遠光束）部に中間ユニット７２が挿入できるので、光線の取り出し、別な光学系の付加などのシステム化に適した構成を得ることができる。
【００４３】
（第３の実施の形態）
図４は、本発明の第３の実施の形態の要部の概略構成を示すもので、図１と同一部分には、同符号を付している。
【００４４】
この場合、顕微鏡本体３１の胴部３１ｂの上部には、ベース３１ａに対して平行な方向に対物アーム３１ｃが一体に形成され、この対物アーム３１ｃの上方に中間鏡筒８１を介して落射投光管３２が設けられるとともに、対物アーム３１ｃの下方にレボルバ４４が設けられている。つまり、この場合も、落射照明光学系と対物レンズ４５の間の光路に中間部材として、中間鏡筒８１を設けるようにしている。
【００４５】
また、落射投光管３２のキューブユニット４２に収容されるキューブ４１は、ハーフミラー４０の前面に、補助光学素子として凹レンズ８２が配置されている。この凹レンズ８２は、リレーレンズ３９の焦点距離を延ばし、ハーフミラー４０に入射される光束の光線角度をやや浅くして、ハーフミラー４０で反射された光束を対物レンズ４５の瞳位置で結像させるためのもので、中間鏡筒８１の挿入により落射投光管３２と対物レンズ４５の距離がＬ’’だけ伸びた分、凹レンズ８２によりリレーレンズ３９の焦点距離を延ばすようにしている。
【００４６】
このようにしても、第２の実施の形態と同様な効果を期待できる。
【００４７】
【発明の効果】
以上述べたように本発明によれば、対物レンズの瞳位置と開口絞りの関係を常に光学的共役位置に保つことができ、最適な照明効果を期待できるとともに、コスト的にも安価にできる顕微鏡装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態のステージ側を焦準移動させる方式の顕微鏡の概略構成を示す図。
【図２】第１の実施の形態のレボルバ側を移動させる方式の顕微鏡の概略構成を示す図。
【図３】本発明の第２の実施の形態の要部の概略構成を示す図。
【図４】本発明の第３の実施の形態の要部の概略構成を示す図。
【図５】従来の顕微鏡の概略構成を示す図。
【図６】ケーラー照明を説明する落射照明光学系を示す図。
【符号の説明】
３０…ボルト
３１…顕微鏡本体
３１ａ…ベース
３１ｂ…胴部
３１ｃ…対物アーム
３２…落射投光管
３３…光源
３４…コレクタレンズ
３５…ランプハウス
３６…リレーレンズ
３７…開口絞り
３８…視野絞り
３９…リレーレンズ
４０…ハーフミラー
４１…キューブ
４２…キューブユニット
４４…レボルバ
４５…対物レンズ
４６…ガイド部
４７…ステージ受け部
４８…サンプル
４９…ステージ
５０…焦準ハンドル
５１…瞳位置
６０…ボルト
６１…スペーサ
６３…サンプル
６４…ステージ
６５…対物アーム
６６…凹レンズ
７０…拡散板
７２…中間ユニット
７３…凹レンズ
８１…中間鏡筒
８２…凹レンズ

Claims

光源からの照明光を少なくとも開口絞りを有する光路を介して反射部材に入射させ、この反射部材で反射した光束を対物レンズに入射させるケーラー照明の落射照明光学系を構成する落射投光管を有する顕微鏡装置であって、
前記反射部材を収容する第１反射部材ブロックと、
前記反射部材を収容するととともに、前記反射部材と前記開口絞りとの間に補助光学素子が配置されている第２反射部材ブロックと、
を備えていて、
前記第１反射部材ブロックと前記第２反射部材ブロックは、前記反射部材に対する前記対物レンズの瞳位置の移動に対応して選択的に前記落射投光管に配置され、前記開口絞りと前記対物レンズの瞳位置との光学的共役関係を保つ、
ことを特徴とする顕微鏡装置。
前記落射投光管には、前記開口絞りと前記反射部材との間に配置され前記開口絞りからの光束を結像させるレンズが配置されていて、
前記補助光学素子は、前記レンズからの前記光束の結像位置を延ばす凹レンズである、
ことを特徴とする請求項１に記載の顕微鏡装置。
前記落射投光管には、前記光源と前記開口絞りとの間の光路で、前記開口絞りに近接して拡散板が配置されている、ことを特徴とする請求項１または２記載の顕微鏡装置。