JP2010060666A

JP2010060666A - 照明装置

Info

Publication number: JP2010060666A
Application number: JP2008224050A
Authority: JP
Inventors: Tatsuya Nakamura; 達哉中村
Original assignee: Olympus Corp
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 2008-09-01
Filing date: 2008-09-01
Publication date: 2010-03-18

Abstract

【課題】小型・簡易な構成で、騒音や振動の発生もなく異なる波長の光を選択的または同時に射出させることができるようにする。
【解決手段】分離された光路Ｌ１，Ｌ２毎に設けられて、前後の光軸をずらすように各光路Ｌ１，Ｌ２に対して斜め配置されて電気的制御により焦点距離が変化する液体レンズ４，９を備えることで、各々の液体レンズ４，９の焦点距離を電気的制御によって変化させるだけで異なる波長λ１，λ２の各々の光路Ｌ１，Ｌ２毎の光の遮断・通過の制御が可能となるようにした。
【選択図】図１

Description

本発明は、顕微測光装置や分光測光装置、画像解析装置等の測光システムに用いられ、例えば赤外域から紫外域に至る波長域の光の中から所定波長域の光を抽出して射出させる照明装置に関するものである。

波長の異なる複数の光をサンプルに対して交互に照射して、測光情報や画像情報を得る技術が知られている。このための照明装置として、例えば特許文献１に示されるものがある。特許文献１に示される装置では、光源からの光路をダイクロイックミラー（光路分離手段）で２つの光路に分離し、さらに各々の光路上に設けられた波長変換素子によって波長λ１，λ２の光を生成し、さらに回転円板上に設けられた開口部を通して波長λ１，λ２の光が各々結合レンズを経て集光し、目的とする光ファイバに入射するように構成されている。ここで、回転円板は、円周上に複数の光透過用の開口部を有するが、いずれの開口部も他方の光路に対向しないように配置されていることを特徴としている。これにより、例えば波長λ１の光路が開口部に一致する時にはλ２の光路は開口部に対向せず回転円板によって遮断され、逆に、波長λ２の光路が開口部に一致する時にはλ１の光路は開口部に対向せず回転円板によって遮断されるように開口部が位置決め配置されており、回転円板の回転に伴って２種類の波長光を交互に射出させることができる。

特開平６−１８４０６号公報特開２００７−３３３９２８号公報

しかしながら、特許文献１に示される装置では、回転円板を回転駆動するための駆動モータが必要で装置が大型化・重量化してしまう。また、駆動系が発熱するため、放熱ユニットが必要であり、さらには駆動に伴い騒音・振動が発生してしまう。さらには、波長切換えのタイミングは常に一定間隔である上に、２種類以上の波長に対応することは難しい。また、異なる波長の複数の光を同時に射出させることもできない。

また、特許文献２によれば、稼動ミラーとアパーチャとを用いたシャッタデバイスが示されているが、この場合も、ガルバノスキャナミラーやＤＭＤなどの稼動ミラーを用いる必要があり、稼動部およびその駆動源を要するものであり、駆動に伴い騒音・振動が発生してしまい、小型・簡易に構成する上では不十分である。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、小型・簡易な構成で、騒音や振動の発生もなく異なる波長の光を選択的または同時に射出させることができる照明装置を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる照明装置は、異なる波長の照明光を射出する光源からの光路を波長に応じた複数の光路に分離する光路分離手段と、分離された前記複数の光路を統合して射出部に導く光路合成手段と、分離された前記光路毎に設けられて、前後の光軸をずらすように各光路に対して斜め配置されて電気的制御により焦点距離が変化する可変焦点レンズと、を備えることを特徴とする。

また、本発明にかかる照明装置は、上記発明において、前記可変焦点レンズは、液体レンズであることを特徴とする。

また、本発明にかかる照明装置は、上記発明において、分離された前記光路毎に、前記可変焦点レンズよりも後段の光軸上に配設させた光路制限手段をさらに備えることを特徴とする。

また、本発明にかかる照明装置は、上記発明において、前記光源からの照明光を平行光にする液体レンズからなるレンズと、前記射出部に設けられて射出光を集光させる液体レンズからなるレンズとをさらに備え、これらレンズの焦点距離を前記可変焦点レンズの焦点距離の変化に同期させて変化させる同期制御手段を備えることを特徴とする。

本発明にかかる照明装置によれば、分離された光路毎に設けられて、前後の光軸をずらすように各光路に対して斜め配置されて電気的制御により焦点距離が変化する可変焦点レンズを備えるので、各々の可変焦点レンズの焦点距離を電気的制御によって変化させるだけで波長の異なる各々の光路毎の光の遮断・通過の制御が可能となり、よって、機械的な駆動機構を必要としない小型・簡易な構成で、騒音や振動の発生もなく、異なる波長の光を選択的に射出させることや、異なる波長の光を同時に射出させることができるという効果を奏する。

以下、本発明にかかる照明装置を実施するための最良の形態を、図面を参照して説明する。

（実施の形態１）
図１は、本実施の形態１にかかる照明装置の構成例および動作例を示す概略側面図であり、図２は、その動作の他例を示す概略側面図である。本実施の形態１にかかる照明装置は、まず、光源１から射出される異なる波長λ１，λ２を含む波長域の照明光を平行光にするコリメートレンズ２を備える。また、コリメートレンズ２の光路上には、この光路を、波長λ１，λ２に応じた複数の光路Ｌ１，Ｌ２に分離する光路分離手段としてのダイクロイックミラー３，８が配置されている。ダイクロイックミラー３は、波長λ１の光を反射し、他の波長域の光を透過させることで、波長λ１用の光路Ｌ１を分離形成するためのものである。また、ダイクロイックミラー８は、波長λ２の光を反射し、他の波長域の光を透過させることで、波長λ２用の光路Ｌ２を分離形成するためのものである。なお、λ１，λ２用の２波長のみを射出する光源１を用いる場合であれば、ダイクロイックミラー８は単なるミラーであってもよい。

また、光路Ｌ１上には、液体レンズ４とピンホール５とコリメートレンズ６とミラー７とが順に配設されている。液体レンズ４は、制御器１５による電気的制御によって印加する電圧を変えることにより焦点距離が変化する可変焦点レンズである。液体レンズ４の光軸φ１は、この液体レンズ４より前段側の光路Ｌ１上の光軸と特定の距離ｆ１だけ離れた位置で交差して液体レンズ４より後段側の光路Ｌ１の光軸とをずらすように斜め配置されている。また、ピンホール５は、液体レンズ４より後段側で液体レンズ４から特定の距離ｆ１だけ離れた位置に配置された光路制限手段であり、液体レンズ４の光軸φ１から所定量オフセットさせた位置（液体レンズ４より後段側の光路Ｌ１の光軸上の位置）に開口が位置するように配設されている。コリメートレンズ６は、ピンホール５より後段側で光路Ｌ１上に配置されたもので、発散光を平行光にするためのものである。ミラー７は、波長λ１の光の光路Ｌ１を、最終的に射出部に配置されている結合レンズ１３と光ファイバ１４とによって構成される光路に一致させるよう偏向させるためのものである。

一方、光路Ｌ２上には、液体レンズ９とピンホール１０とコリメートレンズ１１とダイクロイックミラー１２とが順に配設されている。液体レンズ９は、制御器１６による電気的制御によって印加する電圧を変えることにより焦点距離が変化する可変焦点レンズである。液体レンズ９の光軸φ２は、この液体レンズ９より前段側の光路Ｌ２上の光軸と特定の距離ｆ１だけ離れた位置で交差して液体レンズ９より後段側の光路Ｌ２の光軸とをずらすように斜め配置されている。また、ピンホール１０は、液体レンズ９より後段側で液体レンズ９から特定の距離ｆ１だけ離れた位置に配置された光路制限手段であり、液体レンズ９の光軸φ２から所定量オフセットさせた位置（液体レンズ９より後段側の光路Ｌ２の光軸上の位置）に開口が位置するように配設されている。コリメートレンズ１１は、ピンホール１０より後段側で光路Ｌ２上に配置されたもので、発散光を平行光にするためのものである。ダイクロイックミラー１２は、波長λ２の光の光路Ｌ２を、最終的に射出部に配置されている結合レンズ１３と光ファイバ１４とによって構成される光路に一致させるように反射させるとともに、ミラー７で偏向された波長λ１の光の光路Ｌ１を結合レンズ１３と光ファイバ１４とによって構成される光路に一致させる光路合成手段である。

なお、光ファイバ１４の先は、測光対象機器、例えば蛍光顕微鏡や紫外線顕微鏡、さらにそれらの顕微鏡が組み込まれた半導体基板やＦＰＤ（フラットパネルディスプレイ）のガラス基板等の検査装置などに接続されている。

このような構成において、図１は、波長λ１，λ２の両方の光を光ファイバ１４に入射させる動作例を示している。まず、光源１から射出された照明光は、コリメートレンズ２で平行光となり、ダイクロイックミラー３によって波長λ１の光は反射され、それ以外の波長光は透過することで、光路が分離される。光路Ｌ１上を進行する波長λ１の光は、斜め配置された液体レンズ４に入射する。このとき、図１に示すように、液体レンズ４の焦点距離が制御器１５によって特定の距離ｆ１に設定されていれば、波長λ１の光は、液体レンズ４から特定の距離ｆ１離れた位置に配置されたピンホール５の開口をそのまま透過する。すなわち、波長λ１用の光路Ｌ１は、開状態となる。ピンホール５を透過した波長λ１の光は、コリメートレンズ６によって再び平行光にされた後、ミラー７によって偏向され、最終的にダイクロイックミラー１２を透過し、結合レンズ１３によって集光されて光ファイバ１４に入射する。

一方、ダイクロイックミラー３を透過した波長λ１以外の光は、ダイクロイックミラー８によって波長λ２の光のみが反射され、光路Ｌ２上を進行する。光路Ｌ２上を進行する波長λ２の光は、斜め配置された液体レンズ９に入射する。このとき、図１に示すように、液体レンズ９の焦点距離が制御器１６によって特定の距離ｆ１に設定されていれば、波長λ２の光は、液体レンズ９から特定の距離ｆ１離れた位置に配置されたピンホール１０の開口をそのまま透過する。すなわち、波長λ２用の光路Ｌ２は、開状態となる。ピンホール１０を透過した波長λ２の光は、コリメートレンズ１１によって再び平行光にされた後、ダイクロイックミラー１２で反射され、結合レンズ１３によって集光されて光ファイバ１４に入射する。

このようにして、波長λ１，λ２用の光路Ｌ１，Ｌ２は、ともに開状態となり、波長λ１，λ２の光が、ダイクロイックミラー１２によって合成されて、同時に光ファイバ１４に入射することとなる。

一方、図２は、波長λ１の光のみを光ファイバ１４に入射させる動作例を示している。ここで、波長λ１用の光路Ｌ１側の状態は、図１の場合と同じであるので、説明を省略する。波長λ２用の光路Ｌ２側にあっては、波長λ２の光が斜め配置された液体レンズ９に入射するが、制御器１６によって液体レンズ９の焦点距離が、特定の距離ｆ１よりも短い距離ｆ２に可変設定されているため、図２に示すように、ピンホール１０よりも手前位置で収束・発散しており、かつ、主光線がピンホール１０の開口の軸から外れているため、波長λ２の光はピンホール１０を透過できず、光路Ｌ２は遮断された閉状態となる。よって、波長λ１の光のみが光ファイバ１４に入射することとなる。

なお、図２では、液体レンズ９の焦点距離が特定の距離ｆ１よりも短くなるように可変させた場合に光路Ｌ２が閉状態となるように説明したが、液体レンズ９の焦点距離が特定の距離ｆ１よりも長くなるように可変させた場合に光路Ｌ２が閉状態となるように設定してもよい。また、液体レンズ９の焦点距離を特定の距離ｆ１から微妙に変化させることで、波長λ２の光がピンホール１０上に投影されるスポット径の大きさが変化することを利用し、ピンホール１０へ入射する光の量をコントロールすることで光量調整を行うようにしてもよい。なお、光路Ｌ１を閉状態とさせる場合は、上記光路Ｌ２が閉状態となる動作と同様に液体レンズ４を駆動させればよい。これにより、液体レンズ４，９の焦点距離を交互に切換えて可変させれば光路Ｌ１と光路Ｌ２のそれぞれの開閉状態を切換えることができる。

このようにして、本実施の形態１によれば、液体レンズ４，９を用い、制御器１５，１６によって液体レンズ４，９の焦点距離を適宜電気的に可変制御することで、光ファイバ１４へ入射させる光の波長を、波長λ１のみ、波長λ２のみ、あるいは、波長λ１，λ２の両方、というように任意に切換えることができ、その切換えタイミングも自由に制御することができる。

本実施の形態１の照明装置によれば、波長に応じて分離された光路Ｌ１，Ｌ２毎に設けられて、前後の光軸をずらすように各光路Ｌ１，Ｌ２に対して斜め配置されて制御器１５，１６による電気的制御により焦点距離が変化する液体レンズ４，９を備えるので、各々の液体レンズ４，９の焦点距離を電気的制御によって変化させるだけで異なる波長λ１，λ２の各々の光路毎の光の遮断・通過の制御が可能となり、よって、機械的な駆動機構を必要としない小型・簡易な構成で、騒音や振動の発生もなく、異なる波長λ１，λ２の光を選択的に射出させることや、異なる波長λ１，λ２の光を同時に射出させることができるものである。

（実施の形態２）
図３は、本実施の形態２にかかる照明装置の構成例および動作例を示す概略側面図であり、図４は、その動作の他例を示す概略側面図である。実施の形態１で示した部分と同一部分は同一符号を用いて示す。

通常、レンズは波長毎に焦点距離が異なる。そのため、照明光の平行光への変換を固定焦点距離のレンズで行うと、以下の問題が生ずる。すなわち、コリメートレンズ２の焦点距離を波長λ１の光に適合させると、波長λ２の光では平行度がずれ、逆に、コリメートレンズ２の焦点距離を波長λ２の光に適合させると、波長λ１の光では平行度がずれてしまう。いずれにしても、平行度がずれると、光路上で広がってしまい、ケラレなどが生じてしまうと照明光の伝達効率が低下してしまうことがある。また、結合レンズ１３に関しても、固定焦点距離のレンズを用いると、異なる波長の光が入射した場合、光ファイバ１４の端面で集光位置の違いによりケラレが発生し、複数の波長光に対して結合効率を最適化することができなくなってしまう。

そこで、本実施の形態２の照明装置は、コリメートレンズ２に代えて液体レンズ１７を設けるとともに、結合レンズ１３に代えて液体レンズ１８を設けたものである。液体レンズ１７は、コリメートレンズ２と同じく光源１からの照明光を平行光にするためのものであり、制御器１９による電気的制御によって印加する電圧を変えることにより焦点距離が変化する。液体レンズ１８は、結合レンズ１３と同じく光ファイバ１４に向かう射出光を集光させるためのものであり、制御器２０による電気的制御によって印加する電圧を変えることにより焦点距離が変化する。ここで、液体レンズ１７，１８の焦点距離の変化は、液体レンズ４，９の焦点距離の変化に同期させて行われるもので、制御器１５，１６，１９，２０は、互いに連動して制御を行う同期制御手段を構成している。

まず、図３に示す動作例の場合について説明する。図３は、図２に示した場合と同様に、制御器１５，１６による液体レンズ４，９の電気的制御で、波長λ１用の光路Ｌ１が開状態、波長λ２用の光路Ｌ２が閉状態にある場合を示している。このような場合、まず、制御器１９は、制御器１５，１６による制御に連動同期して、光源１と液体レンズ１７との距離が照明光中の波長λ１の光を平行光にするのに最適な焦点距離となるように、液体レンズ１７の焦点距離を変化させる。ここでは、波長λ１の光のみが最適化され、他の波長の光についての平行度は考慮されない。

一方、液体レンズ１８に関しては、ダイクロイックミラー１２を透過した波長λ１の光が光ファイバ１４の端面付近で集光し、波長λ１の光の全てが光ファイバ１４に入射するように、制御器２０は、制御器１５，１６による制御に連動同期して液体レンズ１８の焦点距離を変化させる。この場合も、波長λ１の光のみが最適化され、他の波長の光については考慮されない。

また、図４に示す動作例の場合について説明する。図４は、図３の場合と逆に、制御器１５，１６による液体レンズ４，９の電気的制御で、波長λ１用の光路Ｌ１が閉状態、波長λ２用の光路Ｌ２が開状態にある場合を示している。このような場合、まず、制御器１９は、制御器１５，１６による制御に連動同期して、光源１と液体レンズ１７との距離が照明光中の波長λ２の光を平行光にするのに最適な焦点距離となるように、液体レンズ１７の焦点距離を変化させる。ここでは、波長λ２の光のみが最適化され、他の波長の光についての平行度は考慮されない。

一方、液体レンズ１８に関しては、ダイクロイックミラー１２で反射された波長λ２の光が光ファイバ１４の端面付近で集光し、波長λ２の光の全てが光ファイバ１４に入射するように、制御器２０は、制御器１５，１６による制御に連動同期して液体レンズ１８の焦点距離を変化させる。この場合も、波長λ２の光のみが最適化され、他の波長の光については考慮されない。

このようにして、液体レンズ４，９の焦点距離の変化に対して、液体レンズ１７，１８の焦点距離を同期させて変化させることで、各々の波長の光を光ファイバ１４に効率よく導くことができる。すなわち、波長の異なる光の伝達効率を高めながら、波長切換えを行うことができる。

本発明は、上述した実施の形態に限らず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲であれば、種々の変形が可能である。例えば、上述の実施の形態では、λ１，λ２なる２種類の波長の例で説明したが、扱う波長の種類に応じて分離される光路を増やし、その光路毎に液体レンズ等の可変焦点レンズを配設することで、２波長以上の波長切換えにも対応することが可能である。

本発明の実施の形態１にかかる照明装置の構成例および動作例を示す概略側面図である。実施の形態１の動作の他例を示す概略側面図である。本発明の実施の形態２にかかる照明装置の構成例および動作例を示す概略側面図である。実施の形態２の動作の他例を示す概略側面図である。

符号の説明

１光源
３ダイクロイックミラー
４液体レンズ
５ピンホール
８ダイクロイックミラー
９液体レンズ
１０ピンホール
１２ダイクロイックミラー
１４光ファイバ
１５，１６制御器
１７，１８液体レンズ
１９，２０制御器

Claims

異なる波長の照明光を射出する光源からの光路を波長に応じた複数の光路に分離する光路分離手段と、
分離された前記複数の光路を統合して射出部に導く光路合成手段と、
分離された前記光路毎に設けられて、前後の光軸をずらすように各光路に対して斜め配置されて電気的制御により焦点距離が変化する可変焦点レンズと、
を備えることを特徴とする照明装置。
前記可変焦点レンズは、液体レンズであることを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
分離された前記光路毎に、前記可変焦点レンズよりも後段の光軸上に配設させた光路制限手段をさらに備えることを特徴とする請求項１または２に記載の照明装置。
前記光源からの照明光を平行光にする液体レンズからなるレンズと、前記射出部に設けられて射出光を集光させる液体レンズからなるレンズとをさらに備え、これらレンズの焦点距離を前記可変焦点レンズの焦点距離の変化に同期させて変化させる同期制御手段を備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の照明装置。