(57)【要約】【課題】ＷＤとＮＡが従来と同様な値でありながら、明るい落射照明を行うことができる顕微鏡装置を提供する。【解決手段】被検物体Ｏからの光を集光する対物レンズ１１及び開口絞りＡＳを含む２つの観察光学系１０と、対物レンズ１１及び開口絞りＡＳを介して被検物体Ｏを照明する照明光学系２０とを有する実体顕微鏡１において、この照明光学系２０は、当該照明光学系２０内の光源Ｓと共役な位置に配置され、２つの観察光学系１０内に照明光を導く光路分割素子２３を有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検物体からの光を集光する対物レンズ及び開口絞りを含む２つの観察光学系と、
前記対物レンズ及び前記開口絞りを介して前記被検物体を照明する落射照明装置と、を有し、
前記落射照明装置を構成する照明光学系は、当該照明光学系内の、光源と共役な位置に配置された、前記２つの観察光学系内に照明光を導く光路分割素子を有することを特徴とする顕微鏡装置。
【請求項２】
前記照明光学系は、当該照明光学系内の前記光源と共役な位置に光源像を形成するリレー光学系を有することを特徴とする請求項１に記載の顕微鏡装置。
【請求項３】
前記照明光学系内の前記リレー光学系は、フライアイレンズを有し、当該フライアイレンズを介して、当該照明光学系内の前記光源と共役な位置に光源像を形成することを特徴とする請求項２に記載の顕微鏡装置。
【請求項４】
前記観察光学系は、前記開口絞りを内蔵し、前記被検物体から発し前記対物レンズから射出した光束を受けて観察倍率を変更するズーム光学系を有し、
前記照明光学系は、さらに前記ズーム光学系を介して前記被検物体を照明することを特徴とする請求項１〜３いずれか一項に記載の顕微鏡装置。
【請求項５】
前記光路分割素子は、前記観察光学系が有する前記開口絞りと略共役な位置に配置されていることを特徴とする請求項１〜４いずれか一項に記載の顕微鏡装置。
【請求項６】
前記光路分割素子は、複数の反射光学素子で構成されていることを特徴とする請求項１〜５いずれか一項に記載の顕微鏡装置。
【請求項７】
前記光路分割素子は、前記照明光学系の光軸に対して傾けて配置された複数のガラスブロックで構成されていることを特徴とする請求項１〜５いずれか一項に記載の顕微鏡装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、顕微鏡装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
顕微鏡装置の一例である平行系実体顕微鏡は、例えば、標本から出た光束を一つの無限遠系対物レンズで集光した後、２つの観察光学系に分割することにより視差を持たせ、立体視観察を可能としている（例えば、特許文献１参照）。このような構成の実体顕微鏡は、アフォーカルズーム光学系と結像レンズとを組み合わせた結像光学系が用いられる。このアフォーカルズーム光学系のズーム比は高倍率化しており、１５〜２０倍程度となっている。また、このアフォーカルズーム光学系の射出側瞳径は低倍側で像側ＮＡが大きく高倍側で像側ＮＡが小さいため、低倍側で大きく、高倍側で小さくなっている。
【０００３】
このような平行系実体顕微鏡に落射照明装置を設ける場合、観察光学系の途中（結像光学系の像側、若しくは対物レンズの像側）より照明光が導入され、また、光源の像を観察光学系の瞳位置近傍（開口絞り位置近傍）に投影させるように配置される。このとき、光源の像の大きさは観察光学系の瞳径（開口絞り径）以上であることが望ましいが、この観察光学系に上述のアフォーカルズーム光学系が含まれると、通常、低倍側で瞳径が大きくなるため、瞳を光源像で満たすことが難しく、反対に、高倍側においては、瞳径以上に光源像が大きくなっている。
【特許文献１】特開平１１−２３１２２７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
一般的に、落射照明を用いた実体顕微鏡において、照明光を明るくするためには、開口数（ＮＡ）の大きな対物レンズが必要となる。しかしながら、実体顕微鏡においては、ＮＡを大きくし過ぎると、標本から対物レンズまでの間隔（ＷＤ）が短くなり、使い勝手が悪くなるとともに、良好な光学性能を得るためには、対物レンズが複雑な構造となってしまうという課題があった。
【０００５】
本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、ＷＤとＮＡが従来と同様な値でありながら、明るい落射照明を行うことができる顕微鏡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】
【０００６】
前記課題を解決するために、本発明に係る顕微鏡装置は、被検物体からの光を集光する対物レンズ及び開口絞りを含む２つの観察光学系と、対物レンズ及び開口絞りを介して被検物体を照明する落射照明装置と、を有して構成される。そして、落射照明装置を構成する照明光学系は、当該照明光学系内の、光源と共役な位置に配置された、２つの観察光学系内に照明光を導く光路分割素子を有することを特徴とする。
【０００７】
このような顕微鏡装置において、照明光学系は、この照明光学系内の光源と共役な位置に光源像を形成するリレー光学系を有することが好ましい。
【０００８】
このとき、照明光学系内のリレー光学系は、フライアイレンズを有し、当該フライアイレンズを介して、この照明光学系内の光源と共役な位置に光源像を形成することが好ましい。
【０００９】
また、このような顕微鏡装置において、観察光学系は、上述の開口絞りを内蔵し、被検物体から発し対物レンズから射出した光束を受けて観察倍率を変更するズーム光学系を有し、照明光学系は、さらにこのズーム光学系を介して被検物体を照明することが好ましい。
【００１０】
また、このような顕微鏡装置において、光路分割素子は、観察光学系が有する開口絞りと略共役な位置に配置されていることが好ましい。
【００１１】
さらに、このような顕微鏡装置において、光路分割素子は、複数の反射光学素子で構成されていることが好ましい。あるいは、光路分割素子は、照明光学系の光軸に対して傾けて配置された複数のガラスブロックで構成されていることが好ましい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明に係る顕微鏡装置を以上のように構成すると、ＷＤとＮＡが従来と同様な値でありながら、明るい落射照明を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の好ましい実施形態について図面を参照して説明する。まず、図１を用いて本実施形態に係る顕微鏡装置の一例として、実体顕微鏡の構成について説明する。この実体顕微鏡１は、被検物体（以下、「物体Ｏ」と呼ぶ）の像を観察するための観察光学系１０と、物体Ｏに照明光を照射する照明光学系２０を有する落射照明装置と、を有して構成される。観察光学系１０は、物体Ｏ側より順に、対物レンズ１１、ズーム光学系１２（このズーム光学系１２は、対物レンズ１１から出射した略平行光束の系を変倍して略平行光束として出射するように構成されているため、以降の説明においては、「アフォーカルズーム系１２」と呼ぶ）、及び、図示しない結像レンズを有し、同じく図示しない接眼レンズを介して観察者が肉眼で物体Ｏを観察することや、結像レンズの焦点面若しくはその共役位置に配置された撮像素子（ＣＣＤ等）によりデジタル画像に変換することを可能としている。なお、この実体顕微鏡１は、平行系実体顕微鏡であるため、１つの対物レンズ１１に対して、互いに平行に配置された２つのアフォーカルズーム系１２及び結像レンズからなる結像光学系が設けられている。また、それぞれのアフォーカルズーム系１２内には、開口絞りＡＳが設けられている。
【００１４】
一方、照明光学系２０は、光源側から順に、光源Ｓから射出端Ｓａに照明光を導く照明用光ファイバＦと、コレクタレンズ２１、第１視野絞りＦＳ１及びリレーレンズ２２から構成され光ファイバ射出端Ｓａと共役な位置（Ｐ）に光源の像を形成するリレー光学系２７と、光路分割素子２３と、フィールドレンズ２４と、第２視野絞りＦＳ２と、照明用結像レンズ２５と、を有して構成される。この照明光学系２０において、光源Ｓからの照明光を導く光ファイバＦの出射端Ｓａから所定のＮＡをもって放射された照明光は、コレクタレンズ２１で略平行光束に変換された後、リレーレンズ２２で集光され光路分割素子２３の先端Ｐ若しくはその近傍に光源Ｓ（出射端Ｓａ）の像を結像する。光路分割素子２３は、リレー光学系２７の光軸上にある先端Ｐを中心に放射状に広がる第１の反射光学素子（例えばミラー）２３ａと、この第１の反射光学素子２３ａと対向するように配置された第２の反射光学素子２３ｂとが組み合わされて構成され、先端Ｐ側から入射した光束（光源Ｓの像）を２つの光束に分割するように構成されたものである。そして、この光路分割素子２３で２つの経路に分割された光束は、それぞれがフィールドレンズ２４及び照明用結像レンズ２５を介して略平行光束に変換され、観察光学系１０のアフォーカルズーム系１２と結像レンズとの間に配置されたダイクロイックミラー等（図示せず）を介してこの観察光学系１０に入射し、アフォーカルズーム系１２及び対物レンズ１１を透過して物体Ｏに照射される。すなわち、この実体顕微鏡１は、照明光学系２０から出射した２光路の照明光を観察光学系１０のアフォーカルズーム系１２及び対物レンズ１１を介して物体Ｏに対して落射照明するように構成されている。ここで、この光路分割素子２３の先端Ｐは、光源Ｓの出射端Ｓａと共役であると共に、さらに、アフォーカルズーム系１２内の開口絞りＡＳと略共役な位置に配置されている。つまり、光路分割素子２３の先端Ｐは瞳共役位置となる。
【００１５】
一般的に落射照明では、照明光の強度は物体側の開口数（ＮＡ）の２乗に比例する。これは、対物レンズ１１の焦点距離が同じ場合、照明光の強度が瞳の面積に比例することになる。図２は、観察光学系１０の光源側瞳ＰＩと、この光源側瞳位置近傍に形成される光源像ＳＩを示している。上述のような構成の実体顕微鏡１においては、アフォーカルズーム系１２が高倍側になると、瞳共役位置Ｐ側から見た射出瞳径φPIは小さくなり、その結果、光源Ｓ（出射端Ｓａ）の像の径φSIより小さくなる。ここで、光源像ＳＩの大きさ（直径φSI）が瞳径φPIの２倍以上ある場合、観察光学系１０の瞳径φPIを制限することなく２つに分割することができる。そして、２つに分割した光源像を観察光学系１０の瞳位置近傍に投影し、対物レンズ１１により標本（物体Ｏ）を照明する場合、瞳の面積が２倍になり、より明るい照明を行うことが可能になる。特に上述のような平行系実体顕微鏡１の場合、機構上、観察光学系１０が２つあるため、分割された光源像からの照明光束を導入させることが容易である。以上より、このような構成の実体顕微鏡１においては、光源像径φSIと観察光学系１０の光源側瞳径φPIとが次の条件式（１）を満足することにより、光源像ＳＩを有効に分割することができ、標本（物体Ｏ）をより明るく照明することが可能となる。
【００１６】
１．５φPI  ＜  φSI                      （１）
【００１７】
なお、上述のように、光路分割素子２３は、観察光学系１０のアフォーカルズーム系１２の開口絞りＡＳと略共役な位置にあるときに、照明光の利用効率が高くなるが、ズーミングによってこのアフォーカルズーム系１２の射出瞳位置は変化する。しかし、上記条件式（１）を満足すれば、光源像ＳＩを有効に分割して標本（物体Ｏ）に照射することができる。
【００１８】
［変形例］
上述のように、射出瞳ＰＩの径φPIと光源像ＳＩの径φSIとが条件式（１）を満足する場合、光源像ＳＩを有効に分割することができるため、光源Ｓの出射端Ｓａの径（光源像ＳＩの径φSI）を大きくすると低倍端側でも光源像ＳＩを有効に分割することができるようになる。しかしながら、出射端Ｓａの径を大きくすると、開口角が広がり、結果として光軸を中心とする中心部は明るくなるが、周辺部は暗くなり照度ムラが発生する。ここでは、この照度ムラを解消するために、図１におけるリレー光学系２７において、リレーレンズ２２の替わりにフライアイレンズ２６を配置した構成の実態顕微鏡１′について図３を用いて説明する。この図３に示す実態顕微鏡１′は、観察光学系１０と照明光学系２０′を有する。なお、図１に示す実態顕微鏡１と同一の構成要素は同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。
【００１９】
照明光学系２０′は、光源側から順に、光源Ｓから射出端Ｓａに照明光を導く照明用光ファイバＦと、コレクタレンズ２１及びフライアイレンズ２６からなるリレー光学系２７と、光路分割素子２３′と、フィールドレンズ２４と、第２視野絞りＦＳ２と、照明用結像レンズ２５と、を有して構成される。ここで、フライアイレンズ２６は複数のマイクロレンズがアレイ状に配置されて構成されたレンズである。なお、この図３に示す実体顕微鏡１′において、光路分割素子２３′は、２つのガラスブロック（例えば平行プリズム）を光軸に対して傾けて配置し、フライアイレンズ２６から出射した光束を２つの光束に分割するとともに、各々の光路を適当な距離にシフトさせるように構成されている。
【００２０】
この照明光学系２０′において、光源Ｓからの照明光を導く光ファイバＦの出射端Ｓａから放射された照明光は、コレクタレンズ２１で略平行光束に変換された後、フライアイレンズ２６を構成する各々のマイクロレンズで集光されてこの照明光学系２０′内の光源Ｓ（出射端Ｓａ）と共役な位置に光源像が形成される。そして、このフライアイレンズ２６から出射した光束は、フライアイレンズ２６の物体側の面の近傍に配置された光路分割素子２３′で２つの光束に分割され、分割された光束のそれぞれがフィールドレンズ２４及び照明用結像レンズ２５を介して略平行光束に変換されて、観察光学系１０のアフォーカルズーム系１２と結像レンズとの間に配置されたダイクロイックミラー等（図示せず）を介してこの観察光学系１０に入射し、アフォーカルズーム系１２及び対物レンズ１１を透過して標本（物体Ｏ）に照射される。なお、図１に示す実体顕微鏡１における第１視野絞りＦＳ１は、図３に示す実体顕微鏡１′においては、フライアイレンズ２６光源Ｓ側の面に相当し、フライアイレンズ２６の対物レンズ１１側の面が瞳共役面Ｐとなる。すなわち、フライアイレンズ２６の光源Ｓ側の面ＦＳ１は第２視野絞りＦＳ２と共役であり、フライアイレンズ２６の対物レンズ１１側の面Ｐは光源Ｓの出射端Ｓａ及びアフォーカルズーム径１２の開口絞りＡＳと共役である。
【００２１】
上述のようにフライアイレンズ２６は複数のマイクロレンズがアレイ状に配置されて構成されているため、それぞれのマイクロレンズによる光源像が標本面（物体Ｏ上）で重なり合い、照度ムラが打ち消され均一な照明を行うことができる。そのため、光源Ｓ（出射端Ｓａ）の径を大きくしても、照度ムラを少なくすることができ、かつ、瞳共役面の有効系を大きくすることができるので、光源像の分割をより容易にすることができる。図４は、図３に示す実体顕微鏡１′における光源側瞳位置での光源像ＦＩを示している。この実体顕微鏡１′においても、射出瞳径が光源像の径の１／２以下となった場合、光源像を有効に分割することができ、標本（物体Ｏ）をより明るく照明することが可能になる。フライアイレンズ２６を用いると、上述のように光源Ｓ（出射端Ｓａ）の径を大きくしても照度ムラが無いため、アフォーカルズーム径１２の低倍側においても、有効に瞳を分割することができる。具体的には、この実体顕微鏡１′は、光源像ＦＩの径φFIと観察光学系１０の光源側瞳径φPI（図２に示す）とが次の条件式（２）を満足することにより、光源像ＦＩを有効に分割することができ、標本（物体Ｏ）をより明るく照明することが可能となる。
【００２２】
１．５φPI  ＜  φFI                      （２）
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明に係る実体顕微鏡の構成を示すレンズ構成図である。
【図２】上記実体顕微鏡における光源側瞳位置での光源像を示す説明図である。
【図３】本発明に係る実体顕微鏡の変形例の構成を示すレンズ構成図である。
【図４】上記変形例における光源側瞳位置での光源像を示す説明図である。
【符号の説明】
【００２４】
１，１′  実体顕微鏡（顕微鏡装置）    １０  観察光学系
１１  対物レンズ    １２  アフォーカルズーム系    ＡＳ  開口絞り
２０，２０′  照明光学系    ２３，２３′  光路分割素子
２６  フライアイレンズ    ２７  リレー光学系    Ｏ  物体（被検物体）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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