JP2004004169A - 顕微鏡照明装置及び顕微鏡装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】透過型かつ明視野観察用の顕微鏡において倍率の異なる各種の対物レンズのそれぞれに対し最適な照明状態を設定することを目的とする。
【解決手段】光源（１０１）と、前記光源（１０１）から射出する発散光束を平行光束に近づけるコレクタレンズ（１０２）と、前記コレクタレンズ（１０２）の後側焦点面近傍の光軸方向に並べて配置され、かつ、互いの間隔が、顕微鏡に使用される対物レンズに応じて可変である少なくとも２枚のフライアイレンズ（１３ａ，１３ｂ）とを備えたことを特徴とする。低倍レンズの使用時にはその間隔を小さくし、また、高倍レンズの使用時にはその間隔を大きくすれば、低倍レンズ使用時と高倍レンズ使用時との何れにも最適な照明状態を設定することができる。
【選択図】 図１
【解決手段】光源（１０１）と、前記光源（１０１）から射出する発散光束を平行光束に近づけるコレクタレンズ（１０２）と、前記コレクタレンズ（１０２）の後側焦点面近傍の光軸方向に並べて配置され、かつ、互いの間隔が、顕微鏡に使用される対物レンズに応じて可変である少なくとも２枚のフライアイレンズ（１３ａ，１３ｂ）とを備えたことを特徴とする。低倍レンズの使用時にはその間隔を小さくし、また、高倍レンズの使用時にはその間隔を大きくすれば、低倍レンズ使用時と高倍レンズ使用時との何れにも最適な照明状態を設定することができる。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、透過型かつ明視野観察用の顕微鏡に適用される顕微鏡照明装置、及びその顕微鏡照明装置を搭載した顕微鏡装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
透過型かつ明視野観察用の顕微鏡には、試料を挟み対物レンズに対向する位置からその試料を照明するタイプの顕微鏡照明装置が搭載される。
その顕微鏡照明装置に求められる性能は、第１に、照明ムラの少なさ（照明の均一性）なので、ケーラー照明が適用される。
【０００３】
顕微鏡には、顕微鏡画像を記録するためカメラが搭載されることが多いが、近年は、ＣＣＤなどの撮像素子の性能向上に伴い、ディジタルカメラが適用されるようになった。しかし、ディジタルカメラによる画像は、僅かな明るさの差までもが可視化されるので、ケーラー照明の僅かな照明ムラでさえ目立ってしまう。このため、照明ムラをさらに改善するべく、ケーラー照明に対し、既に投影露光装置の照明装置に適用されているフライアイレンズやロッドなどのインテグレータを適用することが知られている。
【０００４】
図５は、ケーラー照明にフライアイレンズ（光源側及びコンデンサレンズ側共にフライアイ構造）を適用した顕微鏡照明装置１００の構成例である。
なお、図５において、符号Ｏは顕微鏡の試料面であり、符号１０５は顕微鏡に装着されたコンデンサレンズである。
先ず、顕微鏡照明装置１００は、ケーラー照明であるので、光源１０１、及び、光源１０１から射出する発散光束を平行光束にするコレクタレンズ１０２を備える。そして、フライアイレンズ１０３は、そのコレクタレンズ１０２の後側焦点面近傍に配置される。
【０００５】
フライアイレンズ１０３は、その各単位レンズの射出面近傍に、それぞれ光源１０１の像（光源像）を形成する。
なお、図では、光源像を、フィラメントの形状で模式的に表した（以下、他の図においても同様。）。また、図５では、光源像が、リレー光学系１０４を介してコンデンサレンズ１０５の前側焦点面近傍にリレーされる場合を示した。
【０００６】
このとき、フライアイレンズ１０３の両端部に配置された単位レンズを透過する光束Ｌ１、Ｌ２は、それぞれフライアイレンズ１０３の射出側、及びコンデンサレンズ１０５の前側焦点面近傍に光源像を形成した後、平行光束となって試料面Ｏ上の同一位置に入射する。
ところで、一般に、顕微鏡は、様々な観察が可能なように構成されており、顕微鏡の対物レンズも、使用者の必要に応じて倍率の異なるものに頻繁に交換される。
【０００７】
互いに倍率の異なる対物レンズは、互いの特性が異なるので、その性能を発揮するための照明状態も互いに異なる。
具体的に、高倍率の対物レンズ（高倍レンズ）が顕微鏡照明装置１００に要求するのは、小視野かつ高ＮＡの照明（小さい領域を最大入射角度の大きい光束で照らすもの）である。
【０００８】
一方、低倍率の対物レンズ（低倍レンズ）が顕微鏡照明装置１００に要求するのは、大視野かつ低ＮＡの照明（大きい領域を最大入射角度の小さい光束で照らすもの）である。
また、コンデンサレンズ１０５は、ほとんど交換されることはなく、例えば、４倍〜１００倍という比較的広い範囲の各種対物レンズについて同じものが使用される。
【０００９】
そこで、顕微鏡照明装置１００では、各種の対物レンズに対応するために、内部に配置されたコンデンサレンズ１０５の開口絞り１０７、及び視野絞り１０６が、適宜調整される。
図５にも明らかなように、視野絞り１０６は、複数の各光源像から射出する各光束をそれぞれ制限する絞りであり、試料面Ｏに入射する各光束の太さを制限する。
【００１０】
また、開口絞り１０７は、複数の各光源像のうち一部の光源像から射出する光束を制限する絞りであり、試料面Ｏに入射する各光束のうち入射角の大きいものを制限する。
図５の（ａ）は、視野絞り１０６を開いて開口絞り１０７を絞ったとき、（ｂ）は、視野絞り１０６を絞って開口絞り１０７を開いたときの光源像をそれぞれ模式的に示した。
【００１１】
ここで、図５に示す従来の顕微鏡照明装置１００では、照明状態を高倍レンズ用に設定する際には、開口絞り１０７の径を大きくすると共に視野絞り１０６の径を小さくし、低倍レンズ用に設定する際には、開口絞り１０７の径を小さくすると共に視野絞り１０６の径を大きくしていた。
すなわち、低倍レンズ用に設定されると、図５の右下（ａ）に示すように、複数の光源像のうち外側の光源像が開口絞り１０７により制限され、高倍レンズ用に設定されると、図５の右下（ｂ）に示すように、複数の光源像の明るさが視野絞り１０６によりそれぞれ制限される（図５右下では、明るい像を実線、暗い像を点線で示している。）。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、実際は、開口絞り１０７及び視野絞り１０６による調節範囲は有限であるので、顕微鏡照明装置１００を如何に設計したとしても、例えば、４倍〜１００倍の各種対物レンズが使用される場合、低倍レンズ使用時の視野欠け、又は、高倍レンズ使用時の暗さの何れか一方を許容せざるを得ない。
【００１３】
因みに、視野欠けの方が検鏡に支障をきたすので、通常は、前者を回避し後者を許容するよう顕微鏡照明装置１００は設計される（具体的には、各光源像の拡大倍率が大きくなるほど高ＮＡ化かつ小視野化するので、その拡大倍率があまり大きくならないよう設計される。）。
しかも、この顕微鏡照明装置１００では、開口絞り１０７、視野絞り１０６の何れか一方により何らかの光が制限されるので、光量の損失が多い。
【００１４】
そこで本発明は、倍率の異なる各種の対物レンズのそれぞれに対し最適な照明状態を設定することのできる透過型かつ明視野観察用の顕微鏡照明装置、及び倍率の異なる各種の対物レンズの性能をそれぞれ最大限利用することのできる透過型かつ明視野観察用の顕微鏡装置を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の顕微鏡照明装置は、倍率の異なる複数種の対物レンズを選択的に使用する顕微鏡に適用される顕微鏡照明装置であって、光源と、前記光源から射出する発散光束を平行光束に近づけるコレクタレンズと、前記コレクタレンズの後側焦点面近傍の光軸方向に並べて配置され、かつ、互いの間隔が、前記顕微鏡に使用される対物レンズに応じて可変である少なくとも２枚のフライアイレンズとを備えたことを特徴とする。
【００１６】
請求項２に記載の顕微鏡照明装置は、請求項１に記載の顕微鏡照明装置において、前記フライアイレンズにより形成される前記複数の光源の像を、前記コンデンサレンズの前側焦点面近傍にリレーするリレー光学系を更に備えたことを特徴とする。
請求項３に記載の顕微鏡照明装置は、請求項１又は請求項２に記載の顕微鏡照明装置において、前記２枚のフライアイレンズは、前記光源側の面がフライアイ構造となった第１のフライアイレンズと、前記コンデンサレンズ側の面がフライアイ構造となった第２のフライアイレンズとからなることを特徴とする。
【００１７】
請求項４に記載の顕微鏡照明装置は、請求項１〜請求項３の何れか一項に記載の顕微鏡照明装置において、前記フライアイレンズの各単位レンズの光軸に対して垂直方向の形状は正六角形であることを特徴とする。
請求項５に記載の顕微鏡装置は、倍率の異なる複数種の対物レンズを支持すると共に、観察用の光路に対しそれら対物レンズのうち１つを選択的に挿入する対物レンズ設定機構と、請求項１〜請求項４の何れか一項に記載の顕微鏡照明装置と、前記光路に挿入される対物レンズの種類に応じて、前記顕微鏡照明装置内の前記フライアイレンズの焦点距離を変更する顕微鏡照明装置の制御手段とを備えたことを特徴とする。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
［第１実施形態］
図１、図２、図３を参照して本発明の第１実施形態について説明する。
図１は、本実施形態の顕微鏡照明装置１の構成を説明する図である。
【００１９】
図１において図５に示したものと同じ要素については同じ符号を付し、ここでは、図５に示した顕微鏡照明装置１００との相違点についてのみ説明する。
本実施形態の顕微鏡照明装置１は、フライアイレンズ１０３に代えて、光源側のみがフライアイ構造となった第１フライアイレンズ１３ａとコンデンサレンズ側のみがフライアイ構造となった第２フライアイレンズ１３ｂとからなるフライアイレンズ１３が備えられた点において、図５に示す顕微鏡照明装置１００と異なる。
【００２０】
また、リレー光学系１０４については、必須ではないが、フライアイレンズ１３等の光学素子の位置ずれによる試料面Ｏの照明状態の変化が抑えられることから、配置された方が好ましい。特に、本実施形態では、フライアイレンズ１３が駆動される（詳細は後述）ので、リレー光学系１０４は配置されることが望ましい。
【００２１】
また、開口絞り１０７及び視野絞り１０６についても、迷光を防ぐために顕微鏡照明装置１００と同様に備えられることが好ましいが、本実施形態の顕微鏡照明装置１は、照明状態（視野の大きさや、試料面Ｏへの最大入射角度）を変化させるために積極的に駆動されるものではないので、図示省略した。
フライアイレンズ１３は、フライアイレンズ１０３と同様コレクタレンズ１０２の後側焦点面近傍に配置されるが、フライアイレンズ１０３とは異なり、焦点距離が可変である。
【００２２】
図２は、本実施形態のフライアイレンズ１３を説明する図である。
図２に示すように、フライアイレンズ１３には、焦点距離を可変にするべく、光源１０１側から順に、第１フライアイレンズ１３ａ、及び第２フライアイレンズ１３ｂを、互いの光学面が平行となるよう配置している。
少なくとも有効径内では、第１フライアイレンズ１３ａの各単位レンズの配置パターンと、第２フライアイレンズ１３ｂの各単位レンズの配置パターンとは一致している。つまり、第１フライアイレンズ１３ａの単位レンズと、第２フライアイレンズ１３ｂの単位レンズとからなる一対の単位レンズが、フライアイレンズ１３の１つの単位レンズを成している。
【００２３】
フライアイレンズ１３のこの単位レンズ（一対の単位レンズからなる。）は、図５に示したフライアイレンズ１０３の単位レンズと同様、コレクタレンズ１０２から入射する平行光束を結像して複数の光源像を形成する。
また、フライアイレンズ１３の単位レンズ（一対の単位レンズからなる）の焦点距離（すなわち、一対の単位レンズの合成焦点距離）ｆｆは、第１フライアイレンズ１３ａと第２フライアイレンズ１３ｂの間隔ｄが短いとき（図２（ａ））には短くなり、その間隔ｄが比較的長いとき（図２（ｂ））には長くなる。
【００２４】
フライアイレンズ１３に以上の特性を付与するためには、例えば、第１フライアイレンズ１３ａの各単位レンズを、光源１０１側に凸を向けた平凸レンズにすると共に、第２フライアイレンズ１３ｂの各単位レンズを、試料面Ｏ側に凸を向けた平凸レンズにするとよい。つまり、第１フライアイレンズ１３ａと第２フライアイレンズ１３ｂとのそれぞれを、一方の面のみがフライアイ構造をしたフライアイレンズにするとよい。
【００２５】
このとき、他方の面の光軸に対して垂直方向の面形状は、平面にすることが好ましい。そして、この平面部を対向させて並べることが好ましい。
第１フライアイレンズ１３ａの各単位レンズの曲率半径と、第２フライアイレンズ１３ｂの各単位レンズの曲率半径とは、一致させることは必須ではないが、フライアイレンズ１３の構成の簡略化を図るならば、第１フライアイレンズ１３ａと第２フライアイレンズ１３ｂとは同じものを使用するとよい。
【００２６】
また、第１フライアイレンズ１３ａの第２フライアイレンズ１３ｂ側の面、及び第２フライアイレンズ１３ｂの第１フライアイレンズ１３ａ側の面については、平面である必要は無いが、平面である方が、それぞれのフライアイレンズの製造を簡略化する上で好ましい。
ところで、図１に示す光束を光源１０１から試料面Ｏへと追跡すると明らかなように、顕微鏡照明装置１では、視野の形状（すなわち、試料面Ｏにおける照射領域の形状）は、フライアイレンズ１３の各単位レンズの外径によって決まるので、フライアイレンズ１３の単位レンズ（すなわち、第１フライアイレンズ１３ａ、第２フライアイレンズ１３ｂの単位レンズ）の外径は円形に近いほど好ましい。
【００２７】
一方、試料面Ｏ上の照明の均一性を高めるには、フライアイレンズ１３の有効径内の単位レンズの配置数（配置密度）は高いほど好ましい。
そこで、フライアイレンズ１３における単位レンズの外径（つまり第１フライアイレンズ１３ａの単位レンズの外径及び第２フライアイレンズ１３ｂの単位レンズの外径）は、図１左下に示すように、正六角形であることが好ましい。正六角形は、他の形状と比較すると、最も円形に近く、かつ最も配置密度の高まる形状である。
【００２８】
なお、実際の単位レンズの配置数は、図示したものより多くなることは言うまでもない。
また、第１フライアイレンズ１３ａと第２フライアイレンズ１３ｂとの間隔を可変とするために、例えば、一般の光学素子の間隔を可変するときと同様、フライアイレンズ１３には、カム機構、ラックアンドピニオンなどの駆動機構が設けられる。
【００２９】
図１に示したフライアイレンズ１３においては、第１フライアイレンズ１３ａを支持するホルダ１３ｆ、及び第２フライアイレンズ１３ｂを支持するホルダ１３ｅにカム機構が設けられている様子を示した。
カム機構は、例えば、カム溝が形成された筒状部材１３ｃ、ホルダ１３ｆ、１３ｅにそれぞれ固定され、かつカム溝により移動方向が光軸方向のみに規制されるピン１３ｇ、１３ｈなどからなる。カム機構は、筒状部材１３ｃが回動されるのに応じて第１フライアイレンズ１３ａ、第２フライアイレンズ１３ｂの間隔を変化させる。
【００３０】
また、フライアイレンズ１３に設けられる駆動機構としては、ホルダ１３ｆ、ホルダ１３ｅの一方又は双方を光軸方向に移動させるステージ（Ｚステージ）であってもよい。
これらカム機構やステージは、モータにより駆動されても、直接使用者により駆動されてもよい。
【００３１】
図２（ａ）は、第１フライアイレンズ１３ａと第２フライアイレンズ１３ｂとの間隔ｄが短く設定されたときの様子、図２（ｂ）は、その間隔ｄが長く設定されたときの様子である。
【００３２】
両者を比較して明らかなように、間隔ｄが短いときには、フライアイレンズ１３の焦点距離ｆｆは短くなり、間隔ｄが長いときには、フライアイレンズ１３の焦点距離ｆｆは長くなる。
つまり、本実施形態のフライアイレンズ１３は、間隔ｄの伸縮によりその焦点距離ｆｆを伸縮させる。
【００３３】
次に、図１と図３とを比較して、本実施形態のフライアイレンズ１３の作用について説明する。
図１は、フライアイレンズ１３の焦点距離ｆｆが短く設定されたとき（図２（ａ）参照、間隔ｄが短く設定されたとき）の様子を示した。
一方、図３は、フライアイレンズ１３の焦点距離ｆｆが長く設定されたとき（図２（ｂ）参照、間隔ｄが長く設定されたとき）の顕微鏡照明装置１の様子を示す図である。
【００３４】
先ず、図１に示すように、フライアイレンズ１３の焦点距離ｆｆが短いと（図２（ａ）参照）、各単位レンズが形成する光源像は小さくなり、光源像から射出する光束の最大射出角度θ（ひいては、リレー光学系１０４の後ろの光源像から射出する光束の最大射出角度θ’）は、大きくなる。
このとき、試料面Ｏに入射する光束の最大入射角度Θは小さくなり、試料面Ｏの照射範囲の径Ｈは大きくなる。つまり、低ＮＡかつ大視野の照明が実現する。これは、低倍レンズの要求する照明状態である。
【００３５】
一方、図３に示すように、フライアイレンズ１３の焦点距離ｆｆが長いと（図２（ｂ）参照）、各単位レンズが形成する光源像は大きくなり、光源像から射出する光束の最大射出角度θ（ひいては、リレー光学系１０４の後ろの光源像から射出する光束の最大射出角度θ’）は、小さくなる。
このとき、試料面Ｏに入射する光束の最大入射角度Θは大きくなり、試料面Ｏの照射範囲の径Ｈは小さくなる。つまり、高ＮＡかつ小視野の照明が実現する。これは、高倍レンズの要求する照明状態である。
【００３６】
よって、本実施形態の顕微鏡照明装置１は、低倍レンズの使用時には、間隔ｄを小さくしてフライアイレンズ１３の焦点距離ｆｆを短くし、また、高倍レンズの使用時には、間隔ｄを大きくしてフライアイレンズ１３の焦点距離ｆｆを長くすればよい。
この顕微鏡照明装置１を顕微鏡に適用した場合、使用者は、例えば、顕微鏡の対物レンズを異なる倍率に交換した際に、顕微鏡像を目視しつつ顕微鏡照明装置１内のフライアイレンズ１３の間隔ｄを少しずつ動かし、良好な画像が得られたと認識した時点の間隔を保てばよい。
【００３７】
なお、間隔ｄが段階的に変化するようカム機構やステージを構成しておけば、使用者によるこの作業は簡単になる。ここでいう段階的な間隔とは、複数種の対物レンズ（４倍対物レンズ、１０倍対物レンズ、２０倍対物レンズ、３０倍対物レンズ、６０倍対物レンズ、１００倍対物レンズ）のそれぞれに最適な各種の間隔（ｄ−４，ｄ−１０、ｄ−２０、ｄ−３０、ｄ−６０、ｄ−１００）を指す。
【００３８】
本実施形態の顕微鏡照明装置１では、フライアイレンズ１３の焦点距離ｆｆの変更可能な範囲を十分に大きくしておきさえすれば、試料面Ｏに入射する光束の最大入射角度Θの変更範囲、及び試料面Ｏの照射範囲の径Ｈの変更範囲を十分に大きく確保することができる。
したがって、低倍レンズ使用時、高倍レンズ使用時の何れにも最適な照明状態を設定することができる。
【００３９】
本実施形態の顕微鏡照明装置１では、照明状態を高倍レンズ用、低倍レンズ用の何れに設定する際にも、図１、図３のように光を制限することなく光束の太さを変化させるだけである。
すなわち、低倍レンズ用に設定されると、図１右下に示すように、複数の光源像のそれぞれが小さくなり、高倍レンズ用に設定されると、図３右下に示すように、複数の光源像のそれぞれが大きくなるが、何れの場合にも、試料面Ｏ（ひいては対物レンズ）に入射する光量は保たれるので、光源１０１のパワーの損失は何ら生じない。
【００４０】
したがって、たとえ同じパワーの光源１０１、及び同じサイズのコレクタレンズ１０２、リレー光学系１０４、及びコンデンサレンズ１０５を使用したとしても、本実施形態の顕微鏡装置の照明は、図５に示す顕微鏡照明装置１００の照明よりも明るい。この効果は、特に、高倍レンズ使用時に顕著に現れる。
しかも、一般に、高倍レンズには高い解像度が要求されるが、本実施形態では、高倍レンズの使用時、図３右下に示すように複数の光源像のそれぞれを大きくし、対物レンズの瞳内に形成される光源像の充填率を高めることができるので、図５（ｂ）に示す顕微鏡照明装置１００よりも細かい物体がより高コントラストで観察できる。
【００４１】
以上、本実施形態の顕微鏡照明装置１によれば、倍率の異なる各種の対物レンズのそれぞれに対し最適な照明状態を設定することができる。
［第２実施形態］
図４、図５を参照して本発明の第２実施形態について説明する。
本実施形態は、第１実施形態の顕微鏡照明装置を利用した顕微鏡装置の例である。
【００４２】
図４は、本実施形態の顕微鏡装置の構成図である。
顕微鏡装置２０は、透過型かつ明視野観察用の顕微鏡装置であり、透過型の試料２０Ａを透過した光束により試料２０Ａの拡大像を形成する。その拡大像は、撮像素子２３により検出される。
顕微鏡装置２０には、倍率の異なる複数の対物レンズ（以下、４倍の対物レンズＬ−４、１００倍の対物レンズＬ−１００とする。）を装着したレボルバ２１が備えられる。レボルバ２１は、装着した複数の対物レンズのうち１つ（図４では対物レンズＬ−４）を試料２０Ａに対向させる。
【００４３】
なお、対物レンズは、レボルバに限らず、スライダーに設けても良い。本発明では、レボルバやスライダなど、対物レンズを装着する部材を、対物レンズ設定機構とする。
試料２０Ａに対向している対物レンズ（以下、「設定中の対物レンズ」という。図４では対物レンズＬ−４）は、試料２０Ａからの光束の拡大像を形成する。なお、拡大像は、設定中の対物レンズ（図４では対物レンズＬ−４）だけでなくその対物レンズと所定の観察光学系２２とにより形成される。
【００４４】
顕微鏡装置２０において、顕微鏡照明装置１は、試料２０Ａを、設定中の対物レンズとは反対の側から照明する。なお、図４では下側から照明するものを示したが、上側から照明するものであってもよい。
なお、図４では、顕微鏡装置２０における顕微鏡照明装置１の配置スペースを最適化するため、光路を９０°曲げるミラー１ａが備えられた顕微鏡照明装置１を示した。
【００４５】
顕微鏡装置２０において、顕微鏡照明装置１と試料２０Ａとの間の光路には、コンデンサレンズ１０５が装着されている。
ここでは、コンデンサレンズ１０５は、レボルバ２１に装着されている対物レンズ（４倍の対物レンズＬ−４、１００倍の対物レンズＬ−１００）の全部に対応可能なよう設計されているとする。
【００４６】
なお、試料２０Ａは、ステージ２０ａ上に載置される。ステージ２０ａには、コンデンサレンズ１０５から設定中の対物レンズへ進行する照明光を透過するための透過部（開口部）が設けられている。
さらに、本実施形態の顕微鏡装置２０には、制御部２４（ＣＰＵ２４ａ、メモリ２４ｂなどからなる。）、番地検出部２５、間隔検出部２７、モータ２６などが備えられる。
【００４７】
制御部２４内のメモリ２４ｂには、「番地−倍率情報」が、予め格納されている。
顕微鏡装置２０のレボルバ２１には、対物レンズを装着する各装着部にそれぞれ番地が割り付けられており、使用者は、レボルバ２１の各番地にそれぞれ所望する対物レンズを装着し、予め、どの番地に何倍の対物レンズを装着したのかを示す情報を、不図示のコントローラ（入力キーなどが設けられている。）などを介して顕微鏡装置２０に入力している。その情報が、「番地−倍率情報」である。
【００４８】
番地検出部２５は、設定中の番地（図では４倍の対物レンズＬ−４の装着部の番地）を認識するセンサである。
番地検出部２５は、例えば、ホールＩＣと磁石との組み合わせ、フォトインタラプタとスリットとの組み合わせなどからなる。
そして、制御部２４内のＣＰＵ２４ａは、メモリ２４ｂに格納された番地−倍率情報と、その番地検出部２５の出力とによって、設定中の対物レンズの倍率を認識することができる。
【００４９】
また、モータ２６は、顕微鏡照明装置１内のフライアイレンズ１３の駆動機構（カム機構、ラックアンドピニオン、Ｚステージ等）に連結されており、フライアイレンズ１３の間隔ｄ（図２参照）を変更するモータである。モータ２６は、ＣＰＵ２４ａの指示により駆動される。
また、間隔検出部２７は、顕微鏡照明装置１内のフライアイレンズ１３の間隔ｄを検出するものであり、例えばモータ２６に設けられたエンコーダとフライアイレンズ１３に設けられたポジションセンサとの組み合わせからなる。
【００５０】
なお、フライアイレンズ１３の間隔ｄの制御に要求される精度が高いときには、フライアイレンズ１３の駆動機構としてＺステージが使用され、モータ２６にステップモータなどの高精度制御可能なモータが使用され、間隔検出部２７には、光学式のセンサが用いられることが好ましい。
そして、制御部２４内のＣＰＵ２４ａは、間隔検出部２７の出力を参照しつつモータ２６を駆動することによって、フライアイレンズ１３の間隔ｄを制御する。
【００５１】
さらに、制御部２４のメモリ２４ｂには、番地−倍率情報の他、予め、「倍率−フライアイ間隔情報」が格納されている。
種々の倍率の対物レンズ、例えば、４倍対物レンズ、１０倍対物レンズ、２０倍対物レンズ、３０倍対物レンズ、６０倍対物レンズ、１００倍対物レンズの使用時には、それぞれフライアイレンズ１３の間隔ｄに設定すべき最適値ｄ−４、ｄ−１０、ｄ−２０、ｄ−３０、ｄ−６０、ｄ−１００があり、予め求めておくことができる。
【００５２】
メモリ２４ｂには、各倍率と、各倍率に対する間隔ｄの最適値とが互いに対応付けられ格納されている。この倍率と間隔ｄの最適値との対応関係を示す情報が、「倍率−フライアイ間隔情報」である。
なお、倍率−フライアイ間隔情報については、予め、顕微鏡照明装置１及びコンデンサレンズ１０５を使用した測定や、顕微鏡照明装置１及びコンデンサレンズ１０５の設計値を使用した演算などにより得ることができる。
【００５３】
そして、制御部２４のＣＰＵ２４ａは、顕微鏡装置２０の電源投入時、及び投入後、番地検出部２５の出力、及びメモリ２４ｂに格納された番地−倍率情報から、設定中の対物レンズの倍率を定期的に認識すると、メモリ２４ｂに格納された倍率−フライアイ間隔情報を参照して、その倍率に対応付けられた間隔ｄの最適値を認識する。
【００５４】
さらに、ＣＰＵ２４ａは、間隔検出部２７の出力を参照しつつモータ２６を駆動して、フライアイレンズ１３の間隔ｄをその最適値に設定する。
以上の動作によれば、顕微鏡照明装置１内のフライアイレンズ１３の間隔ｄは、設定中の対物レンズに対する最適値に常に保たれる。
その結果、顕微鏡装置２０は、倍率の異なる各種の対物レンズの性能をそれぞれ最大限利用することができる。
【００５５】
なお、ＣＰＵ２４ａによる上記処理の実行頻度は、定期的である必要はなく、レボルバ２１が駆動されたときのみであってもよい。
なお、本実施形態においては、顕微鏡照明装置１を顕微鏡装置２０に対し交換可能に構成してもよく、その場合、顕微鏡照明装置１に固有の「倍率−フライアイ間隔情報」が、その顕微鏡照明装置１にＲＯＭなどとして付与され、顕微鏡装置２０の制御部２４によって読み取り可能にすることが好ましい。
【００５６】
また、コンデンサレンズ１０５が交換される可能性がある場合、設定中の対物レンズの倍率に応じてフライアイレンズ１３の間隔ｄを設定したのと同様に、コンデンサレンズ１０５の種類などを認識し、それに応じてフライアイレンズ１３の間隔ｄを設定するよう顕微鏡装置２０を構成してもよい。
また、顕微鏡照明装置１内に、視野絞り１０６、開口絞り１０７を備え、それらをフライアイレンズ１３の間隔ｄの伸縮に応じて変化させ、迷光を防ぐよう顕微鏡装置２０を構成してもよい。
【００５７】
また、本実施形態の顕微鏡装置２０は、電動化箇所が顕微鏡照明装置１内のフライアイレンズ１３のみとなっているが、他の部分（例えば、レボルバ２１）が電動化されてよいことは言うまでもない。
また、本実施形態において、制御部２４の動作の一部又は全部については、顕微鏡装置２０と別体のコントローラ、コンピュータなどに行わせてもよい。
【００５８】
【発明の効果】
以上本発明によると、倍率の異なる各種の対物レンズのそれぞれに対し最適な照明状態を設定することのできる透過型かつ眼視野観察用の顕微鏡照明装置が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態の顕微鏡照明装置１の構成を説明する図である。
【図２】第１実施形態のフライアイレンズ１３を説明する図である。
【図３】フライアイレンズ１３の焦点距離ｆｆが長く設定されたときの顕微鏡照明装置１の様子を示す図である。
【図４】第２実施形態の顕微鏡装置の構成図である。
【図５】ケーラー照明にフライアイレンズを適用した顕微鏡照明装置１００の構成例である。
【符号の説明】
１ 顕微鏡照明装置
１ａ ミラー
１３ フライアイレンズ
１３ａ 第１フライアイレンズ
１３ｂ 第２フライアイレンズ
１３ｃ 筒状部材
１３ｆ，１３ｅ ホルダ
１３ｇ，１３ｈ ピン
１０１ 光源
１０２ コレクタレンズ
１０３ フライアイレンズ
１０４ リレー光学系
１０５ コンデンサレンズ
１０６ 視野絞り
１０７ 開口絞り
【発明の属する技術分野】
本発明は、透過型かつ明視野観察用の顕微鏡に適用される顕微鏡照明装置、及びその顕微鏡照明装置を搭載した顕微鏡装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
透過型かつ明視野観察用の顕微鏡には、試料を挟み対物レンズに対向する位置からその試料を照明するタイプの顕微鏡照明装置が搭載される。
その顕微鏡照明装置に求められる性能は、第１に、照明ムラの少なさ（照明の均一性）なので、ケーラー照明が適用される。
【０００３】
顕微鏡には、顕微鏡画像を記録するためカメラが搭載されることが多いが、近年は、ＣＣＤなどの撮像素子の性能向上に伴い、ディジタルカメラが適用されるようになった。しかし、ディジタルカメラによる画像は、僅かな明るさの差までもが可視化されるので、ケーラー照明の僅かな照明ムラでさえ目立ってしまう。このため、照明ムラをさらに改善するべく、ケーラー照明に対し、既に投影露光装置の照明装置に適用されているフライアイレンズやロッドなどのインテグレータを適用することが知られている。
【０００４】
図５は、ケーラー照明にフライアイレンズ（光源側及びコンデンサレンズ側共にフライアイ構造）を適用した顕微鏡照明装置１００の構成例である。
なお、図５において、符号Ｏは顕微鏡の試料面であり、符号１０５は顕微鏡に装着されたコンデンサレンズである。
先ず、顕微鏡照明装置１００は、ケーラー照明であるので、光源１０１、及び、光源１０１から射出する発散光束を平行光束にするコレクタレンズ１０２を備える。そして、フライアイレンズ１０３は、そのコレクタレンズ１０２の後側焦点面近傍に配置される。
【０００５】
フライアイレンズ１０３は、その各単位レンズの射出面近傍に、それぞれ光源１０１の像（光源像）を形成する。
なお、図では、光源像を、フィラメントの形状で模式的に表した（以下、他の図においても同様。）。また、図５では、光源像が、リレー光学系１０４を介してコンデンサレンズ１０５の前側焦点面近傍にリレーされる場合を示した。
【０００６】
このとき、フライアイレンズ１０３の両端部に配置された単位レンズを透過する光束Ｌ１、Ｌ２は、それぞれフライアイレンズ１０３の射出側、及びコンデンサレンズ１０５の前側焦点面近傍に光源像を形成した後、平行光束となって試料面Ｏ上の同一位置に入射する。
ところで、一般に、顕微鏡は、様々な観察が可能なように構成されており、顕微鏡の対物レンズも、使用者の必要に応じて倍率の異なるものに頻繁に交換される。
【０００７】
互いに倍率の異なる対物レンズは、互いの特性が異なるので、その性能を発揮するための照明状態も互いに異なる。
具体的に、高倍率の対物レンズ（高倍レンズ）が顕微鏡照明装置１００に要求するのは、小視野かつ高ＮＡの照明（小さい領域を最大入射角度の大きい光束で照らすもの）である。
【０００８】
一方、低倍率の対物レンズ（低倍レンズ）が顕微鏡照明装置１００に要求するのは、大視野かつ低ＮＡの照明（大きい領域を最大入射角度の小さい光束で照らすもの）である。
また、コンデンサレンズ１０５は、ほとんど交換されることはなく、例えば、４倍〜１００倍という比較的広い範囲の各種対物レンズについて同じものが使用される。
【０００９】
そこで、顕微鏡照明装置１００では、各種の対物レンズに対応するために、内部に配置されたコンデンサレンズ１０５の開口絞り１０７、及び視野絞り１０６が、適宜調整される。
図５にも明らかなように、視野絞り１０６は、複数の各光源像から射出する各光束をそれぞれ制限する絞りであり、試料面Ｏに入射する各光束の太さを制限する。
【００１０】
また、開口絞り１０７は、複数の各光源像のうち一部の光源像から射出する光束を制限する絞りであり、試料面Ｏに入射する各光束のうち入射角の大きいものを制限する。
図５の（ａ）は、視野絞り１０６を開いて開口絞り１０７を絞ったとき、（ｂ）は、視野絞り１０６を絞って開口絞り１０７を開いたときの光源像をそれぞれ模式的に示した。
【００１１】
ここで、図５に示す従来の顕微鏡照明装置１００では、照明状態を高倍レンズ用に設定する際には、開口絞り１０７の径を大きくすると共に視野絞り１０６の径を小さくし、低倍レンズ用に設定する際には、開口絞り１０７の径を小さくすると共に視野絞り１０６の径を大きくしていた。
すなわち、低倍レンズ用に設定されると、図５の右下（ａ）に示すように、複数の光源像のうち外側の光源像が開口絞り１０７により制限され、高倍レンズ用に設定されると、図５の右下（ｂ）に示すように、複数の光源像の明るさが視野絞り１０６によりそれぞれ制限される（図５右下では、明るい像を実線、暗い像を点線で示している。）。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、実際は、開口絞り１０７及び視野絞り１０６による調節範囲は有限であるので、顕微鏡照明装置１００を如何に設計したとしても、例えば、４倍〜１００倍の各種対物レンズが使用される場合、低倍レンズ使用時の視野欠け、又は、高倍レンズ使用時の暗さの何れか一方を許容せざるを得ない。
【００１３】
因みに、視野欠けの方が検鏡に支障をきたすので、通常は、前者を回避し後者を許容するよう顕微鏡照明装置１００は設計される（具体的には、各光源像の拡大倍率が大きくなるほど高ＮＡ化かつ小視野化するので、その拡大倍率があまり大きくならないよう設計される。）。
しかも、この顕微鏡照明装置１００では、開口絞り１０７、視野絞り１０６の何れか一方により何らかの光が制限されるので、光量の損失が多い。
【００１４】
そこで本発明は、倍率の異なる各種の対物レンズのそれぞれに対し最適な照明状態を設定することのできる透過型かつ明視野観察用の顕微鏡照明装置、及び倍率の異なる各種の対物レンズの性能をそれぞれ最大限利用することのできる透過型かつ明視野観察用の顕微鏡装置を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の顕微鏡照明装置は、倍率の異なる複数種の対物レンズを選択的に使用する顕微鏡に適用される顕微鏡照明装置であって、光源と、前記光源から射出する発散光束を平行光束に近づけるコレクタレンズと、前記コレクタレンズの後側焦点面近傍の光軸方向に並べて配置され、かつ、互いの間隔が、前記顕微鏡に使用される対物レンズに応じて可変である少なくとも２枚のフライアイレンズとを備えたことを特徴とする。
【００１６】
請求項２に記載の顕微鏡照明装置は、請求項１に記載の顕微鏡照明装置において、前記フライアイレンズにより形成される前記複数の光源の像を、前記コンデンサレンズの前側焦点面近傍にリレーするリレー光学系を更に備えたことを特徴とする。
請求項３に記載の顕微鏡照明装置は、請求項１又は請求項２に記載の顕微鏡照明装置において、前記２枚のフライアイレンズは、前記光源側の面がフライアイ構造となった第１のフライアイレンズと、前記コンデンサレンズ側の面がフライアイ構造となった第２のフライアイレンズとからなることを特徴とする。
【００１７】
請求項４に記載の顕微鏡照明装置は、請求項１〜請求項３の何れか一項に記載の顕微鏡照明装置において、前記フライアイレンズの各単位レンズの光軸に対して垂直方向の形状は正六角形であることを特徴とする。
請求項５に記載の顕微鏡装置は、倍率の異なる複数種の対物レンズを支持すると共に、観察用の光路に対しそれら対物レンズのうち１つを選択的に挿入する対物レンズ設定機構と、請求項１〜請求項４の何れか一項に記載の顕微鏡照明装置と、前記光路に挿入される対物レンズの種類に応じて、前記顕微鏡照明装置内の前記フライアイレンズの焦点距離を変更する顕微鏡照明装置の制御手段とを備えたことを特徴とする。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
［第１実施形態］
図１、図２、図３を参照して本発明の第１実施形態について説明する。
図１は、本実施形態の顕微鏡照明装置１の構成を説明する図である。
【００１９】
図１において図５に示したものと同じ要素については同じ符号を付し、ここでは、図５に示した顕微鏡照明装置１００との相違点についてのみ説明する。
本実施形態の顕微鏡照明装置１は、フライアイレンズ１０３に代えて、光源側のみがフライアイ構造となった第１フライアイレンズ１３ａとコンデンサレンズ側のみがフライアイ構造となった第２フライアイレンズ１３ｂとからなるフライアイレンズ１３が備えられた点において、図５に示す顕微鏡照明装置１００と異なる。
【００２０】
また、リレー光学系１０４については、必須ではないが、フライアイレンズ１３等の光学素子の位置ずれによる試料面Ｏの照明状態の変化が抑えられることから、配置された方が好ましい。特に、本実施形態では、フライアイレンズ１３が駆動される（詳細は後述）ので、リレー光学系１０４は配置されることが望ましい。
【００２１】
また、開口絞り１０７及び視野絞り１０６についても、迷光を防ぐために顕微鏡照明装置１００と同様に備えられることが好ましいが、本実施形態の顕微鏡照明装置１は、照明状態（視野の大きさや、試料面Ｏへの最大入射角度）を変化させるために積極的に駆動されるものではないので、図示省略した。
フライアイレンズ１３は、フライアイレンズ１０３と同様コレクタレンズ１０２の後側焦点面近傍に配置されるが、フライアイレンズ１０３とは異なり、焦点距離が可変である。
【００２２】
図２は、本実施形態のフライアイレンズ１３を説明する図である。
図２に示すように、フライアイレンズ１３には、焦点距離を可変にするべく、光源１０１側から順に、第１フライアイレンズ１３ａ、及び第２フライアイレンズ１３ｂを、互いの光学面が平行となるよう配置している。
少なくとも有効径内では、第１フライアイレンズ１３ａの各単位レンズの配置パターンと、第２フライアイレンズ１３ｂの各単位レンズの配置パターンとは一致している。つまり、第１フライアイレンズ１３ａの単位レンズと、第２フライアイレンズ１３ｂの単位レンズとからなる一対の単位レンズが、フライアイレンズ１３の１つの単位レンズを成している。
【００２３】
フライアイレンズ１３のこの単位レンズ（一対の単位レンズからなる。）は、図５に示したフライアイレンズ１０３の単位レンズと同様、コレクタレンズ１０２から入射する平行光束を結像して複数の光源像を形成する。
また、フライアイレンズ１３の単位レンズ（一対の単位レンズからなる）の焦点距離（すなわち、一対の単位レンズの合成焦点距離）ｆｆは、第１フライアイレンズ１３ａと第２フライアイレンズ１３ｂの間隔ｄが短いとき（図２（ａ））には短くなり、その間隔ｄが比較的長いとき（図２（ｂ））には長くなる。
【００２４】
フライアイレンズ１３に以上の特性を付与するためには、例えば、第１フライアイレンズ１３ａの各単位レンズを、光源１０１側に凸を向けた平凸レンズにすると共に、第２フライアイレンズ１３ｂの各単位レンズを、試料面Ｏ側に凸を向けた平凸レンズにするとよい。つまり、第１フライアイレンズ１３ａと第２フライアイレンズ１３ｂとのそれぞれを、一方の面のみがフライアイ構造をしたフライアイレンズにするとよい。
【００２５】
このとき、他方の面の光軸に対して垂直方向の面形状は、平面にすることが好ましい。そして、この平面部を対向させて並べることが好ましい。
第１フライアイレンズ１３ａの各単位レンズの曲率半径と、第２フライアイレンズ１３ｂの各単位レンズの曲率半径とは、一致させることは必須ではないが、フライアイレンズ１３の構成の簡略化を図るならば、第１フライアイレンズ１３ａと第２フライアイレンズ１３ｂとは同じものを使用するとよい。
【００２６】
また、第１フライアイレンズ１３ａの第２フライアイレンズ１３ｂ側の面、及び第２フライアイレンズ１３ｂの第１フライアイレンズ１３ａ側の面については、平面である必要は無いが、平面である方が、それぞれのフライアイレンズの製造を簡略化する上で好ましい。
ところで、図１に示す光束を光源１０１から試料面Ｏへと追跡すると明らかなように、顕微鏡照明装置１では、視野の形状（すなわち、試料面Ｏにおける照射領域の形状）は、フライアイレンズ１３の各単位レンズの外径によって決まるので、フライアイレンズ１３の単位レンズ（すなわち、第１フライアイレンズ１３ａ、第２フライアイレンズ１３ｂの単位レンズ）の外径は円形に近いほど好ましい。
【００２７】
一方、試料面Ｏ上の照明の均一性を高めるには、フライアイレンズ１３の有効径内の単位レンズの配置数（配置密度）は高いほど好ましい。
そこで、フライアイレンズ１３における単位レンズの外径（つまり第１フライアイレンズ１３ａの単位レンズの外径及び第２フライアイレンズ１３ｂの単位レンズの外径）は、図１左下に示すように、正六角形であることが好ましい。正六角形は、他の形状と比較すると、最も円形に近く、かつ最も配置密度の高まる形状である。
【００２８】
なお、実際の単位レンズの配置数は、図示したものより多くなることは言うまでもない。
また、第１フライアイレンズ１３ａと第２フライアイレンズ１３ｂとの間隔を可変とするために、例えば、一般の光学素子の間隔を可変するときと同様、フライアイレンズ１３には、カム機構、ラックアンドピニオンなどの駆動機構が設けられる。
【００２９】
図１に示したフライアイレンズ１３においては、第１フライアイレンズ１３ａを支持するホルダ１３ｆ、及び第２フライアイレンズ１３ｂを支持するホルダ１３ｅにカム機構が設けられている様子を示した。
カム機構は、例えば、カム溝が形成された筒状部材１３ｃ、ホルダ１３ｆ、１３ｅにそれぞれ固定され、かつカム溝により移動方向が光軸方向のみに規制されるピン１３ｇ、１３ｈなどからなる。カム機構は、筒状部材１３ｃが回動されるのに応じて第１フライアイレンズ１３ａ、第２フライアイレンズ１３ｂの間隔を変化させる。
【００３０】
また、フライアイレンズ１３に設けられる駆動機構としては、ホルダ１３ｆ、ホルダ１３ｅの一方又は双方を光軸方向に移動させるステージ（Ｚステージ）であってもよい。
これらカム機構やステージは、モータにより駆動されても、直接使用者により駆動されてもよい。
【００３１】
図２（ａ）は、第１フライアイレンズ１３ａと第２フライアイレンズ１３ｂとの間隔ｄが短く設定されたときの様子、図２（ｂ）は、その間隔ｄが長く設定されたときの様子である。
【００３２】
両者を比較して明らかなように、間隔ｄが短いときには、フライアイレンズ１３の焦点距離ｆｆは短くなり、間隔ｄが長いときには、フライアイレンズ１３の焦点距離ｆｆは長くなる。
つまり、本実施形態のフライアイレンズ１３は、間隔ｄの伸縮によりその焦点距離ｆｆを伸縮させる。
【００３３】
次に、図１と図３とを比較して、本実施形態のフライアイレンズ１３の作用について説明する。
図１は、フライアイレンズ１３の焦点距離ｆｆが短く設定されたとき（図２（ａ）参照、間隔ｄが短く設定されたとき）の様子を示した。
一方、図３は、フライアイレンズ１３の焦点距離ｆｆが長く設定されたとき（図２（ｂ）参照、間隔ｄが長く設定されたとき）の顕微鏡照明装置１の様子を示す図である。
【００３４】
先ず、図１に示すように、フライアイレンズ１３の焦点距離ｆｆが短いと（図２（ａ）参照）、各単位レンズが形成する光源像は小さくなり、光源像から射出する光束の最大射出角度θ（ひいては、リレー光学系１０４の後ろの光源像から射出する光束の最大射出角度θ’）は、大きくなる。
このとき、試料面Ｏに入射する光束の最大入射角度Θは小さくなり、試料面Ｏの照射範囲の径Ｈは大きくなる。つまり、低ＮＡかつ大視野の照明が実現する。これは、低倍レンズの要求する照明状態である。
【００３５】
一方、図３に示すように、フライアイレンズ１３の焦点距離ｆｆが長いと（図２（ｂ）参照）、各単位レンズが形成する光源像は大きくなり、光源像から射出する光束の最大射出角度θ（ひいては、リレー光学系１０４の後ろの光源像から射出する光束の最大射出角度θ’）は、小さくなる。
このとき、試料面Ｏに入射する光束の最大入射角度Θは大きくなり、試料面Ｏの照射範囲の径Ｈは小さくなる。つまり、高ＮＡかつ小視野の照明が実現する。これは、高倍レンズの要求する照明状態である。
【００３６】
よって、本実施形態の顕微鏡照明装置１は、低倍レンズの使用時には、間隔ｄを小さくしてフライアイレンズ１３の焦点距離ｆｆを短くし、また、高倍レンズの使用時には、間隔ｄを大きくしてフライアイレンズ１３の焦点距離ｆｆを長くすればよい。
この顕微鏡照明装置１を顕微鏡に適用した場合、使用者は、例えば、顕微鏡の対物レンズを異なる倍率に交換した際に、顕微鏡像を目視しつつ顕微鏡照明装置１内のフライアイレンズ１３の間隔ｄを少しずつ動かし、良好な画像が得られたと認識した時点の間隔を保てばよい。
【００３７】
なお、間隔ｄが段階的に変化するようカム機構やステージを構成しておけば、使用者によるこの作業は簡単になる。ここでいう段階的な間隔とは、複数種の対物レンズ（４倍対物レンズ、１０倍対物レンズ、２０倍対物レンズ、３０倍対物レンズ、６０倍対物レンズ、１００倍対物レンズ）のそれぞれに最適な各種の間隔（ｄ−４，ｄ−１０、ｄ−２０、ｄ−３０、ｄ−６０、ｄ−１００）を指す。
【００３８】
本実施形態の顕微鏡照明装置１では、フライアイレンズ１３の焦点距離ｆｆの変更可能な範囲を十分に大きくしておきさえすれば、試料面Ｏに入射する光束の最大入射角度Θの変更範囲、及び試料面Ｏの照射範囲の径Ｈの変更範囲を十分に大きく確保することができる。
したがって、低倍レンズ使用時、高倍レンズ使用時の何れにも最適な照明状態を設定することができる。
【００３９】
本実施形態の顕微鏡照明装置１では、照明状態を高倍レンズ用、低倍レンズ用の何れに設定する際にも、図１、図３のように光を制限することなく光束の太さを変化させるだけである。
すなわち、低倍レンズ用に設定されると、図１右下に示すように、複数の光源像のそれぞれが小さくなり、高倍レンズ用に設定されると、図３右下に示すように、複数の光源像のそれぞれが大きくなるが、何れの場合にも、試料面Ｏ（ひいては対物レンズ）に入射する光量は保たれるので、光源１０１のパワーの損失は何ら生じない。
【００４０】
したがって、たとえ同じパワーの光源１０１、及び同じサイズのコレクタレンズ１０２、リレー光学系１０４、及びコンデンサレンズ１０５を使用したとしても、本実施形態の顕微鏡装置の照明は、図５に示す顕微鏡照明装置１００の照明よりも明るい。この効果は、特に、高倍レンズ使用時に顕著に現れる。
しかも、一般に、高倍レンズには高い解像度が要求されるが、本実施形態では、高倍レンズの使用時、図３右下に示すように複数の光源像のそれぞれを大きくし、対物レンズの瞳内に形成される光源像の充填率を高めることができるので、図５（ｂ）に示す顕微鏡照明装置１００よりも細かい物体がより高コントラストで観察できる。
【００４１】
以上、本実施形態の顕微鏡照明装置１によれば、倍率の異なる各種の対物レンズのそれぞれに対し最適な照明状態を設定することができる。
［第２実施形態］
図４、図５を参照して本発明の第２実施形態について説明する。
本実施形態は、第１実施形態の顕微鏡照明装置を利用した顕微鏡装置の例である。
【００４２】
図４は、本実施形態の顕微鏡装置の構成図である。
顕微鏡装置２０は、透過型かつ明視野観察用の顕微鏡装置であり、透過型の試料２０Ａを透過した光束により試料２０Ａの拡大像を形成する。その拡大像は、撮像素子２３により検出される。
顕微鏡装置２０には、倍率の異なる複数の対物レンズ（以下、４倍の対物レンズＬ−４、１００倍の対物レンズＬ−１００とする。）を装着したレボルバ２１が備えられる。レボルバ２１は、装着した複数の対物レンズのうち１つ（図４では対物レンズＬ−４）を試料２０Ａに対向させる。
【００４３】
なお、対物レンズは、レボルバに限らず、スライダーに設けても良い。本発明では、レボルバやスライダなど、対物レンズを装着する部材を、対物レンズ設定機構とする。
試料２０Ａに対向している対物レンズ（以下、「設定中の対物レンズ」という。図４では対物レンズＬ−４）は、試料２０Ａからの光束の拡大像を形成する。なお、拡大像は、設定中の対物レンズ（図４では対物レンズＬ−４）だけでなくその対物レンズと所定の観察光学系２２とにより形成される。
【００４４】
顕微鏡装置２０において、顕微鏡照明装置１は、試料２０Ａを、設定中の対物レンズとは反対の側から照明する。なお、図４では下側から照明するものを示したが、上側から照明するものであってもよい。
なお、図４では、顕微鏡装置２０における顕微鏡照明装置１の配置スペースを最適化するため、光路を９０°曲げるミラー１ａが備えられた顕微鏡照明装置１を示した。
【００４５】
顕微鏡装置２０において、顕微鏡照明装置１と試料２０Ａとの間の光路には、コンデンサレンズ１０５が装着されている。
ここでは、コンデンサレンズ１０５は、レボルバ２１に装着されている対物レンズ（４倍の対物レンズＬ−４、１００倍の対物レンズＬ−１００）の全部に対応可能なよう設計されているとする。
【００４６】
なお、試料２０Ａは、ステージ２０ａ上に載置される。ステージ２０ａには、コンデンサレンズ１０５から設定中の対物レンズへ進行する照明光を透過するための透過部（開口部）が設けられている。
さらに、本実施形態の顕微鏡装置２０には、制御部２４（ＣＰＵ２４ａ、メモリ２４ｂなどからなる。）、番地検出部２５、間隔検出部２７、モータ２６などが備えられる。
【００４７】
制御部２４内のメモリ２４ｂには、「番地−倍率情報」が、予め格納されている。
顕微鏡装置２０のレボルバ２１には、対物レンズを装着する各装着部にそれぞれ番地が割り付けられており、使用者は、レボルバ２１の各番地にそれぞれ所望する対物レンズを装着し、予め、どの番地に何倍の対物レンズを装着したのかを示す情報を、不図示のコントローラ（入力キーなどが設けられている。）などを介して顕微鏡装置２０に入力している。その情報が、「番地−倍率情報」である。
【００４８】
番地検出部２５は、設定中の番地（図では４倍の対物レンズＬ−４の装着部の番地）を認識するセンサである。
番地検出部２５は、例えば、ホールＩＣと磁石との組み合わせ、フォトインタラプタとスリットとの組み合わせなどからなる。
そして、制御部２４内のＣＰＵ２４ａは、メモリ２４ｂに格納された番地−倍率情報と、その番地検出部２５の出力とによって、設定中の対物レンズの倍率を認識することができる。
【００４９】
また、モータ２６は、顕微鏡照明装置１内のフライアイレンズ１３の駆動機構（カム機構、ラックアンドピニオン、Ｚステージ等）に連結されており、フライアイレンズ１３の間隔ｄ（図２参照）を変更するモータである。モータ２６は、ＣＰＵ２４ａの指示により駆動される。
また、間隔検出部２７は、顕微鏡照明装置１内のフライアイレンズ１３の間隔ｄを検出するものであり、例えばモータ２６に設けられたエンコーダとフライアイレンズ１３に設けられたポジションセンサとの組み合わせからなる。
【００５０】
なお、フライアイレンズ１３の間隔ｄの制御に要求される精度が高いときには、フライアイレンズ１３の駆動機構としてＺステージが使用され、モータ２６にステップモータなどの高精度制御可能なモータが使用され、間隔検出部２７には、光学式のセンサが用いられることが好ましい。
そして、制御部２４内のＣＰＵ２４ａは、間隔検出部２７の出力を参照しつつモータ２６を駆動することによって、フライアイレンズ１３の間隔ｄを制御する。
【００５１】
さらに、制御部２４のメモリ２４ｂには、番地−倍率情報の他、予め、「倍率−フライアイ間隔情報」が格納されている。
種々の倍率の対物レンズ、例えば、４倍対物レンズ、１０倍対物レンズ、２０倍対物レンズ、３０倍対物レンズ、６０倍対物レンズ、１００倍対物レンズの使用時には、それぞれフライアイレンズ１３の間隔ｄに設定すべき最適値ｄ−４、ｄ−１０、ｄ−２０、ｄ−３０、ｄ−６０、ｄ−１００があり、予め求めておくことができる。
【００５２】
メモリ２４ｂには、各倍率と、各倍率に対する間隔ｄの最適値とが互いに対応付けられ格納されている。この倍率と間隔ｄの最適値との対応関係を示す情報が、「倍率−フライアイ間隔情報」である。
なお、倍率−フライアイ間隔情報については、予め、顕微鏡照明装置１及びコンデンサレンズ１０５を使用した測定や、顕微鏡照明装置１及びコンデンサレンズ１０５の設計値を使用した演算などにより得ることができる。
【００５３】
そして、制御部２４のＣＰＵ２４ａは、顕微鏡装置２０の電源投入時、及び投入後、番地検出部２５の出力、及びメモリ２４ｂに格納された番地−倍率情報から、設定中の対物レンズの倍率を定期的に認識すると、メモリ２４ｂに格納された倍率−フライアイ間隔情報を参照して、その倍率に対応付けられた間隔ｄの最適値を認識する。
【００５４】
さらに、ＣＰＵ２４ａは、間隔検出部２７の出力を参照しつつモータ２６を駆動して、フライアイレンズ１３の間隔ｄをその最適値に設定する。
以上の動作によれば、顕微鏡照明装置１内のフライアイレンズ１３の間隔ｄは、設定中の対物レンズに対する最適値に常に保たれる。
その結果、顕微鏡装置２０は、倍率の異なる各種の対物レンズの性能をそれぞれ最大限利用することができる。
【００５５】
なお、ＣＰＵ２４ａによる上記処理の実行頻度は、定期的である必要はなく、レボルバ２１が駆動されたときのみであってもよい。
なお、本実施形態においては、顕微鏡照明装置１を顕微鏡装置２０に対し交換可能に構成してもよく、その場合、顕微鏡照明装置１に固有の「倍率−フライアイ間隔情報」が、その顕微鏡照明装置１にＲＯＭなどとして付与され、顕微鏡装置２０の制御部２４によって読み取り可能にすることが好ましい。
【００５６】
また、コンデンサレンズ１０５が交換される可能性がある場合、設定中の対物レンズの倍率に応じてフライアイレンズ１３の間隔ｄを設定したのと同様に、コンデンサレンズ１０５の種類などを認識し、それに応じてフライアイレンズ１３の間隔ｄを設定するよう顕微鏡装置２０を構成してもよい。
また、顕微鏡照明装置１内に、視野絞り１０６、開口絞り１０７を備え、それらをフライアイレンズ１３の間隔ｄの伸縮に応じて変化させ、迷光を防ぐよう顕微鏡装置２０を構成してもよい。
【００５７】
また、本実施形態の顕微鏡装置２０は、電動化箇所が顕微鏡照明装置１内のフライアイレンズ１３のみとなっているが、他の部分（例えば、レボルバ２１）が電動化されてよいことは言うまでもない。
また、本実施形態において、制御部２４の動作の一部又は全部については、顕微鏡装置２０と別体のコントローラ、コンピュータなどに行わせてもよい。
【００５８】
【発明の効果】
以上本発明によると、倍率の異なる各種の対物レンズのそれぞれに対し最適な照明状態を設定することのできる透過型かつ眼視野観察用の顕微鏡照明装置が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態の顕微鏡照明装置１の構成を説明する図である。
【図２】第１実施形態のフライアイレンズ１３を説明する図である。
【図３】フライアイレンズ１３の焦点距離ｆｆが長く設定されたときの顕微鏡照明装置１の様子を示す図である。
【図４】第２実施形態の顕微鏡装置の構成図である。
【図５】ケーラー照明にフライアイレンズを適用した顕微鏡照明装置１００の構成例である。
【符号の説明】
１ 顕微鏡照明装置
１ａ ミラー
１３ フライアイレンズ
１３ａ 第１フライアイレンズ
１３ｂ 第２フライアイレンズ
１３ｃ 筒状部材
１３ｆ，１３ｅ ホルダ
１３ｇ，１３ｈ ピン
１０１ 光源
１０２ コレクタレンズ
１０３ フライアイレンズ
１０４ リレー光学系
１０５ コンデンサレンズ
１０６ 視野絞り
１０７ 開口絞り
Claims (5)
- 倍率の異なる複数種の対物レンズを選択的に使用する顕微鏡に適用される顕微鏡照明装置であって、
光源と、
前記光源から射出する発散光束を平行光束に近づけるコレクタレンズと、
前記コレクタレンズの後側焦点面近傍の光軸方向に並べて配置され、かつ、互いの間隔が、前記顕微鏡に使用される対物レンズに応じて可変である少なくとも２枚のフライアイレンズとを備えた
ことを特徴とする顕微鏡照明装置。 - 請求項１に記載の顕微鏡照明装置において、
前記フライアイレンズにより形成される前記複数の光源の像を、前記コンデンサレンズの前側焦点面近傍にリレーするリレー光学系を更に備えた
ことを特徴とする顕微鏡照明装置。 - 請求項１又は請求項２に記載の顕微鏡照明装置において、
前記２枚のフライアイレンズは、
前記光源側の面がフライアイ構造となった第１のフライアイレンズと、前記コンデンサレンズ側の面がフライアイ構造となった第２のフライアイレンズとからなる
ことを特徴とする顕微鏡照明装置。 - 請求項１〜請求項３の何れか一項に記載の顕微鏡照明装置において、
前記フライアイレンズの各単位レンズの光軸に対して垂直方向の形状は正六角形である
ことを特徴とする顕微鏡照明装置。 - 倍率の異なる複数種の対物レンズを支持すると共に、観察用の光路に対しそれら対物レンズのうち１つを選択的に挿入する対物レンズ設定機構と、
請求項１〜請求項４の何れか一項に記載の顕微鏡照明装置と、
前記光路に挿入される対物レンズの種類に応じて、前記顕微鏡照明装置内の前記フライアイレンズの焦点距離を変更する顕微鏡照明装置の制御手段と
を備えたことを特徴とする顕微鏡装置。
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