(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光素子、受光口から受光した発光素子からの光を出射口から出射する導光素子、および、導光素子の出射口からの光を輪帯光に変換する輪帯光変換用光学素子を含み、輪帯光変換用光学素子により変換された輪帯光を出射する光源部と、
対物レンズと、
前記輪帯光を対物レンズの外側から収斂させて対象物を照射する円錐ミラーと、
照明された対象物を対物レンズを介して撮像する撮像素子と、
光源部と撮像素子と対物レンズとを収容するハウジングを備え、
前記ハウジングは、光源部と撮像素子と円錐ミラーとを対物レンズの光軸上に配列すると共に光源部と対物レンズとの間に撮像素子を支持してなる顕微鏡カメラ。
【請求項２】
光源部は複数の発光素子を含み、
複数の発光素子からの光を導光素子の受光口へ導く導光用光学素子をさらに備える、請求項１記載の顕微鏡カメラ。
【請求項３】
導光用光学素子がミラーと集光レンズとからなり、
ミラーは複数の発光素子からの光を反放射状に反射する円錐状内面反射ミラーと、その反放射状の反射光を集光レンズに導く円錐状外反射ミラーとからなり、
集光レンズはミラーからの光を導光素子の受光口へ集光する請求項２記載の顕微鏡カメラ。
【請求項４】
輪帯光変換用光学素子がコリメートレンズと第２ミラーとからなり、
コリメートレンズは導光素子からの出射光を平行光に変換して第２ミラーに導き、
第２ミラーはその平行光を放射状に反射する円錐状外面反射ミラーと、放射状の反射光を受けて輪帯光に変換する円錐状内面反射ミラーからなる請求項１〜３の何れかに記載の顕微鏡カメラ。
【請求項５】
導光素子が光ファイバーからなる請求項１〜４の何れかに記載の顕微鏡カメラ。
【請求項６】
複数の発光素子は選択的に点灯可能である請求項２又は３に記載の顕微鏡カメラ
【請求項７】
対物レンズと撮像素子とを保持する円筒部材と、
ハウジング内に円筒部材を同軸に保持するリング状透光部材と、をさらに備え、
光源部からの輪帯光がリング状透光部材を介して円錐ミラーに到達する請求項１〜６の何れかに記載の顕微鏡カメラ。
【請求項８】
撮像素子と対物レンズとの間の光軸上に設けられたミラーと、
ハウジングの外周壁に設けられた光検出素子と、
ハウジングの周壁を貫通する開口と、をさらに備え、
光検出素子は開口とミラーと対物レンズとを介して対象物からの光情報を検出する請求項１〜７の何れかに記載の顕微鏡カメラ。
【請求項９】
ハウジングの外周壁に設けられた第２光源部と、
撮像素子と対物レンズとの間の光軸上に設けられたミラーと、
ハウジングの周壁を貫通する開口と、をさらに備え、
第２光源部は開口とミラーと対物レンズを介して対象物を同軸落射照明する請求項１〜７の何れかに記載の顕微鏡カメラ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は顕微鏡カメラに関し、とくに、光源と対物レンズと撮像素子とを一体に備え、対象物からの光情報の検出や対象物の撮像などを行う装置に関するものであり、例えば、粒子検出装置や表面検査装置として有効に利用される。
【０００２】
【従来の技術】
従来この種の装置においては、円筒状ハウジングと、その先端に設けた対物レンズと、その他端に設けた撮像素子と、対物レンズと撮像素子との間に設けたリング状ミラーと、円筒状ハウジングの外部に設けられリング状ミラーに輪帯光（円筒状ビーム）を照射する光源部と、リング状ミラーからの輪帯光を対象物上に収斂させる円錐ミラーを備え、対象物を照明して撮像するようにした装置が知られている（例えば、特開平６−１６０７２３号公報参照）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のこのような装置においては、光源部が対物レンズの光軸上に存在しないため装置全体が複雑で大型化するという問題があった。この発明はこのような事情を考慮してなされたもので、簡単で小型化された顕微鏡カメラを提供するものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
この発明は、発光素子、受光口から受光した発光素子からの光を出射口から出射する導光素子、および、導光素子の出射口からの光を輪帯光に変換する輪帯光変換用光学素子を含み、輪帯光変換用光学素子により変換された輪帯光を出射する光源部と、対物レンズと、前記輪帯光を対物レンズの外側から収斂させて対象物を照射する円錐ミラーと、照明された対象物を対物レンズを介して撮像する撮像素子と、光源部と撮像素子と対物レンズとを収容するハウジングを備え、前記ハウジングは、光源部と撮像素子と円錐ミラーとを対物レンズの光軸上に配列すると共に光源部と対物レンズとの間に撮像素子を支持してなる顕微鏡カメラを提供するものである。
【０００５】
【発明の実施の形態】
この発明の光源部から出射される輪帯光とは、断面がリング状の円筒状光ビームである。
光源部は複数の発光素子と、受光口から受光した光を混合して出射口から出射する導光素子と、複数の発光素子からの光を導光素子の受光口へ導く第１光学素子と、導光素子の出射口からの光を輪帯光に変換する第２光学素子からなってもよい。
【０００６】
第１光学素子が第１ミラーと集光レンズとからなり、第１ミラーは複数の発光素子からの光を集光レンズに導き、集光レンズは第１ミラーからの光を導光素子の入射光へ集光してもよい。第１ミラーは発光素子からの光を反放射状に（中心に向けて）反射する円錐状内面ミラーと、その反放射状の反射光を集光レンズに導く円錐状外面ミラーとからなってもよい。
【０００７】
第２光学素子がコリメートレンズと第２ミラーとからなり、コリメートレンズは導光素子からの出射光を平行光に変換して第２ミラーに導き、第２ミラーはその平行光を放射状に反射する円錐状外面反射ミラーと、放射状の反射光を輪帯光に変換する円錐状内面反射ミラーからなってもよい。
【０００８】
導光素子は光ファイバーからなることが好ましい。それによって複数の発光素子からの光束はコヒーレンスが低減され好適に混合される。
複数の発光素子は選択的に点灯可能であってもよい。
１つのみの発光素子が点灯しても導光素子と第２光学素子の作用により輪帯光が生成される。
【０００９】
対物レンズと撮像素子とを保持する円筒部材と、ハウジングと円筒部材との間に介在してハウジング内に円筒部材を同軸に保持するリング状透光部材をさらに備え、光源部からの輪帯光がリング状透光部材を介して円錐ミラーに到達するようにしてもよい。この場合、リング状透光部材は、ある程度の機械的強度と高い透明度を有する材料、例えばアクリル樹脂やガラスなどで形成されることが好ましい。
【００１０】
円錐ミラーは、光源部と円錐ミラー間の光路長が調整可能であるようにハウジングに支持されることが好ましい。それによって対象物に対する照明光のスポット径を調整できる。
光源部が複数の発光素子を備える場合、それらはレーザダイオード，パルスレーザ，ダイオード，発光ダイオードの少なくとも１つの種類からなってもよい。
【００１１】
撮像素子と対物レンズとの間の光軸上に設けられたミラー（例えばダイクロイックミラー）と、ハウジングの外周壁に設けられた光検出素子と、ハウジングの周壁を貫通する開口とをさらに備え、光検出素子が開口とミラーと対物レンズとを介して対象物からの光情報を検出するようにしてもよい。
【００１２】
ハウジングの外周壁に設けられた第２光源部と、撮像素子と対物レンズとの間の光軸上に設けられたミラー（例えばハーフミラー）と、ハウジングの周壁を貫通する開口とさらに備え、第２光源部が開口とミラー（例えばハーフミラー）と対物レンズを介して対象物を同軸落射照明するようにしてもよい。
撮像素子にはＣＣＤを用いることができる。
【００１３】
実施例
以下、図面に示す実施例に基づいてこの発明を詳述する。これによってこの発明が限定されるものではない。
【００１４】
第１実施例
図１はこの発明の第１実施例を示す断面図、図２はその正面図である。これらの図において、外形３８ｍｍ，長さ４７ｍｍの円筒状ハウジング１の先端に対物レンズ３が設置され、その内部に輪帯光Ｂを出射する光源部２と撮像素子４とが対物レンズ３の光軸上に設置されている。また、ハウジング１には輪帯光Ｂを対物レンズ３の外側から収斂させて対象物Ａを照明する円錐ミラー５がハウジング１と同軸に設けられている。
【００１５】
円筒状ハウジング１は、輪帯光Ｂおよび撮像素子４の中心軸が対物レンズ３の光軸と同軸になるように光源部２と対物レンズ３との間に撮像素子を支持する。ここで、撮像素子の中心軸とは、その撮像面の中心における法線をいう。また、対物レンズ３には倍率が１０の非球面短焦点対物レンズを使用し、撮像素子４には４分の１インチＣＣＤボードカメラを使用している。
【００１６】
図３は光源部２の断面図である。光源部２のほぼ中央に位置する基板７上には図４に示すように４つの発光素子６ａ〜６ｄが、同一円周上に等間隔で設置される。基板７は円筒部材８の内部の支持部材９に支持される。支持部材９はその中央に導光素子１０を備える。発光素子６ａ〜６ｄに対向する位置にコリメートレンズ１１ａ〜１１ｄ（１１ｂ，１１ｄは図示しない）が支持部材１２によって支持される。そして、支持部材１２は支持部材９に固定される。
【００１７】
レンズ付きミラー（第１光学素子）１３は図５に示すような断面形状を有するアクリル樹脂製の円盤状透光部材１３ａの一方の面にアルミニウムを蒸着して反射膜１３ｂを形成して反射ミラーとなし、他方の面の中央部を凸状にしてレンズ部１３ｃを形成したものである。レンズ付きミラー１３は円筒部材８の端部に固定された支持部材１４により支持される。レンズ付きミラー１３は第１ミラー（円錐状内面反射ミラー１３ｄと円錐状外面反射ミラー１３ｅ）と集光レンズ１３ｃとを備える。
【００１８】
レンズ付きミラー（第２光学素子）１５は図６に示すような断面形状を有するアクリル樹脂製の円盤状透光部材１５ａの一方の面にアルミニウムを蒸着して反射膜１５ｂを形成し、他方の面の中央部を凸状にしてレンズ部１５ｃを形成したものである。レンズ付きミラー１５は円筒部材１６の端部に固定された支持部材１７により支持される。レンズ付きミラー１５は第２ミラー（円錐状内面反射ミラー１５ｅと円錐状外面反射ミラー１５ｄ）とコリメータレンズ１５ｃとを備える。
【００１９】
図３に示すように、支持部材９と支持部材１４はそれぞれアクリル樹脂製の透光性支持部材１８，１９を介して円筒部材１６の内壁に固定される。なお、ここでは発光素子６ａ〜６ｃには波長８７０ｎｍのパルス半導体レーザを、発光素子６ｄには波長６３５ｎｍの赤色半導体レーザーを使用している。
【００２０】
このように構成された光源部２において、発光素子６ａ〜６ｄから出射した光はコリメートレンズ１１ａ〜１１ｄによってそれぞれ平行光に変換され、平行光に変換された光はレンズ付きミラー１３の円錐状内面反射ミラー１３ｄ、円錐状外面反射ミラー１３ｅにより反射された後、レンズ部１３ｃにより集光され導光素子１０の受光口へ導かれる。受光口から入射した光は導光素子１０によって混合されコヒーレンスが低下されて導光素子１０の出射口から出射される。
【００２１】
導光素子１０から出射された光は、レンズ付きミラー１５のレンズ部１５ｃに入射して平行光に変換され、平行光に変換された光は円錐状外面反射ミラー１５ｅ、円錐状内面反射ミラー１５ｄによって反射され、輪帯光Ｂに変換される。
【００２２】
発光素子６ａ〜６ｄからの光は一旦導光素子１０に集められて混合されるので、少なくとも１つの発光素子が点灯すれば、それによって光源部２は輪帯光Ｂを出射することができる。
なお、導光素子１０には光ファイバー（住友電工（株）製のカレイドスコープ）を用いている。
【００２３】
図７は対物レンズ３と撮像素子４とのアセンブリィを示す断面図であり、撮像素子４は円筒部材２０の内部に接着され、対物レンズ３は円筒部材２０の先端の内ネジ部にネジ止めされる。アクリル樹脂製のリング状透光部材２１，２２が円筒部材２０の外周に嵌め込まれ、円筒部材２０の外ネジ部に内ネジ付きリング２３，２４をネジ止めすることによりそれぞれ固定される。
【００２４】
図８は円筒状ハウジング１を示す断面図であり、円錐ミラー５は、絞り用リング３１の一端に接着され、絞り用リング３１の他端は接続リング３２によって円筒状ハウジング１の先端に接続される。ここで、円筒状ハウジング１と円錐ミラー５とは同軸である。また、接続リング３２は両端の内ネジがそれぞれ円筒状ハウジング１の先端の外ネジおよび絞り用リング３１の外ネジにネジ止めされる。絞り用リング３１の端部の内縁には輪帯光Ｂを絞るための絞り部３１ａが設けられている。
【００２５】
図８は光源部２（図１参照）から円錐ミラー５までの光路長が最短の場合を示すが、絞り用リング３１を軸を中心に回転させると、接続リング３２と絞り用リング３１とを接続するネジの作用により、その光路長を調整することができる。
【００２６】
図１に示す第１実施例の顕微鏡カメラは次のようにして組立てられる。
まず、図８に示す円筒状ハウジング１（円錐ミラー５，絞り用リング３１および接続リング３２が除去された状態のもの）の後端から内部へ図３に示す光源部２を挿入し、円筒部材１６の外周面を円筒状ハウジング１に接着して固定する。
【００２７】
次に、図７に示すアセンブリィを円筒状ハウジング１の先端から内部へ挿入し、光源部２に当接させた後、外ネジ付きリング４１（図１参照）を円筒状ハウジング１の先端の内ネジ部に装着し、リング４１でリング状透光部材２２を押圧してアセンブリィを固定する。
【００２８】
次に、円錐ミラー５を絞り用リング３１に接着した後、接続リング３２を用いて円筒状ハウジング１の先端に装着する。これにより組立て作業は完了する。
なお、図１に仮想線（２点鎖線）で示すように円筒状ハウジング１の後端を延長して、撮像素子４および発光素子６ａ〜６ｄの駆動回路４２を収容することができる。
また、対物レンズ３にフォトダイオードのような光検出素子を内蔵し、対象物Ａからの光情報を検出するようにしてもよい。
【００２９】
このように構成された顕微鏡カメラにおいて、光源部２から輪帯光Ｂが出射されると、輪帯光Ｂはリング状透光部材２１，２２を透過し、絞り用リング３１によって絞られた後、円錐ミラー５により収斂されて対象物Ａを照明する。照明光のスポット径は絞り用リング３１を回転することにより調整される。そして、照明された対象物Ａの像は対物レンズ３により拡大され撮像素子４により撮像される。
【００３０】
なお、発光素子６ａ〜６ｃが近赤外パルス半導体レーザー，発光素子６ｄが赤色連続発光半導体レーザであるので、対象物Ａの種類や撮像する画像の種類に応じて、発光素子６ａ〜６ｄが選択的に点灯される。
【００３１】
第２実施例
図９はこの発明の第２実施例を示す断面図、図１０はその正面図である。これらの図において、外形３８ｍｍ，長さ１２３ｍの円筒状ハウジング５１の先端に対物レンズ５３が設置され、その内部に輪帯光Ｂを出射する光源部５２と撮像素子５４とが対物レンズ５３の光軸上に設置されている。また、ハウジング５１には輪帯光Ｂを対物レンズ５３の外側から収斂させて対象物Ａを照明する円錐ミラー５がハウジング５１と同軸に設けられている。
【００３２】
円筒状ハウジング５１は、輪帯光Ｂおよび撮像素子５４の中心軸が対物レンズ５３の光軸と同軸になるように光源部５２と対物レンズ３との間に撮像素子４を支持する。ここで対物レンズ５３には倍率が２０の短焦点対物レンズを使用し、撮像素子５４には第１実施例の撮像素子４と同等のものを使用している。
【００３３】
対物レンズ５３と撮像素子５４との間には、対物レンズ５３の光軸上に、光軸に対して時計方向に４５度傾斜したダイクロイックミラー１０１が設けられると共に、反時計方向に４５度傾斜したハーフミラー１０２が設けられている。ここでは、ダイクロイックミラー１０１には７００ｎｍ以下の波長の光を反射し７００ｎｍより大きい波長の光を透過させるミラーを使用し、ハーフミラー１０２には６３０〜８７０ｎｍの波長の光に対して５０％を反射し５０％を透過させるミラーを使用している。
【００３４】
円筒状ハウジング５１の外周壁に光センサユニット１０３と光源ユニット１０４が接着されている。光センサユニット１０３は光センサ１０３ａとミラー１０３ｂを備え、光源ユニット１０４は光源部１０４ａとミラー１０４ｂを備える。
【００３５】
また、光センサ１０３ａには６３５ｎｍの波長の光を検出するフォトマルチプライアチューブ（浜松フォトニクス（株）製Ｈ５７８３）を使用し、光源部１０４ａには波長が７８０ｎｍのパルス半導体レーザーを使用している。
【００３６】
そして、円筒状ハウジング５１の周壁には２つの開口１０５と１０６が設けられ、光センサ１０３ａは対物レンズ５３からの光をダイクロイックミラー１０１と開口１０５とミラー１０３ｂを介して受光し、光源１０４ａはミラー１０４ｂと、開口１０６とハーフミラー１０２を介して対物レンズ５３へ導き、対象物Ａに照明光を供給するようになっている。光源部５２は第１実施例の光源部２と同等であるので、その構成の説明は省略する。
【００３７】
図１１は対物レンズ５３，ミラー１０１，１０２および撮像素子５４のアセンブリィを示す断面図である。円筒部材７０の後端から円筒部材１０７が挿入され接着される。円筒部材１０７の内部には、ダイクロイックミラー１０１を接着した円筒部材１０８と、ハーフミラー１０２を接着した円筒部材１０９とが予め挿入されて接着されている。
【００３８】
また、円筒部材７０と１０７には開口１０５ａ，１０５ｂが開口１０５（図９参照）に対応する位置に予め設けられ、円筒部材７０，１０７，１０９には開口１０６ａ，１０６ｂ，１０６ｃが開口１０６（図９）に対応して予め設けられている。
【００３９】
円筒部材１０７が円筒部材７０に挿入された後、対物レンズ５３が円筒部材７０の先端の内ネジ部にネジ止めされる。撮像素子５４は円筒部材７０の後端から挿入され、円筒部材１０８の端部に接着される。そして、アクリル樹脂製のリング状透光部材７１，７２が円筒部材７０の外周に嵌め込まれ、円筒部材７０の外ネジ部に内ネジ付きリング７３，７４をネジ止めすることにより固定される。
【００４０】
図１２は円筒状ハウジング５１を示す断面図であり、円錐ミラー５５は、絞り用リング８１の一端に接着され、絞り用リング３１は接続リング８２によって円筒状ハウジング５１の先端に接続される。円錐ミラー５５，絞り用リング８１および接続リング８２は、それぞれ、第１実施例の円錐ミラー５，絞り用リング３１および接続リング３２と同等の構成を有する。
【００４１】
そして、図９に示す第２実施例の顕微鏡カメラの組立てにおいては、第１実施例と同様に円筒状ハウジング５１内に、光源部５２と、図１１に示すアセンブリィと、対物レンズ５３と、円錐ミラー５５が順次装着された後、円筒状ハウジング５１の外周壁の所定位置に光センサユニット１０３と光源ユニット１０４が接着される。
【００４２】
なお、図９に仮想線（２点鎖線）で示すように円筒状ハウジング５１の後端を延長して、撮像素子５４，光源部５２，１０４ａ、光センサ１０３などの駆動回路９２を収容することができる。
【００４３】
このように構成された顕微鏡カメラにおいて、光源部５２から波長が８７０ｎｍのパルスレーザ光が出射されると、それによって形成された輪帯光Ｂはリング状透光部材７１，７２を透過し、絞り用リング８１によって絞られた後、円錐ミラー５５により収斂されて対象物Ａを照明する。照明された対象物Ａからの光は対物レンズ５３，ハーフミラー１０２，ダイクロイックミラー１０１を介して撮像素子５４に到達する。それによって撮像素子５４は対象物Ａを限外照明により撮像することができる。
【００４４】
次に、光源部５２から波長が６３５ｎｍの赤色レーザー光が出射されると、それによって形成された輪帯光Ｂが対象物Ａを照明する。照明された対象物Ａからの光は対物レンズ５３とハーフミラー１０２を通り、ダイクロイックミラー１０１で反射されミラー１０３ｂを介して光センサ１０３ａにより検出される。
【００４５】
また、光源部１０４ａから出射される波長が７８０ｎｍのパルスレーザー光はミラー１０４ｂとハーフミラー１０２と対物レンズ５３を介して対象物Ａを同軸落射照明する。照明された対象物Ａからの光は、対物レンズ５３とハーフミラー１０２とダイクロイックミラー１０１を介して撮像素子５４に到達する。それによって、撮像素子５４は対象物Ａを同軸落射照明により撮像することができる。
【００４６】
【発明の効果】
この発明によれば、光源部および撮像素子が対物レンズの光軸上に一列に配置されるので、構成が単純でコンパクトな顕微鏡カメラが提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の第１実施例を示す断面図である。
【図２】第１実施例の正面図である。
【図３】この発明の第１実施例の光源部を示す断面図である。
【図４】この発明の第１実施例の発光素子を示す正面図である。
【図５】図１の要部拡大図である。
【図６】図１の要部拡大図である。
【図７】図１の要部のアセンブリィを示す部分断面図である。
【図８】図１の要部詳細図である。
【図９】この発明の第２実施例を示す断面図である。
【図１０】第２実施例の正面図である。
【図１１】図８の要部のアセンブリィを示す部分断面図である。
【図１２】図８の要部の詳細図である。
【符号の説明】
１  円筒状ハウジング
２  光源部
３  対物レンズ
４  撮像素子
５  円錐ミラー
Ａ  対象物
Ｂ  輪帯光
【図１】
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【図２】
0004224153.tif 000003
【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】
0004224153.tif 000009
【図９】
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【図１０】
0004224153.tif 000011
【図１１】
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【図１２】
0004224153.tif 000013