JP2010008646A - Microscope device - Google Patents

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章夫 鈴木
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a microscope device for obtaining high resolution observation images and epi illumination of a sufficient amount by having high contrast. <P>SOLUTION: The microscope device 1 includes: two observation optical systems 10 including an objective lens 11 condensing light from an object O; and an illumination optical system 20 of an epi illumination device for illuminating the object O through the objective lens 11. The illumination optical system 20 includes: two optical paths 29 for having an aperture diaphragm AS respectively and guiding illumination light from a light source S arranged in the illumination optical system 20 to the objective lens 11; and an optical path division element 23 arranged at a conjugate position with the light source S in the illumination optical system 20 and guiding the illumination light in the two optical paths 29. When being seen from a direction extending an optical axis of the objective lens 11 to an image side, the two observation optical systems 10 are substantially symmetrically arranged by centering the optical axis of the objective lens 11. The two optical paths 29 of the illumination optical system 20 are substantially symmetrically arranged to a straight line perpendicular to the optical axis of the two observation optical systems 10 and in substantially parallel to the optical axis of the two observation optical systems. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、顕微鏡装置に関する。   The present invention relates to a microscope apparatus.

顕微鏡装置の一例である平行系実体顕微鏡は、被検物体(標本)から出た光を一つの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、立体的な観察を可能としている。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。   A parallel stereomicroscope, which is an example of a microscope apparatus, collects light emitted from a test object (specimen) with a single objective lens and then divides the light into two observation optical systems, thereby providing parallax, Observation is possible. The stereomicroscope having such a configuration uses an imaging optical system in which an afocal zoom optical system and an imaging lens are combined.

このような実体顕微鏡において、被検物体を落射照明する場合には、一般的に観察光学系の途中(結像光学系の像側または対物レンズの像側)より照明光を導入するように構成されている。近年では、観察光学系とは別に、落射照明装置による照明光学系を設けて、共通の対物レンズを介して被検物体を照明する構成が提案されている(例えば、特許文献参照)。これは、高い結像性能を要求される観察光学系は、一般的にレンズ構成が複雑なので、観察光学系とは別の比較的単純な構成の照明光学系を用いることにより、ゴースト、フレア、また、蛍光観察の場合には、励起光による観察光学系内での自家蛍光によるコントラストの低下を防ぐためである。
特表2001−516071号公報
In such a stereoscopic microscope, when the object to be examined is incidentally illuminated, the illumination light is generally introduced from the middle of the observation optical system (the image side of the imaging optical system or the image side of the objective lens). Has been. In recent years, a configuration has been proposed in which an illumination optical system using an epi-illumination device is provided separately from the observation optical system, and the object to be examined is illuminated through a common objective lens (see, for example, Patent Literature). This is because an observation optical system that requires high imaging performance generally has a complicated lens configuration. Therefore, by using an illumination optical system having a relatively simple configuration different from the observation optical system, ghost, flare, Moreover, in the case of fluorescence observation, it is for preventing the contrast fall by the autofluorescence in the observation optical system by excitation light.
JP-T-2001-516071

しかしながら,観察光学系とは別の照明光学系を配置し、共通の対物レンズを介して被検物体を照明する落射照明装置では、一つの対物レンズを、観察光が透過する領域と照明光が透過する領域とに分割しなければならないため、観察光学系の光学性能を優先すると十分な照明光を被検物体に照射することができず、反対に、照明光の光量の確保を優先すると、観察光学系の結像性能が悪くなるという課題があった。   However, in an epi-illumination apparatus in which an illumination optical system different from the observation optical system is arranged and illuminates the object to be examined through a common objective lens, the area through which the observation light is transmitted and the illumination light are transmitted through one objective lens. Since it must be divided into areas that transmit, if the priority is given to the optical performance of the observation optical system, it is not possible to irradiate the test object with sufficient illumination light, on the contrary, if priority is given to securing the amount of illumination light, There was a problem that the imaging performance of the observation optical system deteriorated.

本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、光学性能が従来と同等でありながら、コントラストが高く高解像な観察画像と十分な光量の落射照明を得ることができる顕微鏡装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of such a problem, and a microscope apparatus capable of obtaining an observation image with high contrast and high resolution and epi-illumination with a sufficient amount of light while having optical performance equivalent to that of the prior art. The purpose is to provide.

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を含む2つの観察光学系と、この対物レンズ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。また、落射照明装置を構成する照明光学系は、各々に開口絞りを有し、当該照明光学系内に配置された光源からの照明光を対物レンズに導く2つの光路と、照明光学系内の、光源近傍又は光源と共役な位置に配置され、2つ光路内に照明光を導く光路分割素子と、を有する。そして、対物レンズの光軸を像側へ延長した方向から見たときに、2つの観察光学系は、対物レンズの光軸を中心に略対称に配置され、照明光学系の2つの光路は、2つの観察光学系の光軸に垂直な直線に対して略対称かつ前記2つの観察光学系の光軸に対して略平行に配置される。   In order to solve the above problems, a microscope apparatus according to the present invention includes two observation optical systems including an objective lens that collects light from a test object, and an epi-illumination that illuminates the test object via the objective lens. And a lighting device. Each of the illumination optical systems constituting the epi-illumination apparatus has an aperture stop, and includes two optical paths for guiding illumination light from a light source disposed in the illumination optical system to the objective lens, and the illumination optical system. And an optical path dividing element that is arranged in the vicinity of the light source or at a position conjugate with the light source and guides the illumination light into the two optical paths. When viewed from the direction in which the optical axis of the objective lens is extended to the image side, the two observation optical systems are arranged substantially symmetrically about the optical axis of the objective lens, and the two optical paths of the illumination optical system are: They are arranged substantially symmetrically with respect to a straight line perpendicular to the optical axes of the two observation optical systems and substantially parallel to the optical axes of the two observation optical systems.

このような顕微鏡装置は、照明光学系の光源側瞳径をφPIとし、照明光学系の光源側瞳位置近傍に形成される光源像径をφSIとしたとき、次式
1.5φPI < φSI
の条件を満足することが好ましい。
Such microscopes apparatus, the light source side pupil diameter of the illumination optical system and phi PI, when a light source image size to be formed in the vicinity of the light source side pupil position illumination optical system and a phi SI, the following equation 1.5φ PI < φ SI
It is preferable to satisfy the following conditions.

また、このような顕微鏡装置において、照明光学系は、当該照明光学系内の光路分割素子が配置される位置の近傍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。   In such a microscope apparatus, the illumination optical system preferably includes a relay optical system that forms a light source image in the vicinity of the position where the optical path splitting element is disposed in the illumination optical system.

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、当該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。   At this time, it is preferable that the relay optical system in the illumination optical system has a fly-eye lens and forms a light source image at a position conjugate with the light source in the illumination optical system via the fly-eye lens.

またこのとき、照明光学系の光源側瞳径をφPIとし、フライアイレンズの射出側有効径をφFIとしたとき、次式
1.5φPI < φFI
の条件を満足することが好ましい。
At this time, when the light source side pupil diameter of the illumination optical system and phi PI, and the exit side effective diameter of the fly-eye lens and phi FI, the following equation 1.5φ PI <φ FI
It is preferable to satisfy the following conditions.

また、このような顕微鏡装置において、照明光学系の2つの光路中には、上述の開口絞り及び光路分割素子で分割された2つの光束の各々の光束径を変更する照明用変倍光学系が配置されていることが好ましい。   In such a microscope apparatus, an illumination variable magnification optical system for changing the light beam diameter of each of the two light beams divided by the aperture stop and the optical path dividing element is provided in the two optical paths of the illumination optical system. It is preferable that they are arranged.

また、このような顕微鏡装置において、光路分割素子は、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。   In such a microscope apparatus, the optical path splitting element is preferably disposed at a position substantially conjugate with the aperture stop.

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。   Furthermore, in such a microscope apparatus, the optical path splitting element is preferably composed of a plurality of reflective optical elements. Alternatively, the optical path splitting element is preferably composed of a plurality of glass blocks arranged to be inclined with respect to the optical axis of the illumination optical system.

本発明に係る顕微鏡装置を以上のように構成すると、コントラストが高く高解像な観察画像と十分な光量を持った落射照明を得ることができる顕微鏡装置を提供することができる。   When the microscope apparatus according to the present invention is configured as described above, it is possible to provide a microscope apparatus that can obtain an observation image with a high contrast and a high resolution and an epi-illumination with a sufficient amount of light.

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O(以下、「物体O」と呼ぶ)の像を観察するための対物レンズ11を含む観察光学系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、図示しないズーム光学系(このズーム光学系は、対物レンズ11から出射した略平行光束の径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アフォーカルズーム系である)、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内には、開口絞りが設けられている。   Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. First, the configuration of a stereomicroscope will be described as an example of the microscope apparatus according to the present embodiment with reference to FIG. The stereomicroscope 1 includes an observation optical system 10 including an objective lens 11 for observing an image of an object to be examined O (hereinafter referred to as “object O”), and an illumination optical system 20 that irradiates the object O with illumination light. And an epi-illumination device. The observation optical system 10 includes, in order from the object O side, an objective lens 11 and a zoom optical system (not shown) (this zoom optical system changes the diameter of the substantially parallel light beam emitted from the objective lens 11 and emits it as a substantially parallel light beam. And an imaging lens (not shown), and an observer can observe the object O with the naked eye via an eyepiece (not shown) It can be converted into a digital image by an image pickup device (CCD or the like) arranged at the focal plane or its conjugate position. Since the stereomicroscope 1 is a parallel stereomicroscope, an imaging optical system including two afocal zoom systems and an imaging lens arranged in parallel with each other is provided for one objective lens 11. ing. An aperture stop is provided in each afocal zoom system.

一方、照明光学系20は、光源側から順に、この光源S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から構成され光源Sと共役な位置に光源の像を形成するリレー光学系28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、照明用変倍光学系26と、を有して構成される。なお、この照明光学系20も、フィールドレンズ24、第2視野絞りFS2、照明用結像レンズ25及び照明用変倍光学系26を2つずつ有し、互いに平行に配置された2つの光路29を形成している。ここで、照明光学系20内に照明用変倍光学系26を配置しているが、これは観察光学系10内に配置されるズーム光学系によって観察倍率を変更する際、観察視野の変化に照明範囲を合わせるためのである。観察視野が広い場合、照明範囲を観察視野に合わせて広く均一な照明を行い、観察倍率が高く観察視野が狭い場合は、照明範囲を狭く、且つ照明光の開口数(NA)を大きくし、明るい照明を行うことが可能となる。   On the other hand, the illumination optical system 20 includes a light source S, a collector lens 21, a first field stop FS1, and a relay lens 22 in order from the light source side, and forms a light source image at a position conjugate with the light source S. 28, an optical path splitting element 23, a field lens 24, a second field stop FS2, an illumination imaging lens 25, and an illumination variable magnification optical system 26. The illumination optical system 20 also includes two field lenses 24, a second field stop FS2, an illumination imaging lens 25, and an illumination variable magnification optical system 26, and two optical paths 29 arranged in parallel to each other. Is forming. Here, the illuminating variable magnification optical system 26 is arranged in the illumination optical system 20, but this changes the observation field when the observation magnification is changed by the zoom optical system arranged in the observation optical system 10. This is for adjusting the illumination range. When the observation field is wide, the illumination range is wide and uniform illumination according to the observation field. When the observation magnification is high and the observation field is narrow, the illumination range is narrow and the numerical aperture (NA) of the illumination light is increased. Bright illumination can be performed.

このように構成された照明光学系20において、光源S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、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の像を結像する。光路分割素子23は、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つの光路29に分割された光束は、それぞれがフィールドレンズ24、照明用結像レンズ25及び照明用変倍光学系26を介して略平行光束に変換されて観察光学系10に入射し、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から出射した照明光を観察光学系10の対物レンズ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と共役であると共に、さらに、照明用変倍光学系26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。   In the illumination optical system 20 configured as described above, the illumination light emitted from the light source S is converted into a substantially parallel light beam by the collector lens 21, and then condensed by the relay lens 22, or the tip P or the optical path dividing element 23. An image of the light source S is formed in the vicinity thereof. The optical path splitting element 23 is a first reflective optical element (for example, a mirror) 23a that spreads radially around the tip P on the optical axis, and a second reflective optical element 23a that is disposed so as to face the first reflective optical element 23a. The reflecting optical element 23b is combined with each other, and the light beam (image of the light source S) incident from the tip P side is divided into two light beams. The light beams split by the optical path splitting element 23 into two optical paths 29 are converted into substantially parallel light beams through the field lens 24, the illumination imaging lens 25, and the illumination variable magnification optical system 26, respectively. The light enters the optical system 10, passes through the objective lens 11, and is irradiated onto the object O. That is, the stereomicroscope 1 is configured so that the illumination light emitted from the illumination optical system 20 is incident on the object O via the objective lens 11 of the observation optical system 10. Here, the tip P of the optical path splitting element 23 is conjugate with the light source S, and is further disposed at a position substantially conjugate with the aperture stop AS in the variable magnification optical system 26 for illumination. That is, the tip P of the optical path dividing element 23 is a pupil conjugate position.

互いに平行に配置された2つの観察光学系10は、図2に示すように、対物レンズ11の光軸を像側へ延長した方向から見たときに、対物レンズ11の有効径OPを透過する光束VPが、この対物レンズ11の光軸(中心)に対して略対称に配置されている。すなわち、2つの光束VPの中心を結ぶ直線が、対物レンズ11の光軸若しくはその近傍を通るように配置されている。そして、照明光学系20を構成する2つの光路29(フィールドレンズ24、照明用結像レンズ25及び照明用変倍光学系26)により対物レンズ11を通過する光束IPは、2つの観察光学系10を通過する光束VPを挟み、この2つの観察光学系10を通過する光束VPの中心線(観察光学系10の光軸)に垂直な直線に対して略対称かつ、前記2つの観察光学系10の光軸に対して略平行に配置されている。そのため、2つの光束IPの中心線に垂直な直線が対物レンズ11の光軸若しくはその近傍を通り、かつ、2つの光束VPの中心線(観察光学系10の光軸)に垂直な直線と略直交するように配置される。   As shown in FIG. 2, the two observation optical systems 10 arranged in parallel with each other transmit the effective diameter OP of the objective lens 11 when viewed from the direction in which the optical axis of the objective lens 11 extends to the image side. The light beam VP is disposed substantially symmetrically with respect to the optical axis (center) of the objective lens 11. That is, the straight line connecting the centers of the two light beams VP is disposed so as to pass through the optical axis of the objective lens 11 or the vicinity thereof. The light beam IP passing through the objective lens 11 by the two optical paths 29 (field lens 24, illumination imaging lens 25, and illumination variable magnification optical system 26) constituting the illumination optical system 20 is converted into the two observation optical systems 10. The two observation optical systems 10 are substantially symmetrical with respect to a straight line perpendicular to the center line of the light beam VP passing through the two observation optical systems 10 (the optical axis of the observation optical system 10). Are arranged substantially parallel to the optical axis. Therefore, a straight line perpendicular to the center line of the two light beams IP passes through the optical axis of the objective lens 11 or the vicinity thereof, and is substantially the same as a straight line perpendicular to the center line of the two light beams VP (the optical axis of the observation optical system 10). It arrange | positions so that it may orthogonally cross.

対物レンズ11に対して、観察光学系10及び照明光学系20を以上のように配置すると、対物レンズ11の有効径OP内を通過する2つの観察光学系10を通過する光束VPを、最も効率良く配置することができ、物体Oの明るい像を観察することができる。また、観察光学系10をこのように配置しても、対物レンズ11の有効径OP内のうち、観察光学系10を通過する光束が使用しない領域に2つの照明光学系20を通過する光束IPを通すことができるため、十分な照明光を物体Oに照射することができるとともに、観察光学系10と照明光学系20を通過する光束VP,IPが重ならないように配置することができるため、ゴースト、フレアの発生、また、蛍光観察の場合には、励起光による観察光学系10内での自家蛍光によるコントラストの低下を防ぐことができる。   When the observation optical system 10 and the illumination optical system 20 are arranged as described above with respect to the objective lens 11, the luminous flux VP passing through the two observation optical systems 10 passing through the effective diameter OP of the objective lens 11 is most efficient. They can be arranged well and a bright image of the object O can be observed. Even if the observation optical system 10 is arranged in this way, the light flux IP that passes through the two illumination optical systems 20 in an area where the light flux that passes through the observation optical system 10 is not used within the effective diameter OP of the objective lens 11. Since the object O can be irradiated with sufficient illumination light and the light beams VP and IP passing through the observation optical system 10 and the illumination optical system 20 can be arranged so as not to overlap with each other, In the case of ghost and flare generation and fluorescence observation, it is possible to prevent a decrease in contrast due to autofluorescence in the observation optical system 10 due to excitation light.

なお、図3(a)に示すように、照明光学系の光路を分割せず、1つの照明光路を通過する光束IPだけで照明すると、試料に対して十分な照明光を照射することができず、図3(b)に示すように、やはり照明光学系の光路を分割せずに観察光学系を通過する光束VPを対物レンズの有効径OPの中心からずらして照明光学系を通過する光束IPの径を大きくすると、試料に照射される照明光の光量を増やすことはできるが、対物レンズ11の非対称の収差が観察光学系の光学性能に影響を与えてしまい好ましくない。   As shown in FIG. 3A, if the illumination optical system is not divided and only the light beam IP passing through one illumination optical path is illuminated, sufficient illumination light can be irradiated to the sample. First, as shown in FIG. 3B, the light beam VP passing through the observation optical system without dividing the optical path of the illumination optical system is shifted from the center of the effective diameter OP of the objective lens to pass through the illumination optical system. Increasing the IP diameter can increase the amount of illumination light applied to the sample, but is not preferable because the asymmetric aberration of the objective lens 11 affects the optical performance of the observation optical system.

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4は、照明光学系20の光源側瞳像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、照明用変倍光学系26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、照明光学系20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照明光学系20の瞳位置近傍に投影し、対物レンズ11を介して被検物体(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。特に上述のような構成の平行系実体顕微鏡1の場合、機構上観察光学系10が2つあるため、対物レンズ11の瞳面上、観察光が通過しない領域に、光源像を分割した照明光束を2つの照明光学系へ導入す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と照明光学系20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、被検物体(物体O)をより明るく照明することが可能となる。 Generally, in the epi-illumination, the intensity of illumination light is proportional to the square of the numerical aperture (NA) on the object side. This means that when the focal length of the objective lens 11 is the same, the intensity of the illumination light is proportional to the area of the pupil. FIG. 4 shows a light source side pupil image PI of the illumination optical system 20 and a light source image SI formed in the vicinity of the light source side pupil position. In the stereomicroscope 1 having the above-described configuration, when the illuminating variable magnification optical system 26 is on the high magnification side, the exit pupil diameter φ PI viewed from the pupil conjugate position P side is reduced, and as a result, the image of the light source S is reduced. smaller than the diameter φ SI. Here, when the size of the light source image SI (diameter φ SI ) is twice or more the pupil diameter φ PI , the light source image SI can be divided into two without limiting the pupil diameter φ PI of the illumination optical system 20. Then, when the light source image divided into two is projected in the vicinity of the pupil position of the illumination optical system 20 and the object to be examined (object O) is illuminated via the objective lens 11, the area of the pupil is doubled. Bright lighting can be performed. In particular, in the case of the parallel stereomicroscope 1 configured as described above, since there are two observation optical systems 10 due to the mechanism, the illumination light beam is obtained by dividing the light source image into a region on the pupil plane of the objective lens 11 where the observation light does not pass. Can be easily introduced into the two illumination optical systems. From the above, in the stereomicroscope 1 having such a configuration, by a light source image size phi SI and the light source-side pupil diameter phi PI of the illumination optical system 20 satisfies the following condition (1), the light source image SI It is possible to effectively divide the object, and it is possible to illuminate the test object (object O) more brightly.

1.5φPI < φSI (1) 1.5φ PISI (1)

なお、上述のように、光路分割素子23は、照明光学系20の照明用変倍光学系26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照明用変倍光学系26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を有効に分割して物体Oに照射することができる。   As described above, when the optical path splitting element 23 is located at a position substantially conjugate with the aperture stop AS of the illumination variable magnification optical system 26 of the illumination optical system 20, the use efficiency of illumination light is increased, but zooming is performed. Thus, the exit pupil position of the illuminating variable magnification optical system 26 changes. However, if the conditional expression (1) is satisfied, the light source image SI can be effectively divided and irradiated onto the object O.

[変形例]
上述のように、射出瞳像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、光源S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28において、リレーレンズ22の替わりにフライアイレンズ27を配置した構成の実態顕微鏡1′について図5を用いて説明する。この図5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。
[Modification]
As described above, when the diameter phi SI diameter phi PI and the light source image SI of the exit pupil image PI satisfies the conditional expression (1), it is possible to effectively divide the source image SI, the diameter of the light source S it is possible to effectively divide the light source image SI in the a (diameter phi SI of the light source image SI) to increase the low power end side. However, when the diameter of the light source S is increased, the opening angle is widened, and as a result, the central portion with the optical axis as the center becomes bright, but the peripheral portion becomes dark and uneven illuminance occurs. Here, in order to eliminate this illuminance unevenness, an actual microscope 1 ′ having a configuration in which a fly-eye lens 27 is arranged in place of the relay lens 22 in the relay optical system 28 in FIG. 1 will be described with reference to FIG. The actual microscope 1 ′ shown in FIG. 5 has an observation optical system 10 and an illumination optical system 20 ′. The same components as those of the actual microscope 1 shown in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.

照明光学系20′は、光源側から順に、この光源Sと、コレクタレンズ21及びフライアイレンズ27からなるリレー光学系28と、光路分割素子23′と、2つのフィールドレンズ24と、2つの第2視野絞りFS2と、2つの照明用結像レンズ25と、2つの照明用変倍光学系26と、を有して構成される。ここで、フライアイレンズ27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5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27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29を適当な距離にシフトさせるように構成されている。なお、図2で説明した対物レンズ11の有効径OPに対する観察光学系10を通過する光束VPと照明光学系20を通過する光束IPの配置については、この実体顕微鏡1′も同様である。   The illumination optical system 20 ′ includes, in order from the light source side, the light source S, a relay optical system 28 including a collector lens 21 and a fly-eye lens 27, an optical path dividing element 23 ′, two field lenses 24, and two first lenses. A two-field stop FS2, two illumination imaging lenses 25, and two illumination variable optical systems 26 are provided. Here, the fly-eye lens 27 is a lens configured by arranging a plurality of microlenses in an array. In the stereomicroscope 1 ′ shown in FIG. 5, the optical path splitting element 23 ′ has two glass blocks (for example, parallel prisms) inclined with respect to the optical axis, and 2 beams emitted from the fly-eye lens 27. The light beam 29 is divided into two light beams and each optical path 29 is shifted to an appropriate distance. The arrangement of the light beam VP that passes through the observation optical system 10 and the light beam IP that passes through the illumination optical system 20 with respect to the effective diameter OP of the objective lens 11 described with reference to FIG.

この照明光学系20′において、光源S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27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、光路分割素子23′が配置される位置(フライアイレンズ射出側端面)に光源像が形成される。そして、このフライアイレンズ27から出射した光束は、フライアイレンズ27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、照明用結像レンズ25及び照明用変倍光学系26を介して略平行光束に変換されて観察光学系10に入射し、対物レンズ11を透過して物体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5に示す実体顕微鏡1′においては、フライアイレンズ27光源S側の面に相当し、フライアイレンズ27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27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27の対物レンズ11側の面Pは光源S及び照明用変倍光学系26内の開口絞りASと共役である。   In this illumination optical system 20 ′, the illumination light emitted from the light source S is converted into a substantially parallel light beam by the collector lens 21, and then condensed by each microlens constituting the fly-eye lens 27. In the system 20 ', a light source image is formed at the position where the optical path splitting element 23' is disposed (end surface on the fly-eye lens exit side). The light beam emitted from the fly-eye lens 27 is divided into two light beams by an optical path splitting element 23 ′ disposed in the vicinity of the object-side surface of the fly-eye lens 27, and each of the divided light beams is a field lens. 24, is converted into a substantially parallel light beam through the illumination imaging lens 25 and the illumination variable magnification optical system 26, enters the observation optical system 10, passes through the objective lens 11, and is irradiated onto the object O. Note that the first field stop FS1 in the stereomicroscope 1 shown in FIG. 1 corresponds to the surface on the fly-eye lens 27 light source S side in the stereomicroscope 1 ′ shown in FIG. Is the pupil conjugate plane P. That is, the surface FS1 on the light source S side of the fly-eye lens 27 is conjugate with the second field stop FS2, and the surface P on the objective lens 11 side of the fly-eye lens 27 is an aperture in the light source S and the illumination variable magnification optical system 26. It is conjugate with the aperture stop AS.

上述のようにフライアイレンズ27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6は、図5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、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27を用いると、上述のように光源Sの径を大きくしても照度ムラが無いため、照明用変倍光学系26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と照明光学系20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、物体Oをより明るく照明することが可能となる。 As described above, since the fly-eye lens 27 is configured by arranging a plurality of microlenses in an array, the light source images from the respective microlenses overlap on the sample surface (on the object O), and the unevenness in illuminance is canceled and uniform. Lighting can be performed. Therefore, even if the diameter of the light source S is increased, the illuminance unevenness can be reduced and the effective system of the pupil conjugate plane can be increased, so that the light source image can be more easily divided. FIG. 6 shows a light source image FI at the light source side pupil position in the stereomicroscope 1 ′ shown in FIG. Even in the stereomicroscope 1 ′, when the exit pupil diameter is ½ or less of the diameter of the light source image, the light source image can be divided effectively, and the object O can be illuminated more brightly. When the fly-eye lens 27 is used, there is no illuminance unevenness even when the diameter of the light source S is increased as described above, so that the pupil can be effectively divided even on the low magnification side of the variable magnification optical system 26 for illumination. . Specifically, the stereomicroscope 1 ', that the diameter phi FI light source images FI and the light source-side pupil diameter phi PI of the illumination optical system 20 (shown in FIG. 2) satisfies the following condition (2) Thus, the light source image FI can be divided effectively, and the object O can be illuminated more brightly.

1.5φPI < φFI (2) 1.5φ PIFI (2)

以上の説明のように、この顕微鏡装置1,1′では、観察光学系10とは別に、この2つの観察光学系10を挟むように2つの照明光学系20,20′を配置し、この照明光学系20,20′の光源側瞳位置近傍に光源像を形成してこの光源像を空間的に分割し、各々の光束を2つの照明光学系20,20′と対物レンズ11とにより物体Oを照明するように構成されているため、照明光学系20,20′の瞳の面積が2倍になり、より明るい照明を行うことが可能となる。また、対物レンズ11の中心に対して観察光学系10を対称に配置することができるため、この観察光学系10の結像性能を損なうことがない。さらに、観察光学系10を通過する光束VPと照明光学系20,20′を通過する光束IPとが、対物レンズ11において重ならないように配置することができるため、ゴースト、フレアの発生、また、蛍光観察の場合には、励起光による観察光学系10内での自家蛍光によるコントラストの低下を防ぐことができる。   As described above, in this microscope apparatus 1, 1 ′, in addition to the observation optical system 10, two illumination optical systems 20, 20 ′ are arranged so as to sandwich the two observation optical systems 10, and this illumination is performed. A light source image is formed in the vicinity of the pupil position on the light source side of the optical system 20, 20 ′, the light source image is spatially divided, and each light beam is separated from the object O by the two illumination optical systems 20, 20 ′ and the objective lens 11. Therefore, the area of the pupil of the illumination optical systems 20 and 20 'is doubled, and brighter illumination can be performed. Further, since the observation optical system 10 can be arranged symmetrically with respect to the center of the objective lens 11, the imaging performance of the observation optical system 10 is not impaired. Further, since the light beam VP passing through the observation optical system 10 and the light beam IP passing through the illumination optical systems 20 and 20 ′ can be arranged so as not to overlap in the objective lens 11, generation of ghosts and flares, In the case of fluorescence observation, it is possible to prevent a decrease in contrast due to autofluorescence in the observation optical system 10 due to excitation light.

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。It is a lens block diagram which shows the structure of the stereomicroscope based on this invention. 対物レンズに対する照明光学系及び観察光学系の配置方法を説明するための説明図である。It is explanatory drawing for demonstrating the arrangement | positioning method of the illumination optical system with respect to an objective lens, and an observation optical system. 対物レンズに対する照明光学系及び観察光学系の別の配置方法を説明するための説明図であって、(a)は照明光学系を1つにしたときを示し、(b)は観察光学径をずらして配置して照明光学径の光束を大きくしたときを示す。It is explanatory drawing for demonstrating another arrangement | positioning method of the illumination optical system with respect to an objective lens, and an observation optical system, Comprising: (a) shows when an illumination optical system is made into one, (b) shows observation optical diameter. A case where the luminous flux of the illumination optical diameter is increased by shifting the position is shown. 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。It is explanatory drawing which shows the light source image in the light source side pupil position in the said stereomicroscope. 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。It is a lens block diagram which shows the structure of the modification of the stereomicroscope based on this invention. 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。It is explanatory drawing which shows the light source image in the light source side pupil position in the said modification.

符号の説明Explanation of symbols

1,1′ 実体顕微鏡(顕微鏡装置) 10 観察光学系 11 対物レンズ
20,20′ 照明光学系 23,23′ 光路分割素子
26 照明用変倍光学径 AS 開口絞り 27 フライアイレンズ
28 リレー光学系 29 光路 O 物体(被検物体)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1,1 'Stereomicroscope (microscope apparatus) 10 Observation optical system 11 Objective lens 20, 20' Illumination optical system 23, 23 'Optical path dividing element 26 Variable magnification optical diameter for illumination AS Aperture stop 27 Fly eye lens 28 Relay optical system 29 Optical path O Object (test object)

Claims (9)

被検物体からの光を集光する対物レンズを含む2つの観察光学系と、
前記対物レンズ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、
各々に開口絞りを有し、当該照明光学系内に配置された光源からの照明光を前記対物レンズに導く2つの光路と、
前記照明光学系内の、前記光源近傍又は前記光源と共役な位置に配置され、前記2つ光路内に照明光を導く光路分割素子と、を有し、
前記対物レンズの光軸を像側へ延長した方向から見たときに、前記2つの観察光学系は、前記対物レンズの前記光軸を中心に略対称に配置され、前記照明光学系の前記2つの光路は、前記2つの観察光学系の光軸に垂直な直線に対して略対称かつ前記2つの観察光学系の光軸に対して略平行に配置されたことを特徴とする顕微鏡装置。
Two observation optical systems including an objective lens for condensing light from a test object;
An epi-illumination device that illuminates the object to be examined through the objective lens,
The illumination optical system constituting the epi-illumination device is
Two optical paths each having an aperture stop and guiding illumination light from a light source disposed in the illumination optical system to the objective lens;
An optical path dividing element that is disposed in the vicinity of the light source in the illumination optical system or at a position conjugate with the light source, and that guides the illumination light into the two optical paths;
When viewed from the direction in which the optical axis of the objective lens is extended to the image side, the two observation optical systems are arranged substantially symmetrically about the optical axis of the objective lens, and the 2 of the illumination optical system The microscope apparatus, wherein the two optical paths are arranged substantially symmetrically with respect to a straight line perpendicular to the optical axis of the two observation optical systems and substantially parallel to the optical axes of the two observation optical systems.
前記照明光学系の光源側瞳径をφPIとし、前記照明光学系の光源側瞳位置近傍に形成される光源像径をφSIとしたとき、次式
1.5φPI < φSI
の条件を満足することを特徴とする請求項1に記載の顕微鏡装置。
A light source side pupil diameter phi PI of the illumination optical system, when a light source image size to be formed on the light source side pupil position near the illumination optical system and phi SI, the following equation 1.5φ PI <φ SI
The microscope apparatus according to claim 1, wherein the following condition is satisfied.
前記照明光学系は、当該照明光学系内の前記光路分割素子が配置される位置の近傍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または2に記載の顕微鏡装置。   The microscope apparatus according to claim 1, wherein the illumination optical system includes a relay optical system that forms a light source image in the vicinity of a position where the optical path dividing element is disposed in the illumination optical system. 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前記光源像を形成することを特徴とする請求項3に記載の顕微鏡装置。   The relay optical system in the illumination optical system has a fly-eye lens, and forms the light source image at a position conjugate with the light source in the illumination optical system via the fly-eye lens. The microscope apparatus according to claim 3. 前記照明光学系の光源側瞳径をφPIとし、前記フライアイレンズの射出側有効径をφFIとしたとき、次式
1.5φPI < φFI
の条件を満足することを特徴とする請求項4に記載の顕微鏡装置。
The source-side pupil diameter of the illumination optical system and phi PI, when an exit side effective diameter of the fly-eye lens was set to phi FI, the following equation 1.5φ PI <φ FI
The microscope apparatus according to claim 4, wherein the following condition is satisfied.
前記照明光学系の前記2つの光路中には、前記開口絞り及び前記光路分割素子で分割された2つの光束の各々の光束径を変更する照明用変倍光学系が配置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。   In the two optical paths of the illumination optical system, an illuminating variable magnification optical system for changing the light beam diameter of each of the two light beams divided by the aperture stop and the optical path splitting element is disposed. The microscope apparatus according to any one of claims 1 to 5. 前記光路分割素子は、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1〜6いずれか一項に記載の顕微鏡装置。   The microscope apparatus according to claim 1, wherein the optical path splitting element is disposed at a position substantially conjugate with the aperture stop. 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1〜7いずれか一項に記載の顕微鏡装置。   The microscope apparatus according to claim 1, wherein the optical path dividing element includes a plurality of reflective optical elements. 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1〜7いずれか一項に記載の顕微鏡装置。   The microscope apparatus according to any one of claims 1 to 7, wherein the optical path dividing element includes a plurality of glass blocks arranged to be inclined with respect to the optical axis of the illumination optical system.
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