JP2002365555A - 顕微鏡用照明光学系 - Google Patents
顕微鏡用照明光学系Info
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Abstract
で連続的に変化させることができ、常に観察に適した照
野と明るさを得ることの出来る顕微鏡用照明光学系を提
供すること。 【解決手段】光源1と、該光源1からの光を対物レンズ
に導く照明レンズ群と、該照明レンズ群からの光を集光
して標本を照明する対物レンズ系とを備えている。ケー
ラ照明とクリティカル照明とを可能にするため前記光源
1が光軸に沿って移動可能であり、aを光源1の直径、b
を顕微鏡視野の直径、f1を照明レンズ群の焦点距離、
f2を対物レンズ系の焦点距離としたとき、0.15
<|(a×f2)/(b×f1)|<0.5なる条件式を
満足するように構成されている。
Description
系、特にケーラ照明とクリティカル照明とを可能にする
顕微鏡用照明光学系に関する。
から、ケーラ照明光学系は顕微鏡用照明光学系に広く用
いられている。図7は、このケーラ照明光学系を顕微鏡
の落射照明光学系に適用した場合の基本構成を示してい
る。図中、1は光源、2はコレクターレンズ、3は第1
照明レンズ、4は開口絞り、5は視野絞り、6は第2照
明レンズ、7はダイクロイックミラー(あるいはハーフ
ミラー)、8は対物レンズ、9は標本面であって、コレ
クターレンズ2と第1照明レンズ3と開口絞り4と視野
絞り5と第2照明レンズ6は、照明レンズ群を構成して
いる。
レンズで観察できる範囲に比べて視野の中心付近の狭い
範囲を観察することになる。このような場合に好適に用
いられる顕微鏡用照明光学系としては、視野中心の一部
即ち標本面に光源像を投影させて視野中心を重点的に明
るく照明するクリティカル照明光学系が知られている。
図8は、このクリティカル照明光学系を顕微鏡の落射照
明光学系に適用した場合の基本構成を示している。図
中、図7で用いたのと実質上同一の光学部材には同一符
号が用いられている。
用される光源はハロゲンランプやアークランプ(放電ラ
ンプ)であるが、例えばアークランプは光源が0.6m
mと小さいため、これを用いてケーラ照明を行おうとす
ると、ランプの投影像が対物レンズの瞳を満たすことが
出来ないため、視野の明るさが減少する。従って、照野
(照明範囲)と明るさの両方を同時に確保するは出来な
いという問題点があった。また、クリティカル照明では
視野の極く中心部しか照明できないため、実使用面では
問題があった。
題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするとこ
ろは、照明状態をケーラ照明とクリティカル照明の間で
連続的に変化させることができ、常に観察に適した照野
と明るさを得ることの出来る顕微鏡用照明光学系を提供
することにある。
め、本発明による顕微鏡用照明光学系は、光源と、該光
源からの光を対物レンズに導く照明レンズ群と、該照明
レンズ群からの光を集光して標本を照明する対物レンズ
系とを備えた顕微鏡用照明光学系において、ケラー照明
とクリティカル照明とを可能にするため前記照明レンズ
群の一部のレンズ又は前記光源が光軸に沿って移動可能
であり、以下の条件式を満足するようにしたことを特徴
としている。 0.15<|(a×f2)/(b×f1)|<0.5 (1) 但し、aは光源の直径、bは顕微鏡視野の直径、f1は照
明レンズ群の焦点距離、f2は対物レンズ系の焦点距離
である。条件式(1)は、顕微鏡の視野直径に対する標
本面に投影されたアーク像の大きさの比を表している。
この比が上記条件式(1)の下限を下回ると、顕微鏡視
野に対するアーク像が小さくなり過ぎて、クリティカル
照明にした時の明るい視野範囲が小さくなる。また、こ
の場合には、照明系の設計上照明レンズ群の焦点距離が
長くなって、ケーラ照明時の光源の投影倍率が下がり、
視野が暗くなる。上記の比が0.5であれば、顕微鏡視
野直径の半分が投影されたアーク像の大きさとなる。更
に、上記の比が上記条件式(1)の上限を上回る場合
は、クリティカル照明時に標本面に投影されるアーク像
が大きくなって照明範囲が広くなる。ただし、照明レン
ズ群の焦点距離が短くなるため、ケーラ照明時の光源投
影倍率が大きくなり過ぎる。この結果、対物レンズに入
射する光線の角度(NA)が小さくなり、ケーラ照明時に
均一な照明を行うことが難しくなる。
の一部のレンズは単レンズで構成されていることを特徴
としている。これにより、光源像によるレンズ性能の劣
化問題を解消することが出来る。即ち、光源として用い
られる水銀ランプなどのアーク光源像は強力な紫外光を
含むため、前記照明レンズ群の一部のレンズとして接合
レンズを用いると、この光源像が接合レンズの接合面と
一致した場合、接合剤が劣化しレンズ性能に悪影響を及
ぼす結果となるが、単レンズの場合にはこのような問題
は生じない。
系は、光源と、該光源の像を形成して対物レンズの瞳位
置近傍に投影する照明レンズ群とを備えた顕微鏡用落射
照明光学系において、前記照明レンズ群内に標本と共役
な位置に視野絞りを配置する共に、該視野絞りと前記対
物レンズとの間に、前記光源側から順に正の屈折力を持
つレンズ群Aと正の屈折力を持つレンズ群Bとが配置され
ていて、以下の条件式を満足するようにしたことを特徴
としている。 fA < fB 但し、fAはレンズ群Aの焦点距離、fBはレンズ群Bの焦
点距離である。これにより、視野絞りを投影するレンズ
群(レンズ群A及びB)の焦点距離を短くすることがで
き、視野絞り機構を他の照明光学系と共通に使用するこ
とが可能となって、製作コスト上有利となる。
施例を参照して説明する。実施例1 図1は本発明による顕微鏡用照明光学系の第1実施例の
構成を示す光軸に沿う断面図である。この実施例は、光
源(放電ランプ光源)を矢印方向へ移動させる(下記デ
ータ中のd20を16.7702から14.6986(移動量:2.0756m
m)にする)ことにより、ケーラ照明からクリティカル
照明が得られるように構成されている。図中、r1,
r2,…は照明光学系のレンズ各面の曲率半径、d1,d
2,…は照明光学系の各レンズの肉厚及びレンズ間隔、
n1,n2,…は照明光学系の各レンズの屈折率、ν1,
ν2,…は照明光学系の各レンズのアッベ数である。な
お、これらの符号は後述の各実施例においても共通に用
いられている。
る。 r1= ∞(対物瞳) d1=121.5000 r2= 64.2210 d2=7.0000 n2=1.49268 ν2=70.23 r3=-43.2730 d3=0.4000 r4= 43.0250 d4=13.5000 n4=1.49268 ν4=70.23 r5=-20.0000 d5=3.5000 n5=1.60711 ν5=39.29 r6= 98.5500 d6=29.0900* r7= ∞(視野絞り) d7=28.9600 r8= ∞(開口絞り) d8=19.5807 r9=-93.9452* d9=5.0000 n9=1.52236 ν9=64.14 r10=-29.3628* d10=50.0968* r11=-24.8724* d11=8.0000 n11=1.52236 ν11=64.14 r12=-19.7002* d12=26.8762* r13=153.8230 d13=2.5000 n13=1.60711 ν13=39.29 r14=18.8800 d14=10.6300 r15=83.2100 d15=8.0700 n15=1.49268 ν15=70.21 r16=-29.5740 d16=1.0000 r17=34.4940 d17=6.0000 n17=1.49268 ν17=70.21 r18=-185.1800 d18=0.3000 r19=13.3870 d19=8.9300 n19=1.49268 ν19=70.21 r20=19.5520 d20=16.7702* r21=∞(光源) d21=-0.0061S 対物レンズの焦点距離:12.27 条件式(1)の値;0.4 条件式(1)の計算時はアーク像の大きさφ0.3、顕
微鏡の視野直径22mm、結像レンズの焦点距離180
で計算した。
対物レンズと結像レンズにより拡大する無限遠補正の対
物レンズであって、f1を照明レンズ群の焦点距離、f
3を上記結像レンズの焦点距離としたとき、 0.15<|0.0273×f3/f1|<0.5 (2) なる条件を満足することを特徴としているが、本実施例
によれば、上記条件式(2)の値は、0.4である。な
お、条件式(2)の計算時はアーク像の大きさφ0.
3、顕微鏡の視野直径22mm、結像レンズの焦点距離
180で計算した。
構成を示す光軸に沿う断面図である。この実施例は、ケ
ーラ照明からクリティカル照明へと変化する際に照明レ
ンズ群中の一つの単レンズが矢印方向へ移動せしめられ
るようにしている。即ち、この実施例では、クリティカ
ル照明時、下記データ中のd8が21.9008から3
9.0025へ、d10が27.0986から9.996
9へ夫々変化せしめられ、移動量は17.1017mm
となる。
る。 r1= ∞(対物レンズ瞳)d1=101.5000 r2= 75.0696 d2=7.0800 n2=1.49267 ν2=70.23 r3=-37.7820 d3=0.0217 r4=-37.5516 d4=3.3600 n4=1.60711 ν4=39.21 r5=-100.9788 d5=103.1446 r6= ∞( 視野絞り) d6=15.8893* r7=-24.6437* d7=2.2000 n7=1.60711 ν7=39.29 r8= 52.6303* d8=21.9008* r9= 34.4880* n9=1.52236 ν9=64.14 r10=-78.8735* d10=27.0986* r11=153.8230 d11=2.5000 n11=1.60711 ν11=39.29 r12=18.8800 d12=10.6300 r13=83.2100 d13=8.0700 n13=1.49268 ν13=70.21 r14=-29.5740 d14=1.0000 r15=34.4940 d15=6.0000 n15=1.49268 ν15=70.21 r16=-185.1800 d16=0.3000 r17=13.3870 d17=8.9300 n17=1.49268 ν17=70.21 r18=19.5520 d18=15.5000* r19=∞(光源) d19=-0.0001S 対物レンズの焦点距離:−30 条件式(1),(2)の値:0.164 条件式(1),(2)式の計算時はアーク像の大きさφ
0.3、顕微鏡の視野直径22mm、結像レンズの焦点
距離180で計算した。
成される光源像位置とクリティカル照明時に形成される
光源像位置の間に配置されたレンズ群が単レンズで構成
されている。本実施例の場合、ケーラ照明時では、光源
像は対物レンズの瞳位置(r 1)に形成される。一方、
クリティカル照明時では、光源像は視野絞り位置
(r6)に形成される。よって、ケーラ照明時に形成さ
れる光源像位置(r1)とクリティカル照明時に形成さ
れる光源像位置(r6)の間に配置されたレンズ郡は、
単体凸レンズ(r2〜r3)と単体凹レンズ(r5〜r6)
になる。
ズと該単体凹レンズとの間隔が1mm以下、特に0.3
mm以下であることを特徴とする。単体凸レンズと単体
凹レンズの組み合わせによって標本側に視野絞りを投影
する際、鮮明な絞りの像を形成するには単体凸レンズと
単体凹レンズをできるだけ近づけることが好ましい。し
かしながら、単体凸レンズと単体凹レンズを接合すると
紫外光によって接合材が劣化して透過率の低下を招く。
そのため、紫外光励起による蛍光観察に支障をきたす。
一方、単体凸レンズと単体凹レンズをあまりに離すと鮮
明な絞りの像を形成できない。上記第2実施例によれ
ば、この間隔は0.0217であるので、鮮明な絞りの
像を形成することができる。また、接合材を使用してい
ないので、紫外光励起による観察が常時良好に行える。
置に視野絞りが配置され、上記単体凸レンズと単体凹レ
ンズが視野絞りと対物レンズの間に配置されていて、ν
tを該単体凸レンズのアッベ数、νoを該単体凹レンズ
のアッベ数としたとき、 15<νt−νo <50 (3) なる条件を満足することを特徴としている。この条件
(3)の下限値を下回る硝材の組み合わせだと、色収差
を十分補正することができない。また、上限値を上回る
硝材の組み合わせだと、紫外光の透過率が落ちる。その
ため、紫外光励起による蛍光観察が困難になる。
構成を示す光軸に沿う断面図である。この実施例は、ケ
ーラ照明からクリティカル照明へと変化する際に照明レ
ンズ群中の一つの単レンズが矢印方向へ移動せしめられ
るようにしている。即ち、この実施例では、クリティカ
ル照明時、下記データ中のd9が69.7591から3
6.5344へ、d11が72.6534から105.8
781へ夫々変化せしめられ、移動量は33.2247
mmである。
0.3、顕微鏡の視野直径22mm、結像レンズの焦点
距離180で計算した。
共役な位置に視野絞りが配置され、該視野絞りと対物レ
ンズの間に、光源側から順に正の屈折力を持つレンズ群
Aと正の屈折力を持つレンズ群Bが配置されていて、レン
ズ群Aの焦点距離をfA、レンズ群Bの焦点距離をfBとし
たとき、 fA < f B (4) なる条件を満足することを特徴としているが、上記第3
実施例によれば、fA=76.955mm、fB=15
4.183mmであり、この条件を満足している。
Aとレンズ群Bの間には光線反射部材(ミラー)が配置さ
れていて光路を90°曲げ、光源の位置が操作者からあ
まり遠くならないようにしている。更に、レンズ群Bは
接合された単体凸レンズと単体凹レンズから成ってお
り、νt(64.14)−νo(39.21)=24.
93で条件式(3)を満足している。また、本第3実施
例によれば、第1実施例と同様、照明レンズ群内に光源
像が投影され、この光源像が対物レンズの瞳位置近傍に
投影されるようになっている。
した場合の照明光学系の基本構成を示している。図中、
従来技術で示したのと実質上同一の光学部材には同一符
号が付されている(図7参照)。図4(b)は図4(a)
のX方向から見た部分図であるが、ミラー10で反射さ
れて第3照明レンズ11を介してミラー7上に形成され
た光源像は、対物レンズ8により標本面9上に投影され
る。この構成により、光源1に操作者の手が届き易く且
つコンパクトな落射照明光学系が提供され得る。
の基本構成を示している。図中、従来技術で示したのと
実質上同一の光学部材には同一符号が付されており、図
5(b)は図5(a)のX方向から見た部分図である。こ
の実施例は、ミラー10を光路に対し挿脱(矢印方向に
移動)することにより、コレクターレンズ12と第3照
明レンズ11を介して別の光源1´の光源像をミラー7
上に形成させるようにした点で、第3実施例とは異な
る。この実施例は、顕微鏡観察の幅を広げることが出来
るという利点がある。この場合、図5に破線で示したよ
うに、ミラー10を回転することにより別の光源1´の
光源像をミラー7上に形成させるようにしても良いが、
このように構成すれば、別の光源1´の位置が操作者に
近くなり、顕微鏡としての操作性を一層良くすることが
出来る。
の基本構成を示している。図中、従来技術で示したのと
実質上同一の光学部材には同一符号が付されており、図
6(b)は図6(a)のX方向から見た部分図である。こ
の実施例は、光源1の光源像をミラー7上に形成させる
ための反射部材としてダイクロイックミラー13を用
い、更に照明レンズ群2乃至6,ミラー10,ダイクロ
イックミラー13及び第3照明レンズ11を介して別の
光源1´の光源像をミラー7上に形成させるようにした
点で、既述の何れの実施例とも異なる。この実施例は、
二つの光源1及び1´を同時に別々に使用することがで
き、顕微鏡観察の幅を広げることが出来るという利点が
ある。この場合、第4実施例で述べたのと同様にダイク
ロイックミラー13を移動又は回転するように構成すれ
ば、第4実施例で述べたのと同様の効果を得ることも出
来る。
明光学系は、特許請求の範囲に記載した特徴の他に下記
の特徴を有している。 (1)前記光源は放電ランプであることを特徴とする請
求項1に記載の顕微鏡用照明光学系。
ズに導く照明レンズ群と、該照明レンズ群からの光を集
光して標本を照明する対物レンズ系とを備えた顕微鏡用
照明光学系において、ケーラ照明とクリティカル照明と
を可能にするため前記照明レンズ群中の一部のレンズ群
又は前記光源が光軸に沿って移動可能であり、且つ前記
対物レンズが標本の像を対物レンズと結像レンズとによ
り拡大する無限遠補正の対物レンズであって、以下の条
件式を満足するようにしたことを特徴とする顕微鏡用照
明光学系。 0.15<|0.0273×f3/f1|<0.5 但し、f1は照明レンズ群の焦点距離、f3は結像レン
ズの焦点距離である。
照明からクリティカル照明へと変化する際に移動する前
記レンズ群は単レンズで構成されていることを特徴とす
る上記(2)に記載の顕微鏡用照明光学系。
置されていることを特徴とする上記(2)に記載の顕微
鏡用照明光学系。
間に凸レンズと凹レンズが夫々一つ以上配置され、以下
の条件式を満足すようにしたことを特徴とする上記
(4)に記載の顕微鏡用照明光学系。 15 < νt−νo < 50 但し、νtは凸レンズのアッベ数、νoは凹レンズのア
ッベ数である。
体凸レンズと負の屈折力を持つ単体凹レンズを夫々一つ
以上含み、該単体凸レンズと単体凹レンズとの間隔が1
mm以下であることを特徴とする請求項2に記載の顕微
鏡用照明光学系。
照明からクリティカル照明へと変化する際に移動する前
記レンズ群は正の屈折力を持つ単体凸レンズと負の屈折
力を持つ単体凹レンズを夫々一つ以上含み、該単体凸レ
ンズと単体凹レンズとの間隔が0.3mm以下であるこ
とを特徴とする請求項2に記載の顕微鏡用照明光学系。
置されており、該視野絞りと前記対物レンズとの間に単
体凸レンズと単体凹レンズが配置されていることを特徴
とする上記(6)に記載の顕微鏡用照明光学系。
以下の条件式を満足するようになっていることを特徴と
する上に(6)に記載の顕微鏡用照明光学系。 15 < νt−νo < 50 但し、νtは単体凸レンズのアッベ数、νoは単体凹レ
ンズのアッベ数である。
の間に光反射部材が配置されていることを特徴とする請
求項3に記載の顕微鏡用落射照明光学系。
つずつの接合又は単体の凸レンズと凹レンズを含み、以
下の条件式をを満足することを特徴とする上記(10)
に記載の顕微鏡用落射照明光学系。 15 < νt−νo < 50 但し、νtは単体凸レンズのアッベ数、νoは単体凹レ
ンズのアッベ数である。
れ、該光源像を対物レンズの瞳位置近傍に投影するよう
にしたことを特徴とする上記(10)に記載の顕微鏡用
落射照明光学系。
前記光線反射部材の挿脱または回転により異なる光源か
らの光源像を対物レンズの瞳位置近傍に投影するように
したことを特徴とする上記(10)に記載の顕微鏡用落
射照明光学系。
前記光線反射部材がダイクロイックミラーで構成されて
おり、該ダイクロイックミラーの透過側から異なる光源
からの光源像を対物レンズの瞳位置近傍に投影するよう
にしたことを特徴とする上記(10)に記載の顕微鏡用
落射照明光学系。
成する照明光学系は、前記光線反射部材の挿脱または回
転前に対物レンズの瞳位置近傍に光源像を形成する照明
光学系と同一のレンズ群を使用していることを特徴とす
る上記(13)に記載の顕微鏡用落射照明光学系。
明とクリティカル照明の何れに切換えた場合でも常に適
正な照野と明るさを得ることの出来る顕微鏡用照明光学
系を提供することが出来る。
の光軸に沿う断面図である。
の光軸に沿う断面図である。
の光軸に沿う断面図である。
明光学系の基本構成を示す図である。
の基本構成を示す図である。
の基本構成を示す図である。
適用した場合の基本構成を示す図である。
学系に適用した場合の基本構成を示す図である。
レンズ 3 第1照明レ
ンズ 4 開口絞り 5 視野絞り 6 第2照明レ
ンズ 7,13 ダイクロイ
ックミラー 8 対物レンズ 9 標本面 10 ミラー 11 第3照明レ
ンズ
Claims (3)
- 【請求項1】光源と、該光源からの光を対物レンズに導
く照明レンズ群と、該照明レンズ群からの光を集光して
標本を照明する対物レンズ系とを備えた顕微鏡用照明光
学系において、ケーラ照明とクリティカル照明とを可能
にするため前記照明レンズ群の一部のレンズ又は前記光
源が光軸に沿って移動可能であり、以下の条件式を満足
するようにしたことを特徴とする顕微鏡用照明光学系。 0.15<|(a×f2)/(b×f1)|<0.5 但し、aは光源の直径、bは顕微鏡視野の直径、f1は照
明レンズ群の焦点距離、f2は対物レンズ系の焦点距離
である。 - 【請求項2】ケーラ照明時に形成される光源像位置とク
リティカル照明時に形成される光源像位置の間に配置さ
れたレンズ群が単レンズで構成されていることを特徴と
する顕微鏡用照明光学系。 - 【請求項3】光源と、該光源の像を形成して対物レンズ
の瞳位置近傍に投影する照明レンズ群とを備えた顕微鏡
用落射照明光学系において、前記照明レンズ群内に標本
と共役な位置に視野絞りを配置する共に、該視野絞りと
前記対物レンズとの間に、前記光源側から順に正の屈折
力を持つレンズ群Aと正の屈折力を持つレンズ群Bとが配
置されていて、以下の条件式を満足するようにしたこと
を特徴とする顕微鏡用落射照明光学系。 fA<fB 但し、fAはレンズ群Aの焦点距離、fBはレンズ群Bの焦
点距離である。
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JP (1) | JP2002365555A (ja) |
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