JP2005043517A - Microscope lighting device and microscope equipped with the same - Google Patents

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JP2005043517A
JP2005043517A JP2003201277A JP2003201277A JP2005043517A JP 2005043517 A JP2005043517 A JP 2005043517A JP 2003201277 A JP2003201277 A JP 2003201277A JP 2003201277 A JP2003201277 A JP 2003201277A JP 2005043517 A JP2005043517 A JP 2005043517A
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JP
Japan
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light source
fly
lens
eye lens
microscope
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JP2003201277A
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Japanese (ja)
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Tomohiro Miyashita
智裕 宮下
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Nikon Corp
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Nikon Corp
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a microscope lighting device capable of securing wide and bright illuminating light, irrespective of magnification of an objective lens, and to provide a microscope equipped with the microscope lighting device. <P>SOLUTION: The device is provided with a light source S for supplying the illuminating light, a collector lens CL for converting the diverging light emitted from the light source S to nearly collimated luminous flux, a fly eye lens F arranged on the back focus position of the collector lens CL, relay optical systems RL1 and RL2 for relaying a pseudo surface light source formed on the exit end face of the fly eye lens F to an aperture diaphragm AS or a plane conjugate to the aperture diaphragm, and the device satisfies a prescribed condition. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、顕微鏡の照明装置に関する。
【0002】
【従来技術】
従来、顕微鏡照明装置では、照明むらの発生しにくいケーラー照明が用いられている。しかし、近年のデジタルカメラの普及に伴い、従来の銀塩写真に代わってデジタルカメラで顕微鏡写真を撮ることが増加している。デジタルカメラで使用される撮像素子(例えば、CCD)は、僅かな明るさの差が階調の差となって可視化されるため、銀塩写真よりも照明むらが目立つ傾向に有る。この様な照明むらを改善する顕微鏡照明装置が提案されている(例えば、特許文献1参照。)。
【0003】
【特許文献1】
特開2002−6225号公報
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
顕微鏡では様々な倍率の対物レンズを切替えて観察を行う。このため、低倍率の対物レンズと高倍率の対物レンズでは、必要な照明範囲および照明条件が異なる。例えば、低倍率の対物レンズで観察する際には広い視野を照明する必要があり、高倍率の対物レンズで観察する際には照明する視野は狭くても良い。一方、照明開口数に関しては、低倍率の対物レンズの場合には対物レンズの開口数が小さいので照明開口数は小さくてよいが、高倍率の対物レンズでは大きな照明開口数が必要となる。照明開口数の大きな照明を行おうとした場合、形成される光源像はコンデンサレンズの開口絞りに対して必要十分な大きさにする必要があり、大きな光源倍率を用いることとなる。
【0005】
しかし、光源倍率を大きくすると照明できる範囲が狭くなり、低倍率の対物レンズでは観察領域を均一に照明できないという問題(視野欠け)を生じる。通常、顕微鏡照明装置では上述の問題を避けるために光源倍率は低めに設計せざるを得ず、開口絞りの面積に対する光源像の割合(充足率)が低くなり、高倍率の対物レンズでの観察の際には、照明開口数が不足して明るさが不足するという問題がある。
【0006】
本発明は、上記問題に鑑みて行われたものであり、対物レンズの倍率によらず広視野で明るい照明光を確保できる顕微鏡照明装置とこれを有する顕微鏡を提供することを目的としている。
【0007】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明では、照明光を供給するための光源と、該光源から射出した発散光を略平行な光束に変換するためのコレクタレンズと、該コレクタレンズの後側焦点位置に配置されたフライアイレンズと、該フライアイレンズの射出端面に形成された擬似面光源を開口絞りまたは該開口絞りに共役な面にリレーするためのリレー光学系とを有し、Wを前記光源の幅寸法、D1を前記光源の高さ寸法、fcを前記コレクタレンズの焦点距離、feを前記フライアイレンズを構成する一素子の焦点距離、dを前記フライアイレンズを構成する一素子の内接円の半径としたとき、前記光源と前記コレクタレンズと前記フライアイレンズは、
d/2<(W+D11/2×(fe/fc)<d
を満足することを特徴とする顕微鏡照明装置を提供する。
【0008】
また、本発明の別の態様では、前記光源の位置に対して、前記コレクタレンズ側と対向する側に、前記光源の位置を略焦点位置とする凹面ミラーを有し、Wを前記光源の幅寸法、D2を前記光源の高さ寸法、fcを前記コレクタレンズの焦点距離、feを前記フライアイレンズを構成する一素子の焦点距離、dを前記フライアイレンズを構成する一素子の内接円の半径としたとき、前記光源と前記コレクタレンズと前記フライアイレンズは、
d/2<(W+(2×D2)1/2×(fe/fc)<d
を満足することを特徴とする顕微鏡照明装置を提供する。
【0009】
また、本発明の別の態様では、前記フライアイレンズは、一素子の形状が六角形状で、顕微鏡本体に取付けるためのフランジ部が一体成型されていることを特徴とする顕微鏡照明装置を提供する。
【0010】
また、本発明の別の態様では、前記光源は、フィラメントからなることを特徴とする顕微鏡照明装置を提供する。
【0011】
また、本発明では、前記顕微鏡照明装置を有することを特徴とする顕微鏡を提供する。
【0012】
【発明の実施形態】
本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。
【0013】
図1は、本発明にかかる顕微鏡照明装置を搭載した顕微鏡の概略構成図である。図2は、本発明の第1実施形態にかかる顕微鏡照明装置の概略図を示し、(a)は照明光学系の概略図を示し、(b)はフライアイレンズの一素子上における光源像の例を示し、(c)はフライアイレンズの一素子の内接円を示す。図3は、本発明の第2実施形態にかかる顕微鏡照明装置の概略図を示し、(a)は照明光学系の概略図を示し、(b)はフライアイレンズの一素子上における光源像の例を示し、(c)はフライアイレンズの一素子の内接円を示し、(d)は凹面ミラーによるフィラメントの結像位置関係を示す図である。図4は、本発明の実施形態に用いられるマウント部を一体成型したフライアイレンズの一例を示す。
【0014】
図1において、光源Sから射出された発散光束はコレクタレンズCLでほぼ平行な光束に変換される。この時、コレクタレンズCLの後側焦点位置には視野絞りFSと共役な面が形成される。この位置にフライアイレンズFを配置するとフライアイレンズFの射出端面にはフライアイレンズ素子(以後、セルと記す)の個数だけ光源像が形成される。フライアイレンズFの各セルから射出した発散光束は、視野絞りFS上で各々重なるため、例えば光源に配光特性がある場合でもムラのない均一な照明が可能になる。フライアイレンズFの射出面から射出された発散光束は、リレーレンズ系RL1,RL2を通って開口絞りASへ投影され、コンデンサレンズCNDを介してステージ10に載置された標本12を照明する。標本12からの光は、対物レンズ14で集光され不図示の結像光学系および接眼レンズ16を介して観察される。この様にして、本発明の実施形態にかかる顕微鏡照明装置1を搭載した透過型顕微鏡20が構成されている。
【0015】
(第1実施形態)
以下、本発明の第1実施形態にかかる顕微鏡照明装置に付いて詳述する。
【0016】
図2(a)〜(c)において、光源Sから射出された発散光束はコレクタレンズCLでほぼ平行な光束に変換される。この時、コレクタレンズCLの後側焦点位置には視野絞りFSと共役な面が形成される。この位置にフライアイレンズFの入射端面ENTと重なるようにフライアイレンズFを配置する。この時、フライアイレンズの射出端面EXTにはセルSeの個数だけ光源像が形成される。フライアイレンズFの六角形状の各セルSeから射出した発散光束は、視野絞りFS上で各々重なるため、例えば光源に配光特性がある場合でもムラのない均一な照明が可能になる。フライアイレンズFの射出面EXTから射出された発散光束は、リレーレンズ系RL1,RL2を通って開口絞りASへ投影される。リレー倍率は、フライアイレンズF全体の直径、光源Sの大きさ、求める光源倍率により決まる。開口絞りASには疑似面光源が投影され、図1に示すコンデンサレンズCNDを介して標本12を照明する。
【0017】
本第1実施形態では、セルSeに形成される光源像の面積Siは、光源の面積Soと、コレクタレンズCLの焦点距離fcと、セルSeの焦点距離feとの比によって決まり、以下の関係式で表される。
Si=So×(fe/fc)
【0018】
これより、コレクタレンズCLの焦点距離fcが長くなれば光源像の面積Siは小さくなり、セルSeの焦点距離feが長くなれば光源像の面積Siは大きくなる。形成された光源像の面積Siと、セルSeの面積の比を充足率と表すと、充足率は、光源の面積Soと、コレクタレンズCLの焦点距離fcと、フライアイレンズFのセルSeの焦点距離feとにより一意的に決定される。
【0019】
本実施形態では、図2(c)に示すように、セルSeの面積を内接円Ceの面積で近似し、内接円Ceの半径をdとし、光源Sが幅W、高さD1の矩形状のフィラメントflで形成されているとき、フィラメント像flは以下の条件式(1)を満足している。
(1) d/2<(W+D11/2×(fe/fc)<d
【0020】
条件式(1)は、セルSe上での光源像(フィラメント像)の充足率を規定するものである。(W+D11/2は、光源の面積を示し、(W+D11/2×(fe/fc)は、光源像の面積を示している。条件式(1)の下限値を下回ると、セルSe上でのフィラメント像flの面積は小さくなりすぎ(充足率が小さくなりすぎ)所望の光量が得られなくなるため好ましくない。条件式(1)の上限値を上回ると、セルSe上に投影されるフィラメント像flの面積がセルSeの面積より大きくなりすぎ、セルSe上からはみ出したフィラメント部分の光量が無駄になるため好ましくない。
【0021】
このように本実施形態では、フライアイレンズFのセルSeの大きさと光源Sの持つフィラメントの大きさを調整することにより、対物レンズの倍率によらず広視野で明るい照明が実現できる。また、調整手順としては、使用するコンデンサレンズCNDの種類を決定し、顕微鏡の視野数に応じてフィールドレンズ、コリメートレンズの焦点距離を決め、その後、フライアイレンズFの焦点距離とセルSeの大きさを決める。そして、最後に光源Sの大きさを調整し、適する大きさの光源Sを設置することが好ましい。
【0022】
以下の表1に本第1実施形態にかかる顕微鏡照明装置の数値実施例の諸元値を掲げる。諸元値において、Wは実際のフィラメントの幅寸法、D1は実際のフィラメントの高さ寸法、fcはコレクタレンズCLの焦点距離、feはフライアイレンズFのセルSeの焦点距離、dはセルSeの内接円Ceの半径である。また、諸元表の焦点距離、その他の長さの単位は一般に「mm」が使われるが、光学系は比例拡大又は比例縮小しても同等の光学性能が得られるので、これに限られるものではない。
【0023】
【表1】
W=3.2
D1=4.8
fc=26
fe=7.5
d=2
条件式(1)対応値=1.64
上記数値実施例の顕微鏡照明装置において、良好な照明光特性が得られる。
【0024】
(第2実施形態)
以下、本発明の第2実施形態にかかる顕微鏡照明装置に付いて図3に基づき詳説する。第1実施形態と同等の部材には同じ符号を付し説明を省略する。
【0025】
図3(a)〜(d)は、顕微鏡照明装置の概略構成を示す図である。本第2実施形態と第1実施形態との主な違いは、光源Sの位置に対して、コレクタレンズCL側と対向する側(光源Sの後方)に焦点位置が光源Sの位置にある凹面ミラーMiが配置され、光源Sであるフィラメントfaが第1実施形態の光源のフィラメントの高さ寸法より小さいことに有る。
【0026】
図中で光軸Iの下側に配置されたフィラメントfaから後方に射出された発散光束は、凹面ミラーMiで反射され、フィラメントfaの位置で、図中の光軸Iの上側にフィラメント像fbを結像する。光軸に対してフィラメントfaとフィラメント像fbとは線対称の位置にある。この状態を図3(d)に示す。フィラメントfaは光軸Iから軸ずらし量Lだけずらした位置(Lはフィラメントfaの高さ寸法の略半分)に配置されている。フィラメントfaとフィラメント像fbとの合成フィラメントFLからの光は、コレクタレンズCLでほぼ平行な光束に変換される。この時、コレクタレンズCLの後側焦点位置には視野絞りFSと共役な面が形成される。この位置にフライアイレンズFの入射端面ENTと重なるようにフライアイレンズFを配置する。この時、図3(b)に示すようにフライアイレンズの射出端面EXTには、1つのセルSeの中に2つの光源像(フィラメント像)が形成される。このフィラメント像はフィラメントfaフィラメント像farと、フィラメント像fbの第1のフィラメント像fbmである。フライアイレンズFの六角形状の各セルSeから射出した発散光束は、視野絞りFS上で各々重なるため、例えば光源に配光特性がある場合でもムラのない均一な照明が可能になる。フライアイレンズFの射出面EXTから射出された発散光束は、リレーレンズ系RL1,RL2を通って開口絞りASへ投影される。リレー倍率は、フライアイレンズF全体の直径、光源Sの大きさ、求める光源倍率により決まる。開口絞りASには疑似面光源が投影され、図1に示すコンデンサレンズCNDを介して標本12を照明する。
【0027】
本第2実施形態では、セルSeに形成される光源像の合計の面積Siは、光源の合計の面積So(So=2×Sf;Sfはフィラメントfaの面積)と、コレクタレンズCLの焦点距離fcと、セルSeの焦点距離feとの比によって決まり、以下の関係式で表される。
Si=So×(fe/fc)
【0028】
これより、コレクタレンズCLの焦点距離fcが長くなれば光源像の合計の面積Siは小さくなり、のセルSeの焦点距離feが長くなれば光源像の面積Siは大きくなる。形成された光源像の面積Siと、セルSeの面積の比を充足率と表すと、充足率は、光源の面積Soと、コレクタレンズCLの焦点距離fcと、フライアイレンズFのセルSeの焦点距離feとにより一意的に決定される。
【0029】
本実施形態では、図3(c)に示すように、セルSeの面積を内接円Ceの面積で近似し、内接円Ceの半径をdとし、フィラメントfaの形状を幅W、高さD2の矩形状とすると、合成フィラメント像FLは、以下の条件式(2)を満足している。
(2) d/2<(W+(2×D2)1/2×(fe/fc)<d
【0030】
条件式(2)は、セルSe上における光源の充足率を規定するものである。条件式(2)の下限値を下回ると、セルSe上での合成フィラメントFL像の面積が小さくなりすぎ(充足率が小さくなりすぎ)所望の光量が得られなくなるため好ましくない。条件式(2)の上限値を上回ると、セルSe上に投影される合成フィラメントFL像の面積がセルSeの面積より大きくなりすぎ、セルSe上からはみ出した合成フィラメントFL部分の光量が無駄になるため好ましくない。
【0031】
本第2実施形形態ではフィラメントfaの高さD2は、第1実施形態のフィラメントの高さD1の略半分で、第1実施形態と同等の充足率を達成することができる。このため、光源Sの消費電力は第1実施形態に比べて少なくすることが可能となる。
【0032】
以下の表2に本第2実施形態にかかる顕微鏡照明装置の数値実施例の諸元値を掲げる。諸元値において、Wはフィラメントfaの幅寸法、D2はフィラメントfaの高さ寸法、fcはコレクタレンズの焦点距離、feはフライアイレンズFのセルSeの焦点距離、dはセルSeの内接円Ceの半径、Lはフィラメントfaの光軸からの軸ずらし量である。また、諸元表の焦点距離、その他の長さの単位は一般に「mm」が使われるが、光学系は比例拡大又は比例縮小しても同等の光学性能が得られるので、これに限られるものではない。
【0033】
【表2】
W=4.7
D2=2.2
fc=26
fe=7.5
d=1
L=1.2
条件式(2)対応値=1.85
上記数値実施例の顕微鏡照明装置において、良好な照明光特性が得られる。
【0034】
また、全ての実施形態において、図4に示すように、フライアイレンズFは、顕微鏡本体の取付部に取付けられるマウント部MoがセルSeとプラスチックまたは硝子の一体射出成型にて製造されている。これにより、照明光学系に容易にマウントでき、一定品質かつ安価にフライアイレンズF提供することが可能となる。
【0035】
また、リレー光学系RL1とRL2との間には視野絞りFS面が形成される。ここで、リレー光学系RL1,RL2に色収差が残存していると、観察時に絞りが色づいて見えてしまう。このため、リレー光学系は色収差補正のために接合レンズを用いることが望ましい。
【0036】
なお、フライアイレンズFのセルSeの断面形状は六角形に限らず多角形形状や円形状であっても良い。また、光源にはフィラメント以外にもハロゲンランプや水銀ランプなどの高輝度ランプ、またはLEDやLDおよびLEDアレーやLDアレーなどを使用しても良いが、光源像を形成する光源部が略矩形を形成するものが好ましい。
【0037】
なお、上述の実施の形態は例に過ぎず、上述の構成や形状に限定されるものではなく、本発明の範囲内において適宜修正、変更が可能である。
【0038】
【発明の効果】
上述のように、本発明では、対物レンズの倍率によらず、広視野で明るい照明光を確保できる顕微鏡照明装置とこれを有する顕微鏡を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明にかかる顕微鏡照明装置を搭載した顕微鏡の概略構成図である。
【図2】本発明の第1実施形態にかかる顕微鏡照明装置の概略図を示し、(a)は照明光学系の概略図を示し、(b)はフライアイレンズの一素子上における光源像の例を示し、(c)はフライアイレンズの一素子の内接円を示す。
【図3】本発明の第2実施形態にかかる顕微鏡照明装置の概略図を示し、(a)は照明光学系の概略図を示し、(b)はフライアイレンズの一素子上における光源像の例を示し、(c)はフライアイレンズの一素子の内接円を示し、(d)は凹面ミラーによるフィラメントの結像位置関係を示す図である。
【図4】本発明の実施形態に用いられるマウント部を一体成型したフライアイレンズの一例を示す。
【符号の説明】
1 顕微鏡照明装置
10 ステージ
12 標本
14 対物レンズ
16 接眼レンズ
20 透過型顕微鏡
S 光源
CL コレクタレンズ
F フライアイレンズ
FS 視野絞り
AS 開口絞り
RL1、RL2 リレーレンズ
Se セル(一素子)
d 半径
Ce 内接円
fa フィラメント
W フィラメント幅寸法
D1、D2 フィラメント高さ寸法
Mi 凹面ミラー
fl、fb,far、fbm フィラメント像
I 光軸
FL 合成フィラメント
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an illumination device for a microscope.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, in a microscope illumination apparatus, Koehler illumination that hardly causes uneven illumination is used. However, with the spread of digital cameras in recent years, taking micrographs with a digital camera instead of the conventional silver halide photography is increasing. An imaging device (for example, a CCD) used in a digital camera is visualized as a slight difference in brightness as a difference in gradation, and therefore, uneven illumination tends to be more conspicuous than a silver salt photograph. A microscope illumination device that improves such illumination unevenness has been proposed (see, for example, Patent Document 1).
[0003]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Laid-Open No. 2002-6225
[Problems to be solved by the invention]
In a microscope, observation is performed by switching objective lenses of various magnifications. For this reason, the required illumination range and illumination conditions differ between a low-magnification objective lens and a high-magnification objective lens. For example, when observing with a low-magnification objective lens, it is necessary to illuminate a wide field of view, and when observing with a high-magnification objective lens, the illuminating field of view may be narrow. On the other hand, with respect to the illumination numerical aperture, in the case of an objective lens with a low magnification, the numerical aperture of the objective lens is small, so that the illumination numerical aperture may be small. However, a large illumination numerical aperture is required with an objective lens with a high magnification. When illumination with a large illumination numerical aperture is to be performed, the light source image to be formed needs to be sufficiently large with respect to the aperture stop of the condenser lens, and a large light source magnification is used.
[0005]
However, if the light source magnification is increased, the range that can be illuminated is narrowed, and the problem that the observation area cannot be illuminated uniformly with a low-magnification objective lens (field loss) occurs. Usually, in order to avoid the above problems, the microscope illumination device must be designed with a low light source magnification, and the ratio of the light source image to the area of the aperture stop (satisfaction rate) becomes low, so observation with a high magnification objective lens In this case, there is a problem that the illumination numerical aperture is insufficient and the brightness is insufficient.
[0006]
The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a microscope illuminating device that can ensure bright illumination light with a wide field of view regardless of the magnification of the objective lens, and a microscope having the same.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, in the present invention, a light source for supplying illumination light, a collector lens for converting divergent light emitted from the light source into a substantially parallel light beam, and a rear focal point of the collector lens A fly-eye lens disposed at a position, and a relay optical system for relaying a pseudo-surface light source formed on the exit end face of the fly-eye lens to an aperture stop or a surface conjugated to the aperture stop, and W The width dimension of the light source, D1 is the height dimension of the light source, fc is the focal length of the collector lens, fe is the focal length of one element constituting the fly-eye lens, and d is one element constituting the fly-eye lens. Where the light source, the collector lens and the fly-eye lens are
d / 2 <(W 2 + D1 2 ) 1/2 × (fe / fc) <d
A microscope illumination apparatus characterized by satisfying the above is provided.
[0008]
Further, in another aspect of the present invention, a concave mirror having the position of the light source as a substantially focal position is provided on the side facing the collector lens side with respect to the position of the light source, and W is the width of the light source. D2 is a height dimension of the light source, fc is a focal length of the collector lens, fe is a focal length of one element constituting the fly-eye lens, and d is an inscribed circle of one element constituting the fly-eye lens. The light source, the collector lens, and the fly-eye lens are
d / 2 <(W 2 + (2 × D2) 2 ) 1/2 × (fe / fc) <d
A microscope illumination apparatus characterized by satisfying the above is provided.
[0009]
In another aspect of the present invention, there is provided a microscope illuminating device characterized in that the fly-eye lens has a hexagonal shape as one element, and a flange portion to be attached to the microscope body is integrally formed. .
[0010]
In another aspect of the present invention, there is provided a microscope illumination device, wherein the light source is made of a filament.
[0011]
The present invention also provides a microscope having the microscope illumination device.
[0012]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0013]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a microscope equipped with a microscope illumination device according to the present invention. 2A and 2B are schematic views of the microscope illumination apparatus according to the first embodiment of the present invention, FIG. 2A is a schematic view of an illumination optical system, and FIG. 2B is a diagram of a light source image on one element of a fly-eye lens. An example is shown, and (c) shows an inscribed circle of one element of the fly-eye lens. 3A and 3B are schematic views of a microscope illuminating device according to a second embodiment of the present invention, FIG. 3A is a schematic view of an illumination optical system, and FIG. 3B is a light source image on one element of a fly-eye lens. An example is shown, (c) shows the inscribed circle of one element of the fly-eye lens, and (d) shows the image forming positional relationship of the filament by the concave mirror. FIG. 4 shows an example of a fly-eye lens in which a mount portion used in the embodiment of the present invention is integrally molded.
[0014]
In FIG. 1, a divergent light beam emitted from a light source S is converted into a substantially parallel light beam by a collector lens CL. At this time, a surface conjugate with the field stop FS is formed at the rear focal position of the collector lens CL. When the fly-eye lens F is arranged at this position, light source images are formed on the exit end face of the fly-eye lens F by the number of fly-eye lens elements (hereinafter referred to as cells). Since divergent light beams emitted from each cell of the fly-eye lens F overlap each other on the field stop FS, for example, even if the light source has a light distribution characteristic, uniform illumination without unevenness is possible. The divergent light beam emitted from the exit surface of the fly-eye lens F is projected onto the aperture stop AS through the relay lens systems RL1 and RL2, and illuminates the specimen 12 placed on the stage 10 via the condenser lens CND. The light from the sample 12 is collected by the objective lens 14 and observed through an imaging optical system and an eyepiece 16 (not shown). In this manner, the transmission microscope 20 equipped with the microscope illumination device 1 according to the embodiment of the present invention is configured.
[0015]
(First embodiment)
Hereinafter, the microscope illumination device according to the first embodiment of the present invention will be described in detail.
[0016]
2A to 2C, the divergent light beam emitted from the light source S is converted into a substantially parallel light beam by the collector lens CL. At this time, a surface conjugate with the field stop FS is formed at the rear focal position of the collector lens CL. The fly-eye lens F is disposed at this position so as to overlap the incident end surface ENT of the fly-eye lens F. At this time, as many light source images as the number of cells Se are formed on the exit end face EXT of the fly-eye lens. Since divergent light beams emitted from the hexagonal cells Se of the fly-eye lens F overlap each other on the field stop FS, for example, even if the light source has a light distribution characteristic, uniform illumination without unevenness is possible. The divergent light beam emitted from the exit surface EXT of the fly-eye lens F is projected onto the aperture stop AS through the relay lens systems RL1 and RL2. The relay magnification is determined by the diameter of the entire fly-eye lens F, the size of the light source S, and the desired light source magnification. A pseudo surface light source is projected onto the aperture stop AS, and illuminates the specimen 12 via the condenser lens CND shown in FIG.
[0017]
In the first embodiment, the area Si of the light source image formed in the cell Se is determined by the ratio of the light source area So, the focal length fc of the collector lens CL, and the focal length fe of the cell Se, and has the following relationship: It is expressed by a formula.
Si = So × (fe / fc)
[0018]
Accordingly, the area Si of the light source image decreases as the focal length fc of the collector lens CL increases, and the area Si of the light source image increases as the focal distance fe of the cell Se increases. When the ratio of the area Si of the formed light source image to the area of the cell Se is expressed as a fullness rate, the fullness rate is expressed by the light source area So, the focal length fc of the collector lens CL, and the cell Se of the fly-eye lens F. It is uniquely determined by the focal length fe.
[0019]
In the present embodiment, as shown in FIG. 2C, the area of the cell Se is approximated by the area of the inscribed circle Ce, the radius of the inscribed circle Ce is d, the light source S has a width W and a height D1. When formed with a rectangular filament fl, the filament image fl satisfies the following conditional expression (1).
(1) d / 2 <(W 2 + D1 2 ) 1/2 × (fe / fc) <d
[0020]
Conditional expression (1) defines the sufficiency of the light source image (filament image) on the cell Se. (W 2 + D 1 2 ) 1/2 indicates the area of the light source, and (W 2 + D 1 2 ) 1/2 × (fe / fc) indicates the area of the light source image. If the lower limit of conditional expression (1) is not reached, the area of the filament image fl on the cell Se becomes too small (the filling rate becomes too small), and a desired light quantity cannot be obtained, which is not preferable. If the upper limit value of conditional expression (1) is exceeded, the area of the filament image fl projected onto the cell Se becomes too larger than the area of the cell Se, and the amount of light of the filament portion protruding from the cell Se is wasted, which is preferable. Absent.
[0021]
As described above, in this embodiment, by adjusting the size of the cell Se of the fly-eye lens F and the size of the filament of the light source S, bright illumination with a wide field of view can be realized regardless of the magnification of the objective lens. As the adjustment procedure, the type of condenser lens CND to be used is determined, the focal lengths of the field lens and collimating lens are determined according to the number of fields of the microscope, and then the focal length of the fly-eye lens F and the size of the cell Se. Decide And finally, it is preferable to adjust the size of the light source S and install the light source S having a suitable size.
[0022]
Table 1 below lists specification values of numerical examples of the microscope illumination apparatus according to the first embodiment. In the specification values, W is the width dimension of the actual filament, D1 is the height dimension of the actual filament, fc is the focal length of the collector lens CL, fe is the focal length of the cell Se of the fly-eye lens F, and d is the cell Se. Is the radius of the inscribed circle Ce. In addition, the focal length and other length units in the specification table are generally "mm", but the optical system can be obtained with the same optical performance even when proportionally enlarged or reduced. is not.
[0023]
[Table 1]
W = 3.2
D1 = 4.8
fc = 26
fe = 7.5
d = 2
Conditional expression (1) corresponding value = 1.64
Good illumination light characteristics can be obtained in the microscope illumination device of the above numerical example.
[0024]
(Second Embodiment)
Hereinafter, the microscope illumination apparatus according to the second embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIG. The same members as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.
[0025]
3A to 3D are diagrams showing a schematic configuration of the microscope illumination device. The main difference between the second embodiment and the first embodiment is that the concave surface has the focal position at the position of the light source S on the side facing the collector lens CL side (the rear side of the light source S) with respect to the position of the light source S. The mirror Mi is disposed, and the filament fa that is the light source S is smaller than the height dimension of the filament of the light source of the first embodiment.
[0026]
The divergent light beam emitted backward from the filament fa arranged below the optical axis I in the figure is reflected by the concave mirror Mi, and the filament image fb above the optical axis I in the figure at the position of the filament fa. Is imaged. The filament fa and the filament image fb are axisymmetric with respect to the optical axis. This state is shown in FIG. The filament fa is arranged at a position shifted from the optical axis I by an axis shift amount L (L is approximately half the height of the filament fa). Light from the combined filament FL of the filament fa and the filament image fb is converted into a substantially parallel light beam by the collector lens CL. At this time, a surface conjugate with the field stop FS is formed at the rear focal position of the collector lens CL. The fly-eye lens F is disposed at this position so as to overlap the incident end surface ENT of the fly-eye lens F. At this time, as shown in FIG. 3B, two light source images (filament images) are formed in one cell Se on the exit end face EXT of the fly-eye lens. The filament images are a filament fa filament image far and a first filament image fbm of the filament image fb. Since divergent light beams emitted from the hexagonal cells Se of the fly-eye lens F overlap each other on the field stop FS, for example, even if the light source has a light distribution characteristic, uniform illumination without unevenness is possible. The divergent light beam emitted from the exit surface EXT of the fly-eye lens F is projected onto the aperture stop AS through the relay lens systems RL1 and RL2. The relay magnification is determined by the diameter of the entire fly-eye lens F, the size of the light source S, and the desired light source magnification. A pseudo surface light source is projected onto the aperture stop AS, and illuminates the specimen 12 via the condenser lens CND shown in FIG.
[0027]
In the second embodiment, the total area Si of the light source images formed in the cell Se is the total area So of the light sources (So = 2 × Sf; Sf is the area of the filament fa) and the focal length of the collector lens CL. It is determined by the ratio between fc and the focal length fe of the cell Se, and is expressed by the following relational expression.
Si = So × (fe / fc)
[0028]
Accordingly, the total area Si of the light source image decreases as the focal length fc of the collector lens CL increases, and the area Si of the light source image increases as the focal distance fe of the cell Se increases. When the ratio of the area Si of the formed light source image to the area of the cell Se is expressed as a fullness rate, the fullness rate is expressed by the light source area So, the focal length fc of the collector lens CL, and the cell Se of the fly-eye lens F. It is uniquely determined by the focal length fe.
[0029]
In this embodiment, as shown in FIG. 3C, the area of the cell Se is approximated by the area of the inscribed circle Ce, the radius of the inscribed circle Ce is d, and the shape of the filament fa is the width W and the height. Assuming that the rectangular shape is D2, the composite filament image FL satisfies the following conditional expression (2).
(2) d / 2 <(W 2 + (2 × D2) 2 ) 1/2 × (fe / fc) <d
[0030]
Conditional expression (2) defines the sufficiency of the light source on the cell Se. If the lower limit of conditional expression (2) is not reached, the area of the synthetic filament FL image on the cell Se becomes too small (the filling rate becomes too small), and a desired light quantity cannot be obtained. When the upper limit value of conditional expression (2) is exceeded, the area of the synthetic filament FL image projected onto the cell Se becomes too larger than the area of the cell Se, and the amount of light of the synthetic filament FL portion protruding from the cell Se is wasted. Therefore, it is not preferable.
[0031]
In the second embodiment, the height D2 of the filament fa is substantially half of the height D1 of the filament of the first embodiment, and a sufficient filling rate as in the first embodiment can be achieved. For this reason, the power consumption of the light source S can be reduced as compared with the first embodiment.
[0032]
Table 2 below lists specifications of numerical examples of the microscope illumination apparatus according to the second embodiment. In the specification values, W is the width dimension of the filament fa, D2 is the height dimension of the filament fa, fc is the focal length of the collector lens, fe is the focal length of the cell Se of the fly-eye lens F, and d is the inscription of the cell Se. The radius, L, of the circle Ce is the amount of axis shift from the optical axis of the filament fa. In addition, the focal length and other length units in the specification table are generally "mm", but the optical system can be obtained with the same optical performance even when proportionally enlarged or reduced. is not.
[0033]
[Table 2]
W = 4.7
D2 = 2.2
fc = 26
fe = 7.5
d = 1
L = 1.2
Conditional expression (2) corresponding value = 1.85
Good illumination light characteristics can be obtained in the microscope illumination device of the above numerical example.
[0034]
In all the embodiments, as shown in FIG. 4, in the fly-eye lens F, the mount portion Mo attached to the attachment portion of the microscope main body is manufactured by integral injection molding of the cell Se and plastic or glass. Accordingly, it is possible to easily mount the illumination optical system, and to provide the fly-eye lens F with a certain quality and at a low cost.
[0035]
A field stop FS surface is formed between the relay optical systems RL1 and RL2. Here, if the chromatic aberration remains in the relay optical systems RL1 and RL2, the diaphragm appears to be colored during observation. Therefore, it is desirable that the relay optical system uses a cemented lens for correcting chromatic aberration.
[0036]
The cross-sectional shape of the cell Se of the fly-eye lens F is not limited to a hexagon, but may be a polygonal shape or a circular shape. In addition to the filament, a high-intensity lamp such as a halogen lamp or a mercury lamp, an LED, an LD, an LED array, an LD array, or the like may be used as the light source. What is formed is preferred.
[0037]
The above-described embodiment is merely an example, and is not limited to the above-described configuration and shape, and can be appropriately modified and changed within the scope of the present invention.
[0038]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, it is possible to provide a microscope illumination apparatus that can secure bright illumination light with a wide field of view and a microscope having the same, regardless of the magnification of the objective lens.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a microscope equipped with a microscope illumination device according to the present invention.
2A and 2B are schematic views of the microscope illumination apparatus according to the first embodiment of the present invention, FIG. 2A is a schematic view of an illumination optical system, and FIG. 2B is a diagram of a light source image on one element of a fly-eye lens. An example is shown, and (c) shows an inscribed circle of one element of the fly-eye lens.
3A and 3B are schematic views of a microscope illumination apparatus according to a second embodiment of the present invention, FIG. 3A is a schematic view of an illumination optical system, and FIG. 3B is a diagram of a light source image on one element of a fly-eye lens. An example is shown, (c) shows the inscribed circle of one element of the fly-eye lens, and (d) shows the image forming positional relationship of the filament by the concave mirror.
FIG. 4 shows an example of a fly-eye lens in which a mount portion used in an embodiment of the present invention is integrally molded.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Microscope illumination apparatus 10 Stage 12 Sample 14 Objective lens 16 Eyepiece 20 Transmission microscope S Light source CL Collector lens F Fly eye lens FS Field stop AS Aperture stop RL1, RL2 Relay lens Se Cell (one element)
d Radius Ce Inscribed circle fa Filament W Filament width D1, D2 Filament height Mi Concave mirror fl, fb, far, fbm Filament image I Optical axis FL Synthetic filament

Claims (5)

照明光を供給するための光源と、
該光源から射出した発散光を略平行な光束に変換するためのコレクタレンズと、
該コレクタレンズの後側焦点位置に配置されたフライアイレンズと、
該フライアイレンズの射出端面に形成された擬似面光源を開口絞りまたは該開口絞りに共役な面にリレーするためのリレー光学系とを有し、
Wを前記光源の幅寸法、D1を前記光源の高さ寸法、fcを前記コレクタレンズの焦点距離、feを前記フライアイレンズを構成する一素子の焦点距離、dを前記フライアイレンズを構成する一素子の内接円の半径としたとき、
前記光源と前記コレクタレンズと前記フライアイレンズは、
d/2<(W+D11/2×(fe/fc)<d
を満足することを特徴とする顕微鏡照明装置。
A light source for supplying illumination light;
A collector lens for converting divergent light emitted from the light source into a substantially parallel light beam;
A fly-eye lens disposed at the rear focal position of the collector lens;
A relay optical system for relaying a pseudo surface light source formed on the exit end face of the fly-eye lens to an aperture stop or a surface conjugated to the aperture stop,
W is the width dimension of the light source, D1 is the height dimension of the light source, fc is the focal length of the collector lens, fe is the focal length of one element constituting the fly-eye lens, and d is the fly-eye lens. When the radius of the inscribed circle of one element is used,
The light source, the collector lens, and the fly eye lens are
d / 2 <(W 2 + D1 2 ) 1/2 × (fe / fc) <d
Microscope illumination device characterized by satisfying
前記光源の位置に対して、前記コレクタレンズ側と対向する側に、前記光源の位置を略焦点位置とする凹面ミラーを有し、
Wを前記光源の幅寸法、D2を前記光源の高さ寸法、fcを前記コレクタレンズの焦点距離、feを前記フライアイレンズを構成する一素子の焦点距離、dを前記フライアイレンズを構成する一素子の内接円の半径としたとき、
前記光源と前記コレクタレンズと前記フライアイレンズは、
d/2<(W+(2×D2)1/2×(fe/fc)<d
を満足することを特徴とする請求項1に記載の顕微鏡照明装置。
On the side facing the collector lens side with respect to the position of the light source, a concave mirror having the light source position as a substantially focal position,
W is the width dimension of the light source, D2 is the height dimension of the light source, fc is the focal length of the collector lens, fe is the focal length of one element constituting the fly-eye lens, and d is the fly-eye lens. When the radius of the inscribed circle of one element is used,
The light source, the collector lens, and the fly eye lens are
d / 2 <(W 2 + (2 × D2) 2 ) 1/2 × (fe / fc) <d
The microscope illumination device according to claim 1, wherein:
前記フライアイレンズは、一素子の形状が六角形状で、顕微鏡本体に取付けるためのフランジ部が一体成型されていることを特徴とする請求項1または2に記載の顕微鏡照明装置。The microscope illumination apparatus according to claim 1, wherein the fly-eye lens has a hexagonal shape as one element, and a flange portion to be attached to the microscope main body is integrally formed. 前記光源は、フィラメントからなることを特徴とする請求項1または2に記載の顕微鏡照明装置。The microscope illumination apparatus according to claim 1, wherein the light source is made of a filament. 請求項1から4のいずれか1項に記載の顕微鏡照明装置を有することを特徴とする顕微鏡。A microscope comprising the microscope illumination device according to claim 1.
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