(57)【要約】      （修正有）【課題】白色ＬＥＤ光源を用いて照明効率と照明の均一性とを高水準で両立する。【解決手段】顕微鏡用照明装置２は、白色ＬＥＤ光源１０と照明光学系３を備える。白色ＬＥＤ光源１０は、基板と、基板上に配列された励起光を出射する複数のＬＥＤチップと、複数のＬＥＤチップを覆うように設けられた蛍光体層を有する。照明光学系３は、白色ＬＥＤ光源１０からの光を対象物に照射する。照明光学系３は、視野絞り４０と、白色ＬＥＤ光源１０と視野絞り４０の間に配置された拡散板３０を有する。照明光学系３は、ケーラー照明で標本Ｓを照明するように配置される。顕微鏡用照明装置２は、ｐを複数のＬＥＤチップの中心間の最小間隔とし、ｄを複数のＬＥＤチップの各々の大きさとするとき、以下の条件式を満たす。０．２＜ｄ／ｐ＜１・・・（１）【選択図】図１
2018200332.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、前記基板上に配列された励起光を出射する複数のＬＥＤチップと、前記複数のＬＥＤチップを覆うように設けられた蛍光体層と、を有する白色ＬＥＤ光源と、
前記白色ＬＥＤ光源からの光を対象物に照射する照明光学系であって、視野絞りと、前記白色ＬＥＤ光源と前記視野絞りの間に配置された前記光を拡散する光拡散素子と、を有し、ケーラー照明で前記対象物を照明するように配置された照明光学系と、を備え、
ｐを前記複数のＬＥＤチップの中心間の最小間隔とし、ｄを前記複数のＬＥＤチップの各々の大きさとするとき、以下の条件式
０．２ ＜ ｄ／ｐ ＜ １      ・・・（１）
を満たすことを特徴とする顕微鏡用照明装置。
【請求項２】
請求項１に記載の顕微鏡用照明装置において、
前記照明光学系は、さらに、
前記白色ＬＥＤ光源と前記光拡散素子の間に配置されたコレクタレンズと、
前記光拡散素子と開口絞りの間に前記視野絞りが位置するように配置された前記開口絞りと、
前記視野絞りと前記開口絞りの間に配置されたリレーレンズと、
前記リレーレンズとコンデンサレンズの間に前記開口絞りが位置するように配置された前記コンデンサレンズと、を備え、
Ｆｃｏを前記コレクタレンズの焦点距離とし、Ｆｒｌを前記リレーレンズの焦点距離とし、Ｆｃｄを前記コンデンサレンズの焦点距離とし、ＮＡを前記コンデンサレンズの開口数とし、ＮＡ１を前記コンデンサレンズの最大照明範囲に対応する倍率の対物レンズの開口数とするとき、以下の条件式
（ｐ−ｄ）／（２×Ｆｃｏ） ≦ ＮＡ１×Ｆｃｄ／Ｆｒｌ  ・・・（２）
ＮＡ１／ＮＡ ≦ １／３                       ・・・（３）
を満たすことを特徴とする顕微鏡用照明装置。
【請求項３】
請求項１に記載の顕微鏡用照明装置において、
前記照明光学系は、さらに、前記白色ＬＥＤ光源と前記光拡散素子の間に配置されたコレクタレンズと、を備え、
Ｆｃｏを前記コレクタレンズの焦点距離とし、θを入射光の進行方向へ出射した拡散光の１／２の強度で前記光拡散素子から出射する拡散光の散乱角とするとき、以下の条件式
１／２×ｔａｎ−１（（ｐ−ｄ）／Ｆｃｏ）≦ θ ≦ ６×ｔａｎ−１（（ｐ−ｄ）／Ｆｃｏ）  ・・・（４）
を満たすことを特徴とする顕微鏡用照明装置。
【請求項４】
請求項２に記載の顕微鏡用照明装置において、
θを入射光の進行方向へ出射した拡散光の１／２の強度で前記光拡散素子から出射する拡散光の散乱角とするとき、以下の条件式
１／２×ｔａｎ−１（（ｐ−ｄ）／Ｆｃｏ）≦ θ ≦ ６×ｔａｎ−１（（ｐ−ｄ）／Ｆｃｏ）  ・・・（４）
を満たすことを特徴とする顕微鏡用照明装置。
【請求項５】
請求項１に記載の顕微鏡用照明装置において、
前記照明光学系は、さらに、
前記白色ＬＥＤ光源と前記光拡散素子の間に配置されたコレクタレンズと、
前記光拡散素子と開口絞りの間に前記視野絞りが位置するように配置された前記開口絞りと、
前記視野絞りと前記開口絞りの間に配置されたリレーレンズと、
前記リレーレンズとコンデンサレンズの間に前記開口絞りが位置するように配置された前記コンデンサレンズと、を備え、
Ｆｃｏを前記コレクタレンズの焦点距離とし、Ｆｒｌを前記リレーレンズの焦点距離とし、Ｆｃｄを前記コンデンサレンズの焦点距離とし、ＮＡを前記コンデンサレンズの開口数とし、θを入射光の進行方向へ出射した拡散光の１／２の強度で前記光拡散素子から出射する拡散光の散乱角とし、Ｒを前記複数のＬＥＤチップを含む最小の円の直径とするとき、以下の条件式
ＮＡ×Ｆｃｄ／Ｆｒｌ ＜ Ｒ／（２×Ｆｃｏ）＋ｓｉｎθ  ・・・（５）
を満たすことを特徴とする顕微鏡用照明装置。
【請求項６】
請求項２に記載の顕微鏡用照明装置において、
θを入射光の進行方向へ出射した拡散光の１／２の強度で前記光拡散素子から出射する拡散光の散乱角とし、Ｒを前記複数のＬＥＤチップを含む最小の円の直径とするとき、以下の条件式
ＮＡ×Ｆｃｄ／Ｆｒｌ ＜ Ｒ／（２×Ｆｃｏ）＋ｓｉｎθ  ・・・（５）
を満たすことを特徴とする顕微鏡用照明装置。
【請求項７】
請求項３に記載の顕微鏡用照明装置において、
前記照明光学系は、さらに、
前記光拡散素子と開口絞りの間に前記視野絞りが位置するように配置された前記開口絞りと、
前記視野絞りと前記開口絞りの間に配置されたリレーレンズと、
前記リレーレンズとコンデンサレンズの間に前記開口絞りが位置するように配置された前記コンデンサレンズと、を備え、
Ｆｒｌを前記リレーレンズの焦点距離とし、Ｆｃｄを前記コンデンサレンズの焦点距離とし、ＮＡを前記コンデンサレンズの開口数とし、Ｒを前記複数のＬＥＤチップを含む最小の円の直径とするとき、以下の条件式
ＮＡ×Ｆｃｄ／Ｆｒｌ ＜ Ｒ／（２×Ｆｃｏ）＋ｓｉｎθ  ・・・（５）
を満たすことを特徴とする顕微鏡用照明装置。
【請求項８】
請求項４に記載の顕微鏡用照明装置において、
Ｒを前記複数のＬＥＤチップを含む最小の円の直径とするとき、以下の条件式
ＮＡ×Ｆｃｄ／Ｆｒｌ ＜ Ｒ／（２×Ｆｃｏ）＋ｓｉｎθ  ・・・（５）
を満たすことを特徴とする顕微鏡用照明装置。
【請求項９】
請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の顕微鏡用照明装置において、
φＬＥＤを前記蛍光体層に内接する円の直径とし、Ｒを前記複数のＬＥＤチップを含む最小の円の直径とするとき、以下の条件式
０．５ ≦ Ｒ／φＬＥＤ      ・・・（６）
を満たすことを特徴とする顕微鏡用照明装置。
【請求項１０】
請求項５乃至請求項８のいずれか１項に記載の顕微鏡用照明装置において、
φＬＥＤを前記蛍光体層に内接する円の直径とするとき、以下の条件式
０．５ ≦ Ｒ／φＬＥＤ      ・・・（６）
を満たすことを特徴とする顕微鏡用照明装置。
【請求項１１】
請求項１乃至請求項１０のいずれか１項に記載の顕微鏡用照明装置において、
前記蛍光体層は、各々が可視域の蛍光を発生する、少なくとも３種類の蛍光体を含み、
前記複数のＬＥＤチップの各々は、近紫外域の励起光を出射するＬＥＤチップである
ことを特徴とする顕微鏡用照明装置。
【請求項１２】
請求項１乃至請求項１１のいずれか１項に記載の顕微鏡用照明装置において、
前記複数のＬＥＤチップは、前記基板上に、Ｍ行Ｎ列（Ｍ、Ｎはそれぞれ４以上の整数）に配列された
ことを特徴とする顕微鏡用照明装置。
【請求項１３】
請求項１乃至請求項１２のいずれか１項に記載の顕微鏡用照明装置と、
対物レンズと、を備える
ことを特徴とする顕微鏡。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書の開示は、白色ＬＥＤ（Light Emitting Diode）光源を有する顕微鏡用照明装置、及び、顕微鏡に関する。
【背景技術】
【０００２】
顕微鏡用光源として従来から広く利用されているハロゲン光源は、発光面内においてフィラメント形状に依存した不均一な輝度分布を有している。この発光面における不均一な輝度分布に起因する照明ムラを低減するため、光拡散素子を設けた顕微鏡用照明装置が多数提案されている。
【０００３】
しかしながら、光拡散素子は、照明ムラを低減する一方で光量ロスも生じさせる。この点を踏まえ、光拡散素子での光量ロスを抑えながら照明ムラを低減する技術が提案されている。そのような技術は、例えば、特許文献１、特許文献２に記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−１４８２９６号公報
【特許文献２】特開平０９−２７４１３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、近年、顕微鏡用光源として、寿命が長く且つ消費電力が小さいＬＥＤ光源を使用するケースが増加している。
【０００６】
ハロゲン光源の代わりとして用いられる白色ＬＥＤ光源は、しばしば複数のＬＥＤチップを有する。複数のＬＥＤチップを有する白色ＬＥＤ光源では、ハロゲン光源と同様に、発光面における不均一な輝度分布に起因する照明ムラが生じ得る。また、一般に、ＬＥＤ光源を用いた照明では、ハロゲン光源を用いた照明に比べて、標本面における輝度が不足しがちである。このため、白色ＬＥＤ光源を有する顕微鏡用照明装置では、明るくムラのない照明を行うことが、ハロゲン光源を有する顕微鏡用照明装置の場合よりも難しい。
【０００７】
以上のような実情を踏まえ、本発明の一側面に係る目的は、白色ＬＥＤ光源を用いて照明効率と照明の均一性とを高水準で両立する技術を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一態様に係る顕微鏡用照明装置は、白色ＬＥＤ光源と、照明光学系を備える。前記白色ＬＥＤ光源は、基板と、前記基板上に配列された励起光を出射する複数のＬＥＤチップと、前記複数のＬＥＤチップを覆うように設けられた蛍光体層と、を有する。前記照明光学系は、前記白色ＬＥＤ光源からの光を対象物に照射する。前記照明光学系は、視野絞りと、前記白色ＬＥＤ光源と前記視野絞りの間に配置された前記光を拡散する光拡散素子と、を有し、ケーラー照明で前記対象物を照明するように配置されている。前記顕微鏡用照明装置は、ｐを前記複数のＬＥＤチップの中心間の最小間隔とし、ｄを前記複数のＬＥＤチップの各々の大きさとするとき、以下の条件式を満たす。
０．２ ＜ ｄ／ｐ ＜ １      ・・・（１）
【０００９】
本発明の別の一態様に係る顕微鏡は、上記の態様に係る顕微鏡用照明装置と、対物レンズと、を備える。
【発明の効果】
【００１０】
上記の態様によれば、白色ＬＥＤ光源を用いて照明効率と照明の均一性とを高水準で両立することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】顕微鏡１の構成を例示した図である。
【図２】白色ＬＥＤ光源１０の断面を模式的に示した図である。
【図３】白色ＬＥＤ光源１０内におけるＬＥＤチップ１２の配列を例示した図である。
【図４】隣接する２つのＬＥＤチップ１２から拡散板３０に入射する２つの光束の間に生じる光が通過しない領域の角度を説明するための図である。
【図５Ａ】照明光学系３ａの断面図であり、倍率が４倍で開口数が０．１６の第１対物レンズでの観察に使用される軸上光束と軸外光束を描いた光線図である。
【図５Ｂ】照明光学系３ａの断面図であり、倍率が４０倍で開口数が０．９の第２対物レンズでの観察に使用される軸上光束と軸外光束を描いた光線図である。
【図６Ａ】実施例１に係る顕微鏡用照明装置が照明した、第１対物レンズで観察する標本面上の領域の放射輝度分布を示した図である。
【図６Ｂ】実施例１に係る顕微鏡用照明装置が照明した標本面を第１対物レンズで観察したときの第１対物レンズの瞳面における放射輝度分布を示した図である。
【図６Ｃ】実施例１に係る顕微鏡用照明装置が照明した、第２対物レンズで観察する標本面上の領域の放射輝度分布を示した図である。
【図６Ｄ】実施例１に係る顕微鏡用照明装置が照明した標本面を第２対物レンズで観察したときの第２対物レンズの瞳面における放射輝度分布を示した図である。
【図６Ｅ】実施例１に係る顕微鏡用照明装置の開口絞り面における放射輝度分布を示した図である。
【図７Ａ】実施例２に係る顕微鏡用照明装置が照明した、第１対物レンズで観察する標本面上の領域の放射輝度分布を示した図である。
【図７Ｂ】実施例２に係る顕微鏡用照明装置が照明した標本面を第１対物レンズで観察したときの第１対物レンズの瞳面における放射輝度分布を示した図である。
【図７Ｃ】実施例２に係る顕微鏡用照明装置が照明した、第２対物レンズで観察する標本面上の領域の放射輝度分布を示した図である。
【図７Ｄ】実施例２に係る顕微鏡用照明装置が照明した標本面を第２対物レンズで観察したときの第２対物レンズの瞳面における放射輝度分布を示した図である。
【図７Ｅ】実施例２に係る顕微鏡用照明装置の開口絞り面における放射輝度分布を示した図である。
【図８Ａ】実施例３に係る顕微鏡用照明装置が照明した、第１対物レンズで観察する標本面上の領域の放射輝度分布を示した図である。
【図８Ｂ】実施例３に係る顕微鏡用照明装置が照明した標本面を第１対物レンズで観察したときの第１対物レンズの瞳面における放射輝度分布を示した図である。
【図８Ｃ】実施例３に係る顕微鏡用照明装置が照明した、第２対物レンズで観察する標本面上の領域の放射輝度分布を示した図である。
【図８Ｄ】実施例３に係る顕微鏡用照明装置が照明した標本面を第２対物レンズで観察したときの第２対物レンズの瞳面における放射輝度分布を示した図である。
【図８Ｅ】実施例３に係る顕微鏡用照明装置の開口絞り面における放射輝度分布を示した図である。
【図９Ａ】実施例４に係る顕微鏡用照明装置が照明した、第１対物レンズで観察する標本面上の領域の放射輝度分布を示した図である。
【図９Ｂ】実施例４に係る顕微鏡用照明装置が照明した標本面を第１対物レンズで観察したときの第１対物レンズの瞳面における放射輝度分布を示した図である。
【図９Ｃ】実施例４に係る顕微鏡用照明装置が照明した、第２対物レンズで観察する標本面上の領域の放射輝度分布を示した図である。
【図９Ｄ】実施例４に係る顕微鏡用照明装置が照明した標本面を第２対物レンズで観察したときの第２対物レンズの瞳面における放射輝度分布を示した図である。
【図９Ｅ】実施例４に係る顕微鏡用照明装置の開口絞り面における放射輝度分布を示した図である。
【図１０Ａ】実施例５に係る顕微鏡用照明装置が照明した、第１対物レンズで観察する標本面上の領域の放射輝度分布を示した図である。
【図１０Ｂ】実施例５に係る顕微鏡用照明装置が照明した標本面を第１対物レンズで観察したときの第１対物レンズの瞳面における放射輝度分布を示した図である。
【図１０Ｃ】実施例５に係る顕微鏡用照明装置が照明した、第２対物レンズで観察する標本面上の領域の放射輝度分布を示した図である。
【図１０Ｄ】実施例５に係る顕微鏡用照明装置が照明した標本面を第２対物レンズで観察したときの第２対物レンズの瞳面における放射輝度分布を示した図である。
【図１０Ｅ】実施例５に係る顕微鏡用照明装置の開口絞り面における放射輝度分布を示した図である。
【図１１Ａ】実施例６に係る顕微鏡用照明装置が照明した、第１対物レンズで観察する標本面上の領域の放射輝度分布を示した図である。
【図１１Ｂ】実施例６に係る顕微鏡用照明装置が照明した標本面を第１対物レンズで観察したときの第１対物レンズの瞳面における放射輝度分布を示した図である。
【図１１Ｃ】実施例６に係る顕微鏡用照明装置が照明した、第２対物レンズで観察する標本面上の領域の放射輝度分布を示した図である。
【図１１Ｄ】実施例６に係る顕微鏡用照明装置が照明した標本面を第２対物レンズで観察したときの第２対物レンズの瞳面における放射輝度分布を示した図である。
【図１１Ｅ】実施例６に係る顕微鏡用照明装置の開口絞り面における放射輝度分布を示した図である。
【図１２Ａ】実施例７に係る顕微鏡用照明装置が照明した、第１対物レンズで観察する標本面上の領域の放射輝度分布を示した図である。
【図１２Ｂ】実施例７に係る顕微鏡用照明装置が照明した標本面を第１対物レンズで観察したときの第１対物レンズの瞳面における放射輝度分布を示した図である。
【図１２Ｃ】実施例７に係る顕微鏡用照明装置が照明した、第２対物レンズで観察する標本面上の領域の放射輝度分布を示した図である。
【図１２Ｄ】実施例７に係る顕微鏡用照明装置が照明した標本面を第２対物レンズで観察したときの第２対物レンズの瞳面における放射輝度分布を示した図である。
【図１２Ｅ】実施例７に係る顕微鏡用照明装置の開口絞り面における放射輝度分布を示した図である。
【図１３Ａ】実施例８に係る顕微鏡用照明装置が照明した、第１対物レンズで観察する標本面上の領域の放射輝度分布を示した図である。
【図１３Ｂ】実施例８に係る顕微鏡用照明装置が照明した標本面を第１対物レンズで観察したときの第１対物レンズの瞳面における放射輝度分布を示した図である。
【図１３Ｃ】実施例８に係る顕微鏡用照明装置が照明した、第２対物レンズで観察する標本面上の領域の放射輝度分布を示した図である。
【図１３Ｄ】実施例８に係る顕微鏡用照明装置が照明した標本面を第２対物レンズで観察したときの第２対物レンズの瞳面における放射輝度分布を示した図である。
【図１３Ｅ】実施例８に係る顕微鏡用照明装置の開口絞り面における放射輝度分布を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
図１は、顕微鏡１の構成を例示した図である。図２は、白色ＬＥＤ光源１０の断面を模式的に示した図である。図３は、白色ＬＥＤ光源１０内におけるＬＥＤチップ１２の配列を例示した図である。
【００１３】
図１に示す顕微鏡１は、正立顕微鏡であり、白色ＬＥＤ光源１０を有する顕微鏡用照明装置２を備える。顕微鏡１の利用者は、ステージ９０に配置された標本Ｓを、接眼レンズ１３０を介して目視で観察すること、又は、撮像素子１４０で撮像することができる。
【００１４】
顕微鏡用照明装置２は、ケーラー照明で標本Ｓを照明する照明装置である。顕微鏡用照明装置２は、白色ＬＥＤ光源１０と、白色ＬＥＤ光源１０からの光を観察の対象物である標本Ｓに照射する照明光学系３を備える。
【００１５】
白色ＬＥＤ光源１０は、いわゆるＣＯＢ（Chips on Board）タイプの白色ＬＥＤ光源であり、図２に示すように、基板１１と、基板１１上に配列された励起光を出射する複数のＬＥＤチップ１２と、複数のＬＥＤチップ１２を覆うように設けられた蛍光体層１３を有する。蛍光体層１３は、例えば、３種類の蛍光体（蛍光体１３ａ、蛍光体１３ｂ、蛍光体１３ｃ）を含んでいる。以降では、蛍光体層１３が３種類の蛍光体を含む例で説明するが、蛍光体層１３に含まれる蛍光体は３種類に限らない。白色ＬＥＤ光源１０が白色光を放射するために、蛍光体層１３は少なくとも３種類の蛍光体を含んでいることが望ましい。
【００１６】
複数のＬＥＤチップ１２は、照明光学系３が有する開口絞り７０が開放状態にあるときに、開口絞り７０の開口内に投影されるように配列されている。具体的には、例えば、図３に示すように、基板１１上に、６行６列に配列されている。なお、開放状態とは、開口絞り７０が最も大きく開かれた状態であり、開口絞り７０が有する開口の径（以降、開口径）が最大となっている状態である。複数のＬＥＤチップ１２の配列は図３に示す例に限らないが、複数のＬＥＤチップ１２は、基板１１上に、Ｍ行Ｎ列（Ｍ、Ｎはそれぞれ４以上の整数）に配列されていることが望ましい。
【００１７】
複数のＬＥＤチップ１２の各々は、例えば、近紫外域の励起光を出射するＬＥＤチップである。蛍光体層１３に含まれる３種類の蛍光体の各々は、例えば、可視域の蛍光を発生する蛍光体であり、ＬＥＤチップ１２から出射した近紫外域の励起光により、又は、近紫外域の励起光により励起された他の蛍光体で発生した可視光により、励起される。３種類の蛍光体は、互いに異なる可視域の波長の蛍光を発する。特に、Ｒ（赤）Ｇ（緑）Ｂ（青）に対応する波長の蛍光を発することが望ましい。
【００１８】
白色ＬＥＤ光源１０は、３種類の蛍光と励起光が混ざった白色光を出射する。白色ＬＥＤ光源１０が出射する白色光は、混色により、ハロゲン光源からの光に昼光色（白色）フィルタを組合せたときの分光スペクトル分布と類似した分光スペクトル分布を有することが望ましい。
【００１９】
照明光学系３は、コレクタレンズ２０と、拡散板３０と、視野絞り４０と、ミラー５０と、リレーレンズ６０と、開口絞り７０と、コンデンサレンズ８０を備える。視野絞り４０と開口絞り７０はそれぞれ開口径が可変する可変絞りである。照明光学系３は、ケーラー照明で標本Ｓを照明するように配置される。
【００２０】
コレクタレンズ２０は、白色ＬＥＤ光源１０と拡散板３０の間に配置され、白色ＬＥＤ光源１０から出射した光を集光して拡散板３０に導く。拡散板３０は、光を拡散する光各素子の一例であり、特に限定されないが、例えば、フロストタイプの拡散板である。拡散板３０は、任意のタイプの拡散板が採用し得る。拡散板３０は、視野絞り４０のよる照明範囲（照野）の調整を妨げないように、視野絞り４０よりも白色ＬＥＤ光源１０側に、即ち、白色ＬＥＤ光源１０と視野絞り４０の間に、配置される。
【００２１】
なお、拡散板３０が視野絞り４０に近すぎると標本面に拡散板３０の模様が投影されてしまうことがある。このため、拡散板３０は、視野絞り４０からある程度離して配置することが望ましく、例えば、図１に示すように、コレクタレンズ２０との距離が視野絞り４０との距離よりも近い位置に配置することが望ましい。
【００２２】
視野絞り４０は、照明範囲（照野）を調整するための絞りであり、標本面（即ち、コンデンサレンズ８０の後側焦点面）と光学的に共役な位置に配置される。視野絞り４０の開口径を変更することで、照明範囲（照野）を変更することができる。なお、コンデンサレンズ８０の後側焦点面とは、コンデンサレンズ８０の焦点面のうち、コンデンサレンズ８０よりも標本Ｓの近くに位置する焦点面のことである。
【００２３】
視野絞り４０を通過した光は、ミラー５０で反射しリレーレンズ６０に入射する。視野絞り４０と開口絞り７０の間に配置されたリレーレンズ６０は、視野絞り４０を通過した光を開口絞り７０が配置された面上に集光し、白色ＬＥＤ光源１０の像（光源像）を形成する。コンデンサレンズ８０は、光源像からの光を標本Ｓに照射する。
【００２４】
開口絞り７０は、標本Ｓに照射する照明光の開口数を調整するための絞りであり、拡散板３０と開口絞り７０の間に視野絞り４０が位置するように配置される。より詳細には、開口絞り７０は、白色ＬＥＤ光源１０と光学的に共役な位置であるコンデンサレンズ８０の前側焦点面（以降、開口絞りが位置する面をＡＳ面と記す）上に配置される。開口絞り７０の開口径を変更することで、標本Ｓに照射する照明光の開口数を変更することができる。なお、コンデンサレンズ８０の前側焦点面とは、コンデンサレンズ８０の焦点面のうち、コンデンサレンズ８０よりも白色ＬＥＤ光源１０の近くに位置する焦点面のことである。
【００２５】
コンデンサレンズ８０は、リレーレンズ６０とコンデンサレンズ８０の間に開口絞り７０が位置するように配置される。コンデンサレンズ８０は、例えば、開口数が０．９であり、４倍の対物レンズが光路上に配置されたときの顕微鏡１の視野に相当する照明範囲を照明する。なお、コンデンサレンズ８０の開口数とは、コンデンサレンズ８０を用いて照射することができる照明光の最大の開口数のことである。
【００２６】
顕微鏡１は、顕微鏡用照明装置２に加えて、対物レンズ（対物レンズ１００、対物レンズ１０１）と、結像レンズ１１０と、プリズム１２０と、接眼レンズ１３０と、撮像素子１４０を備える。
【００２７】
対物レンズ１００及び対物レンズ１０１は、図示しないレボルバーにより切り替えて使用される無限遠補正型の対物レンズであり、標本Ｓからの光を集光し、無限遠光束を出射する。対物レンズ１００は、例えば、倍率が４０倍で開口数が０．９の対物レンズであり、対物レンズ１０１は、例えば、倍率が４倍で開口数が０．１６の対物レンズである。結像レンズ１１０は、光路上に配置された対物レンズから出射した無限遠光束を集光し、標本Ｓの像を形成する。
【００２８】
プリズム１２０は、結像レンズ１１０からの光を、接眼レンズ１３０に至る観察光路、又は、撮像素子１４０に至る検出光路の少なくとも一方に導く。プリズム１２０は、例えば、入射光を所定の光量比で分割するスプリッタであってもよい。また、プリズム１２０は、プリズム１２０の全部又は一部を対物レンズの光軸に対して挿脱することで入射光が進行する光路を切り替える光路切換え機構を構成していてもよい。
【００２９】
接眼レンズ１３０は、結像レンズ１１０が形成した標本Ｓの像を、顕微鏡１の利用者の眼に投影する。利用者は、接眼レンズ１３０を覗くことで、標本Ｓを目視観察することができる。
【００３０】
撮像素子１４０は、結像レンズ１１０により標本Ｓの像が形成される像面に配置されている。撮像素子１４０は、例えば、撮像装置に含まれるＣＣＤ（Charge Coupled Device）イメージセンサ、ＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）イメージセンサなどである。撮像素子１４０から出力される信号に基づいて、図示しない画像処理装置で標本Ｓの画像データが生成される。
【００３１】
顕微鏡用照明装置２及び顕微鏡１は、以下の条件式（１）を満たしている。
０．２ ＜ ｄ／ｐ ＜ １      ・・・（１）
【００３２】
ここで、ｐは複数のＬＥＤチップ１２の中心間の最小間隔である。ｄは複数のＬＥＤチップ１２の各々の大きさである。なお、ＬＥＤチップ１２の大きさとは、ＬＥＤチップ１２が矩形形状であれば、短辺の長さのことであり、ＬＥＤチップ１２が円形であれば、直径のことである。また、図３に示すように複数のＬＥＤチップ１２が同サイズで且つ一定のピッチで配列されている場合には、ｐは複数のＬＥＤチップ１２の配列のピッチでもある。
【００３３】
条件式（１）は、発光部であるＬＥＤチップ１２の大きさと隣接するＬＥＤチップ１２間の距離との関係を示している。ケーラー照明により標本面をムラなく照明するためには、ＡＳ面における輝度分布の均一性が高いことが望ましい。ｄ／ｐが上限を上回ると、ＬＥＤチップ１２が隙間なく配列されてしまう。また、ｄ／ｐが下限を下回ると、ＬＥＤチップ１２間の間隔がＬＥＤチップ１２の大きさに対して大きくなりすぎる。このため、白色ＬＥＤ光源１０の像（以降、単に光源像と記す。）が投影されるＡＳ面における輝度分布の不均一を解消するためには、拡散板３０に拡散度の大きな光拡散素子を採用することになり、拡散板３０での光量ロスが増加して照明効率が低下してしまう。従って、照明効率と照明の均一性とを高水準で両立することが難しくなる。
【００３４】
条件式（１）を満たすことで、比較的小さな拡散度を有する拡散板３０を用いてＡＳ面を均一に照明することができる。なお、拡散度とは、光拡散素子が有する光を拡散する能力のことである。拡散度が大きな光拡散素子ほど、光をより広い範囲に拡散させることができる。
【００３５】
以上のように構成された顕微鏡用照明装置２及び顕微鏡１では、比較的小さな拡散度を有する拡散板３０を用いてＡＳ面に均一性の高い輝度分布を形成することができる。このため、拡散板３０での光量ロスを抑えながら、白色ＬＥＤ光源１０からの白色光を用いてケーラー照明により標本面をムラなく照明することができる。従って、顕微鏡用照明装置２及び顕微鏡１によれば、照明効率と照明の均一性とを高水準で両立することができる。
【００３６】
次に、顕微鏡用照明装置２及び顕微鏡１が満たすことが望ましい条件について説明する。顕微鏡用照明装置２は、以下の条件式（２）及び（３）を満たすことが望ましい。
（ｐ−ｄ）／（２×Ｆｃｏ） ≦ ＮＡ１×Ｆｃｄ／Ｆｒｌ  ・・・（２）
ＮＡ１／ＮＡ ≦ １／３                           ・・・（３）
【００３７】
ここで、Ｆｃｏはコレクタレンズ２０の焦点距離である。Ｆｒｌはリレーレンズ６０の焦点距離である。Ｆｃｄはコンデンサレンズ８０の焦点距離である。ＮＡはコンデンサレンズ８０の開口数である。ＮＡ１はコンデンサレンズ８０の最大照明範囲に対応する倍率の対物レンズの開口数である。
【００３８】
条件式（２）は、コンデンサレンズ８０の瞳面に形成される非発光部の像の大きさと、観察に寄与する光線（即ち、標本像の形成に寄与する光線）がコンデンサレンズ８０の瞳面を通る領域（以降、観察に寄与する領域という意味で寄与領域と記す。）の大きさとの関係を示している。ここで、コンデンサレンズ８０の瞳面は、上述したＡＳ面である。また、非発光部とは、ＬＥＤチップ１２間の隙間部分のことである。条件式（２）を満たさない場合には、非発光部の像の大きさが寄与領域の大きさよりも大きくなるため、寄与領域内に発光部の像が全く存在しない可能性がある。このため、特に、低倍の対物レンズを用いた場合に明るく照明することが難しくなる。
【００３９】
なお、顕微鏡１の利用者は、顕微鏡用照明装置２で照明した標本Ｓを様々な倍率の対物レンズを用いて観察することができる。上述した寄与領域の大きさは、使用する対物レンズの開口数に依存し、対物レンズの開口数が低いほど小さくなる。対物レンズの開口数は一般的には倍率が低いほど小さくなることから、寄与領域の大きさも使用する対物レンズの倍率が低いほど小さくなる。顕微鏡１での使用が想定される最も低い倍率の対物レンズは、顕微鏡用照明装置２の最大照明範囲全体を観察することが可能な最も高倍の対物レンズ（以降、顕微鏡用照明装置２の最大照明範囲に対応する対物レンズと記す。）である。このため、条件式（２）に示すように、顕微鏡用照明装置２の最大照明範囲に対応する対物レンズの開口数に基づいて算出される寄与領域の大きさ（つまり、２×ＮＡ１×Ｆｃｏ）が非発光部の像の大きさ（つまり、（ｐ−ｄ）×Ｆｒｌ／Ｆｃｄ）以上であれば、顕微鏡１で使用される任意の対物レンズにおいて寄与領域の大きさが非発光部の像の大きさ以上となる。
【００４０】
条件式（３）は、顕微鏡１での使用が想定される最も低倍の対物レンズの開口数とコンデンサレンズ８０の開口数との関係を示している。条件式（３）を満たしていない場合には、使用する対物レンズによってはコンデンサレンズ８０の開口数が十分でなく対物レンズの性能を十分に発揮することができなくなる。特に、高倍の対物レンズを使用する際に明るく照明することが難しくなる。
【００４１】
条件式（２）及び条件式（３）を満たすことで、顕微鏡用照明装置２及び顕微鏡１は、顕微鏡１で使用される対物レンズによらず良好な照明を提供することができる。つまり、顕微鏡１は、低倍から高倍まで明るく照明することが可能となる。
【００４２】
また、顕微鏡用照明装置２は、以下の条件式（４）を満たすことが望ましい。ここで、θは入射光の進行方向へ出射した拡散光の１／２の強度で拡散板３０から出射する拡散光の散乱角（以降、拡散角と記す。）である。なお、散乱角とは、入射光の進行方向に対する出射光の角度のことである。
１／２×ｔａｎ−１（（ｐ−ｄ）／Ｆｃｏ）≦ θ ≦ ６×ｔａｎ−１（（ｐ−ｄ）／Ｆｃｏ）  ・・・（４）
【００４３】
下表は、拡散角が０．６度、１．２度、４度、９度の拡散板３０の散乱角と出射強度の関係を示している。下表の強度とは、散乱角０度の方向に出射する光線の強度が１となるように規格化された出射光の強度である。
【００４４】
【表１】
2018200332.tif 000003
【００４５】
条件式（４）は、拡散板３０に入射する光束の状態と拡散板３０の拡散角との関係を示している。図４に示すように、隣接する２つのＬＥＤチップ１２からある角度で出射した平行光束について着目すると、これらの光束は拡散板３０に異なる角度で入射する。そして、これらの光束の間にある光が通過しない領域が作る角度αは、コレクタレンズ２０の焦点距離Ｆｃｏ、ＬＥＤチップ１２の配列のピッチｐ、ＬＥＤチップ１２の大きさｄを用いて、ｔａｎ−１（（ｐ−ｄ）／Ｆｃｏ）で表される。即ち、角度αを用いると、条件式（４）は、条件式（４−１）に書き直すことができる。
α／２ ≦ θ ≦ ６×α         ・・・（４−１）
【００４６】
θがα／２を下回ると、拡散板３０での光の拡散が不十分なため、ＡＳ面に入射する入射光の強度の角度依存性が十分に抑制されない。このため、入射角に対する入射光の強度の不均一性に起因した、ＡＳ面における輝度分布の不均一性が解消されない。また、観察時における顕微鏡１の解像力の低下や結像性能の低下が生じる虞がある。一方、θが６×αを上回ると、ＡＳ面に入射する入射光の強度の角度依存性は解消するが、拡散板３０で光が強く拡散するため、光量ロスが大きくなりすぎる。
【００４７】
条件式（４）を満たすことで、拡散板３０での過剰な光の拡散を防止することができる。このため、拡散板３０での光量ロスをさらに抑制しながら、ＡＳ面における輝度分布の均一性を高めることができる。従って、顕微鏡１は、照明効率と照明の均一性とをさらに高水準で両立することが可能となる。
【００４８】
また、顕微鏡用照明装置２は、以下の条件式（５）を満たすことが望ましい。ここで、Ｒは、複数のＬＥＤチップ１２を含む最小の円Ｃ２の直径である。なお、複数のＬＥＤチップ１２を含むとは、図３に示すように、複数のＬＥＤチップ１２の各々の中心位置を全て含むことを意味する。
ＮＡ×Ｆｃｄ／Ｆｒｌ ＜ Ｒ／（２×Ｆｃｏ）＋ｓｉｎθ  ・・・（５）
【００４９】
条件式（５）は、コンデンサレンズ８０の開口数に対応する光線を標本Ｓから拡散板３０へ向かって逆追跡したときの拡散板３０への入射角と、白色ＬＥＤ光源１０から拡散板３０へ向かう光線の拡散板３０への入射角との関係を示している。条件式（５）の左辺は、コンデンサレンズ８０の開口数（ＮＡ）に、標本Ｓが視野絞り４０へ投影される倍率（Ｆｃｄ／Ｆｒｌ）を掛けたものであり、コンデンサレンズ８０とリレーレンズ６０からなる光学系の白色ＬＥＤ光源１０側の開口数である。つまり、コンデンサレンズ８０の開口数に対応する光線が拡散板３０から出射するときの角度を表している。これに対して、条件式（５）の右辺第１項は、配列の最も端に配置されたＬＥＤチップ１２からの光線が拡散板３０へ入射する角度を表している。また、条件式（５）の右辺第２項は、拡散板３０の拡散角を表している。つまり、条件式（５）の右辺は、配列の最も端に配置されたＬＥＤチップ１２からの光線が拡散板３０から出射する代表的な角度を表している。条件式（５）を満たさない場合には、顕微鏡用照明装置２は、コンデンサレンズ８０の開口数に対応する光線を標本Ｓに導くことができないため、コンデンサレンズ８０の性能を十分に発揮することができない。
【００５０】
条件式（５）を満たすことで、コンデンサレンズ８０の開口数に対応する光線を標本Ｓに照射することができる。このため、標本Ｓを明るく照明することができる。また、条件式（５）を満たす範囲で拡散角θの小さな拡散板３０を採用することで、光量ロスを更に抑制することができる。
【００５１】
また、顕微鏡用照明装置２は、以下の条件式（６）を満たすことが望ましい。ここで、φＬＥＤは、図３に示すように、蛍光体層１３に内接する円Ｃ１の直径である。
０．５ ≦ Ｒ／φＬＥＤ      ・・・（６）
【００５２】
条件式（６）は、白色ＬＥＤ光源１０の領域に占める複数のＬＥＤチップ１２が配置される領域の割合を示している。白色ＬＥＤ光源１０は、蛍光体層１３の表面全体から光を出射するが、ＬＥＤチップ１２が存在する領域に対応する表面部分では輝度が高くなり、ＬＥＤチップ１２が存在しない領域に対応する表面部分では輝度が低くなるという傾向がある。このため、発光面（つまり、蛍光体層１３の表面全体）における輝度の均一性はＬＥＤチップ１２の配置に依存する。
【００５３】
Ｒ／φＬＥＤが下限値を下回ると、複数のＬＥＤチップ１２が、一部の領域、例えば、白色ＬＥＤ光源１０の中心付近に集中しすぎてしまう。このため、発光面の中心付近の狭い範囲で輝度が高くその周辺で輝度が低い、不均一な輝度分布が形成されてしまう。このような輝度分布は、実質的な光源像の大きさを低下させることになる。また白色ＬＥＤ光源１０とコレクタレンズ２０の間隔が製造誤差によりバラついた場合に低倍側の照明ムラが顕著に現れる。このため大きな白色ＬＥＤ光源１０を用いた場合であっても、その白色ＬＥＤ光源１０の発光面の大きさを十分に活用することができない。つまり、コンデンサレンズ８０が実現可能な最大開口数より小さな開口数の照明に制限されたり、低倍側の照明ムラに影響がでてしまう。
【００５４】
条件式（６）を満たすことで、発光面において輝度分布が照明に適した均一性を有し、コンデンサレンズの開口絞り位置に適切な光源像を形成することによって大きな開口数で明るく照明することができる。また白色ＬＥＤ光源１０とコレクタレンズ２０間隔が製造誤差によりバラついた場合に、低倍時の照明ムラの影響を抑えることができ、白色ＬＥＤ光源１０の大きさを活用して明るい照明を実現することができる。
【００５５】
以降、実施例について説明する。なお、各実施例に係る顕微鏡用照明装置の構成は、白色ＬＥＤ光源が有する複数のＬＥＤチップの配列、ピッチ、サイズが異なる点、及び、拡散板の拡散角が異なる点を除き、顕微鏡用照明装置２と同様である。
【００５６】
［実施例１］
図５Ａ及び図５Ｂは、本実施例に係る顕微鏡用照明装置２ａに含まれる照明光学系３ａの断面図である。図５Ａには、倍率が４倍で開口数が０．１６の対物レンズ（以降、第１対物レンズと記す）での観察に使用される軸上光束と軸外光束を描いた光線図が描かれている。図５Ｂには、倍率が４０倍で開口数が０．９の対物レンズ（以降、第２対物レンズと記す。）での観察に使用される軸上光束と軸外光束を描いた光線図である。なお、視野数はいずれも２２である。
【００５７】
顕微鏡用照明装置２ａは、図５Ａ及び図５Ｂに示すように、白色ＬＥＤ光源１０ａと照明光学系３ａを備えている。白色ＬＥＤ光源１０ａは、ＣＯＢ（Chips on Board）タイプの白色ＬＥＤ光源であり、基板と、基板上に配列された励起光を出射する複数のＬＥＤチップと、複数のＬＥＤチップを覆うように設けられた蛍光体層を有する点は、白色ＬＥＤ光源１０と同様である。
【００５８】
白色ＬＥＤ光源１０ａは、基板上に４×４の配列で配置された計１６個のＬＥＤチップを備えている。白色ＬＥＤ光源１０ａの仕様は、以下のとおりである。
Ｍ=4、Ｎ=4、ｐ=2mm、ｄ=0.6mm、φＬＥＤ=12mm、Ｒ=9.3mm
【００５９】
照明光学系３ａは、拡散板３０の代わり拡散板３０ａを備えている点を除き、照明光学系３と同様である。なお、コレクタレンズ２０は、白色ＬＥＤ光源１０ａ側から順に、光源側に平面を向けた平凸レンズＬ７と、両凸レンズＬ６と、光源側に平面を向けた平凸レンズＬ５と、を含んでいる。また、リレーレンズ６０は、白色ＬＥＤ光源１０ａ側から順に、光源側に凸面を向けたメニスカスレンズＬ４と両凸レンズＬ３からなる接合レンズである。コンデンサレンズ８０は、白色ＬＥＤ光源１０ａ側から順に、光源側に凸面を向けたメニスカスレンズＬ２と、光源側に凸面を向けた平凸レンズＬ１を含んでいる。なお、コンデンサレンズ８０の最大照明範囲に対応する倍率の対物レンズは、第１対物レンズである。
【００６０】
照明光学系３ａの各種データは、以下のとおりである。
θ=4°、Ｆｃｏ=25.4mm、ＮＡ=0.9、Ｆｃｄ=15.2mm、Ｆｒｌ=93.95mm、ＮＡ１=0.16
【００６１】
照明光学系３ａのレンズデータは、以下のとおりである。なお、レンズデータ中のINFは無限大（∞）を示している。また、面番号の横にある*マークは、その面が非球面であることを示している。
照明光学系３ａ
s             r             d           nd           νd 
0            INF                                    
1            INF           1.2          1.5233       58.93
2            INF           0.4677                   
3            INF          15.8         1.56883      56.36
4          -10.5           4.2                      
5          -97.9           8           1.70154      41.24
6          -22.237         5.8                      
7            INF          80.7323                   
8           57.25         12.5         1.51633      64.14
9          -40.124         4           1.6727       32.1
10         -117.339        29.5                          
11            INF          56                        
12            INF          70                        
13            INF           1           1.49236      57.86
14            INF           2                        
15          164.838         3.5         1.58423      30.49
16            INF           1                        
17*          80.5           9.5         1.49236      57.86
18          -58             0.75                     
19*          20.5938       10           1.49236      57.86
20            INF          17.1764                   
21            INF                   
【００６２】
ここで、sは面番号を、rは曲率半径(mm)を、dは面間隔(mm)を、ndはｄ線に対する屈折率を、νdはアッベ数を示す。なお、面番号は、標本Ｓ側から順に採番している。面番号s0,s1,s2は、それぞれ、標本面、カバーガラスＣＧの標本Ｓ側の面、カバーガラスＣＧの照明光学系３ａ側の面、を示している。面番号s3,s20は、それぞれ、照明光学系３ａの最も標本Ｓに近い面、照明光学系３ａの最も白色ＬＥＤ光源１０に近い面、を示している。面番号s21は、白色ＬＥＤ光源１０の発光面を示している。
【００６３】
照明光学系３ａの非球面データは、以下のとおりである。ここで、非球面形状は、下式で示される。但し、Zは、非球面の光軸の方向の座標であり、X,Yは非球面の光軸と直交する方向の座標であり、Kは円錐係数であり、Rは非球面の近軸における曲率半径であり、A4,A6,A8,A10はそれぞれ４次、６次、８次、１０次の非球面係数である。Eは１０のべき乗を表わしている。
【数１】
2018200332.tif 000004
第１７面s17
r=80.5, K=-1, A2=0, A4=3.45E-06, A6=-1.08E-08, A8=9.63E-12, A10=0
第１９面s19
r=20.5938, K=-1, A2=0, A4= 2.62E-06, A6= -2.60E-08, A8= 6.84E-12, A10=0
【００６４】
本実施例に係る顕微鏡用照明装置２ａは、以下で示されるように、条件式（１）から（６）を満たしている。
（１）        ｄ／ｐ＝0.3
（２）左辺    （ｐ−ｄ）／（２×Ｆｃｏ）＝0.028
（２）右辺    ＮＡ１×Ｆｃｄ／Ｆｒｌ＝0.146
（３）        ＮＡ１／ＮＡ ＝0.177
（４）左辺    １／２×ｔａｎ−１（（ｐ−ｄ）／Ｆｃｏ）＝1.58
（４）        θ＝4
（４）右辺    ６×ｔａｎ−１（（ｐ−ｄ）／Ｆｃｏ）＝18.93
（５）左辺    ＮＡ×Ｆｃｄ／Ｆｒｌ＝0.146
（５）右辺    Ｒ／（２×Ｆｃｏ）＋ｓｉｎθ＝0.253
（６）        Ｒ／φＬＥＤ＝0.775
【００６５】
図６Ａから図６Ｅは、本実施例に係る顕微鏡用照明装置２ａを備える顕微鏡を用いて標本Ｓを照明したときの各面における放射輝度分布を示した図である。図６Ａ及び図６Ｂは、顕微鏡が第１対物レンズを使用して観察を行う際の放射輝度分布を示した図であり、それぞれ標本面上の領域の放射輝度分布、第１対物レンズの瞳面における放射輝度分布を示した図である。図６Ｃ及び図６Ｄは、顕微鏡が第２対物レンズを使用して観察を行う際の放射輝度分布を示した図であり、それぞれ標本面上の領域の放射輝度分布、第２対物レンズの瞳面における放射輝度分布を示した図である。図６Ｅは、顕微鏡用照明装置２ａのＡＳ面における放射輝度分布を示した図である。いずれも、横軸は面内の位置を示し、縦軸は最大値が１となるように規格化された放射輝度を示している。なお、瞳面内における位置は、その位置を通過する光線のＮＡを使用して表現している。
【００６６】
第１対物レンズ、第２対物レンズを使用時における視野範囲内の領域に照射される全光量と最大輝度は、以下のとおりである。
第１対物レンズ使用時：  全光量1.58W、最大輝度80.9mW/m2
第２対物レンズ使用時：  全光量0.042W、最大輝度146.2mW/m2
【００６７】
なお、上記の全光量と最大輝度は、以下の条件下で行われた照明シミュレーションにより算出される。この条件は、他の実施例でも同様である。
・ＬＥＤチップの出力はすべて1W。
・ＬＥＤチップの発光面内の輝度分布は均一で、角度特性はランバート特性。
・蛍光体層からの蛍光は考慮しない。
・白色光相関色温度は6500K。
【００６８】
図６Ａから図６Ｅ及び上記の結果に示されるように、顕微鏡用照明装置２ａによれば、広い照明範囲を均一に照明しつつ、高い明るい照明を実現することができる。従って、白色ＬＥＤ光源を用いて照明効率と照明の均一性とを高水準で両立することができる。
【００６９】
［実施例２］
本実施例に係る顕微鏡用照明装置は、拡散角θが４°の拡散板３０ａの代わりに拡散角が９°の拡散板を備える点が異なっている。その他の点は、顕微鏡用照明装置２ａと同様である。
【００７０】
本実施例に係る顕微鏡用照明装置は、以下で示されるように、条件式（１）から（６）を満たしている。
（１）        ｄ／ｐ＝0.3
（２）左辺    （ｐ−ｄ）／（２×Ｆｃｏ）＝0.028
（２）右辺    ＮＡ１×Ｆｃｄ／Ｆｒｌ＝0.146
（３）        ＮＡ１／ＮＡ ＝0.177
（４）左辺    １／２×ｔａｎ−１（（ｐ−ｄ）／Ｆｃｏ）＝1.58
（４）        θ＝9
（４）右辺    ６×ｔａｎ−１（（ｐ−ｄ）／Ｆｃｏ）＝18.93
（５）左辺    ＮＡ×Ｆｃｄ／Ｆｒｌ＝0.146
（５）右辺    Ｒ／（２×Ｆｃｏ）＋ｓｉｎθ＝0.34
（６）        Ｒ／φＬＥＤ＝0.775
【００７１】
図７Ａから図７Ｅは、本実施例に係る顕微鏡用照明装置を備える顕微鏡を用いて標本Ｓを照明したときの各面における放射輝度分布を示した図である。図７Ａ及び図７Ｂは、顕微鏡が第１対物レンズを使用して観察を行う際の放射輝度分布を示した図であり、それぞれ標本面上の領域の放射輝度分布、第１対物レンズの瞳面における放射輝度分布を示した図である。図７Ｃ及び図７Ｄは、顕微鏡が第２対物レンズを使用して観察を行う際の放射輝度分布を示した図であり、それぞれ標本面上の領域の放射輝度分布、第２対物レンズの瞳面における放射輝度分布を示した図である。図７Ｅは、本実施例に係る顕微鏡用照明装置のＡＳ面における放射輝度分布を示した図である。いずれも、横軸は面内の位置を示し、縦軸は最大値が１となるように規格化された放射輝度を示している。なお、瞳面内における位置は、その位置を通過する光線のＮＡを使用して表現している。
【００７２】
第１対物レンズ、第２対物レンズを使用時における視野範囲内の領域に照射される全光量と最大輝度は、以下のとおりである。
第１対物レンズ使用時：  全光量0.103W、最大輝度5.2mW/m2
第２対物レンズ使用時：  全光量0.0164W、最大輝度59.2mW/m2
【００７３】
図７Ａから図７Ｅ及び上記の結果に示されるように、本実施例に係る顕微鏡用照明装置によれば、広い照明範囲を均一に照明しつつ、高い明るい照明を実現することができる。従って、白色ＬＥＤ光源を用いて照明効率と照明の均一性とを高水準で両立することができる。
【００７４】
［実施例３］
本実施例に係る顕微鏡用照明装置は、拡散角θが４°の拡散板３０ａの代わりに拡散角が１．２°の拡散板を備える点、白色ＬＥＤ光源１０ａの代わりに下記の仕様を有する白色ＬＥＤ光源を備える点、が顕微鏡用照明装置２ａとは異なっている。その他の点は、顕微鏡用照明装置２ａと同様である。
Ｍ=6、Ｎ=6、ｐ=1mm、ｄ=0.3mm、φＬＥＤ=9mm、Ｒ=7.5mm
【００７５】
本実施例に係る顕微鏡用照明装置は、以下で示されるように、条件式（１）から（６）を満たしている。
（１）        ｄ／ｐ＝0.3
（２）左辺    （ｐ−ｄ）／（２×Ｆｃｏ）＝0.014
（２）右辺    ＮＡ１×Ｆｃｄ／Ｆｒｌ＝0.146
（３）        ＮＡ１／ＮＡ ＝0.177
（４）左辺    １／２×ｔａｎ−１（（ｐ−ｄ）／Ｆｃｏ）＝0.79
（４）        θ＝1.2
（４）右辺    ６×ｔａｎ−１（（ｐ−ｄ）／Ｆｃｏ）＝9.47
（５）左辺    ＮＡ×Ｆｃｄ／Ｆｒｌ＝0.146
（５）右辺    Ｒ／（２×Ｆｃｏ）＋ｓｉｎθ＝0.169
（６）        Ｒ／φＬＥＤ＝0.833
【００７６】
図８Ａから図８Ｅは、本実施例に係る顕微鏡用照明装置を備える顕微鏡を用いて標本Ｓを照明したときの各面における放射輝度分布を示した図である。図８Ａ及び図８Ｂは、顕微鏡が第１対物レンズを使用して観察を行う際の放射輝度分布を示した図であり、それぞれ標本面上の領域の放射輝度分布、第１対物レンズの瞳面における放射輝度分布を示した図である。図８Ｃ及び図８Ｄは、顕微鏡が第２対物レンズを使用して観察を行う際の放射輝度分布を示した図であり、それぞれ標本面上の領域の放射輝度分布、第２対物レンズの瞳面における放射輝度分布を示した図である。図８Ｅは、本実施例に係る顕微鏡用照明装置のＡＳ面における放射輝度分布を示した図である。いずれも、横軸は面内の位置を示し、縦軸は最大値が１となるように規格化された放射輝度を示している。なお、瞳面内における位置は、その位置を通過する光線のＮＡを使用して表現している。
【００７７】
第１対物レンズ、第２対物レンズを使用時における視野範囲内の領域に照射される全光量と最大輝度は、以下のとおりである。
第１対物レンズ使用時：  全光量1.279W、最大輝度47.5mW/m2
第２対物レンズ使用時：  全光量0.139W、最大輝度479.4mW/m2
【００７８】
図８Ａから図８Ｅ及び上記の結果に示されるように、本実施例に係る顕微鏡用照明装置によれば、広い照明範囲を均一に照明しつつ、高い明るい照明を実現することができる。従って、白色ＬＥＤ光源を用いて照明効率と照明の均一性とを高水準で両立することができる。
【００７９】
［実施例４］
本実施例に係る顕微鏡用照明装置は、拡散角θが１．２°の拡散板の代わりに拡散角が４°の拡散板を備える点が、実施例３に係る顕微鏡用照明装置とは異なっている。その他の点は、実施例３に係る顕微鏡用照明装置と同様である。
【００８０】
本実施例に係る顕微鏡用照明装置は、以下で示されるように、条件式（１）から（６）を満たしている。
（１）        ｄ／ｐ＝0.3
（２）左辺    （ｐ−ｄ）／（２×Ｆｃｏ）＝0.014
（２）右辺    ＮＡ１×Ｆｃｄ／Ｆｒｌ＝0.146
（３）        ＮＡ１／ＮＡ ＝0.177
（４）左辺    １／２×ｔａｎ−１（（ｐ−ｄ）／Ｆｃｏ）＝0.79
（４）        θ＝4
（４）右辺    ６×ｔａｎ−１（（ｐ−ｄ）／Ｆｃｏ）＝9.47
（５）左辺    ＮＡ×Ｆｃｄ／Ｆｒｌ＝0.146
（５）右辺    Ｒ／（２×Ｆｃｏ）＋ｓｉｎθ＝0.217
（６）        Ｒ／φＬＥＤ＝0.833
【００８１】
図９Ａから図９Ｅは、本実施例に係る顕微鏡用照明装置を備える顕微鏡を用いて標本Ｓを照明したときの各面における放射輝度分布を示した図である。図９Ａ及び図９Ｂは、顕微鏡が第１対物レンズを使用して観察を行う際の放射輝度分布を示した図であり、それぞれ標本面上の領域の放射輝度分布、第１対物レンズの瞳面における放射輝度分布を示した図である。図９Ｃ及び図９Ｄは、顕微鏡が第２対物レンズを使用して観察を行う際の放射輝度分布を示した図であり、それぞれ標本面上の領域の放射輝度分布、第２対物レンズの瞳面における放射輝度分布を示した図である。図９Ｅは、本実施例に係る顕微鏡用照明装置のＡＳ面における放射輝度分布を示した図である。いずれも、横軸は面内の位置を示し、縦軸は最大値が１となるように規格化された放射輝度を示している。なお、瞳面内における位置は、その位置を通過する光線のＮＡを使用して表現している。
【００８２】
第１対物レンズ、第２対物レンズを使用時における視野範囲内の領域に照射される全光量と最大輝度は、以下のとおりである。
第１対物レンズ使用時：  全光量1.0332W、最大輝度45.6mW/m2
第２対物レンズ使用時：  全光量0.125W、最大輝度432.9mW/m2
【００８３】
図９Ａから図９Ｅ及び上記の結果に示されるように、本実施例に係る顕微鏡用照明装置によれば、広い照明範囲を均一に照明しつつ、高い明るい照明を実現することができる。従って、白色ＬＥＤ光源を用いて照明効率と照明の均一性とを高水準で両立することができる。
【００８４】
［実施例５］
本実施例に係る顕微鏡用照明装置は、拡散角θが１．２°の拡散板の代わりに拡散角が９°の拡散板を備える点が、実施例３に係る顕微鏡用照明装置とは異なっている。その他の点は、実施例３に係る顕微鏡用照明装置と同様である。
【００８５】
本実施例に係る顕微鏡用照明装置は、以下で示されるように、条件式（１）から（６）を満たしている。
（１）        ｄ／ｐ＝0.3
（２）左辺    （ｐ−ｄ）／（２×Ｆｃｏ）＝0.014
（２）右辺    ＮＡ１×Ｆｃｄ／Ｆｒｌ＝0.146
（３）        ＮＡ１／ＮＡ ＝0.177
（４）左辺    １／２×ｔａｎ−１（（ｐ−ｄ）／Ｆｃｏ）＝0.79
（４）        θ＝9
（４）右辺    ６×ｔａｎ−１（（ｐ−ｄ）／Ｆｃｏ）＝9.47
（５）左辺    ＮＡ×Ｆｃｄ／Ｆｒｌ＝0.146
（５）右辺    Ｒ／（２×Ｆｃｏ）＋ｓｉｎθ＝0.304
（６）        Ｒ／φＬＥＤ＝0.833
【００８６】
図１０Ａから図１０Ｅは、本実施例に係る顕微鏡用照明装置を備える顕微鏡を用いて標本Ｓを照明したときの各面における放射輝度分布を示した図である。図１０Ａ及び図１０Ｂは、顕微鏡が第１対物レンズを使用して観察を行う際の放射輝度分布を示した図であり、それぞれ標本面上の領域の放射輝度分布、第１対物レンズの瞳面における放射輝度分布を示した図である。図１０Ｃ及び図１０Ｄは、顕微鏡が第２対物レンズを使用して観察を行う際の放射輝度分布を示した図であり、それぞれ標本面上の領域の放射輝度分布、第２対物レンズの瞳面における放射輝度分布を示した図である。図１０Ｅは、本実施例に係る顕微鏡用照明装置のＡＳ面における放射輝度分布を示した図である。いずれも、横軸は面内の位置を示し、縦軸は最大値が１となるように規格化された放射輝度を示している。なお、瞳面内における位置は、その位置を通過する光線のＮＡを使用して表現している。
【００８７】
第１対物レンズ、第２対物レンズを使用時における視野範囲内の領域に照射される全光量と最大輝度は、以下のとおりである。
第１対物レンズ使用時：  全光量0.265W、最大輝度13.4mW/m2
第２対物レンズ使用時：  全光量0.041W、最大輝度143.4mW/m2
【００８８】
図１０Ａから図１０Ｅ及び上記の結果に示されるように、本実施例に係る顕微鏡用照明装置によれば、広い照明範囲を均一に照明しつつ、高い明るい照明を実現することができる。従って、白色ＬＥＤ光源を用いて照明効率と照明の均一性とを高水準で両立することができる。
【００８９】
［実施例６］
本実施例に係る顕微鏡用照明装置は、拡散角θが４°の拡散板３０ａの代わりに拡散角が０．６°の拡散板を備える点、白色ＬＥＤ光源１０ａの代わりに下記の仕様を有する白色ＬＥＤ光源を備える点、が顕微鏡用照明装置２ａとは異なっている。その他の点は、顕微鏡用照明装置２ａと同様である。
Ｍ=10、Ｎ=10、ｐ=0.5mm、ｄ=0.2mm、φＬＥＤ=9mm、Ｒ=6.6mm
【００９０】
本実施例に係る顕微鏡用照明装置は、以下で示されるように、条件式（１）から（４）及び（６）を満たしている。
（１）        ｄ／ｐ＝0.4
（２）左辺    （ｐ−ｄ）／（２×Ｆｃｏ）＝0.006
（２）右辺    ＮＡ１×Ｆｃｄ／Ｆｒｌ＝0.146
（３）        ＮＡ１／ＮＡ ＝0.177
（４）左辺    １／２×ｔａｎ−１（（ｐ−ｄ）／Ｆｃｏ）＝0.34
（４）        θ＝0.6
（４）右辺    ６×ｔａｎ−１（（ｐ−ｄ）／Ｆｃｏ）＝4.06
（５）左辺    ＮＡ×Ｆｃｄ／Ｆｒｌ＝0.146
（５）右辺    Ｒ／（２×Ｆｃｏ）＋ｓｉｎθ＝0.140
（６）        Ｒ／φＬＥＤ＝0.733
【００９１】
図１１Ａから図１１Ｅは、本実施例に係る顕微鏡用照明装置を備える顕微鏡を用いて標本Ｓを照明したときの各面における放射輝度分布を示した図である。図１１Ａ及び図１１Ｂは、顕微鏡が第１対物レンズを使用して観察を行う際の放射輝度分布を示した図であり、それぞれ標本面上の領域の放射輝度分布、第１対物レンズの瞳面における放射輝度分布を示した図である。図１１Ｃ及び図１１Ｄは、顕微鏡が第２対物レンズを使用して観察を行う際の放射輝度分布を示した図であり、それぞれ標本面上の領域の放射輝度分布、第２対物レンズの瞳面における放射輝度分布を示した図である。図１１Ｅは、本実施例に係る顕微鏡用照明装置のＡＳ面における放射輝度分布を示した図である。いずれも、横軸は面内の位置を示し、縦軸は最大値が１となるように規格化された放射輝度を示している。なお、瞳面内における位置は、その位置を通過する光線のＮＡを使用して表現している。
【００９２】
第１対物レンズ、第２対物レンズを使用時における視野範囲内の領域に照射される全光量と最大輝度は、以下のとおりである。
第１対物レンズ使用時：  全光量5.84W、最大輝度220.0mW/m2
第２対物レンズ使用時：  全光量0.503W、最大輝度1694mW/m2
【００９３】
図１１Ａから図１１Ｅ及び上記の結果に示されるように、本実施例に係る顕微鏡用照明装置によれば、広い照明範囲を均一に照明しつつ、高い明るい照明を実現することができる。従って、白色ＬＥＤ光源を用いて照明効率と照明の均一性とを高水準で両立することができる。
【００９４】
［実施例７］
本実施例に係る顕微鏡用照明装置は、拡散角θが０．６°の拡散板の代わりに拡散角が１．２°の拡散板を備える点が、実施例６に係る顕微鏡用照明装置とは異なっている。その他の点は、実施例６に係る顕微鏡用照明装置と同様である。
【００９５】
本実施例に係る顕微鏡用照明装置は、以下で示されるように、条件式（１）から（６）を満たしている。
（１）        ｄ／ｐ＝0.4
（２）左辺    （ｐ−ｄ）／（２×Ｆｃｏ）＝0.006
（２）右辺    ＮＡ１×Ｆｃｄ／Ｆｒｌ＝0.146
（３）        ＮＡ１／ＮＡ ＝0.177
（４）左辺    １／２×ｔａｎ−１（（ｐ−ｄ）／Ｆｃｏ）＝0.34
（４）        θ＝1.2
（４）右辺    ６×ｔａｎ−１（（ｐ−ｄ）／Ｆｃｏ）＝4.06
（５）左辺    ＮＡ×Ｆｃｄ／Ｆｒｌ＝0.146
（５）右辺    Ｒ／（２×Ｆｃｏ）＋ｓｉｎθ＝0.151
（６）        Ｒ／φＬＥＤ＝0.733
【００９６】
図１２Ａから図１２Ｅは、本実施例に係る顕微鏡用照明装置を備える顕微鏡を用いて標本Ｓを照明したときの各面における放射輝度分布を示した図である。図１２Ａ及び図１２Ｂは、顕微鏡が第１対物レンズを使用して観察を行う際の放射輝度分布を示した図であり、それぞれ標本面上の領域の放射輝度分布、第１対物レンズの瞳面における放射輝度分布を示した図である。図１２Ｃ及び図１２Ｄは、顕微鏡が第２対物レンズを使用して観察を行う際の放射輝度分布を示した図であり、それぞれ標本面上の領域の放射輝度分布、第２対物レンズの瞳面における放射輝度分布を示した図である。図１２Ｅは、本実施例に係る顕微鏡用照明装置のＡＳ面における放射輝度分布を示した図である。いずれも、横軸は面内の位置を示し、縦軸は最大値が１となるように規格化された放射輝度を示している。なお、瞳面内における位置は、その位置を通過する光線のＮＡを使用して表現している。
【００９７】
第１対物レンズ、第２対物レンズを使用時における視野範囲内の領域に照射される全光量と最大輝度は、以下のとおりである。
第１対物レンズ使用時：  全光量4.61W、最大輝度182.0mW/m2
第２対物レンズ使用時：  全光量0.424W、最大輝度1434mW/m2
【００９８】
図１２Ａから図１２Ｅ及び上記の結果に示されるように、本実施例に係る顕微鏡用照明装置によれば、広い照明範囲を均一に照明しつつ、高い明るい照明を実現することができる。従って、白色ＬＥＤ光源を用いて照明効率と照明の均一性とを高水準で両立することができる。
【００９９】
［実施例８］
本実施例に係る顕微鏡用照明装置は、拡散角θが０．６°の拡散板の代わりに拡散角が４°の拡散板を備える点が、実施例６に係る顕微鏡用照明装置とは異なっている。その他の点は、実施例６に係る顕微鏡用照明装置と同様である。
【０１００】
本実施例に係る顕微鏡用照明装置は、以下で示されるように、条件式（１）から（６）を満たしている。
（１）        ｄ／ｐ＝0.4
（２）左辺    （ｐ−ｄ）／（２×Ｆｃｏ）＝0.006
（２）右辺    ＮＡ１×Ｆｃｄ／Ｆｒｌ＝0.146
（３）        ＮＡ１／ＮＡ ＝0.177
（４）左辺    １／２×ｔａｎ−１（（ｐ−ｄ）／Ｆｃｏ）＝0.34
（４）        θ＝4
（４）右辺    ６×ｔａｎ−１（（ｐ−ｄ）／Ｆｃｏ）＝4.06
（５）左辺    ＮＡ×Ｆｃｄ／Ｆｒｌ＝0.146
（５）右辺    Ｒ／（２×Ｆｃｏ）＋ｓｉｎθ＝0.200
（６）        Ｒ／φＬＥＤ＝0.733
【０１０１】
図１３Ａから図１３Ｅは、本実施例に係る顕微鏡用照明装置を備える顕微鏡を用いて標本Ｓを照明したときの各面における放射輝度分布を示した図である。図１３Ａ及び図１３Ｂは、顕微鏡が第１対物レンズを使用して観察を行う際の放射輝度分布を示した図であり、それぞれ標本面上の領域の放射輝度分布、第１対物レンズの瞳面における放射輝度分布を示した図である。図１３Ｃ及び図１３Ｄは、顕微鏡が第２対物レンズを使用して観察を行う際の放射輝度分布を示した図であり、それぞれ標本面上の領域の放射輝度分布、第２対物レンズの瞳面における放射輝度分布を示した図である。図１３Ｅは、本実施例に係る顕微鏡用照明装置のＡＳ面における放射輝度分布を示した図である。いずれも、横軸は面内の位置を示し、縦軸は最大値が１となるように規格化された放射輝度を示している。なお、瞳面内における位置は、その位置を通過する光線のＮＡを使用して表現している。
【０１０２】
第１対物レンズ、第２対物レンズを使用時における視野範囲内の領域に照射される全光量と最大輝度は、以下のとおりである。
第１対物レンズ使用時：  全光量3.27W、最大輝度154.5mW/m2
第２対物レンズ使用時：  全光量0.381W、最大輝度1292mW/m2
【０１０３】
図１３Ａから図１３Ｅ及び上記の結果に示されるように、本実施例に係る顕微鏡用照明装置によれば、広い照明範囲を均一に照明しつつ、高い明るい照明を実現することができる。従って、白色ＬＥＤ光源を用いて照明効率と照明の均一性とを高水準で両立することができる。
【０１０４】
上述した実施形態及び実施例は、発明の理解を容易にするための具体例を示したものであり、本発明の実施形態及び実施例はこれらに限定されるものではない。顕微鏡用照明装置及び顕微鏡は、特許請求の範囲に記載された発明を逸脱しない範囲において、さまざまな変形、変更が可能である。
【符号の説明】
【０１０５】
１・・・顕微鏡、２、２ａ・・・顕微鏡用照明装置、３、３ａ・・・照明光学系、１０、１０ａ・・・白色ＬＥＤ光源、１１・・・基板、１２・・・ＬＥＤチップ、１３ａ、１３ｂ、１３ｃ・・・蛍光体、１３・・・蛍光体層、２０・・・コレクタレンズ、３０、３０ａ・・・拡散板、４０・・・視野絞り、５０・・・ミラー、６０・・・リレーレンズ、７０・・・開口絞り、８０・・・コンデンサレンズ、９０・・・ステージ、１００、１０１・・・対物レンズ、１１０・・・結像レンズ、１２０・・・プリズム、１３０・・・接眼レンズ、１４０・・・撮像素子、Ｓ・・・標本、ＣＧ・・・カバーガラス
【図１】
2018200332.tif 000005
【図２】
2018200332.tif 000006
【図３】
2018200332.tif 000007
【図４】
2018200332.tif 000008
【図５Ａ】
2018200332.tif 000009
【図５Ｂ】
2018200332.tif 000010
【図６Ａ】
2018200332.tif 000011
【図６Ｂ】
2018200332.tif 000012
【図６Ｃ】
2018200332.tif 000013
【図６Ｄ】
2018200332.tif 000014
【図６Ｅ】
2018200332.tif 000015
【図７Ａ】
2018200332.tif 000016
【図７Ｂ】
2018200332.tif 000017
【図７Ｃ】
2018200332.tif 000018
【図７Ｄ】
2018200332.tif 000019
【図７Ｅ】
2018200332.tif 000020
【図８Ａ】
2018200332.tif 000021
【図８Ｂ】
2018200332.tif 000022
【図８Ｃ】
2018200332.tif 000023
【図８Ｄ】
2018200332.tif 000024
【図８Ｅ】
2018200332.tif 000025
【図９Ａ】
2018200332.tif 000026
【図９Ｂ】
2018200332.tif 000027
【図９Ｃ】
2018200332.tif 000028
【図９Ｄ】
2018200332.tif 000029
【図９Ｅ】
2018200332.tif 000030
【図１０Ａ】
2018200332.tif 000031
【図１０Ｂ】
2018200332.tif 000032
【図１０Ｃ】
2018200332.tif 000033
【図１０Ｄ】
2018200332.tif 000034
【図１０Ｅ】
2018200332.tif 000035
【図１１Ａ】
2018200332.tif 000036
【図１１Ｂ】
2018200332.tif 000037
【図１１Ｃ】
2018200332.tif 000038
【図１１Ｄ】
2018200332.tif 000039
【図１１Ｅ】
2018200332.tif 000040
【図１２Ａ】
2018200332.tif 000041
【図１２Ｂ】
2018200332.tif 000042
【図１２Ｃ】
2018200332.tif 000043
【図１２Ｄ】
2018200332.tif 000044
【図１２Ｅ】
2018200332.tif 000045
【図１３Ａ】
2018200332.tif 000046
【図１３Ｂ】
2018200332.tif 000047
【図１３Ｃ】
2018200332.tif 000048
【図１３Ｄ】
2018200332.tif 000049
【図１３Ｅ】
2018200332.tif 000050