JP2010257584A - 照明装置及びこの照明装置を備えた光学装置 - Google Patents

Abstract

【課題】小型であって明るく均一な照明が可能な照明装置、この照明装置を備えた光学装置を提供する。
【解決手段】光学装置である顕微鏡１００に用いる照明部（照明装置）１０を、照明光を放射する光源部２０と、この光源部２０からの照明光を物体面Ｏに照射するとともに、その照明視野を、観察視野に対応して変化させる偏向部３０と、から構成する。光源部２０は、円周方向に略等間隔で配置された複数の光源２３を有し、偏向部３０は、円周方向に略等間隔で配された狭視野用レンズ３３と広視野用レンズ３５とを有して構成される。この偏向部３０は、物体面Ｏにおける観察視野の変化に対応して、光源２３からの照明光の照明視野を、狭視野用レンズ３３及び広視野用レンズ３５の何れかを用いて変化させて、物体面Ｏに照射するよう構成される。
【選択図】図１

Description

本発明は、照明装置及びこの照明装置を備えた光学装置に関する。

従来、顕微鏡等の光学装置を用いて金属表面や電気回路等の不透明標本の観察等を行う場合に、標本の表面全体に照明光を均一に照射するための照明装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。また、実体顕微鏡などで標本観察をする場合、低倍率での全体観察と高倍率での拡大観察とを同一の装置で行うため、変倍光学系が用いられている。このような変倍光学系を用いて標本観察をする場合、観察視野が倍率変化に伴って変化するため、効率的な照明を行うためには、結像視野に合わせて照明視野を変化させる必要がある。また、良好な画像を取得するためには、必要な観察視野だけを均一に照明する最適照明が不可欠である。

標本に対する低倍率での全体観察と高倍率での拡大観察を行う場合、その変倍比をβ倍とすると、低倍率時の最大観察視野と高倍率時の最小観察視野との面積比は、β²倍となる。仮に、照明光の照明視野を、１つの広い照明視野に固定した場合、最小観察視野の観察には明るさが不十分となる。具体的には、例えば、変倍比β＝１０倍とした場合、照射視野の面積比は、１００倍変化し、最小観察視野では最大観察視野の１／１００の光量となる。そのため、光量の９０％以上は結像に利用されていないこととなり、光量のロスを生じる。また、最適照明を行うためには光源を大きくする必要が生じ、照明装置の大型化や高温化を招いていた。

また、変倍光学装置を用いて、標本の低倍率での全体観察及び高倍率での拡大観察を行う場合、前述したように標本の観察視野が観察倍率の変化に伴って変化する。したがって、効率的な照明を行うためには、倍率に対応して照明光の照明視野を観察視野に一致するよう変化させる必要がある。ここで、金属表面や電気回路等の不透明標本の観察に一般的に用いられる同軸落射照明や斜光照明で照明視野を変化させる場合を想定する。同軸落射照明では、結像レンズを照明レンズとして利用することで、照明視野を変化させることができるが照明光が透過するレンズ面が多いため、レンズ面で発生するフレアが画質を低下させ、また、落射用の半透過鏡部ユニットの挿入により全長が長くなるため、小型化には限界がある。一方、斜光照明では、結像レンズの外側から照明するため、照明光が結像レンズを透過せず、照明光によるフレアがない利点を有するが、照明レンズの配置位置やスペースの制限があり、照明視野の厳密な制御は難しい。

さらに、実体顕微鏡で標本観察をする場合、小さい標本は実体顕微鏡の載物台上での観察や画像取得が可能であるが、重量のある物体や大きい物体は、載物台に載置して観察等することができなかった。そのため、結像光学系部分を顕微鏡本体と分離可能に構成し、結像光学系を標本近傍にセットして本体側で画像を取得する光学装置が開発されている。しかし、このような光学装置では、本体側に設置された光源から結像光学系側に、光ファイバを用いて２次的に照明光を伝送しているため重量があり、持ち運びや操作が容易ではない。また、光量ロスの問題はあるため、光源を大きくせざるを得ず、発熱の抑制や小型化は困難であった。

特開２００２−３２８０９４号広報

上述のように、特許文献１に示す照明装置は、照明光の均一な照射を目的としているが、ズーム比に伴って照明視野を変化させるものではなかった。一方、観察視野の変化に対応して照明視野を変化させる照明装置として用いられ、結像レンズを照明レンズとして利用する同軸落射照明装置等では、落射用の半透過鏡部ユニットが挿入されていることにより全長が長くなることから、嵩高となったり重量が増大するなどの理由で持ち運びが困難となる等の課題があった。

本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、小型で、明るく均一な照明を行うことができる照明装置及びこの照明装置を備える光学装置を提供することを目的とする。

前記課題を解決するため、本発明に係る照明装置は、同一の発光特性を有して照明光を放射する光源を２以上有する光源部と、光源毎に設けられ、照明光を集光して物体面上の略同一領域に照射する光学部材を有し、物体面上の照明光の照明視野の大きさを変化させる偏向部と、を有する。

このような照明装置において、偏向部は、焦点距離の異なる２以上の光学部材の組を光源毎に有し、光源に２以上の光学部材のいずれかを対向させることにより、照明視野の大きさを変化させることが好ましい。

あるいは、偏向部は、光源との距離が異なる２以上の光学部材の組を光源毎に有し、光源に２以上の光学部材のいずれかを対向させることにより、照明視野の大きさを変化させることが好ましい。

このとき、光源部及び偏向部の少なくとも一方を、相対的に移動させて、光源に光学部材を対向させるように構成することが好ましい。

あるいは、このような照明装置は、光源及び光学部材の少なくとも一方を移動させて、この光源と光学部材との距離を変化させることにより、照明視野の大きさを変化させることが好ましい。

あるいは、このような照明装置は、照明視野の大きさが異なる光源及び光学部材の組を複数有し、光源のうち、照明視野の大きさが同じ光源を点灯し、残りの光源を消灯することにより照明視野の大きさを変化させることが好ましい。

また、このような照明装置において、光源部及び偏向部の各々は、物体面から出射する光を結像する結像光学系を囲む円周上に、略同一間隔で配置されることが好ましい。

また、このような照明装置において、光源はＬＥＤ、若しくは、一次光源からの光を導いて放射する光ファイバーであることが好ましい。

さらに、このような照明装置において、光学部材は、レンズ、ミラー、プリズム、拡散板、回折光学素子のいずれか、又はこれらを組み合わせて構成されることが好ましい。

また、本発明に係る光学装置は、上述の照明装置のいずれかと、物体面からの光を集光して結像させる結像光学系と、を有する。

本発明に係る照明装置及び光学装置を以上のように構成すると、観察倍率に対応して照明視野を変化させることができ、いずれの倍率での観察であっても、明るく均一な照明を行うことができ、しかも小型化することができる。

第１の実施形態に係る光学装置の構成と照射視野とを示す説明図であって、（ａ）は狭視野用レンズに切り替えた場合の光学装置の構成と照射視野とを示す断面図であり、（ｂ）は広視野用レンズに切り替えた場合の光学装置の構成と照射視野とを示す断面図である。 第１の実施形態に係る光学装置の照明部と結像部とを、物体面側から見た状態を示す説明図であって、（ａ）は偏向部と結像部とを示し、（ｂ）は光源部と結像部とを示す。 第２の実施形態に係る照明装置を備えた光学装置の構成と照射視野とを示す説明図であって、（ａ）は狭視野用レンズに切り替えた場合の光学装置の構成と照射視野とを示す断面図であり、（ｂ）は中視野用レンズに切り替えた場合の光学装置の構成と照射視野とを示す断面図であり、（ｃ）は広視野用レンズに切り替えた場合の光学装置の構成と照射視野とを示す断面図である。 第２の実施形態に係る光学装置の照明部と結像部とを、物体面側から見た状態を示す説明図であって、（ａ）は偏向部と結像部とを示し、（ｂ）は光源部と結像部とを示す。 第３の実施形態に係る照明装置を備えた光学装置の構成と照明視野とを示す説明図であって、（ａ）は光源とレンズとの距離を長くして狭視野用の照明視野とした場合の光学装置の構成と照射視野とを示す断面図であり、（ｂ）は光源とレンズとの距離を短くして広視野用の照明視野とした場合の光学装置の構成と照射視野とを示す断面図である。 第３の実施形態に係る光学装置の照明部と結像部とを、物体面側から見た状態を示す説明図であって、（ａ）は偏向部と結像部とを示し、（ｂ）は光源部と結像部とを示す。 第３の実施形態において、光源とレンズとの距離を長くして、照明光の照明視野を狭視野用に狭めた状態を説明するためのレンズ断面図である。 第３の実施形態において、光源とレンズとの距離を短くして、照明光の照明視野を広視野用に広げた状態を説明するためのレンズ断面図である。 第３の実施形態において、観察視野の大きさと光強度との関係を示すグラフであって、（ａ）は狭視野用に調整した照明光の光強度を示すグラフであり、（ｂ）は広視野用に調整した照明光の光強度を示すグラフであり、（ｃ）は同一面積の領域における広視野用の照明光と狭視野用の照明光との光強度を比較したグラフである。 第４の実施形態に係る光学装置の構成を示す説明図であって、（ａ）は狭視野用光源を点灯させて物体面に照射した状態を示す断面図であって、（ｂ）は（ａ）を光軸を中心に円周方向に４５°回転させた位置での断面図であって、広視野用光源を点灯させて物体面に照射した状態を示す断面図である。 第４の実施形態に係る光学装置の照明部と結像部とを、物体面側から見た状態を示す説明図であって、（ａ）は偏向部と結像部とを示し、（ｂ）は光源部と結像部とを示す。

（第１の実施形態）
まず、図１及び図２を用いて、第１の実施形態に係る照明装置を備えた光学装置である顕微鏡の構成について説明する。図１（ａ）に示すように、第１の実施形態に係る顕微鏡１００は、照明光を標本等の表面（以下、「物体面Ｏ」と呼ぶ）に照射するための照明部１０（照明装置）と、物体面Ｏからの観察光を集光して像面Ｉに結像させる結像光学系４０ａを有する結像部４０と、を有して構成される。ここで、照明部１０は、照明光を放射する光源部２０と、この光源部２０から放射された照明光を物体面Ｏ上の略同一の領域に照射するとともに、その照明視野を、結像部４０の観察倍率に対応させて変化させる偏向部３０とから構成される。

光源部２０は、図２（ｂ）に示すように、結像部４０の光軸方向から見たときに、結像部４０の外周を取り囲むように配置されており、この結像部４０を挿通する挿通孔２１が中央に形成された円筒状の基部２２と、この基部２２に、円周方向に略等間隔で配置された４つの光源２３と、を有して構成されている。これらの光源２３は同一の発光特性を有するものであり、本実施形態ではＬＥＤ光源を用いている（以降の実施形態においても同様である）。このような構成とすることで結像部４０の外側であって、この結像部４０の結像光学系４０ａの光軸を囲むように円周方向に略等間隔で配置された４つの光源２３からの照明光が物体面Ｏに照射されることとなり、照明光の方向性をなくして、物体面Ｏに対する均一な照明が可能となる。

また、偏向部３０は、図２（ａ）に示すように、光源部２０に対して光軸方向において物体面Ｏ側に隣接して配置され、結像部４０が挿通される挿通孔３１が中央に形成された円筒状の本体３２内に、光学部材として、狭視野用（高倍用）レンズ３３及び広視野用（低倍用）レンズ３５からなる一組のレンズを、円周方向に略等間隔で４組設けている。この構成により、本体３２には４つの狭視野用レンズ３３が光源２３と略同一間隔で配置され、この狭視野用レンズ３３に対して円周方向に４５°ずれた位置に、４つの広視野用レンズ３５が光源２３と略同一間隔で配置される。また、狭視野用レンズ３３として、焦点距離の短い正レンズを使用し、広視野用レンズ３５として、焦点距離の長い正レンズを用いている。なお、狭視野用、広視野用レンズ３３，３５の光軸方向の位置（光源２３からの物体面Ｏ方向の位置）は略同一となるように配置されている。また、この偏向部３０は、手動若しくはアクチュエータ等の手段により、結像光学系４０ａの光軸を回転軸として円周方向に回転可能に構成されている。

照明部１０の光源部２０及び偏向部３０を以上のように構成すると、偏向部３０を結像部４０の光軸を中心に回転させることにより、４つの狭視野用レンズ３３または広視野用レンズ３５のいずれかを、４つの光源２３に対向するように配置することができ、観察視野に対応して照明光の照明視野を切り替えることができる。

また、結像部４０の結像光学系４０ａは、物体面Ｏ側から順に、この物体面Ｏで反射された観察光を集光するための対物レンズ４１と、変倍レンズ４２と、像面Ｉに結像するための結像レンズ４３とから構成される。この結像光学系４０ａの像面ＩにＣＣＤ等の撮像素子を配置することにより、物体面Ｏのデジタル画像を取得することができる。

それでは、この第１の実施形態に係る顕微鏡１００を用い、観察視野に対応して照明視野を変化させて標本を観察する場合について説明する。

まず、標本の拡大観察を行う場合、すなわち、観察視野が狭い場合（以下、「狭視野」と呼ぶことがある）について説明する。この場合、結像部４０の倍率を高倍側にしたときに、偏向部３０を回転させて、図１（ａ）に示すように、光源２３に対向する位置に狭視野用レンズ３３を配置する。光源２３からの照明光は、この狭視野用レンズ３３に集光されて、物体面Ｏ上の、結像光学系４０ａの光軸を含む範囲に照射されるが、この狭視野用レンズ３３は、焦点距離の短い正レンズが使用されているため、物体面Ｏ上の比較的狭い範囲が照明される。一方、標本の全体観察を行う場合、すなわち、観察視野が広い場合（以下、「広視野」と呼ぶことがある）は、結像部４０の倍率を低倍側にしたときに、偏向部３０を回転させて、図１（ｂ）に示すように、光源２３に対向する位置に広視野用レンズ３５を配置する。このときも、光源２３からの照明光は、広視野用レンズ３５に集光されて、物体面Ｏ上の、結像光学系４０ａの光軸を含む範囲に照射されるが、この広視野用レンズ３５は、焦点距離の長い正レンズが使用されているため、物体面Ｏ上の比較的広い範囲が照明される。

このように、第１の実施形態に係る顕微鏡１００は、照明部１０により、結像部４０の倍率に応じて、その観察視野の広狭に対応させて照明視野の広狭を変化させることができるため、観察に利用されない照明光を少なくして（光量ロスを少なくして）明るい観察像を得ることができる。また、上述のように、物体面Ｏに対しては、光軸を中心とする４つの方向から照明されるため、この物体面Ｏに対して照明光を均一に照射することができる。

以上のように、第１に係る実施形態に係る顕微鏡１００では、倍率変化に対応して照明部１０からの照明視野を変化させることにより、光量ロスが少なく、いずれの倍率であっても明るく均一な照明での標本観察が可能となる。そのため、光源２３の負荷が低減され、発熱の抑制や光源２３の小型化も可能となる。また、照明部１０を少ない部材で簡易な構成とすることができ、照明部１０を小型化して結像性能に優れた顕微鏡１００を得ることができる。

なお、この第１の実施形態においては、光源部２０を固定し、偏向部３０を光軸を中心に回転可能としているが、光源部２０と偏向部３０とを相対的に移動（回転）させればよいので、他の異なる実施形態として、偏向部３０を固定し、光源部２０を光軸を中心に回転可能に構成してもよい。このように光源部２０を回転させて、所望のレンズ３３，３５に対向する位置に光源２３を配置することにより、上述の説明と同様に照明視野の切り替えを行うことができる。また、本実施形態では、光源２３としてＬＥＤ光源を基部２２に取り付けているが、１次光源からの光を導く２次光源としての光ファイバを用いてもよい。この場合も、光量のロスが少ないので、１次光源や光ファイバを含めた光源部２０を小さくすることができ、照明部１０や顕微鏡１００の小型化を図ることができる。

また、光学部材として用いる正レンズは、両凸レンズや正メニスカスレンズ等の単レンズでも良いし、複数のレンズを組み合わせて全体として正となるように構成しても良い。また、球面レンズを用いてもよいし、非球面レンズを用いてもよい。なお、光学部材はレンズに限定されることはなく、回折光学素子、凹面鏡等のミラー、プリズム、拡散板などを用いたり、これらを組み合わせて用いてもよい。特に、広い観察視野での観察においては、広視野用レンズ３４と拡散板とを組み合わせることにより、照明光を拡散させてより広い面積の照明視野を得ることができ、低倍率での観察を優れた結像性能で行うことができる。この場合、物体面Ｏ側から順に、拡散板、広視野用レンズ３５、及び、光源２３を配置するのが好ましい。

さらに、この第１の実施形態においては、光源部２０に４つの光源２３を設けた場合について説明したが、略等間隔に２つの以上の光源を有していれば、物体面Ｏ上を均一に照明することができる。また、光源２３の一部を点灯させ、残りの一部を消灯させることにより、偏射照明を行うことも可能である。なお、以上に記載の内容は、以降の実施形態でも光学性能を損なわない範囲で適宜採用可能である。

（第２の実施形態）
次に、図３及び図４を用いて、第２の実施形態に係る照明装置を備えた顕微鏡について説明する。図３に示すように、この顕微鏡２００の基本構成は、第１の実施形態と同様の構成であって、照明光を物体面Ｏに照射するための照明部２１０と、物体面Ｏからの観察光を集光して像面Ｉに結像させる結像部４０と、を有して構成される。そして、照明部２１０は、照明光を放射する光源部２２０と、この光源部２２０からの照明光の照明視野を、結像部４０での倍率変化に対応して変化させる偏向部２３０と、から構成される。また、結像部４０は、第１の実施形態と同様に結像光学系４０ａを有し、この結像光学系４０ａは、物体面Ｏ側から順に、観察光を集光する対物レンズ４１と、変倍レンズ４２と、像面Ｉに結像する結像レンズ４３と、から構成される。なお、第１の実施形態と同一の部材には、第１の実施形態と同一の符号を付している。

この第２の実施形態において、光源部２２０は、図４（ｂ）に示すように、結像部４０を挿通する挿通孔２２１が中央に形成された円筒状の基部２２２と、この基部２２２に、略等間隔で円周方向に配置された３つの光源２２３と、を有して構成されている。この場合も、結像部４０の外側であって、結像光学系４０ａの光軸を囲むように、円周上に略等間隔で配置した３つの光源２２３からの照明光が照射されることにより、照明光の方向性をなくして、物体面Ｏに対する均一な照明が可能となる。

また、偏向部２３０は、図４（ａ）に示すように、結像部４０を挿通する挿通孔２３１が中央に形成された円筒状の本体２３２内に、光学部材として、狭視野用（高倍用）レンズ２３３、中視野用（中倍用）レンズ２３４及び広視野用（低倍用）レンズ２３５からなる一組のレンズを、円周方向に略等間隔で３組設けている。この構成により、本体２３２には３つの狭視野用レンズ２３３が光源２２３の配置間隔と略同一間隔で円周方向に配置され、この狭視野用レンズ２３３から円周方向に４０°ずれた位置に、３つの中視野用レンズ２３４が光源２２３と略同一間隔で配置され、この中視野用レンズ２３４から円周方向に４０°ずれた位置に、３つの広視野用レンズ２３５が光源２２３と略同一間隔で配置される。

なお、第１の実施形態では、狭視野用レンズ３３及び広視野用レンズ３５として焦点距離の異なる正レンズを用いることで、倍率変化に対応して照明視野を変化させていた。これに対して、この第２の実施形態では、狭視野用レンズ２３３、中視野用レンズ２３４及び広視野用レンズ２３５として同一の正レンズを用い、各レンズ２３３〜２３５を光軸方向において異なる位置に配置することで、各正レンズ２３３〜２３５と光源２２３との距離を変えることにより、結像部４０での倍率変化に対応して照明視野を変化させている。具体的には、図３（ａ）〜図３（ｃ）に示すように、物体面Ｏに近い方から順に、狭視野用レンズ２３３、中視野用レンズ２３４、及び、広視野用レンズ２３５を配置している。すなわち、中視野用レンズ２３４と光源２２３との距離を基準に、狭視野用レンズ２３３は光源２２３から離れ、広視野用レンズ２３５は近づくように配置されている。

このような構成の第２の実施形態に係る顕微鏡２００を用いて、低倍端と高倍端との間の中間倍率で標本の観察を行う場合には、偏向部２３０を回転させて、図３（ｂ）に示すように、光源２２３に対向する位置に中視野用レンズ２３４を配置する。光源２２３からの照明光は、この中視野用レンズ２３４に集光されて、物体面Ｏ上の、結像光学系４０ａの光軸を含む範囲に照射される。これに対し、高倍端側の倍率で標本の拡大観察を行う場合は、偏向部２３０を回転させて、図３（ａ）に示すように、光源２２３に対向する位置に狭視野用レンズ２３３を配置する。このときも、光源２２３からの照明光は、この狭視野用レンズ２３３に集光されて、物体面Ｏ上の、結像光学系４０ａの光軸を含む範囲に照射されるが、この狭視野用レンズ２３３は光源２２３との距離が長いため、中視野用レンズ２３４に比べて物体面Ｏ上の狭い範囲が照明される。反対に、低倍端側で標本の全体観察を行う場合には、偏向部２３０を回転させて、図３（ｃ）に示すように、光源２２３に対向する位置に広視野用レンズ２３５を配置する。この広視野用レンズ２３５は、光源２２３との距離が最も短いため、中視野用レンズ２３４に比べて物体面Ｏ上の広い範囲が照明される。したがって、低倍率、中間倍率、高倍率の何れの倍率での観察に際しても、その観察視野の広狭に対応させて照明視野の広狭を変化させることができるため、光量ロスを少なくして、照明部２１０及び顕微鏡２００の小型化や発熱抑制を図ることができる。また、物体面Ｏに対しては、光軸を中心とする３つの方向から照明されるため、この物体面Ｏに対して照明光を均一に照射することができる。

（第３の実施形態）
次に、図５〜図９を参照して、第３の実施形態に係る照明装置を備えた顕微鏡について説明する。図５に示すように、この第３の実施形態に係る顕微鏡３００の基本構成は、第１の実施形態と同様の構成を有しており、照明光を物体面Ｏに照明するための照明部３１０と、物体面Ｏからの観察光を集光して像面Ｉに結像させる結像部４０と、を有して構成される。ここで、照明部３１０は、照明光を放射する光源部３２０と、この光源部３２０からの照明光の照明視野を、倍率変化に対応して変化させる偏向部３３０とから構成される。また、結像部４０は、上述の第１及び第２の実施形態と同一の構成である。なお、第１の実施形態と同一の部材には、第１の実施形態と同一の符号を付している。

この第３の実施形態において、光源部３２０の基本構成は、第１の実施形態の構成と同様の構成をしており、図６（ｂ）に示すように、結像部４０を挿通する挿通孔３２１が中央に形成された円筒状の基部３２２に、円周方向に略等間隔で４つの光源３２３を設けている。また、偏向部３３０は、図６（ａ）に示すように、結像部４０を挿通する挿通孔３３１が中央に形成された円筒状の本体３３２内に、光学部材としてのレンズ３３６を、光源３２３の配置間隔と略同一間隔としてこの光源３２３に対向させて、円周方向に略等間隔で４つ設けている。このレンズ３３６としては、全て同一の正レンズを用い、光軸方向の位置も同一である。

ここで、第２の実施形態においては、対向した光源２２３との距離が異なるように狭視野用レンズ２３３、中視野用レンズ２３４及び広視野用レンズ２３５を配置することにより、光源２２３とレンズ２３３〜２３５との距離を変化させている。これに対して、この第３の実施形態においては、レンズ３３６の光軸上の位置は固定で、光源３２３が光軸上を移動するように構成することにより、レンズ３３６と光源３２３との距離を倍率変化に対応させて変化させている。具体的には、図５に示すように、この第３の実施形態に係る光源３２３は、基部３２２内を光軸方向に移動可能に、円周方向に略等間隔で４つ設けられている。なお、この第３の実施形態においても、結像部４０の外側であって、この結像部４０が有する結像光学系４０ａの光軸を囲むように、円周方向に略等間隔で配置した４つの光源３２３から物体面Ｏに照明光を照射することにより、照明光の方向性をなくして、物体面Ｏに対する均一な照明が可能となる。なお、光源３２３を光軸方向に移動させる構成としているため、偏向部３４０を結像光学系４０ａの光軸を中心に回転可能に構成する必要はない。

このような構成の第３の実施形態の顕微鏡３００を用いて、標本の観察を行う場合には、結像部４０の倍率に応じて光源３２３を光軸方向に前後させる。すなわち、標本の拡大観察を行う場合は、図５（ａ）に示すように、光源３２３を像面Ｉ側に移動させて、レンズ３３６との距離を長くすることにより、物体面Ｏ上の照明領域を狭くする。反対に、標本の全体観察を行う場合には、図５（ｂ）に示すように、光源３２３を物体面Ｏ側に移動させて、レンズ３３６との距離を短くすることにより、物体面Ｏ上の照明領域を広くする。このように、結像部４０の倍率により、その観察視野の広狭に対応させて照明視野の広狭を変化させることができるため、光量ロスを少なくして、照明部３１０及び顕微鏡３００の小型化や発熱抑制を図ることができる。また、物体面Ｏに対しては、光軸を中心とする４つの方向から照明されるため、この物体面Ｏに対して照明光を均一に照射することができる。なお、結像部４０の倍率変化に応じて光源３２３の位置を連続的に変化させることができるように構成すると、どの倍率においても照明視野と観察視野とを略一致させることができるため、光量ロスを極力減らすことができる。もちろん、上述の第１又は第２の実施形態のように、光源３２３の位置を、低倍時及び高倍時や、低倍時、中倍時及び高倍時のように、有限段に設定することも可能である。

ここで、図７〜図９を用いて、第３の実施形態における、照明部３１０による照明視野の計算例及び光度の比較例を示す。この第３の実施形態に係る光源３２３は、光ファイバ（石英製 ＮＡ＝０．２２ 配光特性：ＮＡ＝０．２２まで１００％）を用いた１００Ｗの点光源とする。偏向部３３０のレンズ３３６は、図７及び図８に示すように、光源３２３側から順に、両凸レンズＬ１及び物体面Ｏ側に凹面を向けた正メニスカスレンズＬ２の２枚のレンズから構成される。また、レンズ３３６の光軸と結像光学系４０ａ（対物レンズ４１）の光軸との間隔は、１５．２（ｍｍ）である。

以下の表１に、レンズ３３６の諸元の値を掲げる。この表１において、面番号は光線の進行する方向に沿った光源３２３側からのレンズ面の順序を、面間隔は各光学面から次の光学面までの光軸上の距離を、屈折率はそれぞれｄ線（λ＝５８７．６ｎｍ）に対する値を示している。なお、ｄ０は光源３２３とレンズ３３６の第１面との距離を示し、結像部４０での倍率変化に対応してこのｄ０を変化させることにより、照明視野が変化し、狭視野から広視野までの標本観察において明るく均一な照明が可能となる。ここで、以下の諸元値において掲載されている曲率半径、面間隔、その他長さの単位は一般に「ｍｍ」が使われるが、光学系は、比例拡大または比例縮小しても同等の光学性能が得られるので、これに限られるものではない。

（表１）
面番号 曲率半径 面間隔 屈折率
(d0) 1.000
1 930.00 3.000 1.835
2 -7.70 1.000 1.000
3 5.94 3.000 1.835
4 29.50 1.000

図７に、狭視野（高倍率）で標本観察する場合の照明部３１０の構成と、照射視野との関係を示す。この場合、レンズ３３６と光源３２３との距離を長くすることにより、照明視野を狭くしている。なお、狭視野観察における光源３２３とレンズ３３６の第１面との距離（ｄ０）は３．５（ｍｍ）である。このように狭視野用に照明視野を狭くした照明光の物体面Ｏにおける光強度を、図９（ａ）に示す。この場合の観察視野の直径は約１ｍｍであり、直径１ｍｍの範囲（グラフ中の−０．５〜＋０．５ｍｍの範囲）では、光強度が約２２０Ｗ／ｍｍ²であった。このような光強度の照明光を用いて結像部４０により像面Ｉに結像させることにより、狭視野の観察において優れた結像性能が得られる。

図８に、広視野（低倍率）で標本観察する場合の照明部３１０の構成と、照射視野との関係を示す。この場合、レンズ３３６と光源３２３との距離を短くすることにより、照明視野を広くしている。なお、光源３２３とレンズ３３６の第１面との距離（ｄ０）は０．７（ｍｍ）である。このように広視野用に照明視野を広くした照明光の物体面Ｏにおける光強度を、図９（ｂ）に示す。この場合の観察視野の直径は約７ｍｍであり、直径７ｍｍの範囲（グラフ中の−３．５〜＋３．５ｍｍの範囲）では、光強度が約７．５Ｗ／ｍｍ²であった。このような光強度の照明光を用いて結像光学系４０ａにより像面Ｉに結像させることにより、広視野の観察において優れた結像性能が得られる。

また、図９（ｃ）に、狭視野用と広視野用に照明視野を切り替えた場合の、直径１ｍｍの領域において光強度を比較したグラフを示す。このグラフに示すように、同一の領域に狭視野用の照明光を照射した際の光強度（２２０Ｗ／ｍｍ）は、広視野用の照明光を照射した際の光強度（７．５Ｗ／ｍｍ²）と比較して約３０倍の明るさであることがわかる。照明視野を切り替えず広視野用の照明視野のままで直径１ｍｍの範囲の狭視野の観察を行おった場合、光強度が約７．５Ｗ／ｍｍ²であるため、結像光学系４０ａにて像面Ｉに結像された像は暗く結像性能に劣るとともに、観察視野以外に照射された光量は利用されず無駄となる。しかし、本実施形態のように、照明部３１０により照明光を集光して照明視野を狭視野用に狭く調整することにより、全ての光量を観察視野に均一に照射することができ、光量ロスを生じることなく、結像性能に優れた像を得ることができる。

なお、以上の説明においては、光源３２３が基部３２２内を光軸方向に移動する構成として説明したが、光源３２３を基部３２１に固定し、光源部３２０全体が光軸上を移動する構成とすることで、光源３２３とレンズ３２６との距離を変化させてもよい。あるいは、光源３２３を基部３２１に固定し、偏向部３３０の本体３３１に対してレンズ３３６を光軸方向に移動可能なように構成しても上述の効果を得ることができる。また、この第３の実施形態では、レンズ３３６及び光源３２３を、等間隔で４つずつ設けているが、重量やコスト等が許容する範囲で５つ以上設けてもよい。

（第４の実施形態）
最後に、図１０及び図１１を参照して、第４の実施形態に係る照明装置を備えた顕微鏡装置について説明する。この第４の実施形態に係る顕微鏡４００の基本構成は、第１の実施形態と同様の構成であるため、共通する部材に関しては説明を省略する。ここでは第１の実施形態と異なる、照明部４１０の構成を説明する。この照明部４１０は、図１０に示すように、光源部４２０と偏向部４３０とから構成される。

偏向部４３０は、図１１（ａ）に示すように、第１の実施形態と同様であって、結像部４０を挿通する挿通孔４３１が中央に形成された円筒状の本体４３２に、焦点距離の異なる狭視野用（高倍用）レンズ４３３及び広視野用（低倍用）レンズ４３５を、それぞれ４つ、略等間隔で円周方向に交互に配置している。一方、光源部４２０は、図１１（ｂ）に示すように、この偏向部４３０の４組のレンズ４３３，４３５のそれぞれに対応させて、円筒状の基部４２２に、略等間隔で円周方向に２つの光源４２３，４２５の組を４つ設けている。この第４の実施形態における光源部４２０と偏向部４３０とは、固定されており、円周方向に回転することはできない。そのため、照明視野の切り替えは、狭視野用レンズ４３３に対向する光源４２３と広視野用レンズ４３５に対向する光源４２５とを交互に点灯させることにより行っている。なお、狭視野用レンズ４３３及び広視野用レンズ４３５は、第１の実施形態と同様に、その屈折力が異なるレンズで構成しても良いし、第２の実施形態と同様に、同一の屈折力のレンズを光源４２３，４２５との距離が異なるように配置して構成しても良い。

前述の第１の実施形態に係る照明部１０では、結像部４０での倍率変化に対応して照明視野を変化させる場合、偏向部３０を適宜の操作手段により機械的に回転させることで、狭視野用レンズ３３と広視野用レンズ３５との切り替えを行っていた。この切り替えは、瞬時に行う必要があるが、偏向部３０を機械的に回転させる方法では、回転速度に制限があるだけでなく、回転の高速化に比例して振動も発生するため、切り替えの高速化にも限界がある。これに対して、第４の実施形態における照明部４１０では、偏向部４３０を固定し、狭視野用及び広視野用の照明視野の切り替えを、狭視野用レンズ４３３に対向する光源４２３若しくは広視野用レンズ４３５に対向する光源４２５のいずれか一方を点灯させ、他方を消灯させることによって電気的に行うことにより、高速かつ振動の少ない切り替えを可能としている。

このように、この第４の実施形態に係る顕微鏡４００においても、結像部４０の倍率変化に対応して照明部４１０からの照明視野を変化させることにより、その観察視野の広狭に対応させて照明視野の広狭を変化させることができるため、光量ロスを少なくして、照明部４１０及び顕微鏡４００の小型化や発熱抑制を図ることができる。また、物体面Ｏに対しては、光軸を中心とする４つの方向から照明されるため、この物体面Ｏに対して照明光を均一に照射することができる。

１００，２００，３００，４００ 顕微鏡（光学装置）
１０，２１０，３１０，４１０ 照明部（照明装置）
２０，２２０，３２０，４２０ 光源部
２３，２２３，３２３，４２３，４２５ 光源
３０，２３０，３３０，４３０ 偏向部
３３，２３３，４３３ 狭視野用レンズ（光学部材）
２３４ 中視野用レンズ（光学部材）
３５，２３５，４３５ 広視野用レンズ（光学部材）
３３６ レンズ（光学部材）
４０ 結像部 ４０ａ 結像光学系

Claims (10)

1. 同一の発光特性を有して照明光を放射する光源を２以上有する光源部と、
   前記光源毎に設けられ、前記照明光を集光して物体面上の略同一領域に照射する光学部材を有し、前記物体面上の前記照明光の照明視野の大きさを変化させる偏向部と、を有する照明装置。
2. 前記偏向部は、焦点距離の異なる２以上の前記光学部材の組を前記光源毎に有し、前記光源に前記２以上の光学部材のいずれかを対向させることにより、前記照明視野の大きさを変化させる請求項１に記載の照明装置。
3. 前記偏向部は、前記光源との距離が異なる２以上の前記光学部材の組を前記光源毎に有し、前記光源に前記２以上の光学部材のいずれかを対向させることにより、前記照明視野の大きさを変化させる請求項１に記載の照明装置。
4. 前記光源部及び前記偏向部の少なくとも一方を、相対的に移動させて、前記光源に前記光学部材を対向させるように構成された請求項２または３に記載の照明装置。
5. 前記光源及び前記光学部材の少なくとも一方を移動させて、前記光源と前記光学部材との距離を変化させることにより、前記照明視野の大きさを変化させる請求項１に記載の照明装置。
6. 前記照明視野の大きさが異なる前記光源及び前記光学部材の組を複数有し、
   前記光源のうち、前記照明視野の大きさが同じ前記光源を点灯し、残りの前記光源を消灯することにより前記照明視野の大きさを変化させる請求項１に記載の照明装置。
7. 前記光源部及び前記偏向部の各々は、前記物体面から出射する光を結像する結像光学系を囲む円周上に、略同一間隔で配置された請求項１〜６いずれか一項に記載の照明装置。
8. 前記光源はＬＥＤ、若しくは、一次光源からの光を導いて放射する光ファイバーである請求項１〜７いずれか一項に記載の照明装置。
9. 前記光学部材は、レンズ、ミラー、プリズム、拡散板、回折光学素子のいずれか、又はこれらを組み合わせて構成される請求項１〜８いずれか一項に記載の照明装置。
10. 請求項１〜９いずれか一項に記載の照明装置と、
    物体面からの光を集光して結像させる結像光学系と、を有する光学装置。

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