(57)【要約】【課題】対物レンズの倍率によらず、広視野で明るい照明光を確保できる顕微鏡照明装置とこれを有する顕微鏡を提供すること。【解決手段】照明光を供給するための光源Ｓと、該光源Ｓから射出した発散光を略平行な光束に変換するためのコレクタレンズＣＬと、該コレクタレンズＣＬの後側焦点位置に配置されたフライアイレンズＦと、該フライアイレンズＦの射出端面に形成された擬似面光源を開口絞りＡＳまたは該開口絞りに共役な面にリレーするためのリレー光学系ＲＬ１、ＲＬ２とを有し、所定の条件を満足すること。【選択図】  図１
2005043517.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
照明光を供給するための光源と、
該光源から射出した発散光を略平行な光束に変換するためのコレクタレンズと、
該コレクタレンズの後側焦点位置に配置されたフライアイレンズと、
該フライアイレンズの射出端面に形成された擬似面光源を開口絞りまたは該開口絞りに共役な面にリレーするためのリレー光学系とを有し、
Ｗを前記光源の幅寸法、Ｄ１を前記光源の高さ寸法、ｆｃを前記コレクタレンズの焦点距離、ｆｅを前記フライアイレンズを構成する一素子の焦点距離、ｄを前記フライアイレンズを構成する一素子の内接円の半径としたとき、
前記光源と前記コレクタレンズと前記フライアイレンズは、
ｄ／２＜（Ｗ２＋Ｄ１２）１／２×（ｆｅ／ｆｃ）＜ｄ
を満足することを特徴とする顕微鏡照明装置。
【請求項２】
前記光源の位置に対して、前記コレクタレンズ側と対向する側に、前記光源の位置を略焦点位置とする凹面ミラーを有し、
Ｗを前記光源の幅寸法、Ｄ２を前記光源の高さ寸法、ｆｃを前記コレクタレンズの焦点距離、ｆｅを前記フライアイレンズを構成する一素子の焦点距離、ｄを前記フライアイレンズを構成する一素子の内接円の半径としたとき、
前記光源と前記コレクタレンズと前記フライアイレンズは、
ｄ／２＜（Ｗ２＋（２×Ｄ２）２）１／２×（ｆｅ／ｆｃ）＜ｄ
を満足することを特徴とする請求項１に記載の顕微鏡照明装置。
【請求項３】
前記フライアイレンズは、一素子の形状が六角形状で、顕微鏡本体に取付けるためのフランジ部が一体成型されていることを特徴とする請求項１または２に記載の顕微鏡照明装置。
【請求項４】
前記光源は、フィラメントからなることを特徴とする請求項１または２に記載の顕微鏡照明装置。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか１項に記載の顕微鏡照明装置を有することを特徴とする顕微鏡。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、顕微鏡の照明装置に関する。
【０００２】
【従来技術】
従来、顕微鏡照明装置では、照明むらの発生しにくいケーラー照明が用いられている。しかし、近年のデジタルカメラの普及に伴い、従来の銀塩写真に代わってデジタルカメラで顕微鏡写真を撮ることが増加している。デジタルカメラで使用される撮像素子（例えば、ＣＣＤ）は、僅かな明るさの差が階調の差となって可視化されるため、銀塩写真よりも照明むらが目立つ傾向に有る。この様な照明むらを改善する顕微鏡照明装置が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００２−６２２５号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
顕微鏡では様々な倍率の対物レンズを切替えて観察を行う。このため、低倍率の対物レンズと高倍率の対物レンズでは、必要な照明範囲および照明条件が異なる。例えば、低倍率の対物レンズで観察する際には広い視野を照明する必要があり、高倍率の対物レンズで観察する際には照明する視野は狭くても良い。一方、照明開口数に関しては、低倍率の対物レンズの場合には対物レンズの開口数が小さいので照明開口数は小さくてよいが、高倍率の対物レンズでは大きな照明開口数が必要となる。照明開口数の大きな照明を行おうとした場合、形成される光源像はコンデンサレンズの開口絞りに対して必要十分な大きさにする必要があり、大きな光源倍率を用いることとなる。
【０００５】
しかし、光源倍率を大きくすると照明できる範囲が狭くなり、低倍率の対物レンズでは観察領域を均一に照明できないという問題（視野欠け）を生じる。通常、顕微鏡照明装置では上述の問題を避けるために光源倍率は低めに設計せざるを得ず、開口絞りの面積に対する光源像の割合（充足率）が低くなり、高倍率の対物レンズでの観察の際には、照明開口数が不足して明るさが不足するという問題がある。
【０００６】
本発明は、上記問題に鑑みて行われたものであり、対物レンズの倍率によらず広視野で明るい照明光を確保できる顕微鏡照明装置とこれを有する顕微鏡を提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明では、照明光を供給するための光源と、該光源から射出した発散光を略平行な光束に変換するためのコレクタレンズと、該コレクタレンズの後側焦点位置に配置されたフライアイレンズと、該フライアイレンズの射出端面に形成された擬似面光源を開口絞りまたは該開口絞りに共役な面にリレーするためのリレー光学系とを有し、Ｗを前記光源の幅寸法、Ｄ１を前記光源の高さ寸法、ｆｃを前記コレクタレンズの焦点距離、ｆｅを前記フライアイレンズを構成する一素子の焦点距離、ｄを前記フライアイレンズを構成する一素子の内接円の半径としたとき、前記光源と前記コレクタレンズと前記フライアイレンズは、
ｄ／２＜（Ｗ２＋Ｄ１２）１／２×（ｆｅ／ｆｃ）＜ｄ
を満足することを特徴とする顕微鏡照明装置を提供する。
【０００８】
また、本発明の別の態様では、前記光源の位置に対して、前記コレクタレンズ側と対向する側に、前記光源の位置を略焦点位置とする凹面ミラーを有し、Ｗを前記光源の幅寸法、Ｄ２を前記光源の高さ寸法、ｆｃを前記コレクタレンズの焦点距離、ｆｅを前記フライアイレンズを構成する一素子の焦点距離、ｄを前記フライアイレンズを構成する一素子の内接円の半径としたとき、前記光源と前記コレクタレンズと前記フライアイレンズは、
ｄ／２＜（Ｗ２＋（２×Ｄ２）２）１／２×（ｆｅ／ｆｃ）＜ｄ
を満足することを特徴とする顕微鏡照明装置を提供する。
【０００９】
また、本発明の別の態様では、前記フライアイレンズは、一素子の形状が六角形状で、顕微鏡本体に取付けるためのフランジ部が一体成型されていることを特徴とする顕微鏡照明装置を提供する。
【００１０】
また、本発明の別の態様では、前記光源は、フィラメントからなることを特徴とする顕微鏡照明装置を提供する。
【００１１】
また、本発明では、前記顕微鏡照明装置を有することを特徴とする顕微鏡を提供する。
【００１２】
【発明の実施形態】
本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。
【００１３】
図１は、本発明にかかる顕微鏡照明装置を搭載した顕微鏡の概略構成図である。図２は、本発明の第１実施形態にかかる顕微鏡照明装置の概略図を示し、（ａ）は照明光学系の概略図を示し、（ｂ）はフライアイレンズの一素子上における光源像の例を示し、（ｃ）はフライアイレンズの一素子の内接円を示す。図３は、本発明の第２実施形態にかかる顕微鏡照明装置の概略図を示し、（ａ）は照明光学系の概略図を示し、（ｂ）はフライアイレンズの一素子上における光源像の例を示し、（ｃ）はフライアイレンズの一素子の内接円を示し、（ｄ）は凹面ミラーによるフィラメントの結像位置関係を示す図である。図４は、本発明の実施形態に用いられるマウント部を一体成型したフライアイレンズの一例を示す。
【００１４】
図１において、光源Ｓから射出された発散光束はコレクタレンズＣＬでほぼ平行な光束に変換される。この時、コレクタレンズＣＬの後側焦点位置には視野絞りＦＳと共役な面が形成される。この位置にフライアイレンズＦを配置するとフライアイレンズＦの射出端面にはフライアイレンズ素子（以後、セルと記す）の個数だけ光源像が形成される。フライアイレンズＦの各セルから射出した発散光束は、視野絞りＦＳ上で各々重なるため、例えば光源に配光特性がある場合でもムラのない均一な照明が可能になる。フライアイレンズＦの射出面から射出された発散光束は、リレーレンズ系ＲＬ１，ＲＬ２を通って開口絞りＡＳへ投影され、コンデンサレンズＣＮＤを介してステージ１０に載置された標本１２を照明する。標本１２からの光は、対物レンズ１４で集光され不図示の結像光学系および接眼レンズ１６を介して観察される。この様にして、本発明の実施形態にかかる顕微鏡照明装置１を搭載した透過型顕微鏡２０が構成されている。
【００１５】
（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態にかかる顕微鏡照明装置に付いて詳述する。
【００１６】
図２（ａ）〜（ｃ）において、光源Ｓから射出された発散光束はコレクタレンズＣＬでほぼ平行な光束に変換される。この時、コレクタレンズＣＬの後側焦点位置には視野絞りＦＳと共役な面が形成される。この位置にフライアイレンズＦの入射端面ＥＮＴと重なるようにフライアイレンズＦを配置する。この時、フライアイレンズの射出端面ＥＸＴにはセルＳｅの個数だけ光源像が形成される。フライアイレンズＦの六角形状の各セルＳｅから射出した発散光束は、視野絞りＦＳ上で各々重なるため、例えば光源に配光特性がある場合でもムラのない均一な照明が可能になる。フライアイレンズＦの射出面ＥＸＴから射出された発散光束は、リレーレンズ系ＲＬ１，ＲＬ２を通って開口絞りＡＳへ投影される。リレー倍率は、フライアイレンズＦ全体の直径、光源Ｓの大きさ、求める光源倍率により決まる。開口絞りＡＳには疑似面光源が投影され、図１に示すコンデンサレンズＣＮＤを介して標本１２を照明する。
【００１７】
本第１実施形態では、セルＳｅに形成される光源像の面積Ｓｉは、光源の面積Ｓｏと、コレクタレンズＣＬの焦点距離ｆｃと、セルＳｅの焦点距離ｆｅとの比によって決まり、以下の関係式で表される。
Ｓｉ＝Ｓｏ×（ｆｅ／ｆｃ）
【００１８】
これより、コレクタレンズＣＬの焦点距離ｆｃが長くなれば光源像の面積Ｓｉは小さくなり、セルＳｅの焦点距離ｆｅが長くなれば光源像の面積Ｓｉは大きくなる。形成された光源像の面積Ｓｉと、セルＳｅの面積の比を充足率と表すと、充足率は、光源の面積Ｓｏと、コレクタレンズＣＬの焦点距離ｆｃと、フライアイレンズＦのセルＳｅの焦点距離ｆｅとにより一意的に決定される。
【００１９】
本実施形態では、図２（ｃ）に示すように、セルＳｅの面積を内接円Ｃｅの面積で近似し、内接円Ｃｅの半径をｄとし、光源Ｓが幅Ｗ、高さＤ１の矩形状のフィラメントｆｌで形成されているとき、フィラメント像ｆｌは以下の条件式（１）を満足している。
（１）  ｄ／２＜（Ｗ２＋Ｄ１２）１／２×（ｆｅ／ｆｃ）＜ｄ
【００２０】
条件式（１）は、セルＳｅ上での光源像（フィラメント像）の充足率を規定するものである。（Ｗ２＋Ｄ１２）１／２は、光源の面積を示し、（Ｗ２＋Ｄ１２）１／２×（ｆｅ／ｆｃ）は、光源像の面積を示している。条件式（１）の下限値を下回ると、セルＳｅ上でのフィラメント像ｆｌの面積は小さくなりすぎ（充足率が小さくなりすぎ）所望の光量が得られなくなるため好ましくない。条件式（１）の上限値を上回ると、セルＳｅ上に投影されるフィラメント像ｆｌの面積がセルＳｅの面積より大きくなりすぎ、セルＳｅ上からはみ出したフィラメント部分の光量が無駄になるため好ましくない。
【００２１】
このように本実施形態では、フライアイレンズＦのセルＳｅの大きさと光源Ｓの持つフィラメントの大きさを調整することにより、対物レンズの倍率によらず広視野で明るい照明が実現できる。また、調整手順としては、使用するコンデンサレンズＣＮＤの種類を決定し、顕微鏡の視野数に応じてフィールドレンズ、コリメートレンズの焦点距離を決め、その後、フライアイレンズＦの焦点距離とセルＳｅの大きさを決める。そして、最後に光源Ｓの大きさを調整し、適する大きさの光源Ｓを設置することが好ましい。
【００２２】
以下の表１に本第１実施形態にかかる顕微鏡照明装置の数値実施例の諸元値を掲げる。諸元値において、Ｗは実際のフィラメントの幅寸法、Ｄ１は実際のフィラメントの高さ寸法、ｆｃはコレクタレンズＣＬの焦点距離、ｆｅはフライアイレンズＦのセルＳｅの焦点距離、ｄはセルＳｅの内接円Ｃｅの半径である。また、諸元表の焦点距離、その他の長さの単位は一般に「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、これに限られるものではない。
【００２３】
【表１】
Ｗ＝３．２
Ｄ１＝４．８
ｆｃ＝２６
ｆｅ＝７．５
ｄ＝２
条件式（１）対応値＝１．６４
上記数値実施例の顕微鏡照明装置において、良好な照明光特性が得られる。
【００２４】
（第２実施形態）
以下、本発明の第２実施形態にかかる顕微鏡照明装置に付いて図３に基づき詳説する。第１実施形態と同等の部材には同じ符号を付し説明を省略する。
【００２５】
図３（ａ）〜（ｄ）は、顕微鏡照明装置の概略構成を示す図である。本第２実施形態と第１実施形態との主な違いは、光源Ｓの位置に対して、コレクタレンズＣＬ側と対向する側（光源Ｓの後方）に焦点位置が光源Ｓの位置にある凹面ミラーＭｉが配置され、光源Ｓであるフィラメントｆａが第１実施形態の光源のフィラメントの高さ寸法より小さいことに有る。
【００２６】
図中で光軸Ｉの下側に配置されたフィラメントｆａから後方に射出された発散光束は、凹面ミラーＭｉで反射され、フィラメントｆａの位置で、図中の光軸Ｉの上側にフィラメント像ｆｂを結像する。光軸に対してフィラメントｆａとフィラメント像ｆｂとは線対称の位置にある。この状態を図３（ｄ）に示す。フィラメントｆａは光軸Ｉから軸ずらし量Ｌだけずらした位置（Ｌはフィラメントｆａの高さ寸法の略半分）に配置されている。フィラメントｆａとフィラメント像ｆｂとの合成フィラメントＦＬからの光は、コレクタレンズＣＬでほぼ平行な光束に変換される。この時、コレクタレンズＣＬの後側焦点位置には視野絞りＦＳと共役な面が形成される。この位置にフライアイレンズＦの入射端面ＥＮＴと重なるようにフライアイレンズＦを配置する。この時、図３（ｂ）に示すようにフライアイレンズの射出端面ＥＸＴには、１つのセルＳｅの中に２つの光源像（フィラメント像）が形成される。このフィラメント像はフィラメントｆａフィラメント像ｆａｒと、フィラメント像ｆｂの第１のフィラメント像ｆｂｍである。フライアイレンズＦの六角形状の各セルＳｅから射出した発散光束は、視野絞りＦＳ上で各々重なるため、例えば光源に配光特性がある場合でもムラのない均一な照明が可能になる。フライアイレンズＦの射出面ＥＸＴから射出された発散光束は、リレーレンズ系ＲＬ１，ＲＬ２を通って開口絞りＡＳへ投影される。リレー倍率は、フライアイレンズＦ全体の直径、光源Ｓの大きさ、求める光源倍率により決まる。開口絞りＡＳには疑似面光源が投影され、図１に示すコンデンサレンズＣＮＤを介して標本１２を照明する。
【００２７】
本第２実施形態では、セルＳｅに形成される光源像の合計の面積Ｓｉは、光源の合計の面積Ｓｏ（Ｓｏ＝２×Ｓｆ；Ｓｆはフィラメントｆａの面積）と、コレクタレンズＣＬの焦点距離ｆｃと、セルＳｅの焦点距離ｆｅとの比によって決まり、以下の関係式で表される。
Ｓｉ＝Ｓｏ×（ｆｅ／ｆｃ）
【００２８】
これより、コレクタレンズＣＬの焦点距離ｆｃが長くなれば光源像の合計の面積Ｓｉは小さくなり、のセルＳｅの焦点距離ｆｅが長くなれば光源像の面積Ｓｉは大きくなる。形成された光源像の面積Ｓｉと、セルＳｅの面積の比を充足率と表すと、充足率は、光源の面積Ｓｏと、コレクタレンズＣＬの焦点距離ｆｃと、フライアイレンズＦのセルＳｅの焦点距離ｆｅとにより一意的に決定される。
【００２９】
本実施形態では、図３（ｃ）に示すように、セルＳｅの面積を内接円Ｃｅの面積で近似し、内接円Ｃｅの半径をｄとし、フィラメントｆａの形状を幅Ｗ、高さＤ２の矩形状とすると、合成フィラメント像ＦＬは、以下の条件式（２）を満足している。
（２）  ｄ／２＜（Ｗ２＋（２×Ｄ２）２）１／２×（ｆｅ／ｆｃ）＜ｄ
【００３０】
条件式（２）は、セルＳｅ上における光源の充足率を規定するものである。条件式（２）の下限値を下回ると、セルＳｅ上での合成フィラメントＦＬ像の面積が小さくなりすぎ（充足率が小さくなりすぎ）所望の光量が得られなくなるため好ましくない。条件式（２）の上限値を上回ると、セルＳｅ上に投影される合成フィラメントＦＬ像の面積がセルＳｅの面積より大きくなりすぎ、セルＳｅ上からはみ出した合成フィラメントＦＬ部分の光量が無駄になるため好ましくない。
【００３１】
本第２実施形形態ではフィラメントｆａの高さＤ２は、第１実施形態のフィラメントの高さＤ１の略半分で、第１実施形態と同等の充足率を達成することができる。このため、光源Ｓの消費電力は第１実施形態に比べて少なくすることが可能となる。
【００３２】
以下の表２に本第２実施形態にかかる顕微鏡照明装置の数値実施例の諸元値を掲げる。諸元値において、Ｗはフィラメントｆａの幅寸法、Ｄ２はフィラメントｆａの高さ寸法、ｆｃはコレクタレンズの焦点距離、ｆｅはフライアイレンズＦのセルＳｅの焦点距離、ｄはセルＳｅの内接円Ｃｅの半径、Ｌはフィラメントｆａの光軸からの軸ずらし量である。また、諸元表の焦点距離、その他の長さの単位は一般に「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、これに限られるものではない。
【００３３】
【表２】
Ｗ＝４．７
Ｄ２＝２．２
ｆｃ＝２６
ｆｅ＝７．５
ｄ＝１
Ｌ＝１．２
条件式（２）対応値＝１．８５
上記数値実施例の顕微鏡照明装置において、良好な照明光特性が得られる。
【００３４】
また、全ての実施形態において、図４に示すように、フライアイレンズＦは、顕微鏡本体の取付部に取付けられるマウント部ＭｏがセルＳｅとプラスチックまたは硝子の一体射出成型にて製造されている。これにより、照明光学系に容易にマウントでき、一定品質かつ安価にフライアイレンズＦ提供することが可能となる。
【００３５】
また、リレー光学系ＲＬ１とＲＬ２との間には視野絞りＦＳ面が形成される。ここで、リレー光学系ＲＬ１，ＲＬ２に色収差が残存していると、観察時に絞りが色づいて見えてしまう。このため、リレー光学系は色収差補正のために接合レンズを用いることが望ましい。
【００３６】
なお、フライアイレンズＦのセルＳｅの断面形状は六角形に限らず多角形形状や円形状であっても良い。また、光源にはフィラメント以外にもハロゲンランプや水銀ランプなどの高輝度ランプ、またはＬＥＤやＬＤおよびＬＥＤアレーやＬＤアレーなどを使用しても良いが、光源像を形成する光源部が略矩形を形成するものが好ましい。
【００３７】
なお、上述の実施の形態は例に過ぎず、上述の構成や形状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。
【００３８】
【発明の効果】
上述のように、本発明では、対物レンズの倍率によらず、広視野で明るい照明光を確保できる顕微鏡照明装置とこれを有する顕微鏡を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる顕微鏡照明装置を搭載した顕微鏡の概略構成図である。
【図２】本発明の第１実施形態にかかる顕微鏡照明装置の概略図を示し、（ａ）は照明光学系の概略図を示し、（ｂ）はフライアイレンズの一素子上における光源像の例を示し、（ｃ）はフライアイレンズの一素子の内接円を示す。
【図３】本発明の第２実施形態にかかる顕微鏡照明装置の概略図を示し、（ａ）は照明光学系の概略図を示し、（ｂ）はフライアイレンズの一素子上における光源像の例を示し、（ｃ）はフライアイレンズの一素子の内接円を示し、（ｄ）は凹面ミラーによるフィラメントの結像位置関係を示す図である。
【図４】本発明の実施形態に用いられるマウント部を一体成型したフライアイレンズの一例を示す。
【符号の説明】
１      顕微鏡照明装置
１０    ステージ
１２    標本
１４    対物レンズ
１６    接眼レンズ
２０    透過型顕微鏡
Ｓ      光源
ＣＬ    コレクタレンズ
Ｆ      フライアイレンズ
ＦＳ    視野絞り
ＡＳ    開口絞り
ＲＬ１、ＲＬ２    リレーレンズ
Ｓｅ    セル（一素子）
ｄ      半径
Ｃｅ    内接円
ｆａ    フィラメント
Ｗ      フィラメント幅寸法
Ｄ１、Ｄ２      フィラメント高さ寸法
Ｍｉ    凹面ミラー
ｆｌ、ｆｂ，ｆａｒ、ｆｂｍ  フィラメント像
Ｉ      光軸
ＦＬ    合成フィラメント
【図１】
2005043517.tif 000003
【図２】
2005043517.tif 000004
【図３】
2005043517.tif 000005
【図４】
2005043517.tif 000006