(57)【要約】【課題】集光レンズアレイを用いたケーラー照明系において簡単な構成で顕微鏡対物レンズの交換等に対応して光源の像位置を各顕微鏡対物レンズの後側焦点位置に調整する調整機能を有する顕微鏡用落射照明光学系。【解決手段】顕微鏡の対物レンズをコンデンサレンズと兼用させる顕微鏡用落射照明光学系であって、少なくとも光源１とコリメートレンズ２と集光レンズアレイ３とからなる顕微鏡用落射照明光学系において、集光レンズアレイ３によって結像された光源１の像アレイを投影する投影光学系を備え、投影光学系が光軸に沿う方向に移動調整可能な部分光学系６を備え、対物レンズの後側焦点位置に光源１の像アレイの結像位置を調整可能にした顕微鏡落射照明光学系。【選択図】図１
2007333833.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
顕微鏡の対物レンズをコンデンサレンズと兼用させる顕微鏡用落射照明光学系において、
少なくとも光源とコリメートレンズとレンズアレイと、前記レンズアレイによって結像された前記光源の像アレイを投影する投影光学系を備え、
前記投影光学系が光軸に沿う方向に移動調整可能な部分光学系を備え、
前記対物レンズは複数の顕微鏡対物レンズのうちの１つであり、
前記対物レンズの後側焦点位置に前記光源の像アレイの結像位置を一致させるように調整可能にしたことを特徴とする顕微鏡落射照明光学系。
【請求項２】
前記部分光学系は、発散光を収斂光に変換する正の屈折力を有し、かつ、前記発散光の発散角が前記収斂光の収斂角より大きいことを特徴とする請求項１記載の顕微鏡落射照明光学系。
【請求項３】
前記部分光学系は、最も前記顕微鏡の対物レンズ側に位置するレンズを含むことを特徴とする請求項１又は２記載の顕微鏡落射照明光学系。
【請求項４】
前記集光レンズアレイ又は前記投影光学系中の縮小倍率となっている部分光学系も光軸に沿う方向に移動調整可能にしたことを特徴とする請求項１から３の何れか１項記載の顕微鏡落射照明光学系。
【請求項５】
顕微鏡の対物レンズを介して照明を行う落射照明光学系において、
前記落射照明光学系は、光源と、コリメートレンズと、レンズアレイと、投影光学系を備え、
前記コリメートレンズと前記レンズにアレイよって、所定の位置に前記光源の像が形成され、
前記投影光学系は、拡大光学系と縮小光学系で構成され、
更に前記拡大光学系を載置する移動機構を有し、
前記対物レンズは複数の顕微鏡対物レンズから選択された１つであり、
前記対物レンズの後側焦点位置と前記光源の像が共役となる位置に、前記拡大光学系が移動することを特徴とする落射照明光学系。
【請求項６】
前記拡大光学系は、発散光を収斂光に変換する正の屈折力を有し、かつ、前記発散光の発散角が前記収斂光の収斂角より大きいことを特徴とする請求項５記載の顕微鏡落射照明光学系。
【請求項７】
前記拡大光学系は、前記対物レンズに最も近い位置に配置されたレンズを含むことを特徴とする請求項５又は６記載の顕微鏡落射照明光学系。
【請求項８】
前記レンズアレイ又は前記縮小光学系を載置する別の移動機構を有することを特徴とする請求項５から７の何れか１項記載の顕微鏡落射照明光学系。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、顕微鏡用落射照明光学系に関し、特に、顕微鏡対物レンズの交換等に対応する調整機能を有した顕微鏡用落射照明光学系に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
光学顕微鏡の落射照明光学系において、光源の配光特性に基づく照明ムラを少なくするための光学系が、特許文献１で提案されている。特許文献１では、レンズアレイを用いて光源像アレイを結像させ、その光源像アレイの像を対物レンズの射出瞳位置（後側焦点位置）に結像させるようにしている。
【特許文献１】特開２００５−２８３８７９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、従来の特許文献１に記載の光学系では、顕微鏡対物レンズの交換に対応して光源の像位置を調整する有効な手段は提案されていなかった。そのため、対物レンズを交換すると照明ムラが生じてしまう。
【０００４】
本発明は従来技術のこのような問題点を解決するためになされたもので、その目的は、集光レンズアレイを用いたケーラー照明系において、顕微鏡対物レンズを交換しても照明ムラが生じず、簡単な構成の顕微鏡用落射照明光学系を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成する本発明の顕微鏡落射照明光学系は、顕微鏡の対物レンズをコンデンサレンズと兼用させる顕微鏡用落射照明光学系において、少なくとも光源とコリメートレンズとレンズアレイと、前記レンズアレイによって結像された前記光源の像アレイを投影する投影光学系を備え、前記投影光学系が光軸に沿う方向に移動調整可能な部分光学系を備え、前記対物レンズは複数の顕微鏡対物レンズのうちの１つであり、前記対物レンズの後側焦点位置に前記光源の像アレイの結像位置を一致させるように調整可能にしたことを特徴とするものである。
【０００６】
この場合、前記部分光学系は、発散光を収斂光に変換する正の屈折力を有し、かつ、前記発散光の発散角が前記収斂光の収斂角より大きいものとすることが望ましい。
【０００７】
また、前記部分光学系は、最も前記対物レンズ側に位置するレンズを含むことが望ましい。
【０００８】
また、前記集光レンズアレイ又は前記投影光学系中の縮小倍率となっている部分光学系も光軸に沿う方向に移動調整可能にしてもよい。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の顕微鏡落射照明光学系によれば、射出瞳位置（後側焦点位置）の異なる複数の対物レンズを用いる場合や、オートフォーカス用の光路分割光学系等を挿入する場合にも対応して、照明ムラが少なく均一な照明が可能なケーラー照明を行うようにすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下に、実施例に基づいて本発明の顕微鏡用落射照明光学系を説明する。以下、顕微鏡用落射照明光学系を、単に落射照明光学系と称する。
【００１１】
図１は、第１の実施例の落射照明光学系を説明するための光路展開図である。落射照明光学系としては、更に、コンデンサレンズを兼用する顕微鏡対物レンズを含んでいるが、顕微鏡対物レンズの図示は省いてある。
【００１２】
本発明の落射照明光学系は、集光レンズアレイを用いたケーラー照明系である。具体的には、光源１、コリメートレンズ２、レンズアレイ３、負パワーの像位置調節光学系４、視野絞り５及び正パワーのリレーレンズ６で構成されている。なお、像位置調節光学系４とリレーレンズ６で投影光学系が構成されている。
【００１３】
光源１からの発散光は、コリメートレンズ２によりコリメートされる。そのコリメート光はレンズアレイ３に入射する。レンズアレイ３は、射出側のレンズ面が後側焦点位置と一致する構成となっている。よって、レンズアレイ３に入射したコリメート光は、射出側のレンズ面上に集光される。すなわち、射出側のレンズ面に、中間像（光源１の像）が形成される。このとき、中間像は、各正レンズ（微小レンズ）の配列と数とに対応した像（光源像アレイ）になる。像位置調節光学系４は所定位置に中間像の縮小虚像を形成する。その縮小虚像から発散された光は、視野絞り５とリレーレンズ６を介して、射出瞳位置７に集光される。なお、、射出瞳位置７は、顕微鏡対物レンズ（不図示）の後側焦点位置である。このとき、その射出瞳位置７には、縮小虚像が今度は拡大された実像として形成される。ただし、投影光学系（像位置調節光学系４とリレーレンズ６）は全体として縮小光学系になっている。そのため、中間像は縮小されて顕微鏡対物レンズの射出瞳位置７に投影される。
【００１４】
ところで、顕微鏡対物レンズの後側焦点位置である射出瞳位置７は、顕微鏡対物レンズの種類（例えば、倍率）によって異なる。そのため、ある顕微鏡対物レンズを他の顕微鏡対物レンズに交換すると、射出瞳位置７も変化する。集光レンズアレイを用いたケーラー照明系の特長は、照明ムラが少なく均一な照明が可能であることである。しかしながら、顕微鏡対物レンズの射出瞳位置（後側焦点位置）７が異なると、中間像の投影位置が、交換後の顕微鏡対物レンズの射出瞳位置（後側焦点位置）７と一致しなくなってしまう。すると、照明ムラが発生し、ケーラー照明系が持つ特長が失われてしまう。同様のことが、顕微鏡対物レンズの後側にオートフォーカス用の光路分割光学系を挿入した場合にも生じる。
【００１５】
そこで、本実施例では、投影光学系の一部を光軸方向に移動可能にして、中間像の投影位置を調整するように構成している。これにより、異なる顕微鏡対物レンズが用いられた場合や、顕微鏡対物レンズの後側にオートフォーカス用の光路分割光学系等が挿入された場合でも、中間像の投影位置を顕微鏡対物レンズの射出瞳位置（後側焦点位置）７に一致させることができる。
【００１６】
上記したように、本実施例では投影光学系が縮小光学系になっている。そのため、集光レンズアレイ３を光軸方向に移動調整して中間像の位置を移動させても、投影光学系による投影位置における像の移動距離は、集光レンズアレイ３の移動距離より小さいものになる。その理由は、光学系の縦倍率は横倍率の２乗に等しい関係にあるため、横倍率が１より小さい縮小光学系の場合には、縦倍率である光軸方向の移動距離はその横倍率（＜１）よりも急速に１よりずっと小さくなるからである。
【００１７】
そこで、本実施例では、集光レンズアレイ３を移動するのではなく、拡大光学系を移動可能としている。拡大光学系とは、発散光を収斂光に変換する正の屈折力を有し、かつ、その発散光の発散角がその収斂光の収斂角より大きい光学系である。拡大光学系であれば、拡大光学系の移動が少なくても、投影位置における像の移動距離を大きくすることができる。
【００１８】
具体的には、投影光学系のうちのリレーレンズ６が拡大光学系である。よって、リレーレンズ６が移動可能となっている。このリレーレンズ６は投影光学系の一部であるので、部分光学系ということになる。一方、像位置調節光学系４は縮小光学系であるので、本実施例では移動しないようになっている。このようにすることで、本実施例では、顕微鏡対物レンズの射出瞳位置（後側焦点位置）７の変化が変化しても、射出瞳位置７に中間像の位置を一致させることができる。
【００１９】
図１の実施例の場合、リレーレンズ６は移動機構２０上に載置されている。本実施例では、移動機構はステージである。移動機構２０は、少なくとも光軸に沿う方向に移動可能となっている。また、２１は移動機構２０を制御する制御装置である。本実施例では移動機構２０により、図１に両矢符Ａで示したように、このリレーレンズ６を光軸方向に移動させて、その位置を調整可能にしている。よって、別の顕微鏡対物レンズに交換した場合や、顕微鏡対物レンズの後側にオートフォーカス用の光路分割光学系等を挿入する場合に、リレーレンズ６の光軸方向における位置を調整して、顕微鏡対物レンズの射出瞳位置（後側焦点位置）７に中間像の結像位置を一致させることができる。
【００２０】
このように、リレーレンズ６の移動であれば、その移動量を少なくできる。よって、移動機構が大型になることがない。更に、結像位置を調整することで、別の顕微鏡対物レンズに交換した場合や、オートフォーカス用の光路分割光学系等を挿入した場合でも、照明ムラが少なく均一なケーラー照明が可能になる。
【００２１】
図２は、この図１の顕微鏡用落射照明光学系の変形例を示す図である。図１の場合との違いは、レンズアレイ３も、図２に両矢符Ｂで示したように、光軸方向に移動調整可能にしている点である。レンズアレイ３を移動させるために、移動機構２２と制御装置２３が設けられている。制御装置２３は制御装置２１で兼用してもよい。上記したように、リレーレンズ６は拡大光学系となっているので、少ない移動量で中間像の結像位置を大きく変化させることができる。これに対して、投影光学系全体は縮小光学系になっているため、レンズアレイ３をある程度大きく移動させても、中間像の結像位置は大きく変化しない。そこで、リレーレンズ６の移動調整で中間像の結像位置の粗調整を行い、レンズアレイ３の移動で中間像の結像位置の微調整を行うようにする。このように、両者を併用することで、顕微鏡対物レンズの射出瞳位置（後側焦点位置）７が広範囲で変化した場合でも、簡単にかつ正確に中間像の結像位置を射出瞳位置７に一致させることができる。
【００２２】
なお、投影光学系中の像位置調節光学系４も縮小光学系である。そこで、レンズアレイ３の代わりに、像位置調節光学系４を光軸方向に移動可能にして、上記の微調整を行わせるようにしてもよい。
【００２３】
図３に顕微鏡の光学系の一部を含めた光路図を示す。図３において、１１はバンドパスフィルター、１２はダイクロイックミラー、１０は顕微鏡対物レンズ、１３は標本面である。コリメートレンズ２及びレンズアレイ３によって、中間像（光源１の像）がレンズアレイ３の射出側端面に形成される。中間像は、光源像がアレイ状になっている（光源像アレイ）。中間像からの光はリレーレンズ６で収斂される。収斂された光は、バンドパスフィルター１１とダイクロイックミラー１２とを介して、射出瞳位置７（図１、図２）に集光する。射出瞳位置７は、顕微鏡対物レンズ１０の後側焦点位置である。また、顕微鏡対物レンズ１０はコンデンサレンズを兼ねている。よって、射出瞳位置７に集光された光は、顕微鏡対物レンズ（コンデンサレンズ）１０を介して、標本面１３を照明する。標本面１３は顕微鏡対物レンズ１０の前側焦点位置に位置している。よって、標本面１３はケーラー照明されることになる。
【００２４】
顕微鏡対物レンズ１０は無限遠補正系であるので、標本面（試料）１３からの光は、顕微鏡対物レンズ１０でコリメートされる。コリメートされた光は、ダイクロイックミラー１２と励起光カットフィルター、反射鏡等を経て、結像レンズにより所定の位置に集光する。所定の位置には、標本面（試料）の像が拡大結像される。この像は、接眼レンズを介して拡大観察されたり、撮影光学系を経て撮像・測定される。なお、図３において、励起光カットフィルター、反射鏡及び結像レンズは図示を省略している。
【００２５】
また、標本面１３上の標本（試料）へのオートフォーカスを可能にするために、焦点検出系を設けることがある。その場合、図４に示すように、顕微鏡対物レンズ１０とダイクロイックミラー１２の間の間隔を若干広げて、光路分割光学系１５を挿入する。例えば、対物レンズ側を移動させると、顕微鏡対物レンズ１０の射出瞳位置７（図１、図２）が標本面１３側に移動する。そのため、射出瞳位置７と中間像の投影位置が一致しなくなる。そこで、リレーレンズ６を視野絞り５へ近づくように、矢印８方向へ移動する。このようにして、移動した射出瞳位置７（図１、図２）に中間像の投影位置が一致するように調整する。このようにして、光路分割光学系１５を挿入しても、射出瞳位置７と中間像の投影位置を一致させることができる。このようにすることで、、照明ムラが少なく均一な照明が可能なように対応することができる。
【００２６】
以上、本発明の顕微鏡用落射照明光学系を実施例に基づいて説明してきたが、本発明はこれら実施例に限定されず種々の変形が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の１実施例の顕微鏡用落射照明光学系を説明するための光路展開図である。
【図２】図１の顕微鏡用落射照明光学系の変形例を示す図１と同様の図である。
【図３】本発明の１実施例の顕微鏡用落射照明光学系の顕微鏡の光学系の一部を含めた光路図である。
【図４】図３の状態で顕微鏡対物レンズとダイクロイックミラーの間にオートフォーカス用の光路分割光学系を挿入してリレーレンズを移動調整した状態を示す図である。
【符号の説明】
【００２８】
１…光源
２…コリメートレンズ
３…集光レンズアレイ
４…像位置調節光学系
５…視野絞り
６…リレーレンズ
７…顕微鏡対物レンズの射出瞳位置（後側焦点位置）
８…リレーレンズの移動方向
１０…顕微鏡対物レンズ（コンデンサレンズ）
１１…バンドパスフィルター
１２…ダイクロイックミラー
１３…標本面
１５…光路分割光学系
２０、２２…移動機構
２１、２３…制御装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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