(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と物体面との間に配置されていて、光源側より、コレクター光源系と、光路に対し挿脱可能なレンズ系と、正の焦点距離を有するレンズ系とを少なくとも含んでおり、前記コレクター光学系が、前記光源からの光を輪帯状に反射する反射手段を少なくとも含んでいて前記光源からの光を第１の集光位置に集光するものであり、前記正の焦点距離を有するレンズ系と前記光路に対し挿脱可能に配置されたレンズ系の各々の前側焦点位置が前記コレクター光学系による集光位置に略一致するように配置され、前記光路に挿脱可能なレンズ系を光路に挿入した時、光源よりの光が集光する第２の集光位置近傍に光拡散手段が配置され、前記光路に対し挿脱可能なレンズ系を光路から外した時には前記光拡散手段も光路から外されるように構成した照明光学系。
【請求項２】
同一光路上で第１の照明形態と第２の照明形態のいずれか一方を形成する照明光学系であって、前記第１の照明形態と前記第２の照明形態は光路上に、光源と、前記光源からの光を輪帯状に反射する反射部材を少なくとも含み前記光源からの光を第１の集光位置に集光させるコレクタ−光学系と、正の焦点距離を有するレンズ系を備え、前記第１の照明形態は、前記正の焦点距離を有するレンズ系が前記第１の焦光位置に前側焦点位置が略一致するように配置され、前記第２の照明形態は、光拡散部材と、前記光源と前記正の焦点距離を有するレンズ系との間に配置される変換レンズ系とを備え、前記変換レンズ系は前記第１の集光位置に前側焦点位置が略一致するように配置され、前記光拡散部材が前記正の焦点位置を有するレンズ系と前記変換レンズ系によって光が集光する第２の集光位置に配置されている照明光学系。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光源よりの光を輪帯状に反射する部材を有する照明光学系で、輪帯状光束を使用する場合と均一照明として使用する場合に対応でき、両者を切り換え可能にした照明光学系に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
光源からの照明光を効率よく利用するためランプと反射部材とを組み合わせた照明光学系は、従来より数多く知られている。このような照明光学系のように、ランプと反射部材とを組み合わせた光学系は、ランプ自体が影になるために中心部分が中抜けになり、均一な照明ができない。
【０００３】
特開平９−１５２５５３号公報に記載されている光学系は、ランプよりの光を反射部材により集光させた光を錐体状光屈折素子にて光の方位角を変えその後ホログラム拡散素子により拡散させ、最終的に均一化を図ろうとした光学系である。
【０００４】
また、特開平６−２１６００８号公報に記載された光学系は、フライアイレンズにより光源の像を多数形成することにより、見掛け上大きな２次光源とし、これをステッパー用投影レンズの瞳位置に投影することによって、ケーラー照明を行ない、均一な照明を行なうようにしたものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
顕微鏡照明等においては、複数の検鏡を切り換え行なうことがある。例えば均一な照明が求められる明視野観察と、輪帯状光束により観察光学系の開口数より大きな角度により照明して観察を行なう暗視野観察とを切り換え行なわれる。
【０００６】
即ち、明視野観察の場合、光源よりの光をコンデンサーレンズ等の前側焦点位置（瞳位置）に投影してケーラー照明を行なう。また、一層均一な照明を行なうために、光路中に光拡散手段やフライアイレンズ等を配置することが多い。一方暗視野観察の場合、例えば図１０に示すような暗視野対物レンズを用いて光源からの光を輪帯状の平行光とし、これを対物レンズのレンズと外枠との間から導入して対物レンズの先端付近で、ミラー等によって物体面に集光するクリティカル照明が行なわれる。
【０００７】
前記従来例の特開平９−１５２５５３号公報に記載されている照明光学系を顕微鏡照明に適用する場合、ターゲット位置と顕微鏡コンデンサーレンズの瞳位置とを合わせれば、明視野のケーラー照明を実現することができる。しかし、この従来例は、輪帯照明を行ない得るものではなく、またクリティカル照明を行なえるものではなく、そのため複数の検鏡に対応し得る照明光学系を構成できない。
【０００８】
また、前記従来例のうち、特開平６−２１６００８号公報に開示されている照明光学系を顕微鏡照明に適用する場合、そのままで明視野のケーラー照明を実現できる。しかし、輪帯状照明として使用し得る手段を有しておらず、またクリティカル照明にするための手段も示されておらず、したがって複数の検鏡に対応する照明光学系になし得ない。
【０００９】
本発明は、ケーラー照明やクリティカル照明等の様々な観察法においても最適な状態にて照明し得るように容易に切り換え得る照明光学系を提供するものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の照明光学系は、光源と物体面との間に配置されていて、光源側より、コレクター光学系と、光路に対し挿脱可能なレンズ系と、正の焦点距離を有するレンズ系とを少なくとも含んでおり、前記コレクター光学系が、前記光源からの光を輪帯状に反射する反射手段を少なくとも含んでいて前記光源からの光を第１の集光位置に集光するものであり、前記正の焦点距離を有するレンズ系と前記光路に対し挿脱可能に配置されたレンズ系の各々の前側焦点位置が前記コレクター光学系による集光位置に略一致するように配置され、前記光路に挿脱可能なレンズ系を光路に挿入した時、光源よりの光が集光する第２の集光位置近傍に光拡散手段が配置され、前記光路に対し挿脱可能なレンズ系を光路から外した時には前記光拡散手段も光路から外されるように構成したことを特徴とする。
【００１１】
即ち、本発明の照明光学系は、例えば図１に示し後に詳細に説明する第１の実施の形態の照明光学系のような構成のもので、光源１とコレクター光学系２と光路に対し挿脱可能なレンズ系（凹レンズ３）と、正の焦点距離のレンズ系（凸レンズ４）とよりなり、第２の集光位置６に光拡散手段５が配置されていて、図１（Ａ）のように光路に対して挿脱可能なレンズ系（凹レンズ３）が光路中に挿入されている時は光拡散手段５も光路中に配置され、また図１（Ｂ）のように、光路に対して挿脱可能なレンズ系（凹レンズ３）が光路から外される時は光拡散手段５も光路から外される。
【００１２】
このような照明光学系において、（Ｂ）に示すようにレンズ系３が光路から外されている場合、図示するようにコレクター光学系２によって第１の集光位置６に集光した光は、正の焦点距離を有するレンズ系４の前側焦点位置が前記の第１の集光位置に略一致しているので、略平行光束で射出する。光源からの光は、コレクター光学系の反射手段にて輪帯状に反射されるので、この略平行な光束も輪帯光束になる。そのため例えば図１０に示すように暗視野対物に導くことにより暗視野照明にすることができる。
【００１３】
また、図１（Ａ）のようにコレクター光学系２と正の焦点距離を有するレンズ系４との間の光路中に光路に対し挿脱可能なレンズ系３を挿入した時は、この挿脱可能なレンズ系の前側焦点位置と第１の集光位置とが略等しいため、光路から挿脱可能なレンズ系を射出する光束が略平行な光束になり、その後この光束は正の焦点距離を有するレンズ系４により第２の集光位置に集光される。
【００１４】
この第２の集光位置近傍には光拡散手段５が配置されているため、この光拡散手段５の拡散作用によりある角度範囲内に拡がる比較的均一な光束になる。
【００１５】
この拡散手段より発する拡散光を２次光源とした照明系を構成することにより明視野照明を行なうことができる。
【００１６】
以上のように、本発明の照明光学系は、光路に対し挿脱可能なレンズ系と光拡散手段とを光路に挿入することにより明視野照明となり、また光路より外すことにより暗視野照明となり、上記レンズ系と光拡散手段の挿脱によって明視野と暗視野の切り換えが可能である。
【００１７】
また、本発明の照明光学系において、正の焦点距離を有するレンズ系を切り換え可能かまたは焦点距離可変な構成にしてもよい。
【００１８】
暗視野観察においては、観察対物レンズが変わると観察に必要な開口数が変化し、これに応じて照明側の開口数を変化させる必要がある。また、顕微鏡位相差観察を行なう場合も輪帯照明が用いられる。この場合も観察対物が変わると照明系の開口数が変化するので、照明系の開口数を可変にする必要がある。そして照明系の開口数は、輪帯状光束の径を変化させることにより変化させ得る。また輪帯の径は、光束を略平行にするレンズの焦点距離が長くなると径は大きくなり、焦点距離が短くなると径は小さくなる。したがって、正の焦点距離を有するレンズ系が焦点距離の異なるものに切り換え可能であるかあるいは焦点距離が可変であるようにすることにより、輪帯の径を変化させえることができ、その結果、照明の開口数を変化させることができる。ここで、レンズ系の切り換えにより焦点距離を切り換える場合、レンズ系全体を切り換えてもまたレンズ系中の一部のレンズを切り換えてもよい。
【００１９】
更に、本発明は、同一光路上で第１の照明形態と第２の照明形態のいずれか一方を形成する照明光学系であって、前記第１の照明形態と前記第２の照明形態は光路上に、光源と、前記光源からの光を輪帯状に反射する反射部材を少なくとも含み前記光源からの光を第１の集光位置に集光させるコレクタ−光学系と、正の焦点距離を有するレンズ系を備え、前記第１の照明形態は、前記正の焦点距離を有するレンズ系が前記第１の焦光位置に前側焦点位置が略一致するように配置され、前記第２の照明形態は、光拡散部材と、前記光源と前記正の焦点距離を有するレンズ系との間に配置される変換レンズ系とを備え、前記変換レンズ系は前記第１の集光位置に前側焦点位置が略一致するように配置され、前記光拡散部材が前記正の焦点位置を有するレンズ系と前記変換レンズ系によって光が集光する第２の集光位置に配置されている照明光学系である。
【００２０】
【発明の実施の形態】
次に本発明の照明光学系の実施の形態について述べる。
【００２１】
図１は、本発明の第１の実施の形態の照明光学系の構成を示すもので、この第１の実施の形態は、本発明の照明光学系の一例である。つまり図１に示すように、光源１と、コレクター光学系２と、光路に対し挿脱可能に構成されたレンズ系３と、正の焦点距離を有するレンズ系４とにて構成されている。また、コレクター光学系２は光源１からの光を輪帯状に反射する反射手段である楕円反射鏡２ａを有し、このコレクター光学系２により光源１よりの光を第１の集光位置６に集光する。また正の焦点距離を有するレンズ系４と光路に対し挿脱可能なレンズ系３の前側焦点位置がコレクター光学系２による第１の集光位置に一致するように配置され、図１（Ａ）に示すようにレンズ系４を光路中に挿入した時には、光源からの光を集光する第２の集光位置７に光拡散手段５が配置され、また図１（Ｂ）のようにレンズ系３が光路より外された時には光拡散手段５も光路から外されるように構成されている。
【００２２】
このように、図１（Ａ）においては光拡散手段５が配置されることにより、これより発する拡散光が２次光源となり通常の照明系を構成し、また図１（Ｂ）においては、レンズ系４を射出する光束が輪帯状の平行光束となり、輪帯状の照明が可能になる。
【００２３】
このように第１の実施の形態によれば、凹レンズよりなるレンズ系３と光拡散手段５とを光路に対して挿脱することにより図１において（Ａ）と（Ｂ）に示す照明を切り換え行なうことが可能である。つまり、例えば明視野照明と暗視野照明の両方を切り換えて行なうことが可能である。
【００２４】
図２は本発明の照明光学系の第２の実施の形態を示すものである。
【００２５】
この第２の実施の形態は、図２に示すように光路に対し挿脱可能であるレンズ系８として１枚の凸レンズを用いたもので、この１枚の凸レンズよりなるレンズ系８をその前側焦点位置がコレクター光学系２による第１の集光位置と略一致するように配置したもので、その他の点は第１の実施の形態と実質上同じである。
【００２６】
この第２の実施の形態において、凸レンズよりなるレンズ系８と光拡散手段５とを光路より外すことによって、図１（Ｂ）に示す構成と同じになる。したがって、この第２の実施の形態の照明光学系において、レンズ系８と光拡散手段５とを光路に対して挿脱することにより図１の（Ａ）、（Ｂ）と同様な切り換えが可能である。
【００２７】
本発明の第３の実施の形態は、コレクター光学系として、放物面ミラーと凸レンズにて構成したもので、その他の構成は第１、第２の実施の形態の照明光学系と基本的に同じである。
【００２８】
図３は前記の放物面鏡と凸レンズよりなるコレクター光学系のみを示す。図において、２ｂは放物ミラー、２ｃは凸レンズで、これらによりコレクター光学系２を構成し、このコレクター光学系２により光源１よりの光は第１の集光位置に集光される。そしてこの第１の集光位置に前側焦点位置が一致するように凸レンズよりなるレンズ系４が配置されており、第１の実施の形態における図１（Ｂ）と実質上同様の構成になる。これに図１（Ａ）に示すレンズ系３と光拡散手段５あるいは図２に示すレンズ系８と光拡散手段５とが光路中に挿入されることにより図１（Ａ）あるいは図２に示すものと実質上同じ構成になる。
【００２９】
本発明の第４の実施の形態は、第１〜第３の実施の形態の照明光学系において、正の焦点距離を有するレンズ系を図４に示すようなズームレンズにしたものである。
【００３０】
このズームレンズは、正レンズの第１群４ａと負レンズの第２群４ｂと正レンズの第３群４ｃとよりなり、これらレンズ群４ａ、４ｂ、４ｃを図示するように移動させてレンズ系４の焦点距離を変化させ得るようにした。このようにレンズ系の焦点距離を変化させて、レンズ系を射出する輪帯状光束の径を変化させることを可能にし、これにより観察光学系等に合わせて輪帯状光束の径を変え得るようにした。
【００３１】
第５の実施の形態は、第１〜第３の実施の形態の照明光学系の正の焦点距離のレンズ系４を複数のレンズにて構成し、その一部のレンズを光路に対して挿脱可能にしたものである。つまりこの実施の形態の照明光学系の正の焦点距離のレンズ系は例えば図５に示すように正レンズ４ｄと正レンズ４ｅと負レンズ４ｆの３枚のレンズにて構成し、そのうちの正レンズ４ｅと負レンズ４ｆとを挿脱可能にしたものである。これによって、図５（Ａ）に示すように正レンズ４ｅと負レンズ４ｆが光路外に外された時と、（Ｂ）に示すようにこれら正レンズ４ｅ、負レンズ４ｆを光路中に挿入した時とでこのレンズ系を射出する光束の径が変化する。つまり正の焦点距離のレンズ系の一部のレンズである正レンズと負レンズを挿脱することにより、このレンズ系を射出する光束の径を切り換えることができる。
【００３２】
次の本発明の照明光学系の参考例１は、図６に示すような構成の光学系で、光源１とコレクター光学系２と中間光学系１０とコンデンサー光学系１１より構成されている。ここでコレクター光学系２は第１の実施の形態等と同様の構成であり、このコレクター光学系２による第１の集光位置に前側焦点位置が略一致するように中間光学系が配置され第１の集光位置と物体面が共役になるように中間光学系１０とコンデンサー光学系１１とが配置され、これら中間光学系１０、コンデンサー光学系１１を通して物体面１２を照明するように構成されている。これにより、輪帯状光束で、クリティカル照明を可能にしている。
【００３３】
図７は本発明の参考例２を示すものである。この参考例２の照明光学系は、参考例１と実質上同じ構成の照明光学系で、中間光学系１０を構成する三つの正のレンズ群１０ａ、１０ｂ、１０ｃのうちの２番目の正レンズ群１０ｂを他の正レンズ群１０ｄと交換し得る構成にした。これにより交換前の図６に示す時と交換後の図７に示す時とで中間光学系を射出する輪帯状の光束の径を切り換え得るようにしたのが参考例２である。
【００３４】
この参考例２のように中間光学系１０の第２のレンズ群１０ｂの交換の代わりに中間光学系の第１のレンズ群１０ａをズームレンズにすることによっても中間光学系を射出する輪帯状の光束の径を変化させることが可能である。また上記の手段を組み合わせたものでもよい。同様に第３のレンズ群１０ｃの交換によって輪帯光束の径を切り換えてもよい。
【００３５】
本発明の参考例３は、光源と、コレクター光学系と、中間光学系と、コンデンサー光学系よりなる照明光学系で、図８に示すようにコレクター光学系２と中間光学系１０の間にその前側焦点位置が第１の集光位置に一致するように凹レンズからなるレンズ系３を配置し、これにより光源１よりの光が第２の集光位置に集光するようにしたもので、この第２の集光位置に光拡散手段５を配置するようにしたものである。また、前記第２の集光位置は、コンデンサー光学系１１の前側焦点位置と共役になり、それによってケーラー照明が行なえるようにしたものである。この第２の集光位置に配置された光拡散手段により拡散される光の拡散角度が前述の条件つまり下記条件を満足するようにして、中抜けが解消され、必要な照明範囲を均一な光にて照明し得るようにしたものである。
φ≧θ
【００３６】
次に第６の実施形態は、前記の参考例３の照明光学系において、凹レンズよりなるレンズ系３と光拡散手段５とを光路に対して挿脱可能な構成にしたものである。つまり図９（Ａ）に示すように凹レンズよりなるレンズ系３と光拡散手段５とを光路から外した状態と図９（Ｂ）に示すように前記レンズ系３と光拡散手段５とを光路中に挿入した状態とに切り換え可能にした。これにより（Ａ）の均一なケーラー照明と（Ｂ）の輪帯状のクリティカル照明との切り換えが可能になる。
【００３７】
本発明の照明光学系は以上述べたような構成のもので、特許請求の範囲に記載するもののほか下記の各項に記載する照明光学系も本発明の目的を達成し得る。
【００３８】
（１） 特許請求の範囲の請求項１に記載されている照明光学系で、正の焦点距離を有するレンズ系が他のレンズ系と切り換え可能であるかあるいは焦点距離可変のレンズ系であることを特徴とする照明光学系。
【００３９】
（２） 同一光路上で第１の照明形態と第２の照明形態のいずれか一方を形成する照明光学系であって、前記第１の照明形態と前記第２の照明形態は光路上に、光源と、前記光源からの光を輪帯状に反射する反射部材を少なくとも含み前記光源からの光を第１の集光位置に集光させるコレクター光学系と、正の焦点距離を有するレンズ系を備え、前記第１の照明形態は、前記正の焦点距離を有するレンズ系が前記第１の集光位置に前側焦点位置が略一致するように配置され、前記第２の照明形態は、光拡散部材と、前記光源と前記正の焦点距離を有するレンズ系との間に配置される変換レンズ系とを備え、前記変換レンズ系は前記第１の集光位置に前側焦点位置が略一致するように配置され、前記光拡散部材が前記正の焦点距離を有するレンズ系と前記変換レンズ系によって光が集光する第２の集光位置に配置されている照明光学系。
【００４０】
【発明の効果】
本発明の照明光学系によれば、ケーラー照明やクリティカル照明等の様々な観察法において用いられる照明が切り換え行ない得、しかも最適な状態にて行ない得るもので、また切り換えが極めて容易である等の効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１の実施の形態を示す図
【図２】 本発明の第２の実施の形態を示す図
【図３】 本発明の第３の実施の形態を示す図
【図４】 本発明の第４の実施の形態を示す図
【図５】 本発明の第５の実施の形態を示す図
【図６】 本発明の参考例１を示す図
【図７】 本発明の参考例２を示す図
【図８】 本発明の参考例３を示す図
【図９】 本発明の第６の実施の形態を示す図
【図１０】 暗視野対物レンズの構成を示す図
【図１１】 光拡散手段における拡散角度の説明図
【符号の説明】
１ 光源
２ コレクター光学系
３ 挿脱可能なレンズ系
４ 正の焦点距離のレンズ系
５ 光拡散手段
８ 挿脱可能なレンズ系
１０ 中間光学系
１１ コンデンサー光学系
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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