(57)【要約】【課題】照明系の全長を短くしコンパクトに構成することが可能な顕微鏡用照明装置を提供する。【解決手段】照明光を射出する光源１と、照明光の光束を調節する開口絞りと、照明光の照明領域を設定する視野絞りと、前側焦点位置が視野絞りの位置に重なるように設けられ、視野絞りを通過した光を通過させ標本へ導くフィールドレンズ群とを備えた顕微鏡用照明装置において、光源１は、発光するＬＥＤ光源２０と、ＬＥＤ光源２０の光を入射させて入射の方向と異なる方向に伝播させて射出させるライトガイド２２及び散乱シート２３と、ライトガイド２２及び散乱シート２３から射出された光を入射させて角度方向に所定の強度分布を持たせて拡散及び射出させるプリズムシート２４，２５とを備えて構成されることを特徴とする。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
照明光を射出する光源と、
前記光源の射出面近傍に設けられ、前記照明光の光束を調節して前記照明光を通過させる開口を有した開口絞りと、
前記開口絞りを通過した光の光路中に設けられ、前記照明光の照明領域を設定して前記開口絞りを通過した光を通過させる視野絞りと、
前側焦点位置が前記視野絞りの位置に重なるように設けられ、前記視野絞りを通過した光を通過させるフィールドレンズ群と
前記フィールドレンズ群を通過した光を標本へ照射するとともに前記標本からの反射光を受光する対物レンズとを備えた顕微鏡用照明装置において、
前記光源は、発光する発光部材と、前記発光部材の光を前記入射の方向と異なる方向に伝播させて射出させる光伝播部材と、前記光伝播部材から射出された光を角度方向に所定の強度分布を持たせて拡散及び射出させる光拡散部材とを備えて構成されることを特徴とする顕微鏡用照明装置。
【請求項２】
前記光源に対する前記対物レンズの瞳面の結像倍率をβとし、前記対物レンズの開口数を前記対物レンズの倍率で除した値の最大値をＮＡ′とし、前記結像レンズの焦点距離をｆtとし、前記光源の前記射出面の直径をｄとし、前記光源から射出される光のうち最高強度を有する光路と前記最高強度の８割の強度を有する光路とが成す角度をαとし、顕微鏡の視野数をＦＯＶとしたとき、次式
2011095326.tif 000013
の条件を満足することを特徴とする請求項１に記載の顕微鏡用照明装置。
【請求項３】
照明光を射出する光源と、
前記光源の射出面近傍に設けられ、前記照明光の照明領域を設定して前記照明光を通過させる視野絞りと、
前記視野絞りを通過した光を集光させるフィールドレンズ群と、
前記フィールドレンズ群により集光された光の光路中に設けられ、光束を調節して前記集光された光を通過させる開口を有した開口絞りと、
前側焦点位置が前記開口絞りの位置に重なるように設けられ、前記開口絞りを通過した光を通過させ標本へ導くコンデンサレンズとを備えた顕微鏡用照明装置において、
前記視野絞りは、前記フィールドレンズ群に関して前記標本と共役な位置に設けられ、
前記光源は、発光する発光部材と、前記発光部材の光を入射させて前記入射の方向と異なる方向に伝播させて射出させる光伝播部材と、前記光伝播部材から射出された光を入射させて角度方向に所定の強度分布を持たせて拡散及び射出させる光拡散部材とを備えて構成されることを特徴とする顕微鏡用照明装置。
【請求項４】
前記標本を透過した光を集光させる対物レンズを備え、
前記光源に照明光を射出させる射出面が設けられ、
前記視野絞りに対する前記標本の結像倍率をβとし、前記コンデンサレンズに対応する前記対物レンズの開口数の最大値をＮＡmaxとし、前記コンデンサレンズに対応する前記対物レンズの実視野の最大値をΦmaxとし、前記光源の前記射出面の直径をｄとし、前記光源から射出される光のうち最高強度を有する光路と前記最高強度の８割の強度を有する光路とが成す角度をαとしたとき、次式
2011095326.tif 000014
の条件を満足することを特徴とする請求項３に記載の顕微鏡用照明装置。
【請求項５】
前記光源は、前記視野絞りから１５ｍｍより長い距離だけ離れた位置に配置されることを特徴とする請求項３または４に記載の顕微鏡用照明装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、照明光路の長い照明系を有する顕微鏡に用いられる照明装置であり、不透明な標本を観察する反射照明装置、及び透明な標本を観察する透過照明装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
顕微鏡に用いられる照明装置として、不透明な標本を対象とする反射照明装置と透明な標本を対象とする透過照明装置がある。反射照明装置としては、ハロゲンランプやＬＥＤ等の発光部材と、発光部材の光を伝達させる光ファイバー等とを備えたものが周知となっており、光ファイバーの一端に導入された光をその他端から射出させ二次光源として用いるようなものもある。光ファイバーを用いずにハロゲンランプやＬＥＤを単体で用いる場合は、一般的に、その発光部が正方形で１辺１〜２ｍｍ程度であり配光角が全角６０度程度となるため、光源から対物レンズの瞳面までの投影倍率（光源倍率とも称される）は４〜７倍程度となり、この程度の倍率をかけてケーラー照明系が組まれる。一方、光ファイバーを用いた場合は、一般的にその発光部（端面）の直径が３〜８ｍｍ程度と比較的大きいが、配光角が全角１０〜２０度程度と狭いため、上記投影倍率は２倍程度になる。
【０００３】
上述した投影倍率（光源倍率）について、これを高くすると、対物レンズの瞳面の有効径に対する光源像の大きさ（充足率とも称する）が大きくなり、明るいケーラー照明を実現できる。しかし、対物レンズの画角の正弦が光源の配光角の正弦に投影倍率の逆数を乗じた値となるため、投影倍率を高くしすぎると、対物レンズの画角が小さくなり、視野に対して照明できる領域が狭くなる問題が生じる。従って、投影倍率は、光源のサイズと配光角により概ねバランスをとって決められている。
【０００４】
反射照明装置には、視野絞り及び開口絞りが設けられるが、開口絞りは光源と共役な位置に設けられている。また、装置の構成上金物等の大きさにより、開口絞りの大きさ（最大開口、最小開口）はおおよそ決まるので、光源から開口絞りまでの倍率が決まり２．５〜３．０倍程度となる。このように、光源から開口絞りまでで２．５〜３．０倍、開口絞りから対物レンズの瞳までで１．３〜１．５倍というように倍率が定まり、２段階で投影される構成となっている。
【０００５】
一方、透過照明装置は、反射照明装置と同様の光源を使用し、光源像はコンデンサレンズの瞳に投影される。反射照明装置では対物レンズが照明系と結像系の両方を兼ねることがあるが、透過照明装置では１個のコンデンサレンズが中倍〜高倍の対物レンズに対応することが多い。このため、コンデンサレンズは対応する対物レンズの最大の実視野と最高の開口数ＮＡとなる光束を提供することが好ましい。従って、光源倍率を３〜４倍程度とし、拡散板等を用いてより多くの光速を発生させるようにしている。そして、コンデンサレンズの瞳面に開口絞りを配置して開口数ＮＡを制御している。視野絞りは、フィールドレンズとコンデンサレンズによって標本共役となる位置に配置されている。
【０００６】
ところで、近年では、あらゆる分野で高輝度のＬＥＤ（Light Emitting Diode、発光ダイオード）が光源として使用されており、顕微鏡の光源としてもＬＥＤを用いたシステムが提案されている（例えば、特許文献１を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【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】
【０００８】
ところで、上述したような、ＬＥＤを光源として用いた顕微鏡としては、複数のＬＥＤを回路基板上に配列して一括照明する面光源となっているものがある。この種の顕微鏡においては、構造上の問題から視野絞りや開口絞りを配置することができないことがあり、フレアーやゴーストを除去することができないという問題があった。また、視野絞りと開口絞りを配置してケーラー照明の配列としたタイプの顕微鏡もあるが、この種の顕微鏡においては、従来の顕微鏡と同様のレンズ構成となり、照明装置全体が長くなるという課題があった。
【０００９】
また、従来の反射照明装置では、光源像を２回リレーして対物レンズの瞳に導く構成となっているため照明系の全長が長くなるという問題があった。また、従来の透過照明装置においても、リレーレンズと拡散板を配置した構成を採ると全長が長くなるという問題があった。
【００１０】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、照明系の全長を短くしコンパクトに構成することが可能な顕微鏡用照明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】
【００１１】
このような目的を達成するため、第１の発明に係る顕微鏡用照明装置（反射照明装置）は、照明光を射出する光源と、光源の射出面近傍に設けられ、照明光の光束を調節して照明光を通過させる開口を有した開口絞りと、開口絞りを通過した光の光路中に設けられ、照明光の照明領域を設定して開口絞りを通過した光を通過させる視野絞りと、前側焦点位置が視野絞りの位置に重なるように設けられ、視野絞りを通過した光を通過させるフィールドレンズ群と、フィールドレンズ群を通過した光を標本へ照射するとともに標本からの反射光を受光する対物レンズとを備え、上記光源は、発光する発光部材と、発光部材の光を入射の方向と異なる方向に伝播させて射出させる光伝播部材と、光伝播部材から射出された光を角度方向に所定の強度分布を持たせて拡散及び射出させる光拡散部材とを備えて構成されることを特徴とする。
【００１２】
第１の発明に係る顕微鏡用照明装置においては、光源に対する対物レンズの瞳面の結像倍率をβとし、対物レンズの開口数を対物レンズの倍率で除した値の最大値をＮＡ′とし、結像レンズの焦点距離をｆtとし、光源の射出面の直径をｄとし、光源から射出される光のうち最高強度を有する光路と最高強度の８割の強度を有する光路とが成す角度をαとし、顕微鏡の視野数をＦＯＶとしたとき、次式
【数１】
2011095326.tif 000003
の条件を満足することが好ましい。
【００１３】
また、第２の発明に係る顕微鏡用照明装置（透過照明装置）は、照明光を射出する光源と、光源の射出面近傍に設けられ、照明光の照明領域を設定して照明光を通過させる視野絞りと、視野絞りを通過した光を集光させるフィールドレンズ群と、フィールドレンズ群により集光された光の光路中に設けられ、光束を調節して集光された光を通過させる開口を有した開口絞りと、前側焦点位置が開口絞りの位置に重なるように設けられ、開口絞りを通過した光を通過させ標本へ導くコンデンサレンズとを備え、視野絞りは、フィールドレンズ群に関して標本と共役な位置に設けられ、光源は、発光する発光部材と、発光部材の光を入射させて入射の方向と異なる方向に伝播させて射出させる光伝播部材と、光伝播部材から射出された光を入射させて角度方向に所定の強度分布を持たせて拡散及び射出させる光拡散部材とを備えて構成されることを特徴とする。
【００１４】
第２の発明に係る顕微鏡用照明装置においては、標本を透過した光を集光させる対物レンズを備え、光源に照明光を射出させる射出面が設けられ、視野絞りに対する標本の結像倍率をβとし、コンデンサレンズに対応する対物レンズの開口数の最大値をＮＡmaxとし、コンデンサレンズに対応する対物レンズの実視野の最大値をΦmaxとし、光源の射出面の直径をｄとし、光源から射出される光のうち最高強度を有する光路と最高強度の８割の強度を有する光路とが成す角度をαとしたとき、次式
【数２】
2011095326.tif 000004
の条件を満足することが好ましく、更に、光源が、視野絞りから１５ｍｍより長い距離だけ離れた位置に配置されることが好適である。
【発明の効果】
【００１５】
第１の発明に係る顕微鏡用照明装置によれば、光源を開口絞り近傍の位置に配置することにより、従来あった開口絞りより光源側の光学系が省略することが可能となり、照明系をコンパクトに構成することができる。
【００１６】
また、第２の発明に係る顕微鏡用照明装置によれば、光源を視野絞り近傍の位置に配置することにより、従来あった視野絞りより光源側の光学系を省略することが可能となり、照明系をコンパクトに構成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】第１の発明に係る顕微鏡用照明装置（反射照明装置）を示す概略図である。
【図２】第１の発明に係る顕微鏡用照明装置における導光板（面光源）を示す図であり、（ａ）は光が照射される方向から見た概略図、（ｂ）は光が照射される方向に対して垂直な方向から見た層構造を示す図、（ｃ）は該垂直な方向から見た概略図である。
【図３】第２の発明に係る顕微鏡用照明装置（透過照明装置）を示す概略図であり、（ａ）は光源から射出された光をミラーで反射させる例（第１実施例）、（ｂ）は光源から射出された光をミラーで反射させない例（第２実施例）を示す図である。
【図４】第２の発明に係る顕微鏡用照明装置における導光板（面光源）を示す図であり、（ａ）は光が照射される方向から見た概略図、（ｂ）は光が照射される方向に対して垂直な方向から見た層構造を示す図、（ｃ）は該垂直な方向から見た概略図である。
【図５】従来の反射照明装置を示す概略図である。
【図６】従来の透過照明装置を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、第１の発明に係る第１実施形態の反射照明装置、及び第２の発明に係る第２実施形態の透過照明装置について、図面を参照しながら説明する。これらの実施形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている構成及び特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。第１実施形態における反射照明装置は不透明な細胞等の標本を光を反射させることにより観察することが可能な顕微鏡装置であり、第２実施形態における透過照明装置は透明な細胞等の標本を光を透過させることにより観察することが可能な顕微鏡装置である。
【００１９】
まずは、第１実施形態の反射照明装置について説明する前に、従来の反射照明装置について図５を参照しながら説明する。従来の反射照明装置は、光源１０１と、コレクタレンズ１０２と、フィルタ群１０３と、リレー光学系１０４と、開口絞り１０５と、視野絞り１０６と、フィールドレンズ群１０７と、ハーフミラー１０８と、第１対物レンズ１０９と、第２対物レンズ１１１とを備えて構成される。光源１０１としては、ハロゲンランプ等が用いられ、光源１０１から射出された光は、コレクタレンズ１０２により平行光に変換され、変換された平行光はフィルタ群１０３を通過し、フィルタ群１０３により明るさや色温度の調整がされる。これらの調整がなされた光は、リレー光学系１０４を通過し、リレー光学系１０４により光源像１０１′が形成される。光源像１０１′が形成される位置の近傍に開口絞り１０５が配置され、コレクタレンズ１０２の後側焦点Ｆ２のリレー光学系１０４による像Ｆ２′の近傍に視野絞り１０６が配置されている。この視野絞り１０６の後段にはフィールドレンズ群１０７が配置されており、フィールドレンズ群１０７の前側焦点位置が視野絞り１０６の位置と重なるようになっている。
【００２０】
リレー光学系１０４を通過した光は、開口絞り１０５、視野絞り１０６、及びフィールドレンズ群１０７を通過し、ハーフミラー１０８により第１対物レンズ１０９の方向に偏向され、第１対物レンズ１０９を通過した光が、不透明な細胞等である標本１１０に照射される。そして、標本１１０への光の照射により標本１１０から反射された反射光は第１対物レンズ１０９により集光され、ハーフミラー１０８、及び第２対物レンズ１１１を透過し、第２対物レンズ１１１から射出される光により標本像１１２が形成されるようになっている。この標本像１１２は、撮像光学系（不図示）により撮像されたり、あるいは別のリレー光学系（不図示）でリレーされることにより第２標本像（不図示）が形成され観察光学系（不図示）及び撮像光学系（不図示）に導かれたりするようになっている。
【００２１】
以上、従来の反射照明装置においては、標本１１０の観察及び撮像が可能となっているが、フィルタ群１０３及びリレー光学系１０４等を備え多数の部品が必要となるため、照明系の全長が長くなるという課題があった。そこで、第１実施形態の反射照明装置は、ＬＥＤを光源として用いている。ＬＥＤは電圧を変化させても色温度が変わらないため、従来の反射照明装置のようにフィルタ類を用いることなく、電圧を変化させることにより明るさを変えることができる。また、後述するようにライトガイドを用いてＬＥＤ光源からの光を適当な面積の発光体に変換し、プリズムシートによって配光角を制御することによって、コレクタレンズ、リレー光学系を用いることなく最適な光源サイズを達成できる。よって、コレクタレンズ、フィルタ群、及びリレー光学系を省略することが可能となり（後に詳述）、上記の課題を解決できるようになっている。
【００２２】
第１実施形態の反射照明装置について、図１を参照しながら説明する。この反射照明装置は、光源１と、開口絞り５と、視野絞り６と、フィールドレンズ群７と、ハーフミラー８と、第１対物レンズ９と、第２対物レンズ１１とを備えて構成される。光源１は、正方形の光の射出面を備えた正方形の板状の面光源となっている。光源１の光の射出面上には複数のＬＥＤ光源２０（後に詳述）が配置されており、個々のＬＥＤ光源２０から光が射出されるようになっている。なお、第１実施形態の反射照明装置において、光源１から射出される光の強度が最高強度の光路と最高強度の８割の光路とが成す角度（以下、配光角と称する）をαとし、そして、光源１に内接する円の直径をｄ（ｍｍ）とする。なお、光源１の構成については後に詳述する。
【００２３】
光源１から射出された光は、図１に示すように、開口絞り５、視野絞り６を通過し、ハーフミラー８により第１対物レンズ９の方向に偏向され、第１対物レンズ９を通過した光が、不透明な細胞等である標本１０に照射される。なお、開口絞り５は、光源１の近傍に配置される。そして、従来の反射照明装置と同様に、標本１０から反射された反射光が、第１対物レンズ９により集光され、ハーフミラー８、及び第２対物レンズ１１（結像レンズ）を通過し、これにより標本像１２が形成されるようになっている。そして、標本像１２は、観察光学系（不図示）及び撮像光学系（不図示）に導かれるようになっている。
【００２４】
ここで、フィールドレンズ群７による、光源１から第１対物レンズ９の瞳Ｐへの投影倍率をβとすると、瞳Ｐに形成される光源像の大きさは、ｄ×βとなる。一方、第１対物レンズ９の開口数をＮＡとし、このＮＡを第１対物レンズ９の倍率で割った値をＮＡ′とする。また、顕微鏡の結像レンズ１１の焦点距離をｆtとすると、第１対物レンズ９の瞳Ｐの直径は、ＮＡ′×ｆt×２と表すことができる。なお、光源像の大きさが第１対物レンズ９の瞳Ｐの大きさより小さい場合、反射光の散乱が少ない標本を観察する際に開口数ＮＡが不足し、射出瞳径が小さくなり観察時のチラつきが目立つようになる。よって、光源像の大きさを瞳Ｐの大きさより大きくする、すなわち、以下の式（１）を満たす必要がある。なお、式（１）におけるＮＡ′は想定される対物レンズの中で最大のＮＡ′の値である。
【数３】
2011095326.tif 000005
【００２５】
また、第１対物レンズ９の焦点距離をｆobj、また上述したように光源１の配光角をα、投影倍率をβとすると、光源１による照明領域は、２×ｆobj×tan（α／β）となる（図１参照）。一方、顕微鏡の視野数をＦＯＶとすると、このＦＯＶと第１対物レンズ９の焦点距離ｆobj及び顕微鏡の結像レンズの焦点距離ｆtを用いて、顕微鏡の標本面上の実視野は、ＦＯＶ／（ｆt／ｆobj）と表すことができる。ところで、上述した照明領域が実視野よりも小さいと、視野周辺が暗くなる視野ムラが発生したり視野欠けを生じたりする。従って、照明領域を実視野より大きくする、すなわち、以下の式（２）を満たす必要がある。
【数４】
2011095326.tif 000006
【００２６】
以上、光源１から第１対物レンズ９の瞳Ｐへの投影倍率βが上述した式（１）及び式（２）を満たせば、従来の反射照明装置におけるコレクタレンズ１０２、フィルタ群１０３、及びリレーレンズ群１０４を省略して照明系をコンパクトな構成にしつつ、観察時のチラつきを抑え、視野ムラ、視野欠けの発生を防止し良好な標本像１２を得ることができる。以下では、第１実施形態の反射照明装置における面光源である光源１の構成について、図２を参照しながら説明する。なお、図２は光源１の発光の仕組みを示す図である。
【００２７】
光源１は、図２（ａ）に示すように、液晶表示装置のバックライトと同様の原理で発光するいわゆる導光板である。導光板には、ＬＥＤ等の複数の光源が、回路基板に配置、配列され、上下フレーム等により封止された状態になっている。ＬＥＤ等の光源から射出された光は、後述するライトガイドの中で全反射を繰り返しながら伝播し、光がライトガイドに所定の入射角で入射したときに基板外へ射出されるようになっている。基板外へ射出された光は、光束を制御可能なシート状の部材を１枚又は複数枚透過し、全体として所定の配光角を成して射出されるようになっている。
【００２８】
光源１は、図２（ａ）に示すように、ＬＥＤ光源２０と、ＬＥＤモジュール２１と、ライトガイド２２と、散乱シート２３と、プリズムシート２４，２５と、保護ガラス２６と、正方形の基板３０とを備えて構成されている。ＬＥＤ光源２０は、基板３０の上面に配置される。ＬＥＤモジュール２１は、電気回路であり、基板３０を介して基板３０上に配置されたＬＥＤ光源２０に電力を供給し、これによりＬＥＤ光源２０が発光する。
【００２９】
ライトガイド２２は、基板３０に配置されたＬＥＤ光源２０の上方にＬＥＤ光源２０に対向して設けられる。ＬＥＤ光源２０から射出された光は、ライトガイド２２に取り込まれ内部で反射を繰り返して散乱シート２３に伝達されるようになっている。上記光はライトガイド２２内で反射を繰り返すが、この光の進行方向とライトガイド２２の反射面とが成す角度が所定角度になったときに限り、上記光が散乱シート２３に伝達され、所定角度以外のときは全反射するようになっている。ライトガイド２２から射出された光は、散乱シート２３により適当に拡散されてプリズムシート２４，２５に伝達される。プリズムシート２４，２５は、光を透過させるとともに所定の配光角を成して射出される。プリズムシート２４，２５は、その光を透過させる透過面に基板３０の辺の方向にライン状に延びて形成される多数の凹凸部を有し、その凹凸部のラインが互いに直交するように配置されている。なお、図２（ｂ）及び（ｃ）においては、プリズムシート２４は紙面の奥行方向に、プリズムシート２５は紙面の左右方向に、それぞれ凹凸部のラインが延びるように配置される例を示している。
【００３０】
ライトガイド２２、散乱シート２３、及びプリズムシート２４，２５は、その順にＬＥＤ光源２０の上方に配置され、プリズムシート２５の上面は保護ガラス２６により覆われて保護される。そして、ライトガイド２２、散乱シート２３、プリズムシート２４，２５及び保護ガラス２６は、全体が上下フレームに挟みこまれた状態で一体化されて構成される（図２（ｃ）参照）。
【００３１】
以上のように構成される光源１において、基板３０上のＬＥＤ光源２０の数を増やすことにより、光源１から射出される光の輝度を向上させることができる。よって、例えば、基板３０の１辺の長さを８（ｍｍ）とすると、上述したｄの値も８（ｍｍ）となり、図３（ａ）のように、基板３０の一辺に４個、その辺と向かい合う辺にも４個設ける場合、３万カンデラ／ｃｍ2の輝度を実現させることができる。
【００３２】
また、第１実施形態の反射照明装置において、第１対物レンズ９の倍率を１０倍、開口数ＮＡを０．３とすると、上述したＮＡ′（開口数ＮＡを倍率で割った値）は、（０．３／１０）＝０．０３となる。そして、結像レンズ焦点距離ｆtを２００（ｍｍ）、顕微鏡の視野数ＦＯＶを２２とすると、第１実施形態における光源１に対する第１対物レンズ９の瞳までの投影倍率βは、式（１）に上記の値を代入して以下のように導き出せる。
【数５】
2011095326.tif 000007
一方、光源１の配光角αを７．５°とすると、式（２）からβの値の範囲が以下のように導かれる。
【数６】
2011095326.tif 000008
【００３３】
以上より、投影倍率βは、１．５〜２．３倍の間であることが好ましいが、照明の均一性を考慮すると投影倍率βは低い方が好ましい。従って、βの最適値は１．５倍となる。
【００３４】
以上、第１実施形態における反射照明装置では、ＬＥＤを光源として用いることにより、従来の反射照明装置のようにニュートラル減光フィルタ等のフィルタ類を用いることなく、電圧を変化させることにより明るさを変えることができる。また後述するようにライトガイドを用いてＬＥＤ光源からの光を適当な面積の発光体に変換し、プリズムシートによって配光角を制御することによって、コレクタレンズ、リレー光学系を用いることなく、最適な光源サイズを達成できるため、光学系がシンプルでコンパクトな構成とすることができる。なお、光源として使用するＬＥＤには、青色発光ＬＥＤと蛍光体を組み合わせて合成させて白色光を発するタイプのもの、又はＲＧＢ３色のＬＥＤチップを一体にして白色光を発するタイプのものを用いることが可能である。この２つのタイプについて、後者のタイプの方が使用電力に対して発光輝度が低い傾向があるが、Ｒ，Ｇ，Ｂそれぞれを独立に光量制御することが可能であるため、容易に色温度を制御できるという利点がある。
【００３５】
続いて、透過照明装置について説明する。まず、第２実施形態の透過照明装置について説明する前に、従来の透過照明装置について図６を参照しながら説明する。従来の透過照明装置は、光源１３１と、コレクタレンズ１３２と、フィルタ群１３３と、リレー光学系１３４と、拡散板Ｄと、視野絞り１３６と、ミラー１３８と、フィールドレンズ群１３７と、開口絞り１３５と、コンデンサレンズ１３９と、対物レンズ１４１とを備えて構成される。光源１３１としてはハロゲンランプ等が用いられ光源１３１から射出された光は、コレクタレンズ１３２により平行光に変換され、変換された平行光はフィルタ群１３３を通過し、フィルタ群１３３により明るさや色温度の調整がされる。視野絞り１３６は、リレー光学系１３４によるコレクタレンズ１３２の後側焦点の共役位置Ｃに配置されている。また、リレー光学系１３４の後段に拡散板Ｄが配置され、リレー光学系１３４を通過した光は拡散板Ｄにより拡散されるようになっている。ミラー１３８は視野絞り１３６の後段、フィールドレンズ群１３７はミラー１３８の後段にそれぞれ配置され、視野絞り１３６を通過した光がミラー１３８により反射されてフィールドレンズ群１３７に導かれる。
【００３６】
また、フィールドレンズ群１３７は、その前側焦点面が視野絞り１３６に重なる位置に配置され、開口絞り１３５は、コレクタレンズ１３２、リレー光学系１３４、及びフィールドレンズ群１３７により形成される光源１３１の像１３１′の近傍に配置される。コンデンサレンズ１３９は、その前側焦点面が開口絞り１３５に重なる位置に配置され、コンデンサレンズ１３９を通過する光により、透明な標本１４０がケーラー照明で透過照明される。対物レンズ１４１は、標本１４０に対してコンデンサレンズ１３９の反対側に設けられ、上記ケーラー照明により標本１４０を透過した光が、対物レンズ１４１を通過するようになっている。このように、図６に示す従来の透過照明装置で透過照明された標本１４０の標本像は、対物レンズ１４１及び第２対物レンズ（不図示）により所定の位置に形成されるようになっており、例えば、その位置の後段に設けられる観察光学系（不図示）及び撮像光学系（不図示）により、標本１４０の標本像が観察及び撮像されるようになっている。
【００３７】
以上、従来の透過照明装置においては、標本１４０の観察及び撮像が可能となっているが、従来の反射照明装置と同一の理由により、照明系の全長が長くなるという課題があった。そこで、第２実施形態の透過照明装置は、第１実施形態の反射照明装置と同様に、ＬＥＤを光源として用いることによりコレクタレンズ、フィルタ群、及びリレー光学系を省略することが可能となり（後に詳述）、上記課題を解決できるようになっている。
【００３８】
第２実施形態の透過照明装置について、図３を参照しながら説明する。なお、第２実施形態の透過照明装置については、２種類の実施例があり、以下で第１実施例、第２実施例と称して説明する。
【実施例１】
【００３９】
まず、第１実施例の透過照明装置は、図３（ａ）に示すように、光源３１と、視野絞り３６と、ミラー３８と、フィールドレンズ群３７と、開口絞り３５と、コンデンサレンズ３９と、対物レンズ４１とを備えて構成される。視野絞り３６は、光源３１の近傍に配置される。光源３１は、第１実施形態と同様に光の射出面を有する面光源となっており、射出面上に複数のＬＥＤ光源７０が配置されている。なお、第１実施形態と同様に、光源３１から射出される光の強度が最高強度の光路と最高強度の８割の光路とが成す角である配光角をα、光源３１に内接する円の直径をｄ（ｍｍ）とする。なお、光源３１の構成については、後に詳述する。
【００４０】
光源３１から射出された光は、視野絞り３６を通過し、ミラー３８によりフィールドレンズ群３７の方向に偏向され、フィールドレンズ群３７、開口絞り３５、コンデンサレンズ３９の順に進行する。そして、コンデンサレンズ３９を透過した光が透明な細胞等である標本４０に照射される。また、従来の透過照明装置と同様に、対物レンズ４１が標本４０に対してコンデンサレンズ３９の反対側に設けられ、標本４０を透過した光が対物レンズ４１を通過するようになっている。そして、標本４０の標本像は、対物レンズ４１及び第２対物レンズ（不図示）により所定の位置に形成され、観察光学系（不図示）及び撮像光学系（不図示）により、観察及び撮像されるようになっている。
【００４１】
以下では、光源３１の構成について、図４を参照しながら簡単に説明する。光源３１は、第１実施形態の光源１と同様に、ＬＥＤ光源７０と、ＬＥＤモジュール７１と、ライトガイド７２と、散乱シート７３と、プリズムシート７４，７５と、保護ガラス７６と、基板８０とを備えて構成されている。これらの部材は、第１実施形態のＬＥＤ光源２０、ＬＥＤモジュール２１、ライトガイド２２、散乱シート２３、プリズムシート２４，２５、保護ガラス２６、及び基板３０と同じ部材であり、第１実施形態と同様の構成である。第１実施形態と異なるのは、基板８０の大きさ及び基板８０に配置されているＬＥＤ光源７０の個数である。第２実施形態の基板８０は、１辺の長さが３５（ｍｍ）となっており、ＬＥＤ光源７０は、図４（ａ）に示すように、その端辺に並んで７個設けられている。この場合、２００００カンデラ／ｃｍ2の輝度である。
【００４２】
また、第２実施形態の透過照明装置において、光源３１の配光角αを１０°、コンデンサレンズ３９が対物レンズ４〜１００倍に対応する仕様であるとして、また、その最大開口数ＮＡmaxが０．８８、最大視野Φmaxが５．５（ｍｍ）であるとする。そして、フィールドレンズ群３７の焦点距離をｆf（ｍｍ）コンデンサレンズ３９の焦点距離をｆc（ｍｍ）とし、視野絞り３６から標本４０までの結像倍率をβ2としたとき、β2＝ｆc／ｆfと表現できる。また、ＮＡmax及びΦmaxは、以下の式（３）及び（４）を満たすことが好ましい。
【数７】
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【数８】
2011095326.tif 000010
【００４３】
更に、コンデンサレンズ３９の焦点面に配置される開口絞り３５のサイズをある程度限定することが好ましいため、以下の式（５）を満たすと都合が良い。
【数９】
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【００４４】
以下で、上記式（３）、（４）、及び（５）を満たす、フィールドレンズ群３７の焦点距離ｆf、及びコンデンサレンズ３９の焦点距離ｆcの値の範囲について検討する。まず、上述したようにＮＡmax＝０．８８であるから、１５／ＮＡmax≒１７．０４５となり、式（５）より、ｆc＜１７．０４となる。そこで、ｆc＝１７として、式（４）にｆc＝１７、ＮＡmax＝０．８８、Φmax＝５．５を代入すると、ｆf＜３５×１７／５．５＝１０８となる。従って、ｆf＝１００として、このｆfの値とｆc＝１７を式（３）に代入すると、式（３）の左辺は、sin10°×１００／１７＝１．０２となる。この値はＮＡmax＝０．８８より大きいため、式（３）を満たす。
【実施例２】
【００４５】
第２実施例の透過照明装置について以下で説明する。第２実施例の透過照明装置は、図３（ｂ）に示すように、光源５１と、視野絞り５６と、フィールドレンズ群５７と、開口絞り５５と、コンデンサレンズ５９と、対物レンズ６１とを備えて構成され、これらの部材は、第１実施例の光源３１、視野絞り３６、フィールドレンズ群３７、開口絞り３５、コンデンサレンズ３９と構成及び作用が同様であるため重複する説明は省略する。第２実施例の透過照明装置は、フィールドレンズ群５７とコンデンサレンズ５９の間が有限系の構成となっており、このため、第１実施例と比較して、フィールドレンズ群５７の焦点距離を短くすることが可能となり、照明系全体の長さを更に短くすることができる。また、第２実施例の透過照明装置は、コンデンサレンズの焦点距離を一定としたときのオブジェクトディスタンス（コンデンサレンズの標本に対向する面から標本までの距離）を長くすることができるので、厚みが大きい標本を観察するのに適している。
【００４６】
以上、第１及び第２実施例の透過照明装置について説明したが、これらの第２実施形態の透過照明装置の光源３１，５１には、第１実施形態の反射照明装置のプリズムシート２４，２５と同じ構造のプリズムシート７４，７５が用いられている。このため、標本像に重なってプリズムシート７４，７５の凹凸部のライン等の構造が見える虞があるが、接眼レンズ（不図示）の視度が１０ディオプター未満であれば、プリズムシート７４，７５等の構造が見えることはないとされている。この条件は、第２実施形態の透過照明装置において、ｆbを接眼レンズの焦点距離（ｍｍ）、β2を視野絞り３６，５６から標本４０，６０までの拡大率、Ｍを標本４０，６０から接眼レンズ観察像までの拡大率、Ｌを光源３１，５１から視野絞り３６，５６までの距離とした場合、以下の式（６）のように示される。
【数１０】
2011095326.tif 000012
【００４７】
上述した式（６）を用いて、光源３１，５１から視野絞り３６，５６までの距離Ｌの値について検討する。ここで、接眼レンズの焦点距離ｆbを標準の１０倍の場合を想定して２５（ｍｍ）とする。β2については、上述したようにβ2＝ｆc／ｆfと表現できるため、β2＝１７／１００＝０．１７となる。また、標本４０，６０から接眼レンズ観察像までの拡大率Ｍは４〜１００の間の値となるがＬが最も大きくなるときにＭ＝４となる。従って、ｆb＝２５（ｍｍ）、β2＝０．１７、Ｍ＝４のとき、式（６）より、Ｌ＞１３．５となる。ただし、接眼レンズが標準以外の場合（ｆbが２５ｍｍより大きい接眼レンズを用いる場合）も考慮して、Ｌ＞１５程度にすることが好ましい。従って、第２実施形態の透過照明装置においては、視野絞り３６，５６の位置から１５ｍｍ程度離した位置に光源３１，５１が配置されている。
【００４８】
なお、上述したように、視野絞り３６，５６の位置から所定距離だけ光源３１，５１を離して配置する代わりに、オパールガラスのような完全拡散面を有する部材を配置することもできる。このような部材を配置した場合、光束が拡散されるため照度が暗くなるが、光量に余裕があれば、標本４０，６０の像と重なっても事実上均一に見えるようになるため、視認性に関する問題を解消することができる。
【００４９】
なお、第１実施形態の反射照明装置においては、光源１を、開口絞り５の近傍に配置しており視野絞り６の近傍に配置していないため、第２実施形態の透過照明装置のように、標本の像に重なってプリズムシート２４，２５の構造が視認されることはない。よって、光源１及び視野絞り６は、構造上必要な距離だけ離して配置すればよい。
【００５０】
以上、上述した第１実施形態の反射照明装置においては、ＬＥＤを実装した面光源を用いて、この面光源を開口絞りの近傍に配置するように構成したことにより、開口絞りより手前の光学系（コレクタレンズ、フィルタ群、リレー光学系）を省略することができ、装置全体をコンパクトにすることができる。
【００５１】
また、第２実施形態の透過照明装置においても、第１実施形態の反射照明装置と同様にＬＥＤを実装した面光源を用いて、この面光源を視野絞りの近傍に配置するように構成したため、視野絞りより手前の光学系を省略することができ、装置全体をコンパクトにすることができる。
【００５２】
なお、上述した各実施形態では、光源として、正方形の板状の面光源を用いた例について説明したが、光源の形状及び構造は上記各実施形態のものに限定されることはない。例えば、形状を正方形以外にしたり、基板に配置するＬＥＤ光源の個数及び位置を変更したりしてもよい。また、光源を構成する部材である、ライトガイド、散乱シート、及びプリズムシート等の位置を変更したり、異なる種類のものを用いてもよい。
【符号の説明】
【００５３】
１            光源（第１実施形態）
５            開口絞り（第１実施形態）
６            視野絞り（第１実施形態）
７            フィールドレンズ群（第１実施形態）
９            第１対物レンズ（第１実施形態）
１０          標本（第１実施形態）
１１          第２対物レンズ（第１実施形態、結像レンズ）
２０          ＬＥＤ光源（第１実施形態、発光部材）
２２          ライトガイド（第１実施形態、光伝播部材）
２３          散乱シート（第１実施形態、光伝播部材）
２４，２５    プリズムシート（第１実施形態、光拡散部材）
３１，５１    光源（第２実施形態）
３５，５５    開口絞り（第２実施形態）
３６，５６    視野絞り（第２実施形態）
３７，５７    フィールドレンズ群（第２実施形態）
３９，５９    コンデンサレンズ（第２実施形態）
４０，６０    標本（第２実施形態）
４１，６１    対物レンズ（第２実施形態）
７０          ＬＥＤ光源（第２実施形態、発光部材）
７２          ライトガイド（第２実施形態、光伝播部材）
７３          散乱シート（第２実施形態、光伝播部材）
７４，７５    プリズムシート（第２実施形態、光拡散部材）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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