(57)【要約】【課題】ズーム倍率に依らず良好な照明を行うことができる照明装置とこれを備えたズーム顕微鏡を提供すること。【解決手段】標本面１０ａ側から順に、対物レンズ１１とアフォーカルズーム１３系とを有するズーム顕微鏡３０に設けられ、アフォーカルズーム系１３及び対物レンズ１１を介して標本面１０ａを照明する照明光学系を備えて構成される照明装置において、アフォーカルズーム系１３のズーミングに応じて照明光学系の光源１８側に形成される照明光学系の射出瞳の位置と略一致するように光源１８位置を変更可能に構成した照明装置。【選択図】図１
2010117624.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
標本面側から順に、対物レンズとアフォーカルズーム系とを有するズーム顕微鏡に設けられ、前記アフォーカルズーム系及び前記対物レンズを介して前記標本面を照明する照明光学系を備えて構成される照明装置において、
前記アフォーカルズーム系のズーミングに応じて前記照明光学系の光源側に形成される前記照明光学系の射出瞳の位置と略一致するように前記光源位置を変更可能に構成したことを特徴とする照明装置。
【請求項２】
前記光源位置を変更するための駆動部と当該駆動部を制御するための制御部を更に有することを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
【請求項３】
前記光源は、ＬＥＤ、ハロゲンランプ、又は光ファイバの射出端のいずれかであることを特徴とする請求項１又は２に記載の照明装置。
【請求項４】
前記光源は、拡散板を含んでユニット化されてい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】
標本面側から順に、対物レンズとアフォーカルズーム系と、請求項１から４のいずれか１項に記載の照明装置とを有することを特徴とするズーム顕微鏡。
【請求項６】
前記対物レンズの瞳が、前記アフォーカルズーム系の前記標本面側に設けられた開口絞りであることを特徴とする請求項５に記載のズーム顕微鏡。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、同軸落射型の照明装置、及び、この照明装置を備えたズーム顕微鏡に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般にズーム光学系はズーミングに際し、標本面と像面位置の共役関係（以後「像面の共役関係」という）は維持されるが、瞳位置の共役関係は変化してしまうという現象が生じる。特に、対物レンズの像側でアフォーカルズーム系の標本面側に開口絞りを有するズーム顕微鏡の場合、像面の共役関係は当然保たれるが、ズーミングにより射出瞳位置が変化してしまうので、同時に瞳面の共役関係も保つのは装置の構成上極めて困難であり、瞳面の共役関係が変化するのはやむを得ない現象となる（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００６−１７８４４０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上述のように、ズーム系においては、ズーミングに際し像面の共役関係が保たれるのは当然であるが、光学系を構成する際のもう一つの重要な要素である瞳面の共役関係は変動するのが一般である。ズーム系と観察用鏡筒部の間から照明光を導入する反射照明装置の場合、ズーミングによる瞳変動は照明状態に影響を与えてしまい好ましくない。
【０００４】
本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、ズーム倍率に依らず良好な照明を行うことができる照明装置を提供することを目的とし、さらに、この照明装置を備えたズーム顕微鏡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】
【０００５】
前記課題を解決するために、本発明に係る照明装置は、標本面側から順に、対物レンズとアフォーカルズーム系とを有するズーム顕微鏡に設けられ、前記アフォーカルズーム系及び前記対物レンズを介して前記標本面を照明する照明光学系を備えて構成される照明装置において、前記アフォーカルズーム系のズーミングに応じて前記照明光学系の光源側に形成される前記照明光学系の射出瞳の位置と略一致するように前記光源位置を変更可能に構成したことを特徴とする。
【０００６】
また、本発明に係るズーム顕微鏡は、標本面側から順に、対物レンズとアフォーカルズーム系と、前記照明装置とを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、ズーム倍率に依らず良好な照明を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、本発明の好ましい一実施形態について図面を参照して説明する。
【０００９】
図１は、本実施形態の照明装置を備えたズーム顕微鏡の構成を示す図である。図２は、ズーミングによる照明光学系の射出瞳位置の変化と光源ユニットの位置変更について説明する図であり、（ａ）はズーム１倍のときを示し、（ｂ）はズーム７．５倍のときを示す。図３は、アフォーカルズーム系のレンズ構成を示す断面図である。
【００１０】
まず、本実施形態の照明装置（同軸落射型の反射照明装置）及びこれを備えたズーム顕微鏡の全体的構成について説明する。
【００１１】
図１に示すように、ズーム顕微鏡３０は、標本面１０ａ側から順に、対物レンズ１１、開口絞り１２、アフォーカルズーム系１３、及び、結像レンズ（第二対物レンズ）１４が光軸上に並んで構成されており、アフォーカルズーム系１３と第二対物レンズ１４との間に反射照明装置２０が配置されている。開口絞り１２が対物レンズ１１の瞳（射出瞳）である。
【００１２】
アフォーカルズーム系１３は、後述のように第１レンズ群Ｇ１、第２レンズ群Ｇ２、第３レンズ群Ｇ３、第４レンズ群Ｇ４を有し、第２レンズ群Ｇ２と第３レンズ群Ｇ３を光軸に沿って移動させることによりズーミングを行う。
【００１３】
反射照明装置２０は、光ファイバ等から構成される光源１８と拡散板Ｇ６とを含む光源ユニット１６、続いてコレクタレンズＧ５、視野絞り（視野絞り面１０ｃ）、結像レンズ１５、並びに、ハーフミラー１９がこの順でアフォーカルズーム系１３側へ光軸上に並んで構成されており、アフォーカルズーム光学系１３の光軸と反射照明装置２０の光学系の光軸とが直交し、これらの光軸が直交する位置にハーフミラー１９が位置するように配置されている。
【００１４】
なお、本実施形態では反射照明装置２０の光源１８は光ファイバの射出端として説明するが、これに限定されるものではなく、光源１８にはＬＥＤまたはハロゲンランプ等も使用可能である。光源１８が光ファイバの射出端である場合、反射照明装置２０とは別の図示しない発光源からの光を、直接またはレンズを通して光ファイバに導入し、光ファイバ内を伝播した光が、その射出面から射出する構成となる。前記別の発光源は、ハロゲンランプやチップ型ＬＥＤなどを使用する。
【００１５】
このような構成のズーム顕微鏡３０において、光源１８から放射された光は拡散板Ｇ６で拡散され、コレクタレンズＧ５により視野絞り面１０ｃを一様に通過して結像レンズ１５により平行光束に変換され、ハーフミラー１９に入射する。ハーフミラー１９は、一部の光を反射し、残りの光を透過する光学部材であり、このハーフミラー１９で反射された光は、アフォーカルズーム系１３及び開口絞り１２を通過して対物レンズ１１で集光され、標本面１０ａに照射される。そして、この標本面１０ａで反射した光は、対物レンズ１１、開口絞り１２及びアフォーカルズーム系１３を通過して平行光束になり、ハーフミラー１９に入射して一部の光が反射され、残りの光が透過し、透過した光が第二対物レンズ１４で集光されて、像面１０ｂに標本面１０ａの像が結像される。
【００１６】
次に、ズーミングによる照明光学系の射出瞳位置の変化と光源ユニットの位置変更について説明する。
【００１７】
上述のようなズーム顕微鏡３０において、アフォーカルズーム系１３、結像レンズ１５及びコレクタレンズＧ５による開口絞り（対物レンズの瞳）１２の共役関係を考える。このとき、照明光学系の射出瞳、即ちアフォーカルズーム系１３からコレクタレンズＧ５に到る照明光学系による開口絞り１２の像の光軸上位置が、アフォーカルズーム系１３のズーミングにより変化しなければ、この射出瞳位置と光源１８の光源面ＬＳ（以下、光源面を光ファイバの射出端面として説明するが、拡散板面を光源面としてもよい）とが一致するように構成することで、いわゆるケーラー照明を実現して良好な照明を行うことができる。つまりこの場合は、アフォーカルズーム系１３のズーム倍率に依らずケーラー照明は維持され、対物レンズの瞳である開口絞り１２と光源面ＬＳとの共役関係、及び標本面１０ａと像面１０ｂと視野絞り面１０ｃとの共役関係は保たれる。
【００１８】
ところが、一般にズーミングにより開口絞り１２の像（照明光学系の射出瞳）位置は移動してしまう。例えば、ズーム顕微鏡３０が、低倍側が１倍で、８倍のズーム比を有する場合、ズーム倍率が１倍のときの開口絞り１２のアフォーカルズーム系１３と結像レンズ１５による像位置が視野絞り面１０ｃを起点として光源１８方向に４０ｍｍとなるが、ズーム倍率が８倍のときには４００ｍｍとなるものがある。ズーム倍率の変化により開口絞り１２の像位置が変化するため、実際に使用する光源面（光ファイバの射出端面）ＬＳの位置と、開口絞り１２のアフォーカルズーム系１３からコレクタレンズＧ５に到る光学系による像である照明光学系の射出瞳位置とが大きく異なることになる。つまりこのままでは、開口絞り１２と光源面ＬＳとの共役関係を保つことができなくなり、ケーラー照明を維持できなくなる。
【００１９】
このように、照明装置を構成する光学系の設計においては、照明光学系の射出瞳位置の変化を考慮しながら対処する必要がある。ズーミングによる照明光学系の射出瞳位置変化の影響により、照明装置としてはケーラー照明に近い場合からクリティカル照明に近い場合までどちらとも言えない中間の状態を含めて変化してしまう。従って、光源には、配光角特性の一様性及び発光面の一様性の双方が求められる。ケーラー照明では発光面の一様性は必ずしも必要なく、クリティカル照明では角度特性の一様性は必ずしも必要でないが、ズーミングの状態によっては中間的な状況となるため双方が必要となる。
【００２０】
そこで本実施形態においては、図１、図２に示すように、光源ユニット１６は、コントローラ４０により制御される駆動部５０によって、アフォーカルズーム系１３のズーミングに応じてコレクタレンズＧ５と光源面（光ファイバの射出端面）ＬＳの間隔が変化するように位置変更可能であり、アフォーカルズーム系１３からコレクタレンズＧ５に到る照明光学系の射出瞳と光源面ＬＳとが略一致するように配置される構成としている。
【００２１】
コントローラ４０は、アフォーカルズーム系１３の倍率を設定するとともに、その倍率に応じて駆動部５０を制御し、光源ユニット１６を光軸に沿って移動させ、ズーミングによって移動した照明光学系の射出瞳に光源面ＬＳを一致或いは極力近づけるようにする。図２に示す矢印の基端側が、アフォーカルズーム系１３が低倍端（例えば１倍）にあるときの拡散板Ｇ６の位置を示し、この矢印の先端側が、アフォーカルズーム系１３が高倍端（例えば７．５倍）にあるときの拡散板Ｇ６の位置を示している。図２に示した光線の通り方からも判るように、このような構成の本実施形態によれば、ズーム倍率に依らず開口絞り１２と光源面ＬＳとの共役関係を保ち、ケーラー照明を維持することができる。
【００２２】
また、本実施形態では拡散板Ｇ６が設けられているため、光源面ＬＳの構造により面内に強度分布が存在する場合でも、その分布が標本像と重なって見えることのないようにすることができる。よって照明状態をより良好に保つことができる。
【００２３】
なお、本実施形態では、照明光学系の射出瞳と光源面ＬＳとを略一致させるために、光源ユニット１６の位置を変更する構成であるが、光源１８のみを光軸に沿って移動する構成としてもよい。
【００２４】
また、本実施形態では制御手段としてコントローラ４０を設け、駆動部５０を制御して光源ユニット１６の位置を変更する構成としている。ここで、コントローラ４０は、アフォーカルズーム系１３の例えば第２レンズ群Ｇ２の移動量から必要な光源移動量を算出するようにしてもよいし、ルックアップテーブルを用いるようにしてもよい。或いは、コントローラ４０を設けず、光源ユニット１６を例えば第２レンズ群Ｇ２に連動させる機械的な制御手段及び駆動部にしてもよい。
【００２５】
次に、本実施形態のアフォーカルズーム系１３の具体的な構成例と数値実施例について説明する。
【００２６】
図３に示すように、アフォーカルズーム系１３は、開口絞り面ＳＰ（上述の開口絞り１２に相当）側から順に、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ１と両凸レンズＬ２とが貼り合わされた接合レンズ及び物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ３からなる第１レンズ群Ｇ１と、両凹レンズＬ４、両凸レンズＬ５と両凹レンズＬ６とが貼り合わされた接合レンズ及び両凹レンズＬ７からなる第２レンズ群Ｇ２と、両凸レンズＬ８及び両凸レンズＬ９と物体側に凹面を向けた負メニスカスレンズＬ１０とが貼り合わされた接合レンズからなる第３レンズ群Ｇ３と、物体側に凹面を向けた正メニスカスレンズＬ１１と物体側に凹面を向けた負メニスカスレンズＬ１２とが貼り合わされた接合レンズからなる第４レンズ群Ｇ４とから構成され、第２レンズ群Ｇ２及び第３レンズ群Ｇ３を光軸に沿って移動させることにより、ズーム倍率（アフォーカル倍率）を変更可能に構成されている。
【００２７】
以下の表１に、開口絞り面ＳＰ（図１の１２）からコレクタレンズＧ５までの光学系の諸元値を示す。表１の（数値例）において、ｍは面番号を示し、ｒはレンズ面の曲率半径を示し、ｄはレンズ面間の間隔を示し、νｄは各レンズ硝材のアッベ数を示し、ｎｄはｄ線（５８７．６ｎｍ）に対する屈折率を示している。表中の面番号１〜２１は図３に示す面番号１〜２１に対応している。また、表中の面番号２２〜２４は結像レンズ１５に対応し、面番号２５は視野絞り面ＦＳに対応する。更に表中の面番号２６，２７はコレクタレンズＧ５に対応している。（可変データ）において、ｆはアフォーカルズーム系１３全体の焦点距離を示し、Ｂｆはバックフォーカスを示している。この場合バックフォーカスＢｆはコレクタレンズＧ５から上述した照明光学系の射出瞳までの距離である。
【００２８】
なお、以下のすべての諸元値において、掲載されている焦点距離ｆ、曲率半径ｒ、面間隔ｄその他の長さの単位は、特記の無い場合一般に「ｍｍ」が使われるが、光学系は比例拡大又は比例縮小しても同等の光学性能が得られるので、単位は「ｍｍ」に限定されることはなく、他の適当な単位を用いることもできる。
【００２９】
（表１）
（数値例）
ｍ        ｒ            ｄ        νｄ      ｎｄ
1        ∞         15.0000                            ＳＰ
2      120.1967      2.0000     39.57     1.80440      Ｌ１
3       48.7980      3.0000     82.56     1.49782      Ｌ２
4     -509.0866      0.5000
5       50.4610      3.0000     82.56     1.49782      Ｌ３
6     3179.8129        d1
7     -108.0082      1.5000     35.71     1.90265      Ｌ４
8       25.8194      2.0000
9       32.8474      3.5000     23.78     1.84666      Ｌ５
10      -19.0003      1.0000     60.29     1.62041      Ｌ６
11       31.8448      1.5000
12      -25.9839      1.5000     35.71     1.90265      Ｌ７
13      228.2515        d2
14      838.2380      6.0000     82.56     1.49782      Ｌ８
15      -31.9728      0.2000
16      136.9685      6.0000     82.56     1.49782      Ｌ９
17      -39.2120      2.0000     28.55     1.79504      Ｌ１０
18      -92.0449        d3
19     -339.8016      5.5000     36.24     1.62004      Ｌ１１
20      -40.8020      1.5000     39.57     1.80440      Ｌ１２
21     -124.4210     58.017
22       93.0000      8.0000     60.29     1.62041      結像レンズ１５
23      -39.0000      3.0000     35.28     1.74950
24     -110.0000     96.0000
25        ∞         19.0000                            ＦＳ
26       21.0000      3.0000     64.10     1.51680      コレクタレンズＧ５
27      -21.0000        Bf
（可変データ）
ズーム１倍時    ズーム７．５倍時
ｆ      100.0000        750.0000
d1        2.6024         60.3676
d2       22.8372          2.5051
d3       43.3588          5.9257
Bf        8.5000         18.9000
【００３０】
この表１に示されるように、アフォーカルズーム系１３の標本面１０ａ側１５ｍｍの位置に開口絞り面ＳＰ（１２）が配置されているとき、この開口絞りＳＰのアフォーカルズーム系１３からコレクタレンズＧ５に到る照明光学系による像（照明光学系の射出瞳）は、アフォーカルズーム系１３の焦点距離ｆが１００ｍｍ（１倍に相当）のとき、コレクタレンズＧ５の後方８．５ｍｍ（Ｂｆ）の位置に形成され、アフォーカルズーム系１３の焦点距離ｆが７５０ｍｍ（７．５倍に相当）のとき、コレクタレンズＧ５の後方１８．９ｍｍ（Ｂｆ）の位置に形成される。よって、このようにズーミングによって移動する照明光学系の射出瞳に光源面ＬＳを一致或いは極力近づけるように光源ユニット１６を光軸に沿って移動させれば、ケーラー照明を維持することができる。
【００３１】
以上のように、本実施形態の照明装置及びこれを備えたズーム顕微鏡によれば、大きなスペースと複雑な構成が必要になる像面及び瞳面の双方の共役関係を保ったズーム系とすることなく、ズーミングによる照明光学系の射出瞳の移動による照明状態への好ましくない影響を防ぎ、ズーム倍率に依らず標本面に対して効率のよい照明を行うことができる。
【００３２】
なお、上述の実施形態は例に過ぎず、上述の構成に限定されるものではなく、本発明の範囲内において適宜修正、変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本実施形態の照明装置を備えたズーム顕微鏡の構成を示す図である。
【図２】ズーミングによる照明光学系の射出瞳位置の変化と光源ユニットの位置変更について説明する図であり、（ａ）はズーム１倍のときを示し、（ｂ）はズーム７．５倍のときを示す。
【図３】アフォーカルズーム系のレンズ構成を示す断面図である。
【符号の説明】
【００３４】
１０ａ          標本面
１０ｃ          視野絞り面
１１            対物レンズ
１２            開口絞り（対物レンズの瞳）
１３            アフォーカルズーム系
１５            反射照明系結像レンズ
１６            位置変更可能な光源ユニット
１８            光源
２０            反射照明装置
３０            ズーム顕微鏡
４０            コントローラ
５０            駆動部
Ｇ５            コレクタレンズ
Ｇ６            拡散板
【図１】
2010117624.tif 000003
【図２】
2010117624.tif 000004
【図３】
2010117624.tif 000005