(57)【要約】      （修正有）【課題】ＬＥＤ光源を用いながら光量ロスや周辺減光の少ない高性能の照明装置と、これを有する顕微鏡装置を提供する。【解決手段】光源１０と、前記光源からの光を集光するコリメータレンズ１２と、前記コリメータレンズからの光を重畳して二次光源を形成するフライアイレンズ１４と、前記フライアイレンズから射出した光を標本面３０に照射するコンデンサレンズ２８とを有し、前記コリメータレンズは、前記フライアイレンズの開口数を満たす配光特性を有する。【選択図】図１
2010156939.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と、
前記光源からの光を集光するコリメータレンズと、
前記コリメータレンズからの光を重畳して二次光源を形成するフライアイレンズと、
前記フライアイレンズから射出した光を標本面に照射するコンデンサレンズとを有し、
前記コリメータレンズは、前記フライアイレンズの開口数を満たす配光特性を有することを特徴とする照明装置。
【請求項２】
以下の条件を満足することを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
θａ＜ｓｉｎ−１（ＮＡ）
ただし、
ＮＡ：前記フライアイレンズの開口数
θａ：前記コリメータレンズから射出する光の半値半角
【請求項３】
以下の条件を満足することを特徴とする請求項１または２に記載の照明装置。
０．８０＜（Ｄｃ×ＮＡｃ）／（ＮＡ×φ）＜２．００
ただし、
ＮＡ  ：前記フライアイレンズの開口数
φ    ：前記フライアイレンズの有効径
Ｄｃ  ：前記コンデンサレンズが適応する照野の最大値
ＮＡｃ：前記コンデンサレンズが適応する照明開口数の最大値
【請求項４】
前記コリメータレンズは、前記光源からの光を反射して射出する第１の光路と、前記光源からの光を透過して射出する第２の光路とを有し、当該第２の光路の光は屈折力を受けて射出することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の照明装置。
【請求項５】
前記コリメータレンズは、高分子材料から形成されていることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の照明装置。
【請求項６】
前記光源は、ＬＥＤからなることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の照明装置。
【請求項７】
前記ＬＥＤは、ＲＧＢの少なくとも一色からなることを特徴とする請求項６に記載の照明装置。
【請求項８】
前記光源は、緑色のＬＥＤと青色ＬＥＤと前記青色ＬＥＤにより励起され赤色に発光する赤色蛍光体からなることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の照明装置。
【請求項９】
前記コンデンサレンズの前記光源側に開口絞りを有することを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の照明装置。
【請求項１０】
前記フライアイレンズと前記開口絞りの間に拡散板を有することを特徴とする請求項１から９のいずれか１項に記載の照明装置。
【請求項１１】
請求項１から１０のいずれか１項に記載の照明装置を有する顕微鏡装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、照明装置と、これを有する顕微鏡装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、白色ＬＥＤの高輝度化に伴い今まで主流であったハロゲン光源から白色ＬＥＤ光源へ置き換えた製品も見られるようになった。白色ＬＥＤが高輝度化されてきたとはいえハロゲン光源に比較して光量が不足しており、光量増大のためにＬＥＤを面光源としたものを用いて、拡散板を光路中に入れない照明装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−１４８２９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来の照明装置では、拡散板を除くことによる光量の増分はそれ程多くない。またＬＥＤの発光面はおおよそ１ｍｍ×１ｍｍ程度の大きさを持っているが、その面で均一に光っている訳ではなく電極パターンが見えるためにクリティカル照明はおろかケーラー照明でさえデフオーカスしたときに電極パターンが幾らか見える可能性があり、拡散板を省くと照明光の品質劣化を生じる恐れがある。さらに、１ｍｍ×１ｍｍの光源を用いた透過照明ではコンデンサレンズの瞳、あるいは落射照明では対物レンズの瞳を充足するために光源から瞳までの光源倍率を大きくしなければならならず(例えば、６倍〜３０倍)、光源倍率により光源の配光特性の悪化を招き周辺減光が発生すると言う問題がある。
【０００５】
本発明は、ＬＥＤ光源を用いながら光量ロスや周辺減光の少ない高性能の照明装置と、これを有する顕微鏡装置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】
【０００６】
上記課題を解決するため、本発明は、光源と、前記光源からの光を集光するコリメータレンズと、前記コリメータレンズからの光を重畳して二次光源を形成するフライアイレンズと、前記フライアイレンズから射出した光を標本面に照射するコンデンサレンズとを有し、前記コリメータレンズは、前記フライアイレンズの開口数を満たす配光特性を有することを特徴とする照明装置を提供する。
【０００７】
また、本発明は、前記照明装置を有することを特徴とする顕微鏡装置を提供する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、ＬＥＤ光源を用いながら光量ロスや周辺減光の少ない高性能の照明装置と、これを有する顕微鏡装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】第１実施の形態にかかる照明装置と、これを有する顕微鏡装置の概略構成図である。
【図２】図１の光源部分の拡大を示す。
【図３】図１のフライアイレンズを示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’線に沿った断面図をそれぞれ示す。
【図４】第１実施の形態にかかる照明装置の配光特性を示し、（ａ）はＬＥＤ光源の配光特性、（ｂ）はコリメータレンズを射出する照明光の配光特性（コリメータレンズの配光特性）、（ｃ）はフライアイレンズ無しのときの標本面での配光特性の例を示す。
【図５】第２実施の形態にかかる照明装置と、これを有する顕微鏡装置の概略構成図である。
【図６】図５のＬＥＤ光源の拡大図を示し、（ａ）は側面図、（ｂ）は光源方向からの正面図をそれぞれ示す。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態にかかる照明装置と顕微鏡装置について図面を参照しつつ説明する。なお、以下の実施の形態は、発明の理解を容易にするためのものに過ぎず、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲において当業者により実施可能な付加・置き換え等を施すことを排除することは意図していない。
【００１１】
（第１実施の形態）
図１は、第１実施の形態にかかる照明装置と、これを有する顕微鏡装置の概略構成図である。図２は光源部分の拡大を示す。図３は、フライアイレンズを示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’線に沿った断面図をそれぞれ示す。図４は、配光特性例を示し、（ａ）はＬＥＤ光源の配光特性、（ｂ）はコリメータレンズを射出する照明光の配光特性（コリメータレンズの配光特性）、（ｃ）はフライアイレンズ無しのときの標本面での配光特性の例を示す。
【００１２】
図１において、ＬＥＤ光源１０から放射された照明光は、コリメータレンズ１２で照明光の放射角が調整され、照明光は所定の配光特性にされてフライアイレンズ１４に入射する。ＬＥＤ光源１０とコリメータレンズ１２で光源部１３を構成している。フライアイレンズ１４に入射した照明光は、フライアイレンズ１４の開口数ＮＡ（例えば、ＮＡ＝０．２５）の広がりを有する照明光となる。フライアイレンズ１４から射出した照明光は、フライアイレンズ１４の開口数ＮＡを乱さない程度の拡散度を有する拡散板１６を通してコレクタレンズ１８に入射する。なお、拡散板１６は、フライアイレンズ１４の目（微小レンズ）が十分細かく形成されている際には配置しなくても良い。
【００１３】
コレクタレンズ１８で略平行にされた照明光は、視野絞り２０、偏向ミラー２２を介してリレーレンズ２４に入射し、リレーレンズ２４で開口絞り２６位置に結像する。その後、照明光はコンデンサレンズ２８から略平行な照明光として標本面３０に照射される。開口絞り２６は、コンデンサレンズ２８の瞳の近傍に配置されている。このようにして、第１実施の形態にかかる照明装置１が構成されている。
【００１４】
標本面３０からの光は、対物レンズ３２で集光され第２対物レンズ（結像レンズ）３４、プリズム３６を通り、一次像面３８に結像される。一次像面３８に結像した標本像は、不図示の接眼レンズにより観察者に拡大観察される。このようにして、第１実施の形態にかかる照明装置１を有する顕微鏡装置１００が構成されている。
【００１５】
本第１実施の形態にかかる照明装置１では、光源部１３はＬＥＤ光源１０から放射された照明光をフライアイレンズ１４の開口数ＮＡを満たすようにコリメータレンズ１２で所定の配光特性を付与する構成としている。
【００１６】
図２に示すように、光源部１３は、ＬＥＤ光源１０とコリメータタレンズ１２とから構成される。ＬＥＤ光源１０は、例えば、図４（ａ）に示す配光特性を有している。図中横軸は光軸に対する角度（単位：°）を示し、縦軸は規格化された放射強度を示す。このようにＬＥＤ光源１０は光軸方向を０°として、±９０°までの放物線状の放射強度を有している。
【００１７】
例えば、光学系にコリメータレンズ１２、フライアイレンズ１４を入れずにＬＥＤ光源１０を直接光源として使用し、コレクタレンズ１８の有効径φ＝４０ｍｍ、焦点距離８０ｍｍとした場合、図４（ａ）中の±１５°に引かれた二本の直線の範囲内はこの有効径φ＝４０ｍｍを通過できる照明光の範囲を示している。ＬＥＤ光源１０の放射光のうち−１５°〜−９０°および＋１５°〜＋９０°の範囲（図４（ａ）の斜線部）にある光はコレクタレンズ１８を透過することが出来ないことになり、ＬＥＤ光源１０からの放射光が無駄になり光量ロスになる。そこで、本第１実施の形態では、ＬＥＤ光源１０に放射光を高効率に集光するコリメータレンズ１２を装着して光量ロスを防止する。
【００１８】
本第１実施の形態の光源部１３では、コリメータレンズ１２は、図２に示すように略円錐状、かつ円錐の頂点部分１２ａがＬＥＤ光源１０の発光部分１０ａを覆うように凹部に形成されている。ここで、コリメータレンズ１２は、プラスチック成型品やガラス成型品が使用される。
【００１９】
ＬＥＤ光源１０から放射された光の内、光軸に対して大きな角度の第１の光路（例えば、Ｌ１）は、コリメータレンズ１２の円錐の斜面部分１２ｂでほぼ全反射されコリメータレンズ１２の前方に射出される。一方、円錐の斜面部分１２ｂで反射されずコリメータレンズ１２から射出する第２の光路（例えば、Ｌ２）は、円錐の頂点部分１２ａの凹部のレンズ作用によって集光されコリメータレンズ１２の前方に射出される。この結果、ＬＥＤ光源１０からの放射光（光路Ｌ１、Ｌ２等）は、円錐状のコリメータレンズ１２で効率よく集光され所定の配光特性を持ってコリメータレンズ１２から前方に射出される。
【００２０】
また、本第１実施の形態にかかる照明装置１では、光源部１３のコリメータレンズ１２は、以下の条件式（１）を満足することが望ましい。
（１）    θａ＜ｓｉｎ−１（ＮＡ）
ただし、ＮＡはフライアイレンズ１４の開口数、θａはコリメータレンズ１２から射出する光の半値半角である。
【００２１】
この条件式（１）を満足することによって、ＬＥＤ光源１０からの放射光を効率よくフライアイレンズ１４でインテグレートすることが出来、光量ロスを防止することが出来る。
【００２２】
以下、本第１実施の形態にかかる照明装置１の一例について説明する。なお本第１実施の形態は、この例に限定されるものではなく適宜設計出来ることは言うまでもない。
【００２３】
本第１実施の形態の照明装置１において、コリメータレンズ１２は、射出効率９０％、配光特性の半値半角５°（図４（ｂ）参照）、有効径２０ｍｍを用い、フライアイレンズ１４の有効径φ＝２０ｍｍ、ＮＡ＝０．２５、コンデンサレンズ２８の瞳の径φ３０ｍｍ（開口絞り２６の径をφ３０ｍｍ）としたときの例について以下に説明する。このとき本照明装置１の光源倍率は１．５倍である。
【００２４】
フライアイレンズ１４の開口数ＮＡは、ＮＡ＝０．２５（θ＝ｓｉｎ−１（ＮＡ）＝１４．５°）であり、このときコリメータレンズ１２からの照明光はほぼ全部がフライアイレンズ１４に入射する。これは、フライアイレンズ１４のＮＡが０．２５に対し、コリメータレンズ１２から放射される照明光の半値半角が５°で条件式（１）を満足しているのでほぼ全ての放射光がフライアイレンズ１４に入射する。入射した照明光は、フライアイレンズ１４を構成する微小レンズの出射面にそれぞれ光源像を作る。そして、フライアイレンズ１４の微小レンズそれぞれの光源は開口数ＮＡ＝０．２５を持つこととなる。なお、フライアイレンズ１４にはフライアイレンズ１４の持つ開口数ＮＡ以上の光を入れてもインテグレーターとしての意味を持たない。
【００２５】
フライアイレンズ１４の射出面を開口絞り２６の位置に１．５倍で結像させると開口絞り２６の位置にφ３０ｍｍ（＝φ２０ｍｍ×１．５）のフライアイレンズ１４の像が出来、開口数ＮＡ＝０．１６７（＝０．２５／１．５）で開口絞り２６の位置に照明光が入射する。このとき、コンデンサレンズ２８の焦点距離を１７ｍｍとすれば、φ５．７ｍｍ（＝１７×０．１６７×２）の照野を持つ。これにより、４倍（照野φ５．５ｍｍ、視野φ２２ｍｍ）の対物レンズ３２まで対応できる照明装置１となる。また、本照明装置１は、ＬＥＤ光源１０からの照明光をフライアイレンズ１４でφ２０ｍｍまで均一に照明光を拡大することができるので周辺減光も少なくすることができる。このように、フライアイレンズ１４を配置することで、低倍（４倍）の対物レンズ３２まで均一な照明ができる照明装置１を達成することが出来る。
【００２６】
ここで参考として、同じ照明装置１の構成でフライアイレンズ１４を配置しなかった場合について簡単に説明する。
【００２７】
上記と同様、コンデンサレンズ２８の焦点距離を１７ｍｍ、開口絞り２６の径をφ３０ｍｍ、光源倍率を１．５倍とする。このとき、コリメータレンズ１２から射出された照明光は、上記と同様に５°の半値半角があるのに対し、開口絞り２６の位置では、３．３°（＝５／１．５）の半値半角になって開口絞り２６へ入射する。コンデンサレンズ２８の焦点距離は１７ｍｍであるので３．３°の照明光はφ２ｍｍ（＝１７×ｓｉｎ３．３°×２）の照野となり、視野φ２２ｍｍ（照野φ５．５ｍｍ）の倍率４倍の対物レンズを使用する顕微鏡では大きな周辺減光が発生する。図４（ｃ）は４倍の対物レンズの視野φ２２ｍｍ領域での照明光の強度分布例である。図４（ｃ）に示されるように、大きな周辺減光が生じることがわかる。このように本第１実施の形態では、フライアイレンズ１４を配置することで、この大きな周辺減光が発生しないようにしている。
【００２８】
また、本第１実施の形態にかかる照明装置１は、以下の条件式（２）を満足することが望ましい。
（２）  ０．８０＜（Ｄｃ×ＮＡｃ）／（ＮＡ×φ）＜２．００
ただし、Ｄｃはコンデンサレンズ２８が適応する照野の最大値、ＮＡｃはコンデンサレンズ２８が適応する照明開口数の最大値、ＮＡはフライアイレンズ１４の開口数、φはフライアイレンズ１４の有効径、である。
【００２９】
条件式（２）は、本照明装置１のフライアイレンズ１４と開口絞り２６までの光源倍率を規定した条件式である。条件式（２）の下限値を下回ると、光量ロスが大きくなる。条件式（２）の上限値を上回ると周辺減光が大きくなり望む照野に十分な照明光を照射することが出来なくなる。または、照明ＮＡが小さくなる。このため、拡散度の大きな拡散板１６を配置することが必要となり上記の積（φ×ＮＡ）を保存できなくなる。
【００３０】
なお、本照明装置１では、フライアイレンズ１４の目のパターンを消すためにフライアイレンズ１４とコレクタレンズ１８との間に拡散板１６を配置しているが、この拡散板１６は、フライアイレンズ１４の有効径φと開口数ＮＡとの積（φ×ＮＡ）が保存される程度に拡散度の小さい（例えば透過率で８０％以上）を配置することが好ましい。拡散度が大きくなると積（φ×ＮＡ）が保存されなくなり、照明光の光量ロスが発生する。
【００３１】
以上述べたように、本第１実施の形態では、照明装置１にフライアイレンズ１４の開口数ＮＡを満たす配光特性を有する照明光を射出するコリメータレンズ１２をＬＥＤ光源１０に装着することでＬＥＤ光源１０の放射光を効率よく使用することができる。また、フライアイレンズ１４を配置することで、コンデンサレンズ２８に効率よく照明光を入射することができる。また、フライアイレンズ１４から開口絞り２６までの光源倍率を所定の範囲にすることで効率的な照明を行うことが出来る。
【００３２】
（第２実施の形態）
次に、本願の第２実施の形態にかかる照明装置と、これを有する顕微鏡装置について図面を参照しつつ説明する。本第２実施の形態にかかる顕微鏡装置２００は、図１に示した第１実施の形態にかかる顕微鏡装置１００の光学系におけるＬＥＤ光源１０に換わり、後述するＲＧＢ３色のＬＥＤ素子を有するＬＥＤ光源１１０を有している点が異なる。第２実施の形態において第１実施の形態と同様の構成には同じ符号を付し詳細な説明を省略する。
【００３３】
図５において、ＬＥＤ光源１１０から放射された照明光は、コリメータレンズ１２で照明光の放射角が調整され、照明光は所定の配光特性にされてフライアイレンズ１４に入射する。ＬＥＤ光源１１０とコリメータレンズ１２で光源部１１３を構成している。フライアイレンズ１４に入射した照明光は、フライアイレンズ１４の開口数ＮＡ（例えば、ＮＡ＝０．２５）の広がりを有する照明光となる。フライアイレンズ１４から射出した照明光は、フライアイレンズ１４の開口数ＮＡを乱さない程度の拡散度を有する拡散板１６を通してコレクタレンズ１８に入射する。なお、拡散板１６は、フライアイレンズ１４の目（微小レンズ）が十分細かく形成されている際には配置しなくても良い。
【００３４】
コレクタレンズ１８で略平行にされた照明光は、視野絞り２０、偏向ミラー２２を介してリレーレンズ２４に入射し、リレーレンズ２４で開口絞り２６位置に結像する。その後、照明光はコンデンサレンズ２８から略平行な照明光として標本面３０に照射される。開口絞り２６は、コンデンサレンズ２８の瞳の近傍に配置されている。このようにして、第２実施の形態にかかる照明装置１０１が構成されている。
【００３５】
標本面３０からの光は、対物レンズ３２で集光され第２対物レンズ（結像レンズ）３４、プリズム３６を通り、一次像面３８に結像される。一次像面３８に結像した標本像は、不図示の接眼レンズにより観察者に拡大観察される。このようにして、第２実施の形態にかかる照明装置１０１を有する顕微鏡装置２００が構成されている。
【００３６】
図６はＬＥＤ光源１１０を示す。ＬＥＤ光源１１０は、図６（ｂ）に示すように、二つの緑色ＬＥＤ１１０Ｇ、赤色ＬＥＤ１１０Ｒ、および青色ＬＥＤ１１０Ｂで構成され、各ＬＥＤ素子が砲弾型のカバー１１０Ｃで覆われている。なお、ＬＥＤ光源１１０はＲＧＢ３色のＬＥＤ素子で構成されているとしたが、これに限られず例えば緑色ＬＥＤ光源１１０Ｇと緑色ＬＥＤ１１０Ｇと補色をなす光源として青色ＬＥＤ光源１１０Ｂプラス１１０Ｂにより励起される赤色蛍光体から構成しても良いし、あるいはＲＧＢのいずれか一色でも良いし、またはＲＧＢのうち二色を組み合わせた構成でも良い。
【００３７】
ＬＥＤ光源１１０は、不図示の制御回路により緑色のみの照明およびＲＧＢ全点灯による白色照明の二種類の照明方式を切り替え可能に構成されている。照明光を単色光とすることで、光学系の色収差の影響を受けることなく試料の微細な形状を観察することが可能である。特に緑色の単色光は被視感度が高く、長時間の観察に対して使用者の疲労を低減することができる利点がある。
【００３８】
本第２実施の形態にかかる照明装置２００は、特に機械部品などの寸法測定用途に用いられる測定顕微鏡に有用である。
【００３９】
以上述べたように、本第２実施の形態では、照明装置１０１にフライアイレンズ１４の開口数ＮＡを満たす配光特性を有する照明光を射出するコリメータレンズ１２をＬＥＤ光源１１０に装着することでＬＥＤ光源１１０の放射光を効率よく使用することができる。また、フライアイレンズ１４を配置することで、コンデンサレンズ２８に効率よく照明光を入射することができる。また、フライアイレンズ１４から開口絞り２６までの光源倍率を所定の範囲にすることで効率的な照明を行うことが出来る。
【００４０】
なお、第２実施の形態にかかる照明装置１０１の配光特性、作用、効果、および顕微鏡装置２００の作用、効果等は、第１実施の形態と同様であり詳細な説明を省略する。
【符号の説明】
【００４１】
１、１０１    照明装置
１０、１１０  ＬＥＤ光源
１２  コリメータレンズ
１３  光源部
１４  フライアイレンズ
１６  拡散板
１８  コレクタレンズ
２０  視野絞り
２２  ミラー
２４  リレーレンズ
２６  開口絞り
２８  コンデンサレンズ
３０  標本面
３２  対物レンズ
２４  第２対物レンズ
３６  プリズム
３８  一次像面
１００、２００  顕微鏡装置
【図１】
2010156939.tif 000003
【図２】
2010156939.tif 000004
【図３】
2010156939.tif 000005
【図４】
2010156939.tif 000006
【図５】
2010156939.tif 000007
【図６】
2010156939.tif 000008