JP2010250182A - Circular light source device, and microscope - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a circular light source device or the like achieving miniaturization and cost. <P>SOLUTION: The circular light source device includes: an annular light condensing lens 8; and a plurality of linear light source devices 100 annularly arranged along the incident surface of the light condensing lens 8, for emitting linear illumination light to the incident surface of the light condensing lens 8. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、輪帯光源装置、顕微鏡に関する。   The present invention relates to an annular light source device and a microscope.

従来、顕微鏡や画像測定機のリング照明、スチルカメラのマクロレンズ用ストロボ等、輪帯状の照明光を射出するための輪帯光源装置が知られており、斯かる輪帯光源装置として多数のLEDを同心円状に配列して備えたものが提案されている(例えば、特許文献1を参照。)。   Conventionally, an annular light source device for emitting annular illumination light, such as a ring illumination of a microscope or an image measuring machine, or a strobe for a macro lens of a still camera, is known, and many LEDs are used as such an annular light source device. Have been proposed that are arranged concentrically (see, for example, Patent Document 1).

特開2002−328094号公報JP 2002-328094 A

しかしながら、上述のような従来の輪帯光源装置は、多数のLEDを備えることで大型化するとともに、構造が複雑であり製造コストが大きくなってしまうという問題があった。
そこで本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、小型化と低コスト化を図った輪帯光源装置、顕微鏡を提供することを目的とする。
However, the conventional annular light source device as described above has a problem in that it is increased in size by including a large number of LEDs, and the structure is complicated and the manufacturing cost increases.
Accordingly, the present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to provide an annular light source device and a microscope that are reduced in size and cost.

上記課題を解決するために本発明は、
環状の集光レンズと、
前記集光レンズの入射面に沿って環状に配置された、線状の照明光を前記集光レンズの入射面に射出する複数の線状光源装置と、
を有することを特徴とする輪帯光源装置を提供する。
また本発明は、
上記輪帯光源装置を備えた顕微鏡を提供する。
In order to solve the above problems, the present invention
An annular condenser lens;
A plurality of linear light source devices that are arranged annularly along the incident surface of the condenser lens and emit linear illumination light onto the incident surface of the condenser lens;
An annular light source device is provided.
The present invention also provides
A microscope provided with the annular light source device is provided.

本発明によれば、小型化と低コスト化を図った輪帯光源装置、顕微鏡を提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the annular light source device and microscope which aimed at size reduction and cost reduction can be provided.

(a)は本発明の実施形態に係る輪帯光源装置を備えた顕微鏡の構成を示す断面図、(b)は輪帯光源装置の構成を示す斜視図である。(A) is sectional drawing which shows the structure of the microscope provided with the annular light source apparatus which concerns on embodiment of this invention, (b) is a perspective view which shows the structure of an annular light source apparatus. (a)は第1変形例の線状光源装置の構成を示す斜視図、(b)は線状光源装置に用いられる反射光学素子の正面図、(c)は反射光学素子をX軸方向から見た側面図、(d)は線状光源装置のYZ断面図((b)のJ−J’断面図)、(e)は反射光学素子をY軸方向から見た側面図、(f)は線状光源装置のXZ断面図((b)のI−I’断面図)、(g)は反射光学素子の斜視図である。(A) is a perspective view which shows the structure of the linear light source device of a 1st modification, (b) is a front view of the reflective optical element used for a linear light source device, (c) is a reflective optical element from X-axis direction. (D) is a YZ cross-sectional view of the linear light source device (a JJ ′ cross-sectional view of (b)), (e) is a side view of the reflective optical element viewed from the Y-axis direction, and (f). FIG. 4 is an XZ sectional view of the linear light source device (II ′ sectional view of (b)), and (g) is a perspective view of the reflective optical element. 第1変形例の線状光源装置から射出される照明光の、反射光学素子の反射面の集光位置における照度分布を示す図である。It is a figure which shows the illumination intensity distribution in the condensing position of the reflective surface of a reflective optical element of the illumination light inject | emitted from the linear light source device of a 1st modification. (a)は第2変形例の線状光源装置の構成を示す斜視図、(b)は線状光源装置に用いられる反射光学素子の正面図、(c)は反射光学素子をX軸方向から見た側面図、(d)は線状光源装置のYZ断面図((b)のJ−J’断面図)、(e)は反射光学素子をY軸方向から見た側面図、(f)は線状光源装置のXZ断面図((b)のI−I’断面図)、(g)は反射光学素子の斜視図である。(A) is a perspective view which shows the structure of the linear light source device of a 2nd modification, (b) is a front view of the reflective optical element used for a linear light source device, (c) is a reflective optical element from X-axis direction. (D) is a YZ cross-sectional view of the linear light source device (a JJ ′ cross-sectional view of (b)), (e) is a side view of the reflective optical element viewed from the Y-axis direction, and (f). FIG. 4 is an XZ sectional view of the linear light source device (II ′ sectional view of (b)), and (g) is a perspective view of the reflective optical element. 第2変形例の線状光源装置から射出される照明光の、反射光学素子の反射面の集光位置における照度分布を示す図である。It is a figure which shows the illumination intensity distribution in the condensing position of the reflective surface of the reflective optical element of the illumination light inject | emitted from the linear light source device of a 2nd modification. (a)は第3変形例の線状光源装置の構成を示す斜視図、(b)は線状光源装置に用いられる反射光学素子の正面図、(c)は反射光学素子をX軸方向から見た側面図、(d)は線状光源装置のYZ断面図((b)のJ−J’断面図)、(e)は反射光学素子をY軸方向から見た側面図、(f)は線状光源装置のXZ断面図((b)のI−I’断面図)、(g)は反射光学素子の斜視図である。(A) is a perspective view which shows the structure of the linear light source device of a 3rd modification, (b) is a front view of the reflective optical element used for a linear light source device, (c) is a reflective optical element from X-axis direction. (D) is a YZ cross-sectional view of the linear light source device (a JJ ′ cross-sectional view of (b)), (e) is a side view of the reflective optical element viewed from the Y-axis direction, and (f). FIG. 4 is an XZ sectional view of the linear light source device (II ′ sectional view of (b)), and (g) is a perspective view of the reflective optical element. 第3変形例の線状光源装置から射出される照明光の、反射光学素子の反射面の集光位置における照度分布を示す図である。It is a figure which shows the illumination intensity distribution in the condensing position of the reflective surface of a reflective optical element of the illumination light inject | emitted from the linear light source device of a 3rd modification. (a)は第4変形例の線状光源装置の構成を示す斜視図、(b)は線状光源装置に用いられる反射光学素子の正面図、(c)は反射光学素子をX軸方向から見た側面図、(d)は線状光源装置のYZ断面図((b)のJ−J’断面図)、(e)は反射光学素子をY軸方向から見た側面図、(f)は線状光源装置のXZ断面図((b)のI−I’断面図)、(g)は反射光学素子の斜視図である。(A) is a perspective view which shows the structure of the linear light source device of a 4th modification, (b) is a front view of the reflective optical element used for a linear light source device, (c) is a reflective optical element from X-axis direction. (D) is a YZ cross-sectional view of the linear light source device (a JJ ′ cross-sectional view of (b)), (e) is a side view of the reflective optical element viewed from the Y-axis direction, and (f). FIG. 4 is an XZ sectional view of the linear light source device (II ′ sectional view of (b)), and (g) is a perspective view of the reflective optical element. 第4変形例の線状光源装置から射出される照明光の、反射光学素子の反射面の集光位置における照度分布を示す図である。It is a figure which shows the illumination intensity distribution in the condensing position of the reflective surface of a reflective optical element of the illumination light inject | emitted from the linear light source device of a 4th modification. (a)は第5変形例の線状光源装置における反射光学素子の正面図、(b)は線状光源装置をX軸方向から見た側面図、(c)は線状光源装置をY軸方向から見た側面図、(d)は線状光源装置のXZ断面図((a)のI−I’断面図)、(e)は線状光源装置の斜視図である。(A) is the front view of the reflective optical element in the linear light source device of a 5th modification, (b) is the side view which looked at the linear light source device from the X-axis direction, (c) is the Y-axis of the linear light source device. The side view seen from the direction, (d) is an XZ sectional view of the linear light source device (II ′ sectional view of (a)), (e) is a perspective view of the linear light source device. 第5変形例の線状光源装置における反射光学素子の射出面を傾斜面とした様子を示す図である。It is a figure which shows a mode that the emission surface of the reflective optical element in the linear light source device of the 5th modification was made into the inclined surface. (a)は第1変形例の線状光源装置をフライアイインテグレータと組み合わせた様子を示す斜視図、(b)はその断面図である。(A) is a perspective view which shows a mode that the linear light source device of the 1st modification was combined with the fly eye integrator, (b) is the sectional drawing. フライアイインテグレータの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of a fly eye integrator. (a)は第1変形例の線状光源装置をフライアイインテグレータと組み合わせて使用する場合のフライアイインテグレータの入射面における角度特性を示す図、(b)は同様にフライアイインテグレータの射出面における角度特性を示す図である。(A) is a figure which shows the angle characteristic in the entrance plane of a fly eye integrator at the time of using the linear light source device of a 1st modification in combination with a fly eye integrator, (b) is similarly in the exit surface of a fly eye integrator. It is a figure which shows an angle characteristic. 第1変形例の線状光源装置を撮像装置に適用した様子を示す図である。It is a figure which shows a mode that the linear light source device of the 1st modification was applied to the imaging device.

本発明の実施形態に係る輪帯光源装置を備えた顕微鏡を添付図面に基づいて説明する。
図1(a)に示すように、本実施形態に係る輪帯光源装置1を備えた顕微鏡2は、試料3側から順に、第1対物レンズ4と、第1対物レンズ4の外周に配置されており、輪帯状の照明光を射出する輪帯光源装置1と、開口絞り5と、第2対物レンズ6と、撮像素子7とを有している。なお、試料3は、第1対物レンズ4、開口絞り5、及び第2対物レンズ6を介して撮像素子7と共役に配置されている。
輪帯光源装置1は、図1(b)に示すように第1対物レンズ4よりも大径で環状の集光レンズ8と、集光レンズ8の入射面に沿って環状に配置された8つの線状光源装置100と、集光レンズ8と各線状光源装置100との間に配置されており、集光レンズ8と略同径で環状のフライアイインテグレータ9とからなる。
A microscope having an annular light source device according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
As shown in FIG. 1A, the microscope 2 including the annular light source device 1 according to the present embodiment is disposed on the outer periphery of the first objective lens 4 and the first objective lens 4 in order from the sample 3 side. And includes an annular light source device 1 that emits annular illumination light, an aperture stop 5, a second objective lens 6, and an image sensor 7. The sample 3 is arranged conjugate with the image sensor 7 via the first objective lens 4, the aperture stop 5, and the second objective lens 6.
As shown in FIG. 1B, the annular light source device 1 has an annular condenser lens 8 having a diameter larger than that of the first objective lens 4 and an annular arrangement 8 along the incident surface of the condenser lens 8. It is arranged between two linear light source devices 100, the condensing lens 8 and each linear light source device 100, and includes an annular fly eye integrator 9 having substantially the same diameter as the condensing lens 8.

フライアイインテグレータ9は、入射面及び射出面が正六角形状の多数の要素レンズが環状に配置されることによって構成されており、各要素レンズの入射面が集光レンズ8を介して試料3と共役となるように配置されている。なお、フライアイインテグレータ9はこれに限られず、例えば入射面及び射出面が長方形状の要素レンズで構成されたものを用いることもできる。
8つの線状光源装置100は、それぞれが線状の照明光をフライアイインテグレータ9を介して集光レンズ8へ向かって射出するものであり、いずれも同じ構成をしている。
ここで、線状光源装置100の詳細な構成を説明するにあたり、当該線状光源装置100と同様に本実施形態に係る輪帯光源装置1に適用可能なその他の線状光源装置を第1変形例〜第5変形例として予め説明する。
The fly-eye integrator 9 is configured by arranging a large number of elemental lenses having a regular hexagonal shape on the entrance surface and the exit surface, and the entrance surface of each element lens is connected to the sample 3 via the condenser lens 8. They are arranged so as to be conjugate. Note that the fly-eye integrator 9 is not limited to this, and for example, one having an entrance surface and an exit surface made of rectangular element lenses can be used.
Each of the eight linear light source devices 100 emits linear illumination light toward the condenser lens 8 via the fly-eye integrator 9, and all have the same configuration.
Here, in describing the detailed configuration of the linear light source device 100, other linear light source devices applicable to the annular light source device 1 according to the present embodiment in the same manner as the linear light source device 100 are first modified. An example to a fifth modification will be described in advance.

(第1変形例)
図2(a)に示すように第1変形例の線状光源装置10は、光源11と、光源11からの光を反射して線状に集光する反射面15aを備えた反射光学素子15とからなる。
反射光学素子15の反射面15aは、光軸AXと反射面15aとの交点を原点Oとし、原点Oにおける反射面15aの法線をZ軸、Z軸に垂直で原点Oを通る直線をX軸、Z軸及びX軸に垂直で原点Oを通る直線をY軸としたとき、XZ平面による断面形状が放物線であり、YZ平面による断面形状がZ軸に一致した長軸を有する楕円であって、次の定義式(1)〜(4)で表されるアナモルフィック非球面である(前記放物線を放物線16、前記楕円を楕円17と称する。)。なお、原点O、X軸、Y軸、及びZ軸の定義は、後述する全ての線状光源装置において同様である。
(First modification)
As shown in FIG. 2A, the linear light source device 10 of the first modified example includes a light source 11 and a reflective optical element 15 including a reflective surface 15a that reflects light from the light source 11 and condenses the light into a linear shape. It consists of.
The reflecting surface 15a of the reflecting optical element 15 has an intersection point of the optical axis AX and the reflecting surface 15a as an origin O, a normal line of the reflecting surface 15a at the origin O is a Z axis, and a straight line passing through the origin O perpendicular to the Z axis is X When the Y axis is a straight line that is perpendicular to the axis, the Z axis, and the X axis and passes through the origin O, the cross sectional shape of the XZ plane is a parabola, and the cross sectional shape of the YZ plane is an ellipse having a long axis that matches the Z axis. Thus, it is an anamorphic aspherical surface represented by the following definitional expressions (1) to (4) (the parabola is referred to as a parabola 16 and the ellipse is referred to as an ellipse 17). The definitions of the origin O, the X axis, the Y axis, and the Z axis are the same in all the linear light source devices described later.

(1) z={(x/r)+(y/r)}/[1+√{1−(1+K)(y/r)}]
(2) r=2f
(3) K=−{(f−f)/(f+f)}
(4) r=(2f)/(f+f)
ただし、
:反射面15aと光源11との距離(原点Oと光源11との距離)
:反射面15aと反射面15aの集光位置18との距離
:放物線16の曲率半径
:楕円17のコーニック定数
:楕円17の曲率半径
(1) z = {(x 2 / r p ) + (y 2 / r e )} / [1 + √ {1- (1 + K e ) (y / r e ) 2 }]
(2) r p = 2f 1
(3) K e = − {(f 1 −f 2 ) / (f 1 + f 2 )} 2
(4) r e = (2f 1 f 2) / (f 1 + f 2)
However,
f 1 : Distance between the reflecting surface 15a and the light source 11 (distance between the origin O and the light source 11)
f 2 : distance r p between the reflecting surface 15 a and the converging position 18 of the reflecting surface 15 a: radius of curvature of the parabola 16 K e : conic constant of the ellipse 17 r e : radius of curvature of the ellipse 17

上記各定義式より、反射光学素子15における反射面15aの放物線16の焦点位置と、楕円17の第1焦点位置とが一致することとなる。そして本変形例の線状光源装置10ではこの位置に光源11が配置されており、これによって反射面15aの集光位置18は楕円17の第2焦点位置に一致することとなる。斯かる構成により反射光学素子15は、光源11から発せられた光束を反射面15aで反射することで、XZ平面内では平行光束に変換し、かつYZ平面内では楕円17の第2焦点位置(集光位置18)に集光する光束に変換する、したがって光源11からの光束を狭いスペースで光量ロスすることなく効率的に線状の光束に変換することが可能となる。   From the above definition formulas, the focal position of the parabola 16 of the reflecting surface 15a of the reflective optical element 15 and the first focal position of the ellipse 17 coincide. In the linear light source device 10 of the present modification, the light source 11 is disposed at this position, whereby the condensing position 18 of the reflecting surface 15a coincides with the second focal position of the ellipse 17. With such a configuration, the reflective optical element 15 reflects the light beam emitted from the light source 11 by the reflection surface 15a, thereby converting it into a parallel light beam in the XZ plane, and the second focal position of the ellipse 17 (in the YZ plane ( Therefore, the light beam from the light source 11 can be efficiently converted into a linear light beam without loss of light quantity in a narrow space.

具体的には、反射光学素子15の反射面15aの外形寸法を10×10、f=10、f=20としたとき、r=20、K=0.111、r=13.333となり、図3に示すように反射面15aの集光位置18を含む平面(Z軸に垂直な平面18a)内において光束が線状に集光されていることがわかる。なお、本明細書に掲載されている長さの単位は「mm」であるが、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ため単位はこれに限られるものではない。 Specifically, when the external dimensions of the reflective surface 15a of the reflective optical element 15 are 10 × 10, f 1 = 10, and f 2 = 20, r p = 20, K e = 0.111, r e = 13. 3, and it can be seen that the luminous flux is linearly collected in a plane including the condensing position 18 of the reflecting surface 15 a (a plane 18 a perpendicular to the Z axis) as shown in FIG. The unit of length listed in this specification is “mm”, but the unit is not limited to this because the same optical performance can be obtained even when proportionally enlarged or reduced.

以上の構成の下、線状光源装置10において光源11から発せられた光束は、反射光学素子15の反射面15aで反射されることにより、集光位置18に効率良く線状に集光されることとなり、このようにして線状光源装置10は線状の照明光を射出することが可能となる。
なお、反射光学素子15には、ガラス表面にクロムやアルミを蒸着したもの、熱可塑性樹脂によるモールド成型品にクロムやアルミを蒸着したもの、或いは金属の板金加工や切削加工等によって反射鏡形状を形成したもの等を用いることが好ましい。また、線状光源装置10における光源11の支持は、反射光学素子15の反射面15aの原点O部分に開口を形成して支持部材を挿通し、この支持部材によって行う構成とすることが好ましい。なお、これらのことは後述する第2変形例〜第4変形例においても同様である。
Under the above configuration, the light beam emitted from the light source 11 in the linear light source device 10 is reflected by the reflecting surface 15a of the reflective optical element 15 so as to be efficiently collected in a linear shape at the condensing position 18. In this manner, the linear light source device 10 can emit linear illumination light.
The reflective optical element 15 has a reflecting mirror shape formed by vapor-depositing chromium or aluminum on the glass surface, vapor-deposited chromium or aluminum on a molded product made of a thermoplastic resin, or metal sheet metal processing or cutting. It is preferable to use one formed. In addition, it is preferable that the light source 11 in the linear light source device 10 is supported by the support member by forming an opening at the origin O portion of the reflection surface 15a of the reflective optical element 15 and inserting the support member. These are the same in the second to fourth modifications described later.

(第2変形例)
第2変形例及び後述する各変形例において、上記第1変形例と同様の構成である部分には同じ符号を付して説明を省略し、異なる部分について詳細に説明する。
図4(a)に示すように第2変形例の線状光源装置20は、光源11と、光源11からの光を反射して線状に集光する反射面25aを備えた反射光学素子25とからなる。
反射光学素子25の反射面25aは、XZ平面による断面形状が放物線であり、YZ平面による断面形状がZ軸に一致した短軸を有する楕円であって、次の定義式(1),(5)〜(8)で表されるアナモルフィック非球面である(前記放物線を放物線26、前記楕円を楕円27と称する。)。
(Second modification)
In the second modified example and each modified example described later, parts having the same configuration as in the first modified example are denoted by the same reference numerals, description thereof is omitted, and different parts are described in detail.
As shown in FIG. 4A, the linear light source device 20 of the second modified example includes a light source 11 and a reflective optical element 25 including a reflective surface 25a that reflects light from the light source 11 and condenses it in a linear shape. It consists of.
The reflecting surface 25a of the reflecting optical element 25 is an ellipse having a short axis whose cross-sectional shape by the XZ plane is a parabola and whose cross-sectional shape by the YZ plane coincides with the Z axis, and the following definition formulas (1), (5 ) To (8) are anamorphic aspherical surfaces (the parabola is referred to as a parabola 26 and the ellipse is referred to as an ellipse 27).

(1) z={(x/r)+(y/r)}/[1+√{1−(1+K)(y/r)}]
(5) a=√(b+d)
(6) r=2f
(7) K=(a−f )/(f )
(8) r=a/f
ただし、
:反射面25aの集光位置28と光源11の中点29(楕円227の中心)と反射面25aとの距離
:楕円27の長半径
:楕円27の短半径
:反射面25aの集光位置28と光源11の中点29と光源11との距離(Z軸と光源11との距離)
:放物線26の曲率半径
:楕円27のコーニック定数
:楕円27の曲率半径
(1) z = {(x 2 / r p ) + (y 2 / r e )} / [1 + √ {1- (1 + K e ) (y / r e ) 2 }]
(5) a = √ (b 2 + d 2 )
(6) r p = 2f 1
(7) K e = (a 2 −f 1 2 ) / (f 1 2 )
(8) r e = a 2 / f 1
However,
f 1 : distance a between the light collection position 28 of the reflecting surface 25a and the midpoint 29 (center of the ellipse 227) of the light source 11 and the reflecting surface 25a : Major radius b of ellipse 27 : Short radius d of ellipse 27 : Distance between the condensing position 28 of the reflecting surface 25a, the midpoint 29 of the light source 11, and the light source 11 (distance between the Z axis and the light source 11)
r p : radius of curvature of parabola 26 K e : conic constant of ellipse 27 r e : radius of curvature of ellipse 27

上記各定義式より、反射光学素子25における反射面25aの放物線26の焦点位置と、楕円27の第1焦点位置とが一致することとなる。そして本変形例の線状光源装置20ではこの位置に光源11が配置されており、これによって反射面25aの集光位置28は楕円27の第2焦点位置に一致することとなる。斯かる構成により反射光学素子25は、光源11から発せられた光束を反射面25aで反射することで、XZ平面内では平行光束に変換し、かつYZ平面内では楕円27の第2焦点位置(集光位置28)に集光する光束に変換する、したがって光源11からの光束を狭いスペースで効率的に線状の光束に変換することが可能となる。   From the above definition formulas, the focal position of the parabola 26 of the reflecting surface 25a of the reflective optical element 25 and the first focal position of the ellipse 27 coincide. In the linear light source device 20 of the present modification, the light source 11 is disposed at this position, whereby the condensing position 28 of the reflecting surface 25a coincides with the second focal position of the ellipse 27. With this configuration, the reflecting optical element 25 reflects the light beam emitted from the light source 11 by the reflecting surface 25a, thereby converting the light beam 11 into a parallel light beam in the XZ plane, and the second focal position of the ellipse 27 in the YZ plane ( Therefore, the light beam from the light source 11 can be efficiently converted into a linear light beam in a narrow space.

具体的には、反射光学素子25の反射面25aの外形寸法を10×10、f=10、d=5としたとき、r=20、K=0.25、r=12.5となり、図5に示すように反射面25aの集光位置28を含む平面28a内において光束が線状に集光されていることがわかる。また、図5に示すように集光された線状の光束には光源11の影ができてしまうことがない。これは、光源11と反射面25aの集光位置28とが原点Oから見て異なる方向にあり、反射面25aで反射された光束が光源11でケラれてしまうことがないためである。
以上の構成によって線状光源装置20は、上記第1変形例の線状光源装置10と同様の効果を奏することが可能となる。
Specifically, when the external dimensions of the reflecting surface 25a of the reflecting optical element 25 are 10 × 10, f 1 = 10, and d = 5, r p = 20, K e = 0.25, r e = 12. 5, it can be seen that the luminous flux is linearly collected in the plane 28a including the condensing position 28 of the reflecting surface 25a as shown in FIG. Further, as shown in FIG. 5, the condensed linear light beam does not cause a shadow of the light source 11. This is because the light source 11 and the condensing position 28 of the reflecting surface 25a are in different directions when viewed from the origin O, and the light beam reflected by the reflecting surface 25a is not vignetted by the light source 11.
With the above configuration, the linear light source device 20 can achieve the same effects as the linear light source device 10 of the first modification.

(第3変形例)
図6(a)に示すように第3変形例の線状光源装置30は、光源11と、光源11からの光を反射して線状に集光する反射面35aを備えた反射光学素子35とからなる。
反射光学素子35の反射面35aは、XZ平面による断面形状が放物線であり、YZ平面による断面形状が円であって、次の定義式(9)で表される曲面である(前記放物線を放物線36、前記円を円34と称する。)。
(9) z=f−√{(f−x/4f)−y
ただし、
:反射面35aと光源11との距離(円34の中心と反射面35aとの距離)
(Third Modification)
As shown in FIG. 6A, the linear light source device 30 of the third modified example includes a light source 11 and a reflective optical element 35 including a reflective surface 35a that reflects light from the light source 11 and condenses it linearly. It consists of.
The reflecting surface 35a of the reflecting optical element 35 is a parabola having a cross-sectional shape in the XZ plane and a circular cross-sectional shape in the YZ plane, and is a curved surface represented by the following definition formula (9) (the parabola is a parabola). 36, the circle is referred to as circle 34).
(9) z = f 1 −√ {(f 1 −x 2 / 4f 1 ) 2 −y 2 }
However,
f 1 : Distance between the reflective surface 35a and the light source 11 (distance between the center of the circle 34 and the reflective surface 35a)

上記各定義式より、反射光学素子35における反射面35aの放物線36の焦点位置と、円34の中心とが一致することとなる。そして本変形例の線状光源装置30ではこの位置に光源11が配置されており、これによって反射面35aの集光位置38は円34の中心に一致することとなる。斯かる構成により反射光学素子35は、光源11から発せられた光束を反射面35aで反射することで、XZ平面内では平行光束に変換し、かつYZ平面内では円34の中心(集光位置38)に集光する光束に変換する、したがって光源11からの光束を狭いスペースで効率的に線状の光束に変換することが可能となる。   From the above definition formulas, the focal position of the parabola 36 of the reflecting surface 35a of the reflecting optical element 35 coincides with the center of the circle 34. In the linear light source device 30 of the present modification, the light source 11 is disposed at this position, whereby the condensing position 38 of the reflecting surface 35a coincides with the center of the circle 34. With such a configuration, the reflective optical element 35 reflects the light beam emitted from the light source 11 by the reflection surface 35a, thereby converting it into a parallel light beam in the XZ plane, and the center (condensing position) of the circle 34 in the YZ plane. 38), the light beam from the light source 11 can be efficiently converted into a linear light beam in a narrow space.

具体的には、反射光学素子35の反射面35aの外形寸法を10×10、f=10としたとき、図7に示すように反射面35aの集光位置38を含む平面38a内において光束が線状に精度良く集光されていることがわかる。なお、反射面35aが回転対称な形状であるため、反射光学素子35は製造が容易であるという利点も備えている。
以上の構成によって線状光源装置30は、上記第1変形例の線状光源装置20と同様の効果を奏することが可能となる。
Specifically, when the external dimensions of the reflective surface 35a of the reflective optical element 35 are 10 × 10 and f 1 = 10, the light flux is within a plane 38a including the condensing position 38 of the reflective surface 35a as shown in FIG. It can be seen that is accurately collected in a linear shape. In addition, since the reflective surface 35a is a rotationally symmetrical shape, the reflective optical element 35 also has the advantage that manufacture is easy.
With the above configuration, the linear light source device 30 can achieve the same effects as the linear light source device 20 of the first modification.

(第4変形例)
図8(a)に示すように第4変形例の線状光源装置40は、上記第1変形例における反射光学素子15をYZ平面で二分割し、そのうちの上半分(図2(a)紙面上側の半分)のみを反射光学素子45として備えており、その他の構成については第1変形例と同様である。なお、本変形例の反射光学素子45は、図8(b)に示すように正面から見て外形が正方形となるように作製されている。
(Fourth modification)
As shown in FIG. 8 (a), the linear light source device 40 of the fourth modified example divides the reflective optical element 15 in the first modified example into two on the YZ plane, and the upper half (FIG. 2 (a) paper surface Only the upper half) is provided as the reflective optical element 45, and the other configurations are the same as in the first modification. In addition, the reflective optical element 45 of this modification is produced so that an external shape may become a square seeing from the front, as shown in FIG.8 (b).

斯かる構成の線状光源装置40において、反射光学素子45の反射面45aの外形寸法を10×10、f=10、f=20としたとき、図9に示すように反射面45aの集光位置48を含む平面48a内において光束が線状に集光されていることがわかる。また、図9に示すように集光された線状の光束の中心部分に光源11の影ができてしまうことがない。これは、反射面45aで反射された光束のうち光源11によってケラれやすい光、即ち光軸AX上を進行する光を、線状の集光位置48の端部に集光させることができるためである。 In the linear light source device 40 having such a configuration, when the external dimensions of the reflective surface 45a of the reflective optical element 45 are 10 × 10, f 1 = 10, and f 2 = 20, as shown in FIG. It can be seen that the luminous flux is linearly collected in the plane 48 a including the condensing position 48. Moreover, as shown in FIG. 9, the shadow of the light source 11 is not formed in the central portion of the condensed linear light flux. This is because light that is likely to be vignetted by the light source 11, that is, light traveling on the optical axis AX, can be condensed at the end of the linear condensing position 48 out of the light flux reflected by the reflecting surface 45a. It is.

以上の構成によって線状光源装置40は、上記第1変形例の線状光源装置10と同様の効果を奏することが可能となる。
なお、本変形例においては、上述のように第1変形例の反射光学素子15をYZ平面で二分割し、そのうちの上半分を反射光学素子45として用いているが、これに限られず反射光学素子15の下半分、或いは第3変形例における反射光学素子35をYZ平面で二分割し、そのうちの上半分或いは下半分を用いることも可能である。
With the above configuration, the linear light source device 40 can achieve the same effects as the linear light source device 10 of the first modification.
In this modification, the reflection optical element 15 of the first modification is divided into two on the YZ plane as described above, and the upper half thereof is used as the reflection optical element 45. However, the present invention is not limited to this. It is also possible to divide the lower half of the element 15 or the reflective optical element 35 in the third modified example into two on the YZ plane, and use the upper half or the lower half of them.

(第5変形例)
図10に示すように第5変形例の線状光源装置50は、光源11と、光源11からの光を反射して線状に集光する反射面55aを備えた反射光学素子55とからなる。
本変形例における反射光学素子55は、断面形状が正方形のZ軸方向へ延在した角柱プリズム部材であって、光源11の光の波長に応じて選択された屈折率が1より大きな透明媒質(例えば、ガラスや樹脂等)によって作製されている。反射光学素子55の一方の端部には、光を内部反射するための前記反射面55aが設けられており、もう一方の端部は光を射出するための射出面55bとなっている。なお、射出面55bはZ軸に対して垂直であって、反射面55aの集光位置58を含んでいる。
(5th modification)
As shown in FIG. 10, the linear light source device 50 of the fifth modified example includes a light source 11 and a reflective optical element 55 that includes a reflection surface 55 a that reflects light from the light source 11 and collects the light in a linear shape. .
The reflective optical element 55 in this modification is a prismatic prism member having a square cross-section extending in the Z-axis direction, and a transparent medium (with a refractive index greater than 1 selected according to the wavelength of light from the light source 11). For example, it is made of glass or resin. The reflective surface 55a for internally reflecting light is provided at one end of the reflective optical element 55, and the other end is an exit surface 55b for emitting light. The exit surface 55b is perpendicular to the Z axis and includes the condensing position 58 of the reflection surface 55a.

反射光学素子55の反射面55aは、上記第1変形例の反射光学素子15の反射面15aと同じ形状の反射面(XZ平面による断面形状が放物線16で、YZ平面による断面形状がZ軸に一致した長軸を有する楕円17となるアナモルフィック非球面)であり、その中心部には図10(d)に示すように半球形状の凹み部51が設けられている。
光源11は、反射光学素子55の凹み部51内に反射光学素子55と略同じ屈折率を持つ媒質によって封止或いは接着されており、これによって光源11は反射面55aの楕円17の第1焦点位置であって放物線16の焦点位置に配置されている。
なお、光源11には半導体レーザや発光ダイオード等の固体光源を採用することが好ましく、これによって光源11及び反射光学素子55、ひいては線状光源装置50の小型化を図ることが可能となる。なお、このことは上記各変形例においても同様である。
The reflecting surface 55a of the reflecting optical element 55 has the same shape as the reflecting surface 15a of the reflecting optical element 15 of the first modification (the cross-sectional shape by the XZ plane is a parabola 16, and the cross-sectional shape by the YZ plane is Z-axis). An anamorphic aspheric surface that becomes an ellipse 17 having a long axis that coincides, and a hemispherical recess 51 is provided at the center as shown in FIG.
The light source 11 is sealed or adhered by a medium having substantially the same refractive index as that of the reflective optical element 55 in the concave portion 51 of the reflective optical element 55, whereby the light source 11 has the first focal point of the ellipse 17 on the reflective surface 55a. And the focal point of the parabola 16.
The light source 11 is preferably a solid-state light source such as a semiconductor laser or a light emitting diode. This makes it possible to reduce the size of the light source 11 and the reflective optical element 55, and thus the linear light source device 50. This also applies to each of the above modifications.

以上の構成により、線状光源装置50において光源11より発せられた光束は、反射光学素子55に入射し、反射面55aで内部反射された後、射出面55b上の集光位置58に線状に集光されることとなる。このようにして線状光源装置50は、反射光学素子55の射出面55bより線状の照明光を射出することが可能となる。
なお、上述のように本変形例では、反射光学素子55の反射面55aを上記第1変形例の反射光学素子15の反射面15aと同じ形状にしているが、これに限られず第2変形例〜第4変形例の反射光学素子の反射面と同じ形状にすることも勿論可能である。
With the above configuration, the light beam emitted from the light source 11 in the linear light source device 50 enters the reflective optical element 55, is internally reflected by the reflective surface 55a, and then linearly reaches the condensing position 58 on the exit surface 55b. It will be focused on. In this manner, the linear light source device 50 can emit linear illumination light from the exit surface 55b of the reflective optical element 55.
As described above, in the present modification, the reflection surface 55a of the reflection optical element 55 has the same shape as the reflection surface 15a of the reflection optical element 15 of the first modification. However, the present invention is not limited to this, and the second modification example. It is of course possible to have the same shape as the reflecting surface of the reflective optical element of the fourth modification.

また、本変形例の反射光学素子55は、上記構成により製造が容易であり低コスト化を図ることができるという利点を備えているが、これに限られず、射出面55bに拡散面や回折格子等を設けることで光学的機能を付加することが可能であるという利点も備えている。例えば、図11に示すように射出面55bをZ軸に対して傾斜した傾斜面として偏角プリズムの効果を付加することで、射出面55bより射出される線状の照明光の射出方向を任意に設定することが可能となる。   Further, the reflective optical element 55 of the present modification is advantageous in that it can be easily manufactured and can be reduced in cost by the above-described configuration. However, the present invention is not limited to this, and the diffusion surface or diffraction grating is provided on the exit surface 55b. Etc. are also provided with the advantage that an optical function can be added. For example, as shown in FIG. 11, the emission surface 55b is inclined as an inclined surface with respect to the Z axis, and the effect of the declination prism is added, so that the emission direction of the linear illumination light emitted from the emission surface 55b is arbitrary. It becomes possible to set to.

次に、本実施形態に係る輪帯光源装置1に備えられた線状光源装置100について説明する。
図1に示すように線状光源装置100は、上記第5変形例の線状光源装置50と同様の構成であって、光源11と、光源11からの光を反射して線状に集光する反射面55aを備えた反射光学素子55とからなる。
詳細には、反射光学素子65は、第5変形例の反射光学素子55を射出面55bへ向かって先端を細く(光軸に対して放射方向における厚みを小さく)しており、これによって反射面55aで反射された光束の進行に寄与しないプリズム部分を排除し小型化を図っている。また、射出面55bを光軸に対して傾斜した傾斜面としており、これによって射出面55bから射出される照明光の射出方向を偏向し、フライアイインテグレータ9へ適切に導くことが可能となる。そして、斯かる構成の反射光学素子55を第1対物レンズ4の光軸に対して傾けて配置したことでさらに輪帯光源装置1全体の小型化を図り、これによって顕微鏡2の使用者が試料3を輪帯光源装置1の側方から目視する際に輪帯光源装置1が邪魔になることを解消できるという効果を奏している。
Next, the linear light source device 100 provided in the annular light source device 1 according to the present embodiment will be described.
As shown in FIG. 1, the linear light source device 100 has the same configuration as that of the linear light source device 50 of the fifth modified example, and reflects the light from the light source 11 and the light source 11 to condense in a linear shape. And a reflecting optical element 55 having a reflecting surface 55a.
In detail, the reflecting optical element 65 has a reflecting optical element 55 of the fifth modified example that has a thin tip at the exit surface 55b (the thickness in the radial direction is small with respect to the optical axis), thereby reflecting the reflecting surface. The prism portion that does not contribute to the progression of the light beam reflected by 55a is eliminated to reduce the size. In addition, the exit surface 55b is inclined with respect to the optical axis, whereby the exit direction of the illumination light emitted from the exit surface 55b can be deflected and appropriately guided to the fly eye integrator 9. Further, the reflective optical element 55 having such a configuration is arranged so as to be inclined with respect to the optical axis of the first objective lens 4, thereby further reducing the size of the annular light source device 1 as a whole. When viewing 3 from the side of the annular light source device 1, the annular light source device 1 can be prevented from obstructing.

上記構成の本実施形態に係る輪帯光源装置1を備えた顕微鏡2において、線状光源装置100の光源11から発せられた光は、反射光学素子55に入射し反射面55aで内部反射された後、射出面55b上の集光位置に線状に集光され、当該射出面55bから線状の照明光が射出される。ここで、上述のように線状光源装置100は第1対物レンズ4を取り囲むように計8個環状に配置されているため、それぞれの線状光源装置100から射出された線状の照明光によって略輪帯状の照明光が形成されることとなる。
このようにして形成された略輪帯状の照明光は、フライアイインテグレータ9の各要素レンズに入射し、各要素レンズによって集光されてそれぞれの射出面(試料3側)に光源像(二次光源)を形成した後、均一な放射角度特性をもって射出される。このようにして各要素レンズから射出された照明光は、それぞれ集光レンズ8で集光されて試料3上に重畳的に照射されることとなり、照度ムラのないリング照明を実現することができる。
このようにしてリング照明された試料3からの光は、第1対物レンズ4、開口絞り5、及び第2対物レンズ6を順に介して撮像素子7の撮像面上に結像される。これにより撮像素子7では試料3の像が撮像され、顕微鏡2に別途設けられた不図示のモニタに表示されることとなる。以上のようにして使用者は、本顕微鏡2によって試料3をリング照明観察することが可能となる。
In the microscope 2 including the annular light source device 1 according to the present embodiment having the above-described configuration, the light emitted from the light source 11 of the linear light source device 100 is incident on the reflective optical element 55 and internally reflected by the reflecting surface 55a. Thereafter, the light is condensed linearly at the light condensing position on the emission surface 55b, and linear illumination light is emitted from the emission surface 55b. Here, as described above, since the linear light source device 100 is arranged in a ring shape so as to surround the first objective lens 4, the linear illumination light emitted from each of the linear light source devices 100 is used. A substantially annular illumination light is formed.
The substantially annular illumination light thus formed is incident on each element lens of the fly-eye integrator 9, is condensed by each element lens, and a light source image (secondary) on each exit surface (sample 3 side). After the light source is formed, the light is emitted with uniform radiation angle characteristics. In this way, the illumination light emitted from each element lens is condensed by the condenser lens 8 and irradiated onto the sample 3 in a superimposed manner, thereby realizing ring illumination without illuminance unevenness. .
The light from the sample 3 that has been ring-illuminated in this manner forms an image on the imaging surface of the imaging element 7 through the first objective lens 4, the aperture stop 5, and the second objective lens 6 in order. As a result, the image of the sample 3 is picked up by the image pickup device 7 and displayed on a monitor (not shown) separately provided in the microscope 2. As described above, the user can observe the sample 3 by ring illumination using the microscope 2.

以上、本実施形態によれば、上述のように環状に配置した8つの線状光源装置100を用いて輪帯光源装置1を構成することにより、多数のLEDを同心円状に配列してなる従来の輪帯光源装置に比して光源の数を大幅に削減することができ、小型化(特に第1対物レンズ4の径方向における小型化)と低コスト化とを実現することができる。また、本実施形態に係る輪帯光源装置1は、フライアイインテグレータ9によって多数の擬似光源を形成することができるため、照度ムラのないリング照明を実現することができる。   As described above, according to the present embodiment, the annular light source device 1 is configured by using the eight linear light source devices 100 arranged in a ring shape as described above, so that a large number of LEDs are concentrically arranged. The number of light sources can be greatly reduced as compared with the annular light source device, and downsizing (particularly downsizing in the radial direction of the first objective lens 4) and cost reduction can be realized. Moreover, since the annular light source device 1 according to the present embodiment can form a large number of pseudo light sources by the fly eye integrator 9, ring illumination without uneven illuminance can be realized.

なお、上記第1変形例〜第5変形例の線状光源装置10,20,30,40,50や線状光源装置100は、本実施形態に係る輪帯光源装置1に適用可能なだけでなく、次に述べるようにフライアイインテグレータと組み合わせて使用したり、撮像装置に適用することも可能である。   Note that the linear light source devices 10, 20, 30, 40, 50 and the linear light source device 100 of the first to fifth modifications are only applicable to the annular light source device 1 according to the present embodiment. Instead, it can be used in combination with a fly-eye integrator or applied to an imaging apparatus as described below.

図12に示すように、上記第1変形例の線状光源装置10をフライアイインテグレータ60と組み合わせて使用する場合について説明する。
フライアイインテグレータ60は、反射光学素子15の反射面15aの集光位置18に配置されており、図13に示すように四角柱形状の要素レンズを5×21個(計105個)積み重ねてなる。各要素レンズは入射面及び射出面が正方形状であり、フライアイインテグレータ60の外形は光源11側から見てX軸方向へ延びた長方形をなしている。なお、フライアイインテグレータ60は、四角柱形状のガラスレンズどうしの接合やプラスチックモールド等の加工によって作製されることが好ましい。
As shown in FIG. 12, the case where the linear light source device 10 of the first modified example is used in combination with the fly eye integrator 60 will be described.
The fly's eye integrator 60 is disposed at the condensing position 18 of the reflecting surface 15a of the reflecting optical element 15, and is formed by stacking 5 × 21 (a total of 105) square prism-shaped element lenses as shown in FIG. . Each element lens has a square entrance surface and an exit surface, and the outer shape of the fly-eye integrator 60 is a rectangle extending in the X-axis direction when viewed from the light source 11 side. In addition, it is preferable that the fly eye integrator 60 is produced by processing of glass lenses having a quadrangular prism shape or processing such as a plastic mold.

具体的には、各要素レンズはポリカーボネート(屈折率n=1.585)からなり、焦点距離を0.833、入射面及び射出面の寸法を0.5×0.5とする。また、各要素レンズの入射面及び射出面は、互いの焦点位置に配置されており、厚さが1.32、それぞれの曲率半径を0.4875とする。なお、上記第1変形例と同様、反射光学素子15の反射面15aの外形寸法は10×10、f=10、f=20、r=20、K=0.111、r=13.333である。また光源11は、外形寸法1×1の正方形状の面発光光源とする。 Specifically, each element lens is made of polycarbonate (refractive index n = 1.585), the focal length is 0.833, and the dimensions of the entrance surface and the exit surface are 0.5 × 0.5. In addition, the entrance surface and the exit surface of each element lens are arranged at the focal positions of each other, the thickness is 1.32, and the respective curvature radii are 0.4875. As in the first modification, the external dimensions of the reflective surface 15a of the reflective optical element 15 are 10 × 10, f 1 = 10, f 2 = 20, r p = 20, K e = 0.111, r e. = 13.333. The light source 11 is a square surface-emitting light source having an outer dimension of 1 × 1.

以上の構成により、線状光源装置10の光源11から発せられた光束は、反射光学素子15の反射面15aで反射され集光位置18に効率良く線状に集光される。これにより線状の照明光がフライアイインテグレータ60に照射され、各要素レンズに照明光が入射することとなる。各要素レンズに入射したそれぞれの光は、各要素レンズによって集光されて各々の射出面に光源像(二次光源)を形成した後、均一な放射角度特性をもって射出されることとなる。   With the above configuration, the light beam emitted from the light source 11 of the linear light source device 10 is reflected by the reflection surface 15a of the reflective optical element 15 and is efficiently condensed into a linear shape at the condensing position 18. Thereby, linear illumination light is irradiated to the fly eye integrator 60, and illumination light enters each element lens. Each light incident on each element lens is condensed by each element lens to form a light source image (secondary light source) on each exit surface, and then emitted with uniform radiation angle characteristics.

なお、図14(a)より、反射光学素子15の反射面15aで反射された光束のうち、反射面15aの楕円17部分で反射された光束(点線)は広い角度特性を有しており、放物線16部分で反射された光束(実線)は狭い角度特性を有していることがわかる。一方、図14(b)より、フライアイインテグレータ60を経たこれらの光束が、ともに均一な広い角度特性を有していることがわかる。したがってこれらより、線状光源装置10から射出された線状の照明光が、フライアイインテグレータ60によって均一な放射角度特性を有し、略正方形状の照明領域を重畳的に照明する照明光に変換されていることがわかる。   From FIG. 14A, among the light beams reflected by the reflecting surface 15a of the reflecting optical element 15, the light beam (dotted line) reflected by the ellipse 17 portion of the reflecting surface 15a has a wide angle characteristic. It can be seen that the light beam (solid line) reflected by the parabola 16 has a narrow angular characteristic. On the other hand, it can be seen from FIG. 14B that these light fluxes that have passed through the fly-eye integrator 60 have uniform and wide angular characteristics. Accordingly, the linear illumination light emitted from the linear light source device 10 is converted into illumination light having a uniform radiation angle characteristic by the fly eye integrator 60 and illuminating a substantially square illumination region in a superimposed manner. You can see that

また、フライアイインテグレータ60は、入射面及び射出面が正方形状の要素レンズで構成されたものに限られず、入射面及び射出面が正六角形状の要素レンズで構成されたものを用いることもでき、特に顕微鏡等の円形の照明領域が必要とされる装置に好適である。また、入射面と射出面の形状が異なる要素レンズで構成されたモザイク型のフライアイレンズを用いることもできる。この場合、射出面の形状は図14(a)に示される角度特性を考慮し、X軸方向に短手、Y軸方向に長手を有する長方形状とすることが好ましい。   Further, the fly eye integrator 60 is not limited to the one in which the entrance surface and the exit surface are configured by square element lenses, and the one in which the entrance surface and the exit surface are configured by regular hexagonal element lenses can also be used. In particular, it is suitable for an apparatus that requires a circular illumination area such as a microscope. Further, a mosaic type fly-eye lens composed of element lenses having different shapes of the entrance surface and the exit surface can also be used. In this case, the shape of the exit surface is preferably a rectangular shape having a short side in the X-axis direction and a long side in the Y-axis direction in consideration of the angle characteristics shown in FIG.

また図15に示すように、上記第1変形例の線状光源装置10を撮像装置70に適用する場合について説明する。
撮像装置70は、試料3を載置したステージ71側から上方へ向かって順に配置された結像レンズ72と撮像素子73とを有し、ステージ71側から斜め上方へ向かって順に配置された集光レンズ74とスリット75と線状光源装置10とを有してなる。
スリット75は、図15紙面の垂直方向に延在する開口を有しており、線状光源装置10の集光位置18に配置されている。撮像素子73は、図15紙面の垂直方向に延在するように配置された一次元撮像素子からなる。なお、スリット75は集光レンズ74を介して試料3と共役に配置されており、試料3は結像レンズ72を介して撮像素子73と共役に配置されている。
Further, as shown in FIG. 15, a case where the linear light source device 10 of the first modification is applied to an imaging device 70 will be described.
The imaging device 70 includes an imaging lens 72 and an imaging element 73 that are sequentially arranged upward from the stage 71 side on which the sample 3 is placed, and a collection unit that is sequentially arranged obliquely upward from the stage 71 side. The optical lens 74, the slit 75, and the linear light source device 10 are provided.
The slit 75 has an opening extending in the direction perpendicular to the paper surface of FIG. 15, and is disposed at the light condensing position 18 of the linear light source device 10. The image sensor 73 is composed of a one-dimensional image sensor arranged so as to extend in a direction perpendicular to the paper surface of FIG. The slit 75 is arranged conjugate with the sample 3 via the condenser lens 74, and the sample 3 is arranged conjugate with the imaging element 73 via the imaging lens 72.

斯かる構成の下、線状光源装置10から射出された線状の照明光(図15紙面の垂直方向に延在する線状の照明光)はスリット75に照射される。スリット75を通過した照明光は集光レンズ74で集光されて、ステージ71上の試料3にスリット75の像が投影されることとなる。このようにして照明された試料3から発せられた光は、結像レンズ72を介して撮像素子73の撮像面に結像される。ここで、ステージ71を駆動して試料3を前述のスリット75の像と直交する方向(図15紙面の左右方向)へ移動させることにより、試料3の二次元画像を取得することが可能となる。   Under such a configuration, linear illumination light emitted from the linear light source device 10 (linear illumination light extending in the direction perpendicular to the sheet of FIG. 15) is applied to the slit 75. The illumination light that has passed through the slit 75 is condensed by the condenser lens 74 and the image of the slit 75 is projected onto the sample 3 on the stage 71. The light emitted from the sample 3 thus illuminated is imaged on the imaging surface of the imaging element 73 via the imaging lens 72. Here, a two-dimensional image of the sample 3 can be acquired by driving the stage 71 and moving the sample 3 in a direction perpendicular to the image of the slit 75 (left and right direction in FIG. 15). .

なお、以上に述べた撮像装置70は試料3を斜め上方から反射照明するものであるが、これに限られず線状光源装置10を用いて同軸落射照明や透過照明等を行う撮像装置を構成することもできる。また撮像装置70には、第1変形例の線状光源装置10に限られず、その他の変形例の線状光源装置を適用することも可能である。   The imaging device 70 described above illuminates and reflects the sample 3 obliquely from above. However, the imaging device 70 is not limited thereto, and constitutes an imaging device that performs coaxial epi-illumination, transmitted illumination, and the like using the linear light source device 10. You can also. Further, the imaging device 70 is not limited to the linear light source device 10 of the first modified example, and linear light source devices of other modified examples can be applied.

1 輪帯光源装置
2 顕微鏡
8 集光レンズ
9 フライアイインテグレータ
10,20,30,40,50,100 線状光源装置
11 光源
15,25,35,45,55 反射光学素子
15a,25a,35a,45a,55a 反射面
16,26,36 放物線
17,27 楕円
34 円
18,28,38,48,58 集光位置
AX 光軸
O 原点
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Ring light source device 2 Microscope 8 Condensing lens 9 Fly eye integrator 10, 20, 30, 40, 50, 100 Linear light source device 11 Light source 15, 25, 35, 45, 55 Reflective optical element 15a, 25a, 35a, 45a, 55a Reflecting surface 16, 26, 36 Parabola 17, 27 Ellipse 34 Circle 18, 28, 38, 48, 58 Condensing position AX Optical axis O Origin

Claims (14)

環状の集光レンズと、
前記集光レンズの入射面に沿って環状に配置された、線状の照明光を前記集光レンズの入射面に射出する複数の線状光源装置と、
を有することを特徴とする輪帯光源装置。
An annular condenser lens;
A plurality of linear light source devices that are arranged annularly along the incident surface of the condenser lens and emit linear illumination light onto the incident surface of the condenser lens;
An annular light source device comprising:
前記集光レンズと前記複数の線状光源装置との間に、前記集光レンズと略同径で環状に配置された複数のレンズ要素からなるオプティカルインテグレータを有することを特徴とする請求項1に記載の輪帯光源装置。   2. The optical integrator comprising a plurality of lens elements arranged in an annular shape and substantially the same diameter as the condenser lens, between the condenser lens and the plurality of linear light source devices. The annular light source device described. 前記線状光源装置は、光源と、前記光源からの光を反射して線状に集光する反射面を備えた反射光学素子とを含み、
前記反射光学素子の前記反射面は、光軸と前記反射面との交点を原点とし、前記原点における前記反射面の法線をZ軸、前記Z軸に垂直で前記原点を通る直線をX軸、前記Z軸及び前記X軸に垂直で前記原点を通る直線をY軸とするとき、XZ平面による断面形状が放物線であり、YZ平面による断面形状が楕円又は円であることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の輪帯光源装置。
The linear light source device includes a light source and a reflective optical element including a reflective surface that reflects light from the light source and collects the light in a linear shape,
The reflecting surface of the reflecting optical element has an intersection between an optical axis and the reflecting surface as an origin, a normal line of the reflecting surface at the origin as a Z axis, and a straight line perpendicular to the Z axis and passing through the origin as an X axis. The cross-sectional shape by the XZ plane is a parabola when the straight line passing through the origin perpendicular to the Z-axis and the X-axis is a parabola, and the cross-sectional shape by the YZ plane is an ellipse or a circle. An annular light source device according to claim 1 or 2.
前記線状光源装置における前記反射光学素子の前記反射面は、YZ平面による断面形状が前記Z軸に一致した長軸を有する楕円の少なくとも一部の形状を有し、前記楕円は以下の式で定義され、
前記光源は、前記楕円の焦点位置に配置されていることを特徴とする請求項3に記載の輪帯光源装置。
z={(x/r)+(y/r)}/[1+√{1−(1+K)(y/r)}]
=2f
=−{(f−f)/(f+f)}
=(2f)/(f+f)
ただし、
:前記反射面と前記光源との距離
:前記反射面と前記反射面の集光位置との距離
:前記反射面の前記放物線の曲率半径
:前記反射面の前記楕円のコーニック定数
:前記反射面の前記楕円の曲率半径
The reflective surface of the reflective optical element in the linear light source device has a shape of at least a part of an ellipse having a long axis whose cross-sectional shape by the YZ plane coincides with the Z axis. Defined,
The annular light source device according to claim 3, wherein the light source is disposed at a focal position of the ellipse.
z = {(x 2 / r p ) + (y 2 / r e )} / [1 + √ {1− (1 + K e ) (y / r e ) 2 }]
r p = 2f 1
K e = − {(f 1 −f 2 ) / (f 1 + f 2 )} 2
r e = (2f 1 f 2 ) / (f 1 + f 2 )
However,
f 1 : distance between the reflecting surface and the light source f 2 : distance between the reflecting surface and the condensing position of the reflecting surface r p : radius of curvature of the parabola of the reflecting surface K e : the ellipse of the reflecting surface Conic constant r e : radius of curvature of the ellipse of the reflecting surface
前記線状光源装置における前記反射光学素子の前記反射面は、YZ平面による断面形状が前記Z軸に一致した短軸を有する楕円の少なくとも一部の形状を有し、前記楕円は以下の式で定義され、
前記光源は、前記楕円の焦点位置に配置されていることを特徴とする請求項3に記載の輪帯光源装置。
z={(x/r)+(y/r)}/[1+√{1−(1+K)(y/r)}]
a=√(b+d)
=2f
=(a−f )/(f )
=a/f
ただし、
:前記反射面の集光位置と前記光源の中点と前記反射面との距離
:前記反射面の前記楕円の長半径
:前記反射面の前記楕円の短半径
:前記反射面の集光位置と前記光源の中点と前記光源との距離
:前記反射面の前記放物線の曲率半径
:前記反射面の前記楕円のコーニック定数
:前記反射面の前記楕円の曲率半径
The reflective surface of the reflective optical element in the linear light source device has a shape of at least a part of an ellipse having a short axis whose cross-sectional shape by the YZ plane coincides with the Z axis, and the ellipse is expressed by the following equation: Defined,
The annular light source device according to claim 3, wherein the light source is disposed at a focal position of the ellipse.
z = {(x 2 / r p ) + (y 2 / r e )} / [1 + √ {1− (1 + K e ) (y / r e ) 2 }]
a = √ (b 2 + d 2 )
r p = 2f 1
K e = (a 2 −f 1 2 ) / (f 1 2 )
r e = a 2 / f 1
However,
f 1 : Distance a between the condensing position of the reflecting surface and the midpoint of the light source and the reflecting surface : Ellipse major radius b of the reflecting surface : Short radius d of the ellipse of the reflecting surface : The condensing position of the reflecting surface and the distance r p between the light source midpoint and the light source r p : the radius of curvature of the parabola of the reflecting surface K e : the elliptical conic constant r e of the reflecting surface: the reflecting surface Radius of curvature of the ellipse
前記線状光源装置における前記反射光学素子の前記反射面は、YZ平面による断面形状が円の少なくとも一部の形状を有し、前記円は以下の式で定義され、
前記光源は、前記円の中心に配置されていることを特徴とする請求項3に記載の輪帯光源装置。
z=f−√{(f−x/4f)−y
ただし、
:前記反射面と前記光源との距離
The reflective surface of the reflective optical element in the linear light source device has a cross-sectional shape by a YZ plane having a shape of at least a part of a circle, and the circle is defined by the following equation:
The annular light source device according to claim 3, wherein the light source is disposed at a center of the circle.
z = f 1 −√ {(f 1 −x 2 / 4f 1 ) 2 −y 2 }
However,
f 1 : distance between the reflecting surface and the light source
前記線状光源装置における前記反射光学素子は、YZ平面で分割された前記反射面の一方のみを備えていることを特徴とする請求項4又は請求項6に記載の輪帯光源装置。   The annular light source device according to claim 4 or 6, wherein the reflective optical element in the linear light source device includes only one of the reflective surfaces divided by a YZ plane. 前記線状光源装置における前記反射光学素子は、屈折率が1より大きな媒質で構成されたプリズム部材からなり、前記光源からの光を前記反射面で内部反射して射出面上に線状に集光することを特徴とする請求項3から請求項7のいずれか一項に記載の輪帯光源装置。   The reflective optical element in the linear light source device is composed of a prism member made of a medium having a refractive index greater than 1, and internally reflects light from the light source on the reflective surface and collects it linearly on the exit surface. The annular light source device according to claim 3, wherein the annular light source device emits light. 前記線状光源装置における前記反射光学素子の前記射出面が、前記Z軸に対して傾斜していることを特徴とする請求項8に記載の輪帯光源装置。   The annular light source device according to claim 8, wherein the exit surface of the reflective optical element in the linear light source device is inclined with respect to the Z-axis. 前記線状光源装置における前記反射光学素子は、前記Y軸方向における厚みが前記射出面へ向かって小さく、
前記線状光源装置は、前記集光レンズの光軸に対して傾けて配置されていることを特徴とする請求項9に記載の輪帯光源装置。
The reflective optical element in the linear light source device has a small thickness in the Y-axis direction toward the exit surface,
The annular light source device according to claim 9, wherein the linear light source device is disposed to be inclined with respect to an optical axis of the condenser lens.
前記線状光源装置における前記光源が固体光源であることを特徴とする請求項3から請求項10のいずれか一項に記載の輪帯光源装置。   The annular light source device according to any one of claims 3 to 10, wherein the light source in the linear light source device is a solid light source. 前記固体光源が発光ダイオードであることを特徴とする請求項11に記載の輪帯光源装置。   The annular light source device according to claim 11, wherein the solid-state light source is a light emitting diode. 前記固体光源が半導体レーザであることを特徴とする請求項11に記載の輪帯光源装置。   The annular light source device according to claim 11, wherein the solid-state light source is a semiconductor laser. 請求項1から請求項13のいずれか一項に記載の輪帯光源装置を備えたことを特徴とする顕微鏡。   A microscope comprising the annular light source device according to any one of claims 1 to 13.
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