JP2002090643A - 輪帯光形成用光学素子とそれを用いた検出装置 - Google Patents

輪帯光形成用光学素子とそれを用いた検出装置

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Hironori Kobayashi
弘典 小林
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Masaki Ishizaka
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 光強度分布にムラのない輪帯光を形成するこ
と。 【解決手段】 互いに平行な上面と下面を有し上面は下
面よりも小さい直径を有する円錐台形状の透光部材と、
遮光部材とを備え、透光部材は下面に同軸に形成された
円錐形状の凹部を有し、透明部材の円周面と凹部の円周
面とが互いに平行であり、前記上面から透明部材に同軸
に入射する光束が凹部の円周面と透明部材の円周面とで
反射され前記下面から出射して輪帯光を形成し、遮光部
材は前記上面側に設けられて前記上面から凹部の頂点部
分に入射する光を遮光する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は輪帯光形成用光学
素子とそれを用いた撮像装置に関し、とくに輪帯光を用
いた限外照明(暗視野照明)による撮像技術に関する。
【0002】
【従来の技術】従来のこのような撮像装置においては、
入射するレーザビームを垂直に放射状に反射する円錐状
の外面反射体と、放射状に反射されたレーザビームを反
射してリング状のビーム(輪帯光)を形成する円錐状の
内面反射体からなる光学素子を使用し、その光学素子で
形成した輪帯光を対物レンズの外側から対象物に照射
し、対物レンズを介して対象物を撮像するようにしたも
のが知られている。
【0003】そして、このような輪帯光を形成する光学
素子としては、それぞれ独立して製作した外面反射体と
内面反射体とを組合わせたものや、外面反射体と内面反
射体とを一体に有するプリズムなどを使用し、入射ビー
ムを放射状に反射する円錐状の外面反射体の後方にそれ
と同軸に配置した遮光板を設け、それによって輪帯光の
形成時に生じる迷光を除去するようにしている(例え
ば、特開平6−160723号公報参照)。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】ところで、このような
光学素子では、入射するビームから効率よく輪帯光を形
成するために、円錐状の外面反射体の頂点部分が面積を
持たない完全な一点であることが求められるが、実際に
は、外面反射体は機械加工又は成形加工によって製作さ
れるため、その頂点部分は不完全な半球状又は多面体状
となる。従って、このような不完全な半球状又は多面体
状の頂点部分は入射したビームをその入射方向に垂直
に、かつ、360度にわたって均一に分散して反射でき
ないため、形成する輪帯光の強度分布にムラが生じる。
そして、この強度分布のムラの発生は、外面反射体の後
方に配置した遮光板では防止できないという問題点があ
る。
【0005】この発明はこのような事情を考慮してなさ
れたもので、外面反射体の頂点部分に入射するビーム
を、入射する前に遮光することにより、ムラのない輪帯
光を形成することが可能な輪帯光形成用光学素子と、そ
れを用いた撮像装置を提供するものである。
【0006】
【課題を解決するための手段】この発明は、互いに平行
な上面と下面を有し上面は下面よりも小さい直径を有す
る円錐台形状の透光部材と、遮光部材とを備え、透光部
材は下面に同軸に形成された円錐形状の凹部を有し、透
明部材の円周面と凹部の円周面とが互いに平行であり、
前記上面から透明部材に同軸に入射する光束が凹部の円
周面と透明部材の円周面とで反射され前記下面から出射
して輪帯光を形成し、遮光部材は前記上面側に設けられ
て前記上面から凹部の頂点部分に入射する光を遮光する
輪帯光形成用光学素子を提供するものである。
【0007】
【発明の実施の形態】この発明の透光部材の材料として
は、例えばアクリル樹脂が挙げられる。これは透明性と
光学的性質に優れるためである。特に、PMMA樹脂は
光学特性以外に成形加工性にも優れ、射出成形、押出成
形、注型成形などが可能であるため、その材料として好
ましい。透光部材は、円錐台形で、かつ、その下面に同
軸に円錐形状の凹部を有するように加工されるが、その
加工には、例えば射出成形を用いることができる。
【0008】また、透光部材は凹部の周面から光軸に直
角に360度わたって放射するビームを下面方向へ反射
する円周面を少なくとも備えることが必要であるが、そ
の形状は、必ずしも完全な円錐台形状である必要はな
い。従って、その仕上がり形状は加工性やその設置治具
などを考慮して部分的に変形したものであってもよい。
【0009】透光部材の円錐形凹部の加工に際しては、
精密な機械加工又は成形加工を用いても、その頂点部分
を完全に面積を持たない尖頭に加工することは困難であ
るため、この発明ではその頂点部分が半球形状、多面体
形状平面状又はその他の形状となる加工方法を採用す
る。この不完全に加工された頂点部分に入射する光ビー
ムは輪帯光の強度分布にばらつき生じさせるので、この
発明では入射ビームを予め遮光する遮光部材を備えるよ
うにしている。
【0010】従って、不完全に加工された頂点部分の光
ビーム入射側(透光部材の上面側)から見た面積が小さ
いほど、遮光部材の面積を小さく設定でき、入射ビーム
エネルギーの利用効率を高くすることができる。つま
り、頂点部分に入射するビームは遮光部材により遮光さ
れるので、その形状はどのようなものであってもよく、
要はビーム入射側から見た頂点部分(不完全加工部分)
の面積が最小となるような形状に加工されることが好ま
しい。
【0011】この発明では、頂点部分が半球状の形状を
有する場合には、遮光部材は円形で、頂点部分の直径に
等しいかそれより大きい直径を有するようにしている。
また、遮光部材は金属や、樹脂など不透明な材料を用い
て形成される。遮光部材は、円錐台形の上面に直接形成
又は接着されてもよく、他の透明板の一部に形成又は設
置されてもよい。遮光部材が形成又は接着された透明板
は、円錐台形の上面に密着又は離して設置される。
【0012】そこで、遮光部材は、中心に孔を有するマ
スクで円錐台の上面又は他の透明板を覆い、遮光性材料
を塗布又は蒸着することにより形成することができる。
円錐形状の凹部はその中心角が90度であり、その透明
部材の凹部と円錐台形部分の円周面とが互いに平行な状
態であることが好ましいが、必ずしもそれに限定される
ものではなく、相互の反射面の関係が全反射条件を満た
していればよい。また、円錐形状の凹部の中心角が全反
射条件を満たせない場合は、その透明部材の凹部と円錐
台形部分の円周面とが互いに平行な状態であってもその
面に透明部材外部よりアルミ蒸着などの反射膜が必要と
なる。
【0013】また、この発明は、上記輪帯光形成用光学
素子と、前記光学素子に光束を入射する光源と、前記光
学素子により形成された輪帯光を検出対象に導いて検出
対象を限外照明する環状ミラーと、限外照明された検出
対象を検出する検出素子とを備える検出装置を提供する
ものである。ここで、検出素子には撮像素子や散乱光検
出素子が使用できる。
【0014】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。
【0015】図1はこの発明の輪帯光形成用光学素子の
実施例を示す断面図である。同図において、光学素子1
は、互いに平行な上面2と下面3を有し上面2は下面よ
りも小さい直径を有する円錐台形状の透光部材4と、遮
光部材5とを備える。透光部材4は下面3に同軸に形成
された円錐形状の凹部6を有する。透明部材4の円周面
7と凹部6の円周面8とが互いに平行である。光学素子
1はPMMA樹脂を材料として射出成形によって加工さ
れる。
【0016】光学素子1の寸法は次の通りである。 上面2の直径A=30mm 下面3の直径B=50mm 厚さT=15mm 凹部6の最大直径C=20mm 凹部6の中心角θ=90°
【0017】また、凹部6の頂点部分9は、図2に示す
ようにほぼ半球状であり矢印K方向(ビーム入射方向)
から見た半球状部分の直径Dは60μmである。図1の
遮光部材5は、上面2の中心に蒸着された直径E=10
0μm、厚さ1μmのアルミニウム箔であり、上面2の
表面をマスクで覆い上面2の外周を基準としてその中心
に直径100μmの孔を形成しその孔を介してアルミニ
ウムを蒸着することによって得られる。
【0018】図3に示すように、光学素子1の上面の中
心2へ矢印L方向からビーム径F=8mmの光ビームが
入射されると、その光ビームは円周面8によって反射さ
れ入射ビームの光軸に直交して360度方向に一様に分
散される。分散されたビームは円周面7で反射され輪帯
光に変換されて下面3から出射される。この場合、入射
ビームの中心において直径100μmの光束は遮光部材
5によって遮光され、凹部6の頂点部分9(直径60μ
m)に入射する光は存在しないので、頂点部分9で不規
則に光が反射して輪帯光中に混じることがない。従っ
て、強度分布の一様な輪帯光が得られる。なお、上面2
の表面には反射防止膜としてMgF2膜が成膜されてい
る。
【0019】なお、図2に示す頂点部分9の直径Dは6
0μmであり、この値が小さいほど入射ビームの輪帯光
への変換効率が向上することは、すでに述べた通りであ
るが、この発明において直径Dは頂点部分9に対応する
射出成形用の型の形状を工夫することにより、さらに小
さくできることが確認されている。例えば、図6に示す
ように頂点部分9が円筒形になる型を用いるとD=17
μm、図7に示すように頂点部分が平坦面になる型を用
いると、D=20μmとなる。直径Dが小さくなると、
当然遮光部材5のサイズも小さくすることができる。
【0020】図4は、図3に示す遮光部材5を透明板
(例えばアクリル樹脂板)10の上に設けた場合を示す
が、この場合も図3の場合と同様の遮光効果を得ること
ができる。なお、図4において透明板10を上面2に密
着させてもよい。
【0021】図5は光学素子1を用いた検出装置を示す
構成説明図である。筺体30には、側面に光源(レーザ
光源)21と散乱光検出部29とが取付けられ、内部に
平面ミラー22、輪帯光形成用光学素子1、リング状平
面ミラー23、ハーフミラー27,平面ミラー28が設
けられている。筺体30から突出した鏡筒31には、内
部に対物レンズ26、先端に収束用ミラー24が設置さ
れている。同図において、光源21から出射された光ビ
ーム(ビーム径8mm)L1はミラー22で直角に反射
され輪帯光形成用光学素子1に入射される。光学素子1
は入射された光ビームL1から輪帯光L2を形成する。
輪帯光L2はリング状平面ミラー23で直角に反射され
収束用ミラー24へ導かれる。
【0022】収束用ミラー24は輪帯光L2を対物レン
ズ26の外側から対象物25上に収束させ対象物25を
限外照明する。照明された対象物25からの散乱光は対
物レンズ26、ハーフミラー27,平面ミラー28を介
して散乱光検出部29へ導かれ、対象物25の散乱光が
検出される。また、照明された対象物25からの画像光
は対物レンズ26、ハーフミラー27を介してCCDカ
メラ31へ導かれ、対象物25の画像がCCDカメラ3
1によって撮像される。輪帯光形成用光学素子1によっ
て形成される輪帯光L2には輝度分布にムラがないの
で、対象物25が好適に照明され品質の高い画像が得ら
れる。
【0023】
【発明の効果】この発明によれば、入射ビームを反射し
て光軸に直角に360度に分散する円錐状の反射面にお
いて、その頂点部分に入るビームを遮光するようにした
ので、頂点部分で不規則に反射して輪帯光に混入する光
成分が除去され、強度分布が均一な輪帯光を形成するこ
とができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の実施例の輪帯光形成用光学素子の断
面図である。
【図2】図1の要部拡大図である。
【図3】実施例の作用を示す説明図である。
【図4】この発明の変形例の構成と作用を示す説明図で
ある。
【図5】この発明の輪帯光形成用光学素子を用いた撮像
装置の構成説明図である。
【図6】図1の輪帯光形成用光学素子の凹部の頂点部分
の他の例を示す断面図である。
【図7】図1の輪帯光形成用光学素子の凹部の頂点部分
のさらに他の例を示す断面図である。
【符号の説明】
1 輪帯光形成用光学素子 2 上面 3 下面 4 透光部材 5 遮光部材 6 凹部 7 円周面 8 円周面 9 頂点部分
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 井邨 泰之 神戸市中央区脇浜海岸通1丁目5番1号 シスメックス株式会社内 (72)発明者 石坂 正樹 神戸市中央区脇浜海岸通1丁目5番1号 シスメックス株式会社内 Fターム(参考) 2H052 AC06 AC17 AC27 AC34 AF14

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 互いに平行な上面と下面を有し上面は下
    面よりも小さい直径を有する円錐台形状の透光部材と、
    遮光部材とを備え、透光部材は下面に同軸に形成された
    円錐形状の凹部を有し、透明部材の円周面と凹部の円周
    面とが互いに平行であり、前記上面から透明部材に同軸
    に入射する光束が凹部の円周面と透明部材の円周面とで
    反射され前記下面から出射して輪帯光を形成し、遮光部
    材は前記上面側に設けられて前記上面から凹部の頂点部
    分に入射する光を遮光する輪帯光形成用光学素子。
  2. 【請求項2】 透光部材は上面に反射防止膜が形成され
    てなる請求項1記載の輪帯光形成用光学素子。
  3. 【請求項3】 円錐形状の凹部は、その中心角が90度
    である請求項1記載の輪帯光形成用光学素子。
  4. 【請求項4】 遮光部材は前記上面の中心に設けられて
    なる請求項1記載の輪帯光形成用光学素子。
  5. 【請求項5】 遮光部材は、中心に孔を有するマスクで
    円錐台形の上面を覆い、遮光性材料をマスクの孔を介し
    て上面に塗布することにより形成される請求項1記載の
    輪帯光形成用光学素子。
  6. 【請求項6】 遮光部材は、中心に遮光部を有し前記上
    面を覆う円盤状の透明板である請求項1記載の輪帯光形
    成用光学素子。
  7. 【請求項7】 円錐形状の凹部の頂点部分が半球状の形
    状を有し、遮光部材は円形で直径が頂点部分の直径に等
    しいかそれよりも大きい請求項1記載の輪帯光形成用光
    学素子。
  8. 【請求項8】 請求項1記載の輪帯光形成用光学素子
    と、前記光学素子に光束を入射する光源と、前記光学素
    子により形成された輪帯光を検出対象に導いて検出対象
    を限外照明する環状ミラーと、限外照明された検出対象
    を検出する検出素子とを備える検出装置。
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