(57)【要約】【課題】簡単な構成で、光源光の利用効率が高く、しかも微小な対象物の鮮明な像が得られる照明装置を実現する。【解決手段】光源、第１投影レンズ系及び第２投影レンズ系を備えた照明装置であって、第１投影レンズ系が、光源から出射された光を平行光に変換するための第１レンズ部材と、第１レンズ部材を通過した平行光のうち中心波長が２００〜４５０ナノメートル以内の範囲にあり、かつ、半値幅が１〜４０ナノメートル以内のスペクトル特性を有する光を選択的に通過させるための波長選択部と、波長選択部を通過した光を集光するための第２レンズ部材と、所定断面積の透過部を有し透過部に第２レンズ部材によって集光された光を入射部から入射させて出射するための調整部材とを含み、第２投影レンズ系が、調整部材から出射された光を再び集光して対象物に照射するレンズ系である照明装置を用いる。【選択図】図１
2006184870.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源、第１投影レンズ系及び第２投影レンズ系を備えた照明装置であって、
第１投影レンズ系が、光源から出射された光を平行光に変換するための第１レンズ部材と、
第１レンズ部材を通過した平行光のうち中心波長が２００〜４５０ナノメートル以内の範囲にあり、かつ、半値幅が１〜４０ナノメートル以内のスペクトル特性を有する光を選択的に通過させるための波長選択部と、
波長選択部を通過した光を集光するための第２レンズ部材と、
所定断面積の透過部を有し透過部に第２レンズ部材によって集光された光を入射部から入射させて出射するための調整部材とを含み、
第２投影レンズ系が、調整部材から出射された光を再び集光して対象物に照射するレンズ系である照明装置。
【請求項２】
対象物に照射される光源像が、コマ収差の大きい像である請求項１記載の照明装置。
【請求項３】
第１投影レンズ系及び第２投影レンズ系のいずれか一方のレンズ系によるコマ収差が、他方のレンズ系によるコマ収差よりも大きい請求項２記載の照明装置。
【請求項４】
第１レンズ部材の光源側のレンズ開口数（ＮＡ）が、０．３０〜０．７５以内の範囲にある請求項１〜３のいずれか１項に記載の照明装置。
【請求項５】
調整部材の透過部が、ピンホールであり、ピンホールの径によって出射面積が決定される請求項１〜４のいずれか１項に記載の照明装置。
【請求項６】
調整部材の透過部が、マルチモード光ファイバーからなり、前記光ファイバーの実効断面積によって出射面積が決定される請求項１〜４のいずれか１項に記載の照明装置。
【請求項７】
第１投影レンズ系が、少なくとも一つの非球面レンズを有する請求項１〜６のいずれか１項に記載の照明装置。
【請求項８】
第２投影レンズ系が、少なくとも一つの非球面レンズを有する請求項１〜７のいずれか１項に記載の照明装置。
【請求項９】
第２投影レンズ系が、開口数（ＮＡ）を調整するための開口絞りを有する請求項１〜８のいずれか１項に記載の照明装置。
【請求項１０】
第２投影レンズ系が、調整部材の透過部の断面積に対して０．５〜３倍の照射面積で対象物に光を照射する請求項１〜９のいずれか１項に記載の照明装置。
【請求項１１】
対象粒子を撮像するための粒子撮像装置であって、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の照明装置と、
前記照明装置によって照明された対象粒子を撮像するための撮像素子とを備える粒子撮像装置。
【請求項１２】
波長選択部が、対象粒子の粒子径の１〜３００倍のコヒーレンス長の光を通過させる請求項１１記載の粒子撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、照明装置およびそれを備えてなる粒子撮像装置に関するものであり、より詳細には、測定対象の寸法が１００ナノメートル〜数十マイクロメートル程度の微粒子を照明する照明装置およびそれを備えてなる粒子撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
測定対象が数十マイクロメートル以下の微小粒子を撮像あるいは形状解析するには、粒子周辺部のコントラストを明瞭にすることが必要である。
コヒーレント光源を用いた照明装置を有する光学顕微鏡では、光源波長よりも大きい寸法の被検対象の場合は明瞭な像が得られるが、光源波長よりも小さい寸法の像は得られない。
【０００３】
コヒーレント光源による光学伝播関数は波長領域で急激に低下し、ゼロに近くになるからである。図９は、公知の、コヒーレント光源による空間伝播周波数に対する伝播係数の特性を示す図である。伝播係数は、被検対象の輪郭部のコントラストに対応する。図９（ａ）に示すように、被検対象の画像のコントラストは、光源波長を境界として急激に変化し、光源波長が被検対象の識別限界寸法である。言い換えれば、波長程度までの大きさは正確に結像できるが、波長以下の物体に対しては全く結像できない。さらに、コヒーレンスにより干渉縞が発生し画像として鮮明に撮像できない。
【０００４】
一方、インコヒーレント光源による光学伝播関数は、光学伝播関数はλ／２に向かってなだらかに減衰してゆく。図９（ｂ）の実線Ａ１は、インコヒーレント光源による空間伝播周波数に対する伝播係数の特性を示す図である。ただし、前記の関数は撮像光学系（受光光学系）の光学解像特性である。また、照射光のコヒーレンスが高められたパーシャル・コヒーレントは、図９（ｂ）の点線Ｂ１で示すようにコヒーレント光とインコヒーレント光との中間的な特性を持つ。
【０００５】
図１０は、公知の、照射光のコヒーレンスとそれによって得られる対象物体の像の解像度との関係を示す説明図である。ただし、光源からの物体の変調関数、換言すれば、光が物体に照射された場合の光の変化は加味されていない。図１０（ａ）で、Ｌ１は粒子Ｐ１を矢印の方向から照射するインコヒーレント光源による照射光である。粒子Ｐ１の輪郭部Ｅ１から散乱する光のＥ１からの各方向に対する強さを線Ｓ１で示している。即ち、点Ｅ１からの各方向への散乱の強さは、Ｅ１からその方向に引いた線がＳ１と交わる点までの距離の長さで表される。これらの散乱光のうち、線Ｃ１とＤ１とに挟まれた範囲内の散乱光が撮像光学系に導かれるとする。また、図１０（ｂ）で、Ｌ２は、粒子Ｐ２を照射するパーシャル・コヒーレント光である。そして、輪郭部Ｅ２から散乱する光の各方向への強さをＳ２で示している。このうち、線Ｃ２とＤ２に挟まれる領域の散乱光が撮像光学系に導かれる。ここで、Ｃ１とＤ１のなす角度は、Ｃ２とＤ２のなす角度に等しいものとする。
【０００６】
ところが、照射光のコヒーレンスを高めると、対象粒子の輪郭部での散乱効率もそれにつれて向上する。これは、以下のように説明できる。
図１０（ａ）で撮像光学系に入射する散乱光の総エネルギーは、Ｓ１がＣ１とＤ１とに挟まれた領域の面積で表される。一方、図１０（ｂ）で撮像光学系に入射する散乱光の総エネルギーは、Ｓ２がＣ２とＤ２とに挟まれた領域の面積で表される。ここで、照射光Ｌ１とＬ２のエネルギーが等しい。前述の両方の領域の面積を比較すれば分かるように、インコヒーレント光による散乱よりもパーシャル・コヒーレント光源による散乱光のエネル
ギーの方が大きくなる。従って、パーシャル・コヒーレント光源の方がインコヒーレント光源よりも対象粒子の輪郭部が鮮明に撮像される。これは、空気中を通過させたレーザ光の光路が、空気中の微粒子の散乱回折により光って見えるが、白色光だとそれほどはっきりと見えないという経験的な事実と一致する。このような輪郭部での回折散乱効果を加味すると、前述の光学伝播関数は、図９（ｃ）に示すような特性となる。
【０００７】
前述のように、撮像光学系の開口数が同じであれば、分解能の限界は光源のコヒーレンシーに依存する。インコヒーレント光源を用いた照明装置を有する光学顕微鏡では、被検対象が微小になるとしだいにその像がぼやけていき、光源波長相当の寸法に至ると判別が不可能になる。被検対象の寸法に対する被検対象像のコントラストの変化は連続的である。そして、光源波長より微小な寸法領域でもかろうじて識別可能なこともある。
【０００８】
そこで、光源波長より微小な寸法を識別できるインコヒーレント光の長所と、コントラストの高い像が得られるコヒーレント光の長所とを取り入れてより微小な被検対象を認識できるようにする手法がさらに知られている。
【０００９】
その手法の一つは、コヒーレント光源を用い、光源光のコヒーレンシーを低下させることによって得られたパーシャル・コヒーレント光を用いる照明装置である。パーシャル・コヒーレント光源を用いた照明装置の構成例として、レーザビームの光路中にコヒーレンス低下素子を挿入し、低コヒーレンス化されたレーザビームで観察対象部分を照明することによって、レーザビームの空間的、時間的コヒーレンスに起因する干渉縞、フレネル回折、フランホファー回折などの影響を低減してより鮮明な画像を得る暗視野照明装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【００１０】
さらに異なる手法として、インコヒーレント光源を用い、光源光のブロードなスペクトラム特性から極紫外光の波長を抽出することによって照射光のコヒーレンシーを高め、被検対象に照射する光学顕微鏡用の照明光学系が知られている（例えば、特許文献２参照）。
【特許文献１】特開２０００−１３１６１６号公報
【特許文献２】特開２００２−２２８９３５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
前記のように、被検対象の画像の識別限界寸法は照射光の波長とコヒーレンシーに依存し、波長が短いほど微小な被検対象の識別が可能である。
【００１２】
コヒーレント光源であるレーザ光源のうち、短波長の紫外領域の波長を持つ紫外レーザには、例えばエキシマレーザなどが知られているが、高価である。
【００１３】
一方、インコヒーレント光源として光学顕微鏡などに広く用いられている光源にはハロゲンランプ、キセノンランプや発光スペクトルが前者よりも短波長側に強く分布する水銀アークランプやなどがあるが、測定対象の寸法が前述のように数十マイクロメートルの場合、その寸法に比べるといずれも光源の発光面積が大きい。従って、対象物への照射光の光源光に対する利用効率を十分高くし、しかも鮮明な像を得るために、照明光学系に工夫をこらすことが必要である。
簡単な構成で、光源光の利用効率が高く、しかも微小な対象物の鮮明な像が得られる照明装置が望まれている。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
この発明は、光源、第１投影レンズ系及び第２投影レンズ系を備えた照明装置であって
、第１投影レンズ系が、光源から出射された光を平行光に変換するための第１レンズ部材と、第１レンズ部材を通過した平行光のうち中心波長が２００〜４５０ナノメートル以内の範囲にあり、かつ、半値幅が１〜４０ナノメートル以内のスペクトル特性を有する光を選択的に通過させるための波長選択部と、波長選択部を通過した光を集光するための第２レンズ部材と、所定断面積の透過部を有し透過部に第２レンズ部材によって集光された光を入射部から入射させて出射するための調整部材とを含み、第２投影レンズ系が、調整部材から出射された光を再び集光して対象物に照射するレンズ系である照明装置を提供するものである。
【００１５】
この発明の照明装置は、対象物に照射される光源像が、コマ収差の大きい像であることが好ましい。
また、第１投影レンズ系及び第２投影レンズ系のいずれか一方のレンズ系によるコマ収差が、他方のレンズ系によるコマ収差よりも大きいことが好ましい。
また、この発明の照明装置は、第１レンズ部材の光源側のレンズ開口数（ＮＡ）が、０．３０〜０．７５以内の範囲にあることが好ましい。
【００１６】
調整部材の透過部が、ピンホールであり、ピンホールの径によって出射面積が決定されるように構成されてもよい。
あるいは、調整部材の透過部が、マルチモード光ファイバーからなり、前記光ファイバーの実効断面積によって出射面積が決定されるように構成されてもよい。
【００１７】
また、第１投影レンズ系が、少なくとも一つの非球面レンズを有することが好ましい。
さらにまた、第２投影レンズ系が、少なくとも一つの非球面レンズを有することが好ましい。
前記第２投影レンズ系が、開口数（ＮＡ）を調整するための開口絞りを有することが好ましい。
【００１８】
第２投影レンズ系が、調整部材の透過部の断面積に対して０．５〜３倍の照射面積で対象物に光を照射することが好ましい。より好ましくは、第２投影レンズ系が、調整部材の透過部の断面積と略等しい照射面積で対象物に光を照射する。
【００１９】
また、この発明は、対象粒子を撮像するための粒子撮像装置であって、前述したいずれかの照明装置と、前記照明装置によって照明された対象粒子を撮像するための撮像素子とを備える粒子撮像装置を提供するものである。
前記粒子撮像装置は、その波長選択部が、対象粒子の粒子径の１〜３００倍のコヒーレンス長の光を通過させるように構成されることが好ましい。
【発明の効果】
【００２０】
この発明の照明装置は、光源光のうち中心波長が２００〜４５０ナノメートル以内の範囲にあり、かつ、半値幅が１〜４０ナノメートル以内のスペクトル特性を有する光を選択的に通過させるための波長選択部と、波長選択部を通過した光を集光するための第２レンズ部材と、所定断面積の透過部を有し透過部に第２レンズ部材によって集光された光を入射部から入射させて出射するための調整部材とを含む第１投影レンズ系を備えるので、波長選択部を通過してコヒーレンシスの高められた光を対象物に照射することができ、しかも光源光を対象の大きさに合わせた領域に集光して高い光源光の利用効率を有する照明装置を実現することができる。
【００２１】
また、対象物に照射される光源像が、コマ収差の大きい像であるように構成したり、第１投影レンズ系及び第２投影レンズ系のいずれか一方のレンズ系によるコマ収差が、他方のレンズ系によるコマ収差よりも大きいように構成すれば、結像される光源像をぼかして透過部を通過する光束の断面方向の強度分布を均一化することができ、引いては対象物をより均一に照射して明瞭な像を得ることができる。
【００２２】
また、第１レンズ部材の光源側のレンズ開口数（ＮＡ）を、０．３０〜０．７５の範囲に構成すれば、光源光の利用効率がより高い照明装置を実現することができる。
調整部材の透過部をピンホールで構成すれば、出射面積がピンホールの径によって決定されるので、照射対象の寸法に合わせた出射面積を容易に実現することができる。
あるいは、透過部をマルチモード光ファイバーで構成すれば、前記光ファイバーの実効断面積によって好適な出射面積を決定することができると共に、出射面内の輝度分布をより均一化することができる。
【００２３】
また、第１投影レンズ系に少なくとも一つの非球面レンズを使用すれば、第１投影レンズ系によるコマ収差に関してより自由度の高い設計をすることができる。
あるいはまた、第２投影レンズ系に少なくとも一つの非球面レンズを使用すれば、第２投影レンズ系によるコマ収差に関してより自由度の高い設計をすることができる。
【００２４】
また、この発明の粒子撮像装置は、前述の照明装置を備えるので、コヒーレンシスの高められた光を対象物に照射し、しかも光源光の利用効率が高いので強い光で対象物を照射することができ、明瞭な対象物の像を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下に、図面を用いてこの発明の照明装置および粒子撮像装置について詳述する。
まず、この発明の照明装置および粒子撮像装置を含んでなる一実施形態の粒子画像分析システムの構成の一例について説明する。
図３は、粒子画像分析システムの外観の一例を示す斜視図である。また、図４は、図３に示す粒子画像分析システムの全体構成の概略を示す説明図である。
【００２６】
この粒子画像分析システム１００は、例えば、ファインセラミックス粒子や、顔料、化粧品パウダーなどの粉体の品質を管理するために用いられる。この粒子画像分析システム１００は、図３および図４に示すように、粒子撮像装置１０１と、粒子撮像装置１０１に電気的に接続される画像データ分析装置１０２とにより構成される。
【００２７】
粒子撮像装置１０１は、液体中の粒子を撮像し、その粒子画像を分析するための処理を行うために設けられている。この粒子撮像装置１０１により分析される粒子としては、たとえば、ファインセラミックス粒子、顔料、化粧品パウダーなどの粉体が挙げられる。また、粒子撮像装置１０１は、図３に示すように、全体をカバー１０１ａで覆われている。このカバー１０１ａは、遮光の機能を有しており、また、内面に保温のための断熱材（図示せず）が取り付けられて機内保温の機能を有している。粒子撮像装置１０１には、カバー１０１ａで覆われた粒子撮像装置１０１の内部を所定の温度（約２５℃）に保つためのペルチェ素子（図示せず）およびファン（図示せず）が取り付けられている。前記カバー１０１ａの内部を、ペルチェ素子（図示せず）で所定温度に制御し、ファン（図示せず）で気流を対流させて均一化することにより、粒子撮像装置１０１内を所定の温度（約２５℃）に保つことができる。これによって、温度変化に起因する撮像時の焦点距離のずれや、後述するシース液の粘度や比重などの特性の変化を抑制することが可能である。
【００２８】
また、画像データ分析装置１０２は、粒子撮像装置１０１により処理された粒子画像を記憶および分析することにより、粒子の大きさや形状などを自動的に算出して表示するために設けられている。この画像データ分析装置１０２は、図３および図４に示すように、粒子画像を表示するための画像表示部（ディスプレイ）１０２ａとキーボード１０２ｂとを有するパーソナルコンピュータ（ＰＣ）とからなる。
【００２９】
ここで、粒子撮像装置１０１は、図４に示すように、粒子懸濁液の流れを形成する流体機構部１０３と、粒子懸濁液の流れに対して光を照射する照明装置２４と、粒子懸濁液の流れを撮像する撮像光学系１０５と、粒子画像の切り出し処理などを行う画像処理部１０６とを備えている。照明装置２４と撮像光学系１０５とは、流体機構部１０３を挟んで対向する位置に配置されている。流体機構部１０３は、透明な石英製のフローセル１０７と、フローセル１０７に対して粒子懸濁液およびシース液の供給を行う供給機構部１０８と、フローセル１０７を支持する支持機構部１０９とを含んでいる。フローセル１０７は、粒子懸濁液の流れを、粒子懸濁液の両側を流れるシース液の流れで挟み込むことにより、偏平な流れに変換する機能を有している。このフローセル１０７は、図４に示すように、フローセル１０７の撮像光学系１０５側の外面の中央位置近傍に縦長形状の凹部１０７ａを有している。
【００３０】
フローセル１０７内を流れる粒子懸濁液は、フローセル１０７の凹部１０７ａを介して撮像されるように構成されている。供給機構部１０８は、図４に示すように、フローセル１０７に粒子懸濁液を供給するためのサンプルノズル１０８ａを有する供給部１０８ｂと、供給部１０８ｂに粒子懸濁液を送り込む供給口１０８ｃ（図３も参照）と、シース液を収容するシース液容器１０８ｄと、シース液を一時的に貯留するシース液チャンバ１０８ｅと、フローセル１０７内を通過したシース液を貯留する廃液チャンバ１０８ｆとを有している。
【００３１】
支持機構部１０９は、図３に示すように光路に沿うＸ方向に図示しない第３ステッピングモータで駆動されて移動可能に構成され、フローセル１０７内を流れる粒子懸濁液中の粒子像を、撮像部２３中のＣＣＤ２２（図１および２参照）の受光面に結像させることが可能なように構成されている。
【００３２】
照明装置２４は、光源のキセノンフラッシュランプ１、第１投影レンズ系２５、第２投影レンズ系１３から構成される。照明装置２４の詳細な構成について、後でさらに説明する。
撮像光学系１０５は、対物レンズ部１４と、結像レンズ部１８と、撮像部２３とにより構成されている。対物レンズ部１４は、照明装置２４からの光に照射されたフローセル１０７の内部を流れる粒子懸濁液中の粒子の光像を拡大するために設けられている。結像レンズ部１８は、対物レンズ部１４で拡大された光像を結像させるために設けられている。撮像部２３は、結像レンズ部１８で結像された光像を撮像するために設けられ、ＣＣＤカメラを備えている。撮像光学系１０５の詳細な構成について、後でさらに説明する。
【００３３】
次に、図３および図４を参照して、粒子撮像装置１０１の動作について説明する。まず、図３および図４に示す供給口８ｃに供給された粒子懸濁液は、フローセル１０７の上方に位置する供給部１０８ｂに送り込まれる。そして、供給部１０８ｂの粒子懸濁液は、供給部１０８ｂに設けられたサンプルノズル１０８ａの先端から少しずつフローセル１０７内に押し出される。また、シース液もシース液容器１０８ｄからシース液チャンバ１０８ｅおよび供給部１０８ｂを介してフローセル１０７内に送り込まれる。そして、粒子懸濁液は、シース液に両側を挟み込まれることにより流体力学的に偏平な形状に絞られた状態で、フローセル１０７内を上方から下方に向かって流れる。
【００３４】
そして、粒子懸濁液は、図４に示すように、フローセル１０７内を通過した後、廃液チャンバ１０８ｆを介して排出される。上記のように、流体機構部３のフローセル１０７で偏平な形状に絞られた粒子懸濁液の流れに対して、照明装置２４によって光を照射することにより、撮像光学系１０５において粒子の画像が第１対物レンズ部１４と第２対物レンズ１８とを介して撮像部２３により撮像される。また、粒子懸濁液の流れの偏平な面を撮像部２３で撮像することにより、撮像される粒子の重心と、撮像部２３のＣＣＤ２２の受光面との距離を実質的に一定にすることが可能である。これにより、粒子の大きさに関わらず常にピントの合った粒子像を得ることが可能である。そして、撮像部２３のＣＣＤ２２（図１および２参照）からの画像信号は、画像処理部１０６で処理された後、画像データ分析装置１０２に送られて、画像表示部１０２ａに表示される。
【００３５】
次に、図４に示す照明装置２４を構成する投影光学系および対物レンズ部１４、結像レンズ部１８を含む撮像光学系１０５の詳細な実施の形態について以下に説明する。
図１は、図４の粒子画像分析システムに適用されるこの発明の照明装置およびそれを含んでなる粒子撮像装置の第１の実施態様を示す概略断面図である。図１で、照明装置２４は点線の枠内で示した部分である。図１の態様では、光源としてキセノンフラッシュランプ１を用いている。
【００３６】
図５は、この実施の形態に係るキセノンフラッシュランプ１の外観を示す説明図である。図５（ａ）及び（ｂ）に示すように、ランプ１は、その発光部１ｃが金属製の円筒状のケース１ａ内に収納され、ケース１ａの側部に設けられた窓１ｂから照射光が出射するような形状を有している。ケース１ａの内面は光を吸収するように黒く塗装されている。従って、窓１ｂからランプ１の外へ出射する光の大半は、発光部１ｃから直接照射された光である。ケース１ａの直径は約１０ｍｍ、高さは約１０ｍｍであり、発光部の発光領域の大きさは、その直径が１ｍｍ程度である。ランプ１は、光源部ハウジング２６の即部に取り付けられ、発光部１ｃから出射した照射光は、窓１ｂを経てランプ１の外に配置された第１レンズ部材としての第１レンズ２を通過して略平行な光に変換される。第１レンズ２は、光源からの照射光の利用効率を高めるために非球面レンズを使用している。非球面レンズは、球面レンズを用いる場合よりも少ない数のレンズで良好な集光特性、即ち、コマ収差の少ない投影レンズ系を実現することができるからである。また、光源からの照射光の利用効率を高めるには、第１レンズの開口数（ＮＡ）を大きくすることが有利である。この実施形態では、第１レンズ２の開口率ＮＡは０．４８である。
【００３７】
効率の観点から、開口率ＮＡは、より大きい方がより好ましい。しかし、開口数ＮＡを大きくすると、第１レンズ１をはじめとする集光光学系が大きくなり、装置が大型化するばかりでなく高価になる。従って、好ましい開口数の上限は０．７５である。
【００３８】
第１レンズ２を経た略平行な照射光は波長選択部としての紫外光帯域通過フィルタ４を通過する。図６は、キセノンフラッシュランプの発光スペクトル特性の一例を示すグラフである。図６に示すように、光源のキセノンフラッシュランプは、その波長が７８０ナノメートル以上の赤外域や４００ナノメートル以下の紫外域を含む広範な発光スペクトル特性を有する。紫外光帯域通過フィルタ４は、前述の広範な発光スペクトル特性を持つ光源光から、ほぼ紫外域に相当する短波長の光を抽出する機能を果たす。紫外光帯域通過フィルタ４の帯域通過特性は、その中心波長が４００ナノメートルであり、半値幅が１０ナノメートルである。このときの測定対象は３００ナノメートル程度の大きさである。なお、紫外帯域通過フィルタ４の帯域通過特性を変えることにより、紫外光帯域通過フィルタ４を通過する光は、２００〜４５０ナノメートル以内の範囲にあり、かつ、半値幅が１〜４０ナノメートル以内のスペクトル特性を有するものを用いることが可能である。
【００３９】
前記中心波長は、微小粒子を照射して高解像度の画像を得る観点からは、より小さい波長、即ち短波長である方が好ましい。また、前記半値幅は、微小粒子を照射して高解像度の画像を得る観点からは、より小さい範囲であることが好ましい。しかし、半値幅を狭くすると出射光の全エネルギーに対する透過光のエネルギー比率、即ち効率が低くなる。さらに、波長選択部の中心波長、半値幅と波長選択部を透過する光のコヒーレンシーとの間には一定の関係があり、さらに前記のコヒーレンシーに対して、高解像度で明瞭な像が得られる測定対象の寸法には所定の関係があるので、前記中心波長と半値幅とは、要求される照度や測定対象の寸法に応じて最適な値に選択されるべきである。
【００４０】
紫外光帯域通過フィルタ４を透過したコヒーレンスの高い紫外領域の光は、第２レンズ部材としての第２レンズ３を通過して第２レンズ３の焦点に集光される。ここで、第２レンズ３には、非球面レンズを使用している。非球面レンズを使用することにより高い光源光の利用効率とコマ収差少ない投影レンズ系を得ることができる。
【００４１】
光源の発光部１ｃが結像する位置には、調整部材としての集光ガイド部材５の端部に設けられた透過部としてのピンホール６を配置し、ピンホール６の入射部９ａ側から入射して出射部９ｂ側から出射するように構成する。これによって、ピンホール６の出射部９ｂは、紫外帯域光の仮想的な点光源とみなされる。この実施形態におけるピンホール６の断面直径は、０．１ミリメートルである。前記直径は、照射対象を照射する照射領域の直径寸法と略等しくなるように構成されている。このような構成により光源光の利用効率を高めることが可能となる。なお、ピンホール６の断面直径は０．１〜２．０ミリメートルの範囲が好ましい。
【００４２】
なお、集光ガイド部材５に遮られてピンホール６へ集光されなかった光が迷光となって入射部９ａへ入射しないように、集光ガイド部材５の形状は、光軸に対して垂直方向の断面の内径が第２レンズ３から入射部９ａに向けて次第に小さくなるようにしている。従って、図１において、集光ガイド部材５の第２レンズ３からピンホール６にかけての端面を示す直線を延長すると、第２レンズ３からの光軸と鋭角をなして交わる。第２レンズ３かを通過した後、この端面に反射した光は、前記の光軸に対して対称をなす反対側の端面でさらに反射して光源側に戻され、ランプ１の窓１ｂからケース１ａの内部に入り、ケース１ａの内面で吸収される。前述のように、ケース１ａの内面は、黒塗装されて光を吸収する。
【００４３】
ピンホール６の出射部９ｂから出射した光は、コンデンサレンズ１０ａ、１０ｂ、１１ａ、１１ｂで構成される第２投影レンズ系１３を経て、再び集光され、照射領域に配置されたフローセル１０７中を流れる照射対象物１９に照射される。第２投影レンズ系１３は、照射領域の大きさが、第２投影レンズ系１３の仮想光源である出射部９ｂの出射領域にほぼ等しくなるように構成している。なお、照射領域の面積は、ピンホール６の断面積に対して０．５〜３倍が好ましい。また、第２投影レンズ系１３中には、照射対象側のコンデンサレンズの開口率を調整するための開口数調整用アイリス１２が設けられている。開口数調整用アイリス１２は、図示しない第１ステッピングモータで駆動されて、絞りの大きさ、従って照射対象物１９への照射光の照度を調整できるようになっている。
【００４４】
高い照射光の透過率、即ち光源光の利用効率を得る観点から、第２投影レンズ系は、少ない枚数のレンズで構成することが好ましい。そして、より少ないレンズ枚数の第２投影レンズ系を実現するために、第２投影レンズ系は、非球面レンズから構成されている。非球面レンズは、球面レンズを用いる場合よりも少ない数のレンズで良好な集光特性、即ち、より高い光源光の利用効率を有する投影レンズ系を得ることができる。通常、コマ収差の少ない投影レンズ系を得るために、非球面レンズを使用している場合が多いが、ここでは、投影レンズ系のコマ収差を大きくすることにより、結像される光源像をぼかして照射領域の強度分布を均一化するようにしている。
図８にコマ収差のほとんどない場合の収差図を示し、図７にコマ収差の大きい場合の収差図を示した。第１投影レンズ系は、図８に示されるように、非球面収差で表される色収差の偏差範囲が結像面における結像面焦点深度以内にあり、メリジオル面とサジタル面におけるコマ収差を最小にするようにしてある。それに対して、第２投影レンズ系は、図７に示されるように非球面収差で表される色収差の偏差範囲が結像面における結像面焦点深度以内にあり、メリジオル面とサジタル面におけるコマ収差を大きくするようにしてある。
【００４５】
次に、図１に示す照射対象物１９に対して投影光学系１３と反対側に、切替式の第１対物レンズ１４ａ、１４ｂ、１４ｃが設けられている。この実施の形態では、第１対物レンズ１４ａ、１４ｂ、１４ｃの倍率は、それぞれ１０倍、６０倍、２０倍である。これらの第１対物レンズは、第１対物レンズホルダー１５に支持されて一体となって上下に移動するように構成されている。上下移動は、図示しない第２ステッピングモータの駆動によって行う。これによって、測定対象物１９の寸法に応じた、最適な倍率のレンズを選択することができる。
【００４６】
なお、対物レンズの倍率によって、照射された測定対象物１９の明るさが異なるので、第１対物レンズ１４ａの第２対物レンズ１８側の端部には、減光用のＮＤフィルタ１６ａが、第１対物レンズ１４ｃの第２対物レンズ１８側の端部には、減光用のＮＤフィルタ１６ｂがそれぞれ設けられて第１対物レンズの倍率が異なっても照射された測定対象物１９の像の明るさを均一化している。また、最も倍率の大きな第１対物レンズ１４ｂに切換えた場合に、端部の像が第２対物レンズ１８に収まらないために、第１対物レンズ１４ｂの第２対物レンズ１８側の端部には開口数調節用アイリス１７を設けて第１対物レンズ１４ｂを透過する光を絞っている。
【００４７】
前述の第１対物レンズ１４ａ、１４ｂあるいは１４ｃを通過した光は、第２対物レンズ１８を通過した後に切替式のリレーレンズ２０ａもしくは２０ｂを通過して撮像素子としてのＣＣＤ２２に照射され、ＣＣＤ２２の受光面に測定対象物１９の像を結像させる。リレーレンズ２０ａおよび２０ｂは、リレーレンズハウジング２１中に収納され、それぞれ２倍と０．５倍の拡大倍率を有する。リレーレンズ２０ａおよび２０ｂは、リレーレンズハウジング２１と一体で、図示しない第４ステッピングモータの駆動により上下に移動する。これによって、拡大倍率の切り替えを行うことができる。
【００４８】
リレーレンズ２０ａもしくは２０ｂを通過してＣＣＤ２２上に結像した像は、ＣＣＤの画素単位の電気信号に変換され、撮像部２３から出力される。
【００４９】
次に、図１の態様と異なる第２の実施態様の構成の照明装置を含んでなる粒子撮像装置の構成について説明する。図２は、図１の態様と異なる構成の照明装置を含んでなる粒子撮像装置の構成の一例を示す概略断面図であり、照明装置以外は同じ構成を有している。図２に示すように、ランプ１から照明装置２４の集光ガイド部材６に至る光路の構成は、実施の形態１と同じである。調整ガイド部材５に設けたピンホール６を通過した光は、マルチモード光ファイバー７の一端へ入射する。光ファイバー７へ入射した光は、光ファイバー７を通過した後に他端から出射する。光ファイバー７の出射端が出射部９ｂとなり、出射部９ｂから出射した光は、実施の形態１と同じ投影例レンズ系１３を経て照射対象物１９に照射される。なお、マルチモード光ファイバー７の実効断面積の直径は０．１ミリメートルである。前記実効断面積は、照射対象を照射する照射領域の断面積と略等しくなるように構成されている。また、マルチモード光ファイバー７の実効断面積の直径は、０．１〜２．０ミリメートルの範囲が好ましい。
【００５０】
透過部にマルチモード光ファイバー７を用いることにより、出射部９ｂの出射領域内の光束の分布がより均一化される。従って、出射部９ｂの光が投影される照射領域の照射光も均一化され、照射対象物１９をより均一に照射することが可能になる。
【００５１】
また、インコヒーレント光源から波長選択部である帯域フィルタで所定の波長域を抽出して対象物に照射し、対象物の鮮明な像を得るためには、前記帯域フィルタを通過した照射光が対象物の寸法の数１倍から３００倍程度のコヒーレンス長を有するようにスペクトル特性を設定することが好適である。
【００５２】
照射光のスペクトルの中心波長をλC0、半値幅、即ち発光スペクトルのピーク波長の両側で強度が５０％の２点の幅をλh0とすると、中心波長λC0に対応する中心周波数fC0は
、以下の式で示される。
【数１】
2006184870.tif 000003
また、半値波長幅λh0に対応する半値周波数幅fh0は、
【数２】
2006184870.tif 000004
ここで、照射光のコヒーレンス長Ｈは、半値波長幅と以下のような関係を持つ。
【数３】
2006184870.tif 000005
【００５３】
このような観点から、波長選択部の帯域フィルタの特性を決定すればよい。たとえば、照射光の中心波長λC0が４００ナノメートル、半値幅長λh0が１０ナノメートルの場合、コヒーレンス長Ｈは、１６マイクロメートルになる。従って、この特性の帯域フィルタを備えた照明装置は、コヒーレンス長Ｈの約１／４０〜１／８０である４００〜２００ナノメートル程度の対象物を照明し、対象の鮮明な輪郭像を得るために好適である。
【００５４】
なお、前述の説明により開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。
【００５５】
例えば、適用可能な光源は、キセノンフラッシュランプに限らず、例えば、水銀アークランプやハロゲンランプなどであってもよい。
また、波長選択部としての紫外光帯域通過フィルタ４は、公知の手法で製造される光学フィルタでよい。
【００５６】
また、調整部材としての集光ガイド部材５の形状は、前述のように光軸に対して垂直方向の断面の内径が第２レンズ３から入射部９ａに向けて次第に小さくなるものに限定されず、例えば光軸に対して垂直に配置された板にピンホールを設けた形状であってもよい。
【００５７】
また、対象物への光像のコマ収差を大きくするために、第２投影レンズ系のコマ収差が大きくなるようにしたが、第１投影レンズ系のコマ収差を大きくするような構成にしても良い。
【００５８】
また、第１レンズ部材の第１レンズ２の開口率ＮＡは、０．４８であり、好ましくは上限が０．７５であるが、０．３０から０．７５の範囲内であれば、適用可能である。
【００５９】
また、第２投影レンズ系１３は、照射領域の大きさが、第２投影レンズ系１３の仮想光源である出射部９ｂの出射領域にほぼ等しくなるように構成しているが、照射領域の大きさが、第２投影レンズ系１３の仮想光源である出射部９ｂの出射領域の０．５から３倍になるように構成してもよい。
【００６０】
また、照明装置２４において、キセノンフラッシュランプ１（光源）から出射された光から中心波長が４００ナノメートルであり、かつ、半値幅が１０ナノメートルである光を選択的に透過させる紫外光帯域通過フィルタ４を用いる構成としたが、紫外光帯域通過フィルタ４を省き、中心波長が４００ナノメートルであり、かつ、半値幅が１０ナノメートルである光を発する光源を用いる構成にしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】この発明の照明装置の一態様を含んでなる粒子撮像装置の構成の一例を示す概略断面図である。（実施の形態１）
【図２】この発明の照明装置の異なる一態様を含んでなる粒子撮像装置の構成の一例を示す概略断面図である。（実施の形態２）
【図３】この発明に係る粒子撮像装置の一態様を含んでなる粒子画像分析システムの外観の一例を示す斜視図である。
【図４】図３に示す粒子画像分析システムの全体構成の概略を示す説明図である。
【図５】この発明の光源の一態様であるキセノンフラッシュランプの外観の一例を示す説明図である。
【図６】この発明の光源の一態様であるキセノンフラッシュランプの発光スペクトル特性を示すグラフである。
【図７】投影レンズ系に用いる、収差が大きなレンズ特性の一例を示す説明図である。
【図８】投影レンズ系に用いる、収差がほとんどないレンズ特性の一例を示す説明図である。
【図９】公知の、コヒーレント光源による空間伝播周波数に対する伝播係数の特性を示す図である。
【図１０】公知の、照射光のコヒーレンスとそれによって得られる対象物体の像の解像度との関係を示す説明図である。
【符号の説明】
【００６２】
１    光源、キセノンフラッシュランプ、ランプ
１ａ  ケース
１ｂ  窓
１ｃ  発光部
１ｄ  端子
２    第１レンズ
３    第２レンズ
４    紫外光帯域通過フィルタ
５    集光ガイド部材
６    ピンホール
７    マルチモード光ファイバー
８    光ファイバー支持部材
９ａ  入射部
９ｂ  出射部
１０ａ、１０ｂ、１１ａ、１１ｂ  コンデンサレンズ
１２    開口数調節用アイリス
１３    投影レンズハウジング、第２投影レンズ系
１４、１４ａ、１４ｂ、１４ｃ  第１対物レンズ
１５    第１対物レンズホルダー
１６ａ、１６ｂ  ＮＤフィルタ
１７    焦点深度調節用アイリス
１８    第２対物レンズ、結像レンズ
１９    照射対象物
２０ａ、２０ｂ  リレーレンズ
２１    リレーレンズハウジング、リレーレンズ系
２２    ＣＣＤ、撮像素子
２３    撮像部
２４    照明装置
２５    第１投影レンズ系、集光光学系
２６    光源部ハウジング
１００    粒子画像分析システム
１０１    粒子撮像装置
１０１ａ  カバー
１０２    画像データ分析装置
１０２ａ  画像表示部（ディスプレイ）２ａ
１０２ｂ  キーボード
１０３    流体機構部
１０５    撮像光学系
１０６    画像処理部
１０７    フローセル
１０７ａ  凹部
１０８    供給機構部
１０８ａ  サンプルノズル
１０８ｂ  供給部
１０８ｃ  供給口
１０８ｄ  シース液容器
１０８ｅ  シース液チャンバ
１０８ｆ  廃液チャンバ
１０９    支持機構部
【図１】
2006184870.tif 000006
【図２】
2006184870.tif 000007
【図３】
2006184870.tif 000008
【図４】
2006184870.tif 000009
【図５】
2006184870.tif 000010
【図６】
2006184870.tif 000011
【図７】
2006184870.tif 000012
【図８】
2006184870.tif 000013
【図９】
2006184870.tif 000014
【図１０】
2006184870.tif 000015