JP2011095326A - Illuminating apparatus for microscope - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、照明光路の長い照明系を有する顕微鏡に用いられる照明装置であり、不透明な標本を観察する反射照明装置、及び透明な標本を観察する透過照明装置に関するものである。 The present invention relates to an illumination device used in a microscope having an illumination system with a long illumination optical path, and relates to a reflective illumination device that observes an opaque specimen and a transmission illumination device that observes a transparent specimen.
顕微鏡に用いられる照明装置として、不透明な標本を対象とする反射照明装置と透明な標本を対象とする透過照明装置がある。反射照明装置としては、ハロゲンランプやLED等の発光部材と、発光部材の光を伝達させる光ファイバー等とを備えたものが周知となっており、光ファイバーの一端に導入された光をその他端から射出させ二次光源として用いるようなものもある。光ファイバーを用いずにハロゲンランプやLEDを単体で用いる場合は、一般的に、その発光部が正方形で1辺1〜2mm程度であり配光角が全角60度程度となるため、光源から対物レンズの瞳面までの投影倍率(光源倍率とも称される)は4〜7倍程度となり、この程度の倍率をかけてケーラー照明系が組まれる。一方、光ファイバーを用いた場合は、一般的にその発光部(端面)の直径が3〜8mm程度と比較的大きいが、配光角が全角10〜20度程度と狭いため、上記投影倍率は2倍程度になる。 As a lighting device used for a microscope, there are a reflection lighting device for an opaque sample and a transmission lighting device for a transparent sample. As a reflection illumination device, a device including a light emitting member such as a halogen lamp or an LED and an optical fiber that transmits light of the light emitting member is well known, and light introduced into one end of the optical fiber is emitted from the other end. Some of them are used as secondary light sources. When a halogen lamp or LED is used alone without using an optical fiber, the light emitting part is generally square and has a side of about 1 to 2 mm, and the light distribution angle is about 60 degrees. The projection magnification up to the pupil plane (also referred to as the light source magnification) is about 4 to 7 times, and the Kohler illumination system is assembled with this magnification. On the other hand, when an optical fiber is used, the light emitting portion (end face) has a relatively large diameter of about 3 to 8 mm, but the projection angle is 2 because the light distribution angle is as narrow as about 10 to 20 degrees. Doubled.
上述した投影倍率(光源倍率)について、これを高くすると、対物レンズの瞳面の有効径に対する光源像の大きさ(充足率とも称する)が大きくなり、明るいケーラー照明を実現できる。しかし、対物レンズの画角の正弦が光源の配光角の正弦に投影倍率の逆数を乗じた値となるため、投影倍率を高くしすぎると、対物レンズの画角が小さくなり、視野に対して照明できる領域が狭くなる問題が生じる。従って、投影倍率は、光源のサイズと配光角により概ねバランスをとって決められている。 When the projection magnification (light source magnification) described above is increased, the size of the light source image with respect to the effective diameter of the pupil plane of the objective lens (also referred to as a sufficiency rate) increases, and bright Koehler illumination can be realized. However, since the sine of the field angle of the objective lens is a value obtained by multiplying the sine of the light distribution angle of the light source by the reciprocal of the projection magnification, if the projection magnification is too high, the field angle of the objective lens will be reduced and This causes a problem that the area that can be illuminated becomes narrow. Therefore, the projection magnification is determined in a balanced manner by the size of the light source and the light distribution angle.
反射照明装置には、視野絞り及び開口絞りが設けられるが、開口絞りは光源と共役な位置に設けられている。また、装置の構成上金物等の大きさにより、開口絞りの大きさ(最大開口、最小開口)はおおよそ決まるので、光源から開口絞りまでの倍率が決まり2.5〜3.0倍程度となる。このように、光源から開口絞りまでで2.5〜3.0倍、開口絞りから対物レンズの瞳までで1.3〜1.5倍というように倍率が定まり、2段階で投影される構成となっている。 The reflective illumination device is provided with a field stop and an aperture stop, and the aperture stop is provided at a position conjugate with the light source. In addition, since the size of the aperture stop (maximum aperture, minimum aperture) is roughly determined by the size of the hardware etc. due to the structure of the apparatus, the magnification from the light source to the aperture stop is determined to be about 2.5 to 3.0 times. . In this way, the magnification is determined from 2.5 to 3.0 times from the light source to the aperture stop, and from 1.3 to 1.5 times from the aperture stop to the pupil of the objective lens, and the projection is performed in two stages. It has become.
一方、透過照明装置は、反射照明装置と同様の光源を使用し、光源像はコンデンサレンズの瞳に投影される。反射照明装置では対物レンズが照明系と結像系の両方を兼ねることがあるが、透過照明装置では1個のコンデンサレンズが中倍〜高倍の対物レンズに対応することが多い。このため、コンデンサレンズは対応する対物レンズの最大の実視野と最高の開口数NAとなる光束を提供することが好ましい。従って、光源倍率を3〜4倍程度とし、拡散板等を用いてより多くの光速を発生させるようにしている。そして、コンデンサレンズの瞳面に開口絞りを配置して開口数NAを制御している。視野絞りは、フィールドレンズとコンデンサレンズによって標本共役となる位置に配置されている。 On the other hand, the transmission illumination device uses the same light source as the reflection illumination device, and the light source image is projected onto the pupil of the condenser lens. In a reflective illumination device, an objective lens may serve as both an illumination system and an imaging system, but in a transmissive illumination device, one condenser lens often corresponds to an objective lens of medium to high magnification. For this reason, it is preferable that the condenser lens provides a light beam having the maximum real field of view of the corresponding objective lens and the maximum numerical aperture NA. Therefore, the light source magnification is set to about 3 to 4 times, and more light speed is generated using a diffusion plate or the like. An aperture stop is disposed on the pupil plane of the condenser lens to control the numerical aperture NA. The field stop is arranged at a position that is conjugate with the specimen by the field lens and the condenser lens.
ところで、近年では、あらゆる分野で高輝度のLED(Light Emitting Diode、発光ダイオード)が光源として使用されており、顕微鏡の光源としてもLEDを用いたシステムが提案されている(例えば、特許文献1を参照)。 By the way, in recent years, high-brightness LEDs (Light Emitting Diodes) are used as light sources in various fields, and systems using LEDs as light sources for microscopes have been proposed (for example, see Patent Document 1). reference).
ところで、上述したような、LEDを光源として用いた顕微鏡としては、複数のLEDを回路基板上に配列して一括照明する面光源となっているものがある。この種の顕微鏡においては、構造上の問題から視野絞りや開口絞りを配置することができないことがあり、フレアーやゴーストを除去することができないという問題があった。また、視野絞りと開口絞りを配置してケーラー照明の配列としたタイプの顕微鏡もあるが、この種の顕微鏡においては、従来の顕微鏡と同様のレンズ構成となり、照明装置全体が長くなるという課題があった。 By the way, as described above, a microscope using LEDs as a light source includes a surface light source in which a plurality of LEDs are arranged on a circuit board and collectively illuminated. In this type of microscope, a field stop or an aperture stop cannot be disposed due to structural problems, and there is a problem that flare and ghost cannot be removed. In addition, there is a type of microscope in which a field stop and an aperture stop are arranged to provide an array of Koehler illumination, but this type of microscope has the same lens configuration as a conventional microscope, and the entire illumination device becomes long. there were.
また、従来の反射照明装置では、光源像を2回リレーして対物レンズの瞳に導く構成となっているため照明系の全長が長くなるという問題があった。また、従来の透過照明装置においても、リレーレンズと拡散板を配置した構成を採ると全長が長くなるという問題があった。 Further, the conventional reflection illumination apparatus has a problem that the entire length of the illumination system is increased because the light source image is relayed twice and guided to the pupil of the objective lens. Further, even in the conventional transmission illumination device, there is a problem that the total length becomes long if a configuration in which the relay lens and the diffusion plate are arranged is adopted.
本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、照明系の全長を短くしコンパクトに構成することが可能な顕微鏡用照明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 problems, and an object of the present invention is to provide a microscope illumination apparatus that can be configured compactly by shortening the overall length of the illumination system.
このような目的を達成するため、第1の発明に係る顕微鏡用照明装置(反射照明装置)は、照明光を射出する光源と、光源の射出面近傍に設けられ、照明光の光束を調節して照明光を通過させる開口を有した開口絞りと、開口絞りを通過した光の光路中に設けられ、照明光の照明領域を設定して開口絞りを通過した光を通過させる視野絞りと、前側焦点位置が視野絞りの位置に重なるように設けられ、視野絞りを通過した光を通過させるフィールドレンズ群と、フィールドレンズ群を通過した光を標本へ照射するとともに標本からの反射光を受光する対物レンズとを備え、上記光源は、発光する発光部材と、発光部材の光を入射の方向と異なる方向に伝播させて射出させる光伝播部材と、光伝播部材から射出された光を角度方向に所定の強度分布を持たせて拡散及び射出させる光拡散部材とを備えて構成されることを特徴とする。 In order to achieve such an object, a microscope illumination device (reflection illumination device) according to a first invention is provided near a light source that emits illumination light and an exit surface of the light source, and adjusts the luminous flux of the illumination light. An aperture stop having an aperture that allows illumination light to pass through, a field stop that is provided in the optical path of the light that has passed through the aperture stop, sets the illumination area of the illumination light, and passes the light that has passed through the aperture stop, and the front side A field lens group that is provided so that the focal position overlaps the position of the field stop, and a field lens group that passes light that has passed through the field stop, and an object that irradiates the sample with light that has passed through the field lens group and receives reflected light from the sample A light-emitting member that emits light; a light-propagating member that emits light emitted from the light-emitting member in a direction different from an incident direction; and light emitted from the light-propagating member in an angular direction. Strength of Characterized in that it is constituted by a light diffusing member which diffuses and emitted to have a cloth.
第1の発明に係る顕微鏡用照明装置においては、光源に対する対物レンズの瞳面の結像倍率をβとし、対物レンズの開口数を対物レンズの倍率で除した値の最大値をNA′とし、結像レンズの焦点距離をftとし、光源の射出面の直径をdとし、光源から射出される光のうち最高強度を有する光路と最高強度の8割の強度を有する光路とが成す角度をαとし、顕微鏡の視野数をFOVとしたとき、次式
また、第2の発明に係る顕微鏡用照明装置(透過照明装置)は、照明光を射出する光源と、光源の射出面近傍に設けられ、照明光の照明領域を設定して照明光を通過させる視野絞りと、視野絞りを通過した光を集光させるフィールドレンズ群と、フィールドレンズ群により集光された光の光路中に設けられ、光束を調節して集光された光を通過させる開口を有した開口絞りと、前側焦点位置が開口絞りの位置に重なるように設けられ、開口絞りを通過した光を通過させ標本へ導くコンデンサレンズとを備え、視野絞りは、フィールドレンズ群に関して標本と共役な位置に設けられ、光源は、発光する発光部材と、発光部材の光を入射させて入射の方向と異なる方向に伝播させて射出させる光伝播部材と、光伝播部材から射出された光を入射させて角度方向に所定の強度分布を持たせて拡散及び射出させる光拡散部材とを備えて構成されることを特徴とする。 The microscope illumination device (transmission illumination device) according to the second invention is provided near a light source that emits illumination light and an exit surface of the light source, and sets an illumination area of the illumination light to allow the illumination light to pass therethrough. A field stop, a field lens group that collects light that has passed through the field stop, and an aperture that is provided in the optical path of the light collected by the field lens group and that passes the collected light by adjusting the light flux And a condenser lens that is provided so that the front focal position overlaps the position of the aperture stop, passes the light that has passed through the aperture stop, and guides it to the sample. The field stop is conjugate with the sample with respect to the field lens group. The light source includes a light emitting member that emits light, a light propagation member that causes light from the light emitting member to enter and propagate in a direction different from the incident direction, and light emitted from the light propagation member. The Characterized in that it is constituted by a light diffusing member which diffuses and emitted to have a predetermined intensity distribution in the angular direction Te.
第2の発明に係る顕微鏡用照明装置においては、標本を透過した光を集光させる対物レンズを備え、光源に照明光を射出させる射出面が設けられ、視野絞りに対する標本の結像倍率をβとし、コンデンサレンズに対応する対物レンズの開口数の最大値をNAmaxとし、コンデンサレンズに対応する対物レンズの実視野の最大値をΦmaxとし、光源の射出面の直径をdとし、光源から射出される光のうち最高強度を有する光路と最高強度の8割の強度を有する光路とが成す角度をαとしたとき、次式
第1の発明に係る顕微鏡用照明装置によれば、光源を開口絞り近傍の位置に配置することにより、従来あった開口絞りより光源側の光学系が省略することが可能となり、照明系をコンパクトに構成することができる。 According to the microscope illumination apparatus of the first invention, by arranging the light source at a position near the aperture stop, the optical system on the light source side can be omitted from the conventional aperture stop, and the illumination system is compact. Can be configured.
また、第2の発明に係る顕微鏡用照明装置によれば、光源を視野絞り近傍の位置に配置することにより、従来あった視野絞りより光源側の光学系を省略することが可能となり、照明系をコンパクトに構成することができる。 Further, according to the illumination device for a microscope according to the second invention, by arranging the light source at a position near the field stop, the optical system on the light source side can be omitted from the conventional field stop. Can be configured compactly.
以下、第1の発明に係る第1実施形態の反射照明装置、及び第2の発明に係る第2実施形態の透過照明装置について、図面を参照しながら説明する。これらの実施形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている構成及び特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。第1実施形態における反射照明装置は不透明な細胞等の標本を光を反射させることにより観察することが可能な顕微鏡装置であり、第2実施形態における透過照明装置は透明な細胞等の標本を光を透過させることにより観察することが可能な顕微鏡装置である。 Hereinafter, the reflective illumination device of the first embodiment according to the first invention and the transmission illumination device of the second embodiment according to the second invention will be described with reference to the drawings. These embodiments do not limit the invention according to the claims. Moreover, not all the combinations of configurations and features described in the embodiments are necessarily essential to the solution means of the invention. The reflective illumination device in the first embodiment is a microscope device capable of observing a specimen such as an opaque cell by reflecting light, and the transmission illumination device in the second embodiment is a sample of a transparent cell or the like. Is a microscope apparatus that can be observed by transmitting the light.
まずは、第1実施形態の反射照明装置について説明する前に、従来の反射照明装置について図5を参照しながら説明する。従来の反射照明装置は、光源101と、コレクタレンズ102と、フィルタ群103と、リレー光学系104と、開口絞り105と、視野絞り106と、フィールドレンズ群107と、ハーフミラー108と、第1対物レンズ109と、第2対物レンズ111とを備えて構成される。光源101としては、ハロゲンランプ等が用いられ、光源101から射出された光は、コレクタレンズ102により平行光に変換され、変換された平行光はフィルタ群103を通過し、フィルタ群103により明るさや色温度の調整がされる。これらの調整がなされた光は、リレー光学系104を通過し、リレー光学系104により光源像101′が形成される。光源像101′が形成される位置の近傍に開口絞り105が配置され、コレクタレンズ102の後側焦点F2のリレー光学系104による像F2′の近傍に視野絞り106が配置されている。この視野絞り106の後段にはフィールドレンズ群107が配置されており、フィールドレンズ群107の前側焦点位置が視野絞り106の位置と重なるようになっている。
First, before describing the reflective illumination device of the first embodiment, a conventional reflective illumination device will be described with reference to FIG. A conventional reflective illumination device includes a
リレー光学系104を通過した光は、開口絞り105、視野絞り106、及びフィールドレンズ群107を通過し、ハーフミラー108により第1対物レンズ109の方向に偏向され、第1対物レンズ109を通過した光が、不透明な細胞等である標本110に照射される。そして、標本110への光の照射により標本110から反射された反射光は第1対物レンズ109により集光され、ハーフミラー108、及び第2対物レンズ111を透過し、第2対物レンズ111から射出される光により標本像112が形成されるようになっている。この標本像112は、撮像光学系(不図示)により撮像されたり、あるいは別のリレー光学系(不図示)でリレーされることにより第2標本像(不図示)が形成され観察光学系(不図示)及び撮像光学系(不図示)に導かれたりするようになっている。
The light that has passed through the relay
以上、従来の反射照明装置においては、標本110の観察及び撮像が可能となっているが、フィルタ群103及びリレー光学系104等を備え多数の部品が必要となるため、照明系の全長が長くなるという課題があった。そこで、第1実施形態の反射照明装置は、LEDを光源として用いている。LEDは電圧を変化させても色温度が変わらないため、従来の反射照明装置のようにフィルタ類を用いることなく、電圧を変化させることにより明るさを変えることができる。また、後述するようにライトガイドを用いてLED光源からの光を適当な面積の発光体に変換し、プリズムシートによって配光角を制御することによって、コレクタレンズ、リレー光学系を用いることなく最適な光源サイズを達成できる。よって、コレクタレンズ、フィルタ群、及びリレー光学系を省略することが可能となり(後に詳述)、上記の課題を解決できるようになっている。
As described above, in the conventional reflective illumination apparatus, the
第1実施形態の反射照明装置について、図1を参照しながら説明する。この反射照明装置は、光源1と、開口絞り5と、視野絞り6と、フィールドレンズ群7と、ハーフミラー8と、第1対物レンズ9と、第2対物レンズ11とを備えて構成される。光源1は、正方形の光の射出面を備えた正方形の板状の面光源となっている。光源1の光の射出面上には複数のLED光源20(後に詳述)が配置されており、個々のLED光源20から光が射出されるようになっている。なお、第1実施形態の反射照明装置において、光源1から射出される光の強度が最高強度の光路と最高強度の8割の光路とが成す角度(以下、配光角と称する)をαとし、そして、光源1に内接する円の直径をd(mm)とする。なお、光源1の構成については後に詳述する。
The reflective illumination device of the first embodiment will be described with reference to FIG. The reflective illumination device includes a
光源1から射出された光は、図1に示すように、開口絞り5、視野絞り6を通過し、ハーフミラー8により第1対物レンズ9の方向に偏向され、第1対物レンズ9を通過した光が、不透明な細胞等である標本10に照射される。なお、開口絞り5は、光源1の近傍に配置される。そして、従来の反射照明装置と同様に、標本10から反射された反射光が、第1対物レンズ9により集光され、ハーフミラー8、及び第2対物レンズ11(結像レンズ)を通過し、これにより標本像12が形成されるようになっている。そして、標本像12は、観察光学系(不図示)及び撮像光学系(不図示)に導かれるようになっている。
As shown in FIG. 1, the light emitted from the
ここで、フィールドレンズ群7による、光源1から第1対物レンズ9の瞳Pへの投影倍率をβとすると、瞳Pに形成される光源像の大きさは、d×βとなる。一方、第1対物レンズ9の開口数をNAとし、このNAを第1対物レンズ9の倍率で割った値をNA′とする。また、顕微鏡の結像レンズ11の焦点距離をftとすると、第1対物レンズ9の瞳Pの直径は、NA′×ft×2と表すことができる。なお、光源像の大きさが第1対物レンズ9の瞳Pの大きさより小さい場合、反射光の散乱が少ない標本を観察する際に開口数NAが不足し、射出瞳径が小さくなり観察時のチラつきが目立つようになる。よって、光源像の大きさを瞳Pの大きさより大きくする、すなわち、以下の式(1)を満たす必要がある。なお、式(1)におけるNA′は想定される対物レンズの中で最大のNA′の値である。
また、第1対物レンズ9の焦点距離をfobj、また上述したように光源1の配光角をα、投影倍率をβとすると、光源1による照明領域は、2×fobj×tan(α/β)となる(図1参照)。一方、顕微鏡の視野数をFOVとすると、このFOVと第1対物レンズ9の焦点距離fobj及び顕微鏡の結像レンズの焦点距離ftを用いて、顕微鏡の標本面上の実視野は、FOV/(ft/fobj)と表すことができる。ところで、上述した照明領域が実視野よりも小さいと、視野周辺が暗くなる視野ムラが発生したり視野欠けを生じたりする。従って、照明領域を実視野より大きくする、すなわち、以下の式(2)を満たす必要がある。
以上、光源1から第1対物レンズ9の瞳Pへの投影倍率βが上述した式(1)及び式(2)を満たせば、従来の反射照明装置におけるコレクタレンズ102、フィルタ群103、及びリレーレンズ群104を省略して照明系をコンパクトな構成にしつつ、観察時のチラつきを抑え、視野ムラ、視野欠けの発生を防止し良好な標本像12を得ることができる。以下では、第1実施形態の反射照明装置における面光源である光源1の構成について、図2を参照しながら説明する。なお、図2は光源1の発光の仕組みを示す図である。
As described above, when the projection magnification β from the
光源1は、図2(a)に示すように、液晶表示装置のバックライトと同様の原理で発光するいわゆる導光板である。導光板には、LED等の複数の光源が、回路基板に配置、配列され、上下フレーム等により封止された状態になっている。LED等の光源から射出された光は、後述するライトガイドの中で全反射を繰り返しながら伝播し、光がライトガイドに所定の入射角で入射したときに基板外へ射出されるようになっている。基板外へ射出された光は、光束を制御可能なシート状の部材を1枚又は複数枚透過し、全体として所定の配光角を成して射出されるようになっている。
As shown in FIG. 2A, the
光源1は、図2(a)に示すように、LED光源20と、LEDモジュール21と、ライトガイド22と、散乱シート23と、プリズムシート24,25と、保護ガラス26と、正方形の基板30とを備えて構成されている。LED光源20は、基板30の上面に配置される。LEDモジュール21は、電気回路であり、基板30を介して基板30上に配置されたLED光源20に電力を供給し、これによりLED光源20が発光する。
As shown in FIG. 2A, the
ライトガイド22は、基板30に配置されたLED光源20の上方にLED光源20に対向して設けられる。LED光源20から射出された光は、ライトガイド22に取り込まれ内部で反射を繰り返して散乱シート23に伝達されるようになっている。上記光はライトガイド22内で反射を繰り返すが、この光の進行方向とライトガイド22の反射面とが成す角度が所定角度になったときに限り、上記光が散乱シート23に伝達され、所定角度以外のときは全反射するようになっている。ライトガイド22から射出された光は、散乱シート23により適当に拡散されてプリズムシート24,25に伝達される。プリズムシート24,25は、光を透過させるとともに所定の配光角を成して射出される。プリズムシート24,25は、その光を透過させる透過面に基板30の辺の方向にライン状に延びて形成される多数の凹凸部を有し、その凹凸部のラインが互いに直交するように配置されている。なお、図2(b)及び(c)においては、プリズムシート24は紙面の奥行方向に、プリズムシート25は紙面の左右方向に、それぞれ凹凸部のラインが延びるように配置される例を示している。
The
ライトガイド22、散乱シート23、及びプリズムシート24,25は、その順にLED光源20の上方に配置され、プリズムシート25の上面は保護ガラス26により覆われて保護される。そして、ライトガイド22、散乱シート23、プリズムシート24,25及び保護ガラス26は、全体が上下フレームに挟みこまれた状態で一体化されて構成される(図2(c)参照)。
The
以上のように構成される光源1において、基板30上のLED光源20の数を増やすことにより、光源1から射出される光の輝度を向上させることができる。よって、例えば、基板30の1辺の長さを8(mm)とすると、上述したdの値も8(mm)となり、図3(a)のように、基板30の一辺に4個、その辺と向かい合う辺にも4個設ける場合、3万カンデラ/cm2の輝度を実現させることができる。
In the
また、第1実施形態の反射照明装置において、第1対物レンズ9の倍率を10倍、開口数NAを0.3とすると、上述したNA′(開口数NAを倍率で割った値)は、(0.3/10)=0.03となる。そして、結像レンズ焦点距離ftを200(mm)、顕微鏡の視野数FOVを22とすると、第1実施形態における光源1に対する第1対物レンズ9の瞳までの投影倍率βは、式(1)に上記の値を代入して以下のように導き出せる。
以上より、投影倍率βは、1.5〜2.3倍の間であることが好ましいが、照明の均一性を考慮すると投影倍率βは低い方が好ましい。従って、βの最適値は1.5倍となる。 From the above, it is preferable that the projection magnification β is between 1.5 and 2.3 times, but it is preferable that the projection magnification β is low in consideration of the uniformity of illumination. Therefore, the optimum value of β is 1.5 times.
以上、第1実施形態における反射照明装置では、LEDを光源として用いることにより、従来の反射照明装置のようにニュートラル減光フィルタ等のフィルタ類を用いることなく、電圧を変化させることにより明るさを変えることができる。また後述するようにライトガイドを用いてLED光源からの光を適当な面積の発光体に変換し、プリズムシートによって配光角を制御することによって、コレクタレンズ、リレー光学系を用いることなく、最適な光源サイズを達成できるため、光学系がシンプルでコンパクトな構成とすることができる。なお、光源として使用するLEDには、青色発光LEDと蛍光体を組み合わせて合成させて白色光を発するタイプのもの、又はRGB3色のLEDチップを一体にして白色光を発するタイプのものを用いることが可能である。この2つのタイプについて、後者のタイプの方が使用電力に対して発光輝度が低い傾向があるが、R,G,Bそれぞれを独立に光量制御することが可能であるため、容易に色温度を制御できるという利点がある。 As described above, in the reflective illumination device according to the first embodiment, by using an LED as a light source, the brightness can be increased by changing the voltage without using filters such as a neutral neutral density filter as in the conventional reflective illumination device. Can be changed. In addition, as described later, light from an LED light source is converted into a light emitter of an appropriate area using a light guide, and the light distribution angle is controlled by a prism sheet, so that it is optimal without using a collector lens or a relay optical system. Therefore, the optical system can be made simple and compact. The LED used as the light source is a type that emits white light by combining a blue light emitting LED and a phosphor, or a type that emits white light by integrating LED chips of three colors RGB. Is possible. Of these two types, the latter type tends to have lower emission luminance than the power used. However, since it is possible to independently control the amount of light for each of R, G, and B, the color temperature can be easily adjusted. There is an advantage that it can be controlled.
続いて、透過照明装置について説明する。まず、第2実施形態の透過照明装置について説明する前に、従来の透過照明装置について図6を参照しながら説明する。従来の透過照明装置は、光源131と、コレクタレンズ132と、フィルタ群133と、リレー光学系134と、拡散板Dと、視野絞り136と、ミラー138と、フィールドレンズ群137と、開口絞り135と、コンデンサレンズ139と、対物レンズ141とを備えて構成される。光源131としてはハロゲンランプ等が用いられ光源131から射出された光は、コレクタレンズ132により平行光に変換され、変換された平行光はフィルタ群133を通過し、フィルタ群133により明るさや色温度の調整がされる。視野絞り136は、リレー光学系134によるコレクタレンズ132の後側焦点の共役位置Cに配置されている。また、リレー光学系134の後段に拡散板Dが配置され、リレー光学系134を通過した光は拡散板Dにより拡散されるようになっている。ミラー138は視野絞り136の後段、フィールドレンズ群137はミラー138の後段にそれぞれ配置され、視野絞り136を通過した光がミラー138により反射されてフィールドレンズ群137に導かれる。
Next, the transmission illumination device will be described. First, before describing the transmission illumination device of the second embodiment, a conventional transmission illumination device will be described with reference to FIG. A conventional transmission illumination device includes a
また、フィールドレンズ群137は、その前側焦点面が視野絞り136に重なる位置に配置され、開口絞り135は、コレクタレンズ132、リレー光学系134、及びフィールドレンズ群137により形成される光源131の像131′の近傍に配置される。コンデンサレンズ139は、その前側焦点面が開口絞り135に重なる位置に配置され、コンデンサレンズ139を通過する光により、透明な標本140がケーラー照明で透過照明される。対物レンズ141は、標本140に対してコンデンサレンズ139の反対側に設けられ、上記ケーラー照明により標本140を透過した光が、対物レンズ141を通過するようになっている。このように、図6に示す従来の透過照明装置で透過照明された標本140の標本像は、対物レンズ141及び第2対物レンズ(不図示)により所定の位置に形成されるようになっており、例えば、その位置の後段に設けられる観察光学系(不図示)及び撮像光学系(不図示)により、標本140の標本像が観察及び撮像されるようになっている。
The
以上、従来の透過照明装置においては、標本140の観察及び撮像が可能となっているが、従来の反射照明装置と同一の理由により、照明系の全長が長くなるという課題があった。そこで、第2実施形態の透過照明装置は、第1実施形態の反射照明装置と同様に、LEDを光源として用いることによりコレクタレンズ、フィルタ群、及びリレー光学系を省略することが可能となり(後に詳述)、上記課題を解決できるようになっている。
As described above, in the conventional transmission illumination device, the
第2実施形態の透過照明装置について、図3を参照しながら説明する。なお、第2実施形態の透過照明装置については、2種類の実施例があり、以下で第1実施例、第2実施例と称して説明する。 A transmission illumination device according to a second embodiment will be described with reference to FIG. Note that there are two types of examples of the transmission illumination device of the second embodiment, which will be described below as the first example and the second example.
まず、第1実施例の透過照明装置は、図3(a)に示すように、光源31と、視野絞り36と、ミラー38と、フィールドレンズ群37と、開口絞り35と、コンデンサレンズ39と、対物レンズ41とを備えて構成される。視野絞り36は、光源31の近傍に配置される。光源31は、第1実施形態と同様に光の射出面を有する面光源となっており、射出面上に複数のLED光源70が配置されている。なお、第1実施形態と同様に、光源31から射出される光の強度が最高強度の光路と最高強度の8割の光路とが成す角である配光角をα、光源31に内接する円の直径をd(mm)とする。なお、光源31の構成については、後に詳述する。
First, as shown in FIG. 3A, the transmission illumination device of the first embodiment includes a
光源31から射出された光は、視野絞り36を通過し、ミラー38によりフィールドレンズ群37の方向に偏向され、フィールドレンズ群37、開口絞り35、コンデンサレンズ39の順に進行する。そして、コンデンサレンズ39を透過した光が透明な細胞等である標本40に照射される。また、従来の透過照明装置と同様に、対物レンズ41が標本40に対してコンデンサレンズ39の反対側に設けられ、標本40を透過した光が対物レンズ41を通過するようになっている。そして、標本40の標本像は、対物レンズ41及び第2対物レンズ(不図示)により所定の位置に形成され、観察光学系(不図示)及び撮像光学系(不図示)により、観察及び撮像されるようになっている。
The light emitted from the
以下では、光源31の構成について、図4を参照しながら簡単に説明する。光源31は、第1実施形態の光源1と同様に、LED光源70と、LEDモジュール71と、ライトガイド72と、散乱シート73と、プリズムシート74,75と、保護ガラス76と、基板80とを備えて構成されている。これらの部材は、第1実施形態のLED光源20、LEDモジュール21、ライトガイド22、散乱シート23、プリズムシート24,25、保護ガラス26、及び基板30と同じ部材であり、第1実施形態と同様の構成である。第1実施形態と異なるのは、基板80の大きさ及び基板80に配置されているLED光源70の個数である。第2実施形態の基板80は、1辺の長さが35(mm)となっており、LED光源70は、図4(a)に示すように、その端辺に並んで7個設けられている。この場合、20000カンデラ/cm2の輝度である。
Below, the structure of the
また、第2実施形態の透過照明装置において、光源31の配光角αを10°、コンデンサレンズ39が対物レンズ4〜100倍に対応する仕様であるとして、また、その最大開口数NAmaxが0.88、最大視野Φmaxが5.5(mm)であるとする。そして、フィールドレンズ群37の焦点距離をff(mm)コンデンサレンズ39の焦点距離をfc(mm)とし、視野絞り36から標本40までの結像倍率をβ2としたとき、β2=fc/ffと表現できる。また、NAmax及びΦmaxは、以下の式(3)及び(4)を満たすことが好ましい。
更に、コンデンサレンズ39の焦点面に配置される開口絞り35のサイズをある程度限定することが好ましいため、以下の式(5)を満たすと都合が良い。
以下で、上記式(3)、(4)、及び(5)を満たす、フィールドレンズ群37の焦点距離ff、及びコンデンサレンズ39の焦点距離fcの値の範囲について検討する。まず、上述したようにNAmax=0.88であるから、15/NAmax≒17.045となり、式(5)より、fc<17.04となる。そこで、fc=17として、式(4)にfc=17、NAmax=0.88、Φmax=5.5を代入すると、ff<35×17/5.5=108となる。従って、ff=100として、このffの値とfc=17を式(3)に代入すると、式(3)の左辺は、sin10°×100/17=1.02となる。この値はNAmax=0.88より大きいため、式(3)を満たす。
Hereinafter, a range of values of the focal length f f of the
第2実施例の透過照明装置について以下で説明する。第2実施例の透過照明装置は、図3(b)に示すように、光源51と、視野絞り56と、フィールドレンズ群57と、開口絞り55と、コンデンサレンズ59と、対物レンズ61とを備えて構成され、これらの部材は、第1実施例の光源31、視野絞り36、フィールドレンズ群37、開口絞り35、コンデンサレンズ39と構成及び作用が同様であるため重複する説明は省略する。第2実施例の透過照明装置は、フィールドレンズ群57とコンデンサレンズ59の間が有限系の構成となっており、このため、第1実施例と比較して、フィールドレンズ群57の焦点距離を短くすることが可能となり、照明系全体の長さを更に短くすることができる。また、第2実施例の透過照明装置は、コンデンサレンズの焦点距離を一定としたときのオブジェクトディスタンス(コンデンサレンズの標本に対向する面から標本までの距離)を長くすることができるので、厚みが大きい標本を観察するのに適している。
The transmitted illumination device of the second embodiment will be described below. As shown in FIG. 3B, the transmission illumination device of the second embodiment includes a
以上、第1及び第2実施例の透過照明装置について説明したが、これらの第2実施形態の透過照明装置の光源31,51には、第1実施形態の反射照明装置のプリズムシート24,25と同じ構造のプリズムシート74,75が用いられている。このため、標本像に重なってプリズムシート74,75の凹凸部のライン等の構造が見える虞があるが、接眼レンズ(不図示)の視度が10ディオプター未満であれば、プリズムシート74,75等の構造が見えることはないとされている。この条件は、第2実施形態の透過照明装置において、fbを接眼レンズの焦点距離(mm)、β2を視野絞り36,56から標本40,60までの拡大率、Mを標本40,60から接眼レンズ観察像までの拡大率、Lを光源31,51から視野絞り36,56までの距離とした場合、以下の式(6)のように示される。
上述した式(6)を用いて、光源31,51から視野絞り36,56までの距離Lの値について検討する。ここで、接眼レンズの焦点距離fbを標準の10倍の場合を想定して25(mm)とする。β2については、上述したようにβ2=fc/ffと表現できるため、β2=17/100=0.17となる。また、標本40,60から接眼レンズ観察像までの拡大率Mは4〜100の間の値となるがLが最も大きくなるときにM=4となる。従って、fb=25(mm)、β2=0.17、M=4のとき、式(6)より、L>13.5となる。ただし、接眼レンズが標準以外の場合(fbが25mmより大きい接眼レンズを用いる場合)も考慮して、L>15程度にすることが好ましい。従って、第2実施形態の透過照明装置においては、視野絞り36,56の位置から15mm程度離した位置に光源31,51が配置されている。
The value of the distance L from the
なお、上述したように、視野絞り36,56の位置から所定距離だけ光源31,51を離して配置する代わりに、オパールガラスのような完全拡散面を有する部材を配置することもできる。このような部材を配置した場合、光束が拡散されるため照度が暗くなるが、光量に余裕があれば、標本40,60の像と重なっても事実上均一に見えるようになるため、視認性に関する問題を解消することができる。
As described above, instead of disposing the
なお、第1実施形態の反射照明装置においては、光源1を、開口絞り5の近傍に配置しており視野絞り6の近傍に配置していないため、第2実施形態の透過照明装置のように、標本の像に重なってプリズムシート24,25の構造が視認されることはない。よって、光源1及び視野絞り6は、構造上必要な距離だけ離して配置すればよい。
In the reflective illumination device of the first embodiment, since the
以上、上述した第1実施形態の反射照明装置においては、LEDを実装した面光源を用いて、この面光源を開口絞りの近傍に配置するように構成したことにより、開口絞りより手前の光学系(コレクタレンズ、フィルタ群、リレー光学系)を省略することができ、装置全体をコンパクトにすることができる。 As described above, in the reflective illumination device of the first embodiment described above, an optical system in front of the aperture stop is configured by using the surface light source on which the LED is mounted and arranging the surface light source in the vicinity of the aperture stop. (Collector lens, filter group, relay optical system) can be omitted, and the entire apparatus can be made compact.
また、第2実施形態の透過照明装置においても、第1実施形態の反射照明装置と同様にLEDを実装した面光源を用いて、この面光源を視野絞りの近傍に配置するように構成したため、視野絞りより手前の光学系を省略することができ、装置全体をコンパクトにすることができる。 Also, in the transmission illumination device of the second embodiment, because the surface light source is mounted in the vicinity of the field stop using a surface light source on which LEDs are mounted in the same manner as the reflection illumination device of the first embodiment, The optical system in front of the field stop can be omitted, and the entire apparatus can be made compact.
なお、上述した各実施形態では、光源として、正方形の板状の面光源を用いた例について説明したが、光源の形状及び構造は上記各実施形態のものに限定されることはない。例えば、形状を正方形以外にしたり、基板に配置するLED光源の個数及び位置を変更したりしてもよい。また、光源を構成する部材である、ライトガイド、散乱シート、及びプリズムシート等の位置を変更したり、異なる種類のものを用いてもよい。 In each of the above-described embodiments, an example in which a square plate-like surface light source is used as the light source has been described. However, the shape and structure of the light source are not limited to those of the above-described embodiments. For example, the shape may be other than a square, or the number and position of LED light sources arranged on the substrate may be changed. Further, the positions of the light guide, the scattering sheet, the prism sheet, and the like, which are members constituting the light source, may be changed, or different types may be used.
1 光源(第1実施形態)
5 開口絞り(第1実施形態)
6 視野絞り(第1実施形態)
7 フィールドレンズ群(第1実施形態)
9 第1対物レンズ(第1実施形態)
10 標本(第1実施形態)
11 第2対物レンズ(第1実施形態、結像レンズ)
20 LED光源(第1実施形態、発光部材)
22 ライトガイド(第1実施形態、光伝播部材)
23 散乱シート(第1実施形態、光伝播部材)
24,25 プリズムシート(第1実施形態、光拡散部材)
31,51 光源(第2実施形態)
35,55 開口絞り(第2実施形態)
36,56 視野絞り(第2実施形態)
37,57 フィールドレンズ群(第2実施形態)
39,59 コンデンサレンズ(第2実施形態)
40,60 標本(第2実施形態)
41,61 対物レンズ(第2実施形態)
70 LED光源(第2実施形態、発光部材)
72 ライトガイド(第2実施形態、光伝播部材)
73 散乱シート(第2実施形態、光伝播部材)
74,75 プリズムシート(第2実施形態、光拡散部材)
1 Light source (first embodiment)
5 Aperture stop (first embodiment)
6 Field stop (first embodiment)
7 field lens group (first embodiment)
9 First objective lens (first embodiment)
10 specimens (first embodiment)
11 Second objective lens (first embodiment, imaging lens)
20 LED light source (first embodiment, light emitting member)
22 Light guide (first embodiment, light propagation member)
23 Scattering sheet (first embodiment, light propagation member)
24, 25 Prism sheet (first embodiment, light diffusion member)
31, 51 Light source (second embodiment)
35, 55 Aperture stop (second embodiment)
36, 56 Field stop (second embodiment)
37, 57 field lens group (second embodiment)
39, 59 condenser lens (second embodiment)
40,60 specimens (second embodiment)
41, 61 Objective lens (second embodiment)
70 LED light source (second embodiment, light emitting member)
72 Light guide (second embodiment, light propagation member)
73 Scattering sheet (second embodiment, light propagation member)
74, 75 Prism sheet (second embodiment, light diffusion member)
Claims (5)
前記光源の射出面近傍に設けられ、前記照明光の光束を調節して前記照明光を通過させる開口を有した開口絞りと、
前記開口絞りを通過した光の光路中に設けられ、前記照明光の照明領域を設定して前記開口絞りを通過した光を通過させる視野絞りと、
前側焦点位置が前記視野絞りの位置に重なるように設けられ、前記視野絞りを通過した光を通過させるフィールドレンズ群と
前記フィールドレンズ群を通過した光を標本へ照射するとともに前記標本からの反射光を受光する対物レンズとを備えた顕微鏡用照明装置において、
前記光源は、発光する発光部材と、前記発光部材の光を前記入射の方向と異なる方向に伝播させて射出させる光伝播部材と、前記光伝播部材から射出された光を角度方向に所定の強度分布を持たせて拡散及び射出させる光拡散部材とを備えて構成されることを特徴とする顕微鏡用照明装置。 A light source that emits illumination light;
An aperture stop provided in the vicinity of an emission surface of the light source, and having an aperture through which the illumination light passes by adjusting a light flux of the illumination light;
A field stop that is provided in an optical path of light that has passed through the aperture stop, sets an illumination area of the illumination light, and passes light that has passed through the aperture stop; and
A front lens position is provided so as to overlap the position of the field stop, and a field lens group that allows light that has passed through the field stop to pass therethrough, and light that has passed through the field lens group is applied to the specimen and reflected light from the specimen In an illumination device for a microscope provided with an objective lens for receiving light,
The light source includes: a light emitting member that emits light; a light propagation member that emits light emitted from the light emitting member in a direction different from the direction of incidence; and light emitted from the light propagation member with a predetermined intensity in an angular direction. An illumination device for a microscope, comprising: a light diffusing member that diffuses and emits light with a distribution.
の条件を満足することを特徴とする請求項1に記載の顕微鏡用照明装置。 The imaging magnification of the pupil plane of the objective lens relative to the light source is β, the maximum value obtained by dividing the numerical aperture of the objective lens by the magnification of the objective lens is NA ′, and the focal length of the imaging lens is f. t is the diameter of the exit surface of the light source, d is the angle formed by the optical path having the highest intensity of the light emitted from the light source and the optical path having 80% of the highest intensity, and α When the number of fields of view is FOV,
The microscope illumination device according to claim 1, wherein the following condition is satisfied.
前記光源の射出面近傍に設けられ、前記照明光の照明領域を設定して前記照明光を通過させる視野絞りと、
前記視野絞りを通過した光を集光させるフィールドレンズ群と、
前記フィールドレンズ群により集光された光の光路中に設けられ、光束を調節して前記集光された光を通過させる開口を有した開口絞りと、
前側焦点位置が前記開口絞りの位置に重なるように設けられ、前記開口絞りを通過した光を通過させ標本へ導くコンデンサレンズとを備えた顕微鏡用照明装置において、
前記視野絞りは、前記フィールドレンズ群に関して前記標本と共役な位置に設けられ、
前記光源は、発光する発光部材と、前記発光部材の光を入射させて前記入射の方向と異なる方向に伝播させて射出させる光伝播部材と、前記光伝播部材から射出された光を入射させて角度方向に所定の強度分布を持たせて拡散及び射出させる光拡散部材とを備えて構成されることを特徴とする顕微鏡用照明装置。 A light source that emits illumination light;
A field stop that is provided in the vicinity of an emission surface of the light source, sets an illumination area of the illumination light, and passes the illumination light;
A field lens group for condensing light that has passed through the field stop;
An aperture stop provided in the optical path of the light collected by the field lens group, and having an aperture for adjusting the luminous flux to pass the collected light;
In a microscope illumination device provided with a condenser lens that is provided so that a front focal position overlaps with the position of the aperture stop, and that passes through the aperture stop and guides the light to a sample,
The field stop is provided at a position conjugate with the sample with respect to the field lens group,
The light source includes a light emitting member that emits light, a light propagation member that causes the light from the light emitting member to enter and propagate in a direction different from the incident direction, and the light emitted from the light propagation member to enter. An illumination device for a microscope comprising: a light diffusing member that diffuses and emits light with a predetermined intensity distribution in an angular direction.
前記光源に照明光を射出させる射出面が設けられ、
前記視野絞りに対する前記標本の結像倍率をβとし、前記コンデンサレンズに対応する前記対物レンズの開口数の最大値をNAmaxとし、前記コンデンサレンズに対応する前記対物レンズの実視野の最大値をΦmaxとし、前記光源の前記射出面の直径をdとし、前記光源から射出される光のうち最高強度を有する光路と前記最高強度の8割の強度を有する光路とが成す角度をαとしたとき、次式
の条件を満足することを特徴とする請求項3に記載の顕微鏡用照明装置。 An objective lens for condensing the light transmitted through the specimen;
An emission surface for emitting illumination light to the light source is provided,
The imaging magnification of the sample with respect to the field stop is β, the maximum numerical aperture of the objective lens corresponding to the condenser lens is NA max, and the maximum value of the real field of the objective lens corresponding to the condenser lens is Φ max , the diameter of the exit surface of the light source is d, and the angle formed by the optical path having the highest intensity and the optical path having 80% of the highest intensity among the light emitted from the light source is α. When
The microscope illumination device according to claim 3, wherein the following condition is satisfied.
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