JP2012123326A - Coaxial epi-illumination device - Google Patents

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Yoshitaka Nozaki
喜敬 野崎
Mamoru Okamura
守 岡村
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a coaxial epi-illumination device which does not impose restriction on design of an objective lens, reduces lowering of light volume at a center part even in a microscope of low magnification, and can decrease flare spots.SOLUTION: A coaxial epi-illumination device 1 is incorporated in a microscope body having an objective lens 400 which can irradiate an observation object to be imaged, with illumination light in a microscope system. The coaxial epi-illumination device 1 comprises: a light source 100 for generating irradiation light; and an illumination optical system 300 including an illumination lens which forms an image of the light source 100 on an incident surface side 410 of the objective lens 400. Moreover, the coaxial epi-illumination device 1 further comprises blocking means 600 for preventing light emission of a center part of a circular light-emitting surface 210 which emits the illumination light from the light source 100 toward the illumination optical system 300.

Description

本発明は、顕微鏡システム等のため観察対象物を人工光により照射する照明装置に関し、特に、反射光により観察画像の中心部が明るくなるフレアスポットを低減させる機能を備えた同軸落射照明装置に関する。   The present invention relates to an illumination device that irradiates an observation object with artificial light for a microscope system or the like, and more particularly to a coaxial epi-illumination device having a function of reducing a flare spot in which a central portion of an observation image is brightened by reflected light.

顕微鏡システム等は、観察光学系を備え、製造工程における高精度な位置決めおよび基板検査等に使用されている。そのような顕微鏡システムは、対物レンズ、鏡筒部および接眼レンズを有する顕微鏡本体に加えて、人工光により観察対象物を照射する照明装置と、撮像素子を有して観察対象物の撮像データを出力するカメラ等が接続される。観察対象物の撮像データは、必要に応じて、制御部内の演算素子等により画像処理及び各種演算処理が実施され、上記した位置決め処理および基板検査等に用いられる。   A microscope system or the like includes an observation optical system and is used for highly accurate positioning and substrate inspection in a manufacturing process. Such a microscope system includes an illumination device that irradiates an observation object with artificial light in addition to a microscope main body having an objective lens, a lens barrel, and an eyepiece, and an imaging device that captures imaging data of the observation object. An output camera or the like is connected. The imaging data of the observation object is subjected to image processing and various arithmetic processing by an arithmetic element or the like in the control unit as necessary, and is used for the positioning processing and the substrate inspection described above.

従来の顕微鏡システムは、例えば、リングライトガイドなどによる斜め方向からの照明によって観察対象物を照明し、カメラの感度に対して十分な光量の観察像を得ていた。しかし、金属鏡面や表面がなめらかな樹脂、半導体ウェハ等の観察対象物では、斜めからの照明では反射光がレンズに充分に入光せず、光量が不足することがあった。また、観察対象物の表面の光沢や組織の違いを観察したい場合に必要になる正反射光を出力できないという問題があった。そのような問題に対処するために、ハーフミラーを用いることで、顕微鏡システムの側面方向から入射する照明光を観察対象物に対して垂直になるように方向を変え、且つ、その際にレンズの光軸と照明の光軸を一致させて照明する同軸落射照明が知られている。そのような同軸落射照明装置では、対物レンズは、照明光を集光するコンデンサとしても機能する。   In the conventional microscope system, for example, an observation object is illuminated by illumination from an oblique direction using a ring light guide or the like, and an observation image having a sufficient amount of light with respect to the sensitivity of the camera is obtained. However, in the case of an observation target such as a resin or semiconductor wafer having a smooth metal mirror surface or surface, the reflected light does not sufficiently enter the lens when illuminated obliquely, and the amount of light may be insufficient. In addition, there is a problem in that regular reflection light necessary for observing the surface gloss or the difference in structure of the observation object cannot be output. In order to deal with such a problem, by using a half mirror, the direction of the illumination light incident from the side of the microscope system is changed to be perpendicular to the observation object, and the lens Coaxial epi-illumination is known in which the optical axis and the optical axis of the illumination are matched. In such a coaxial epi-illumination device, the objective lens also functions as a condenser that collects the illumination light.

顕微鏡システムに用いられる同軸落射照明装置は、例えば、顕微鏡本体の観察対象物側の対物レンズおよび接眼レンズ(又は撮像素子の撮像面)の間の鏡筒部に、分割プリズム(ハーフミラー)を介して側面から観察対象物に向けて照明光を、鏡筒内の光路の中心と同軸に供給できるように接続される。照明光は、例えば、光源から照明用光ファイバを介して供給される。また、顕微鏡本体は、観察対象物に対するピント合わせ機能の他に、拡大倍率を変更するための機能、例えば、レンズの位置を光路中でスライドさせて広領域(ワイド)側と狭領域(テレ)側の間の任意の倍率に変更するズーム機能を備えるものがある。また、同軸落射の照明光学系には、絞りを備えたものがあり、絞りの開閉によって、照明光を照射する範囲、照射する角度を制限できるものがある。さらに、照明する光束の端部を遮蔽し、斜め照射に近い観察を可能としているものもある。   A coaxial epi-illumination device used in a microscope system is, for example, a segmented prism (half mirror) in a lens barrel portion between an objective lens and an eyepiece lens (or an imaging surface of an imaging device) on the observation object side of the microscope body. Then, the illumination light is connected from the side surface toward the observation target so as to be supplied coaxially with the center of the optical path in the lens barrel. Illumination light is supplied from a light source via an illumination optical fiber, for example. In addition to the focusing function for the observation object, the microscope main body has a function for changing the magnification, for example, the lens position is slid in the optical path to wide and wide (tele) Some have a zoom function that changes to any magnification between the sides. Some coaxial incident illumination optical systems are provided with a stop, and there are some that can limit the illumination light irradiation range and the irradiation angle by opening and closing the stop. In addition, there are some that shield the end of the illuminating light beam and enable observation close to oblique irradiation.

ところで、同軸落射照明装置では、対物レンズをコンデンサとして用い、対物レンズを通して照明光を照射しており、対物レンズの表面で反射した光線が観察像に重畳することから、撮像素子の撮像面における観察像の中心と周辺部に大きな光量差で明るさムラが生じる。その結果、同軸落射照明装置では、中心部の画像のコントラストを低下させ、観察精度を低減させるフレアスポット(ホットスポット)が発生するという問題がある。   By the way, in the coaxial epi-illumination device, the objective lens is used as a condenser and the illumination light is irradiated through the objective lens, and the light beam reflected by the surface of the objective lens is superimposed on the observation image. Brightness unevenness occurs due to a large light amount difference between the center and the periphery of the image. As a result, the coaxial epi-illumination device has a problem that a flare spot (hot spot) is generated that lowers the contrast of the image at the center and reduces the observation accuracy.

フレアスポットは、光軸に沿って入射した照明光の大部分が対物レンズを透過する一方で、照明光の一部が対物レンズの入射側表面(背面)等で反射し、反射した照明光の一部は、反射後も光軸に沿って進み、観察に使用するカメラの撮像素子の撮像面にまで達することで発生する。また、反射光としては、その他に、撮像素子の表面に入射する光の一部が反射した反射光がさらに分割プリズム表面で再反射して撮像素子の表面に戻るものも含まれる。特に、反射光がカメラの中心部に集光される場合には、観察像の中心の光量と周辺部の光量に大きな差を有するフレアスポットが発生する。このようなフレアスポットは、近年の撮像素子の高画素化及び高感度化により、発生しやすくなってきている。   In the flare spot, most of the illumination light incident along the optical axis is transmitted through the objective lens, while a part of the illumination light is reflected on the incident side surface (back surface) of the objective lens and the reflected illumination light Some of them occur along the optical axis after reflection and reach the imaging surface of the imaging element of the camera used for observation. In addition, the reflected light includes light that is reflected from a part of the light incident on the surface of the image pickup device and re-reflected on the surface of the split prism and returns to the surface of the image pickup device. In particular, when the reflected light is collected at the center of the camera, a flare spot having a large difference between the amount of light at the center of the observed image and the amount of light at the peripheral portion is generated. Such flare spots are more likely to occur due to the recent increase in pixels and sensitivity of imaging devices.

中心と周辺部とで大きな光量差を有するフレアスポットが発生した場合、カメラが検知できる光量の範囲(最暗部と再明部の差)を上回る光量差が生じることがある。その場合は、照明光量を調整しても、中心部の白とび若しくは周辺部の黒つぶれが起こり、良質な画像を得ることが出来なくなる。   When a flare spot having a large light amount difference between the center and the peripheral portion occurs, a light amount difference exceeding the light amount range that can be detected by the camera (difference between the darkest portion and the re-bright portion) may occur. In that case, even if the amount of illumination light is adjusted, overexposure of the center part or blackening of the peripheral part occurs, and a high-quality image cannot be obtained.

このフレアスポットを軽減するために、従来は、片射フィルタ等を含む減光フィルタを撮像素子の手前に設置したり、対物レンズと撮像素子の間にλ/4波長板や偏光板を配置したり、さらにそれらを光軸から傾けて配置したり、高精度な反射防止膜を用いることが提案された。しかし、照明光の強度が強い場合や照明光が赤外域の波長の場合にはフレアスポットの除去ができず、部品点数が多くなったり、コストが高くなったり、あるいは、撮像素子の手前に配置されるフィルタ等の表面精度が悪いと解像力が低下し、位置決めを行う場合の精度が低下する問題があった。   In order to reduce this flare spot, conventionally, a neutral density filter including a one-sided filter is installed in front of the image sensor, or a λ / 4 wavelength plate or a polarizing plate is disposed between the objective lens and the image sensor. In addition, it has been proposed that they be arranged at an angle from the optical axis, or that a highly accurate antireflection film be used. However, flare spots cannot be removed when the intensity of illumination light is high or when the illumination light has an infrared wavelength, resulting in an increase in the number of parts, high costs, or placement in front of the image sensor. If the surface accuracy of the filter or the like is poor, the resolving power is lowered, and there is a problem that the accuracy in positioning is lowered.

上記の問題に対して、上記の撮像素子の手前にフィルタ等を配置しないで、各レンズの背面(反射面)の曲率半径と、反射面の後方に配置されるレンズの合成焦点距離を条件化すること、すなわち、対物レンズの設計に制限を設け、反射光が中心に集まらないよう注意深く設計することで、フレアスポットを低下させる方法が提案されている(例えば、引用文献1参照)。また、対物レンズ(コンデンサ)の瞳位置の近傍に中央の光束を遮光する遮光手段を配置する方法が提案されている(例えば、引用文献2参照)。さらに、照明の発光面の半分を覆って遮光する片射アダプタ(片射フィルタ)が知られている。片射アダプタを照明の発光面に取り付けることで、同軸落射照明下でも検出しにくい詳細な表面形状を浮き立たせることができる。   For the above problem, without placing a filter or the like in front of the image sensor, the curvature radius of the back surface (reflecting surface) of each lens and the combined focal length of the lens disposed behind the reflecting surface are conditioned. In other words, a method of reducing the flare spot by limiting the design of the objective lens and carefully designing the reflected light so that it does not collect at the center has been proposed (see, for example, cited document 1). In addition, a method has been proposed in which a light-shielding unit that shields the central light beam is disposed in the vicinity of the pupil position of the objective lens (condenser) (see, for example, cited document 2). Furthermore, a one-shot adapter (one-shot filter) that shields light by covering half of the light emitting surface of the illumination is known. By attaching the one-shot adapter to the light emitting surface of the illumination, a detailed surface shape that is difficult to detect even under the coaxial incident illumination can be raised.

特開2009−251081号公報JP 2009-251081 A 特開2006−330359号公報JP 2006-330359 A

しかし、近年の対物レンズへの仕様要求が高まるにつれ、引用文献1の方法では、対物レンズ側で対処するので、対物レンズの設計の制約を無くせないことと、既存の対物レンズを用いた顕微鏡システムを改善できないことから、レンズ設計への制限を無くす要望が高まってきている。   However, as the specification requirement for the objective lens in recent years increases, the method of the cited document 1 deals with the objective lens side, so that the restriction of the design of the objective lens cannot be eliminated, and the microscope system using the existing objective lens. Therefore, there is an increasing demand for eliminating restrictions on lens design.

また、引用文献2の方法は、あらゆる場合に問題無くフレアスポットを改善できるわけではない。引用文献2の対物レンズの瞳位置の近傍を遮蔽する方法では、光源からの照明光は対物レンズに入射する際に減少し、観察対象物からの反射光が対物レンズを通過して観察光学系に入射する際にも減少するので、照明光が往復する両方で2回減少する。そのため、その遮蔽が観察時の光量に影響がほとんど無いような場合、例えば、NAが大きく対物レンズからの出射光束が大きい顕微鏡の場合ならば、光量の低下を問題としないでフレアスポットを改善できる。しかし、例えば、顕微鏡がズーム機能を有しており、そのズーム機能で低倍率側(ワイド側)にしたときのようにNAが小さく対物レンズからの出射光束が小さい場合に、引用文献2の方法で対物レンズの瞳位置の近傍を遮蔽すると、観察画像の中心部の光量が観察に不適切なレベルに低下するという問題がある。また、片射アダプタも基本的に光量が半分になるので、光量を多く必要な場合には観察に不適切なレベルに低下してしまうという問題がある。   Further, the method of the cited document 2 cannot improve the flare spot without problems in every case. In the method of shielding the vicinity of the pupil position of the objective lens of the cited document 2, the illumination light from the light source is reduced when entering the objective lens, and the reflected light from the observation object passes through the objective lens and the observation optical system. Is also reduced when the illumination light reciprocates. Therefore, in the case where the shielding hardly affects the amount of light at the time of observation, for example, in the case of a microscope having a large NA and a large amount of light flux emitted from the objective lens, the flare spot can be improved without causing a decrease in the amount of light. . However, for example, when the microscope has a zoom function, and the NA is small and the emitted light beam from the objective lens is small as in the zoom function when the zoom lens is set to the low magnification side (wide side), the method of Reference 2 is used. If the vicinity of the pupil position of the objective lens is shielded, there is a problem that the amount of light at the center of the observation image is lowered to a level inappropriate for observation. In addition, since the amount of light is also halved in the one-shot adapter, there is a problem that when a large amount of light is required, the level is reduced to an inappropriate level for observation.

そこで本発明は、上記の課題を解決するために、対物レンズの設計に制約を設けることが無く、低倍率の顕微鏡でも観察画像の中心部の光量の低下が少なく、フレアスポットを減少させることができる同軸落射照明装置を提供することを目的とする。   Therefore, in order to solve the above-mentioned problems, the present invention does not place restrictions on the design of the objective lens, and even with a low magnification microscope, there is little decrease in the amount of light at the center of the observed image, and flare spots can be reduced. An object of the present invention is to provide a coaxial epi-illumination device.

(1)上記課題を解決するために、本発明の一実施態様に係る同軸落射照明装置は、撮像される観察対象物に照明光を照射できるコンデンサ機能を有する対物レンズを備える顕微鏡本体に組み込まれる同軸落射照明装置であって、照射光を発生する光源と、対物レンズの入射面側に光源の像を形成する照明レンズを含む照明光学系とを有し、さらに光源からの照明光を照明光学系に向けて放出する円形の発光面の中心部の発光を防ぐ遮断手段を設ける。
本実施態様によれば、遮蔽手段を設けることで、対物レンズの設計を制約することなく、フレアスポットを減少させつつ、低倍率時でも観察画像の中心部の光量低下を少なくできる。
(1) In order to solve the above-described problem, a coaxial epi-illumination device according to an embodiment of the present invention is incorporated in a microscope main body including an objective lens having a condenser function capable of irradiating illumination light onto an observation object to be imaged. A coaxial epi-illumination device, having a light source that generates irradiation light, and an illumination optical system that includes an illumination lens that forms an image of the light source on the incident surface side of the objective lens, and further illuminates the illumination light from the light source A blocking means for preventing light emission at the center of the circular light emitting surface that emits toward the system is provided.
According to this embodiment, by providing the shielding means, it is possible to reduce the decrease in the amount of light at the center of the observation image even at a low magnification while reducing the flare spot without restricting the design of the objective lens.

(2)好ましくは、本発明の一実施態様に係る同軸落射照明装置では、照射光を前記発光面まで導く導光部を有し、照明光学系は、発光面から放出された照射光を顕微鏡内の光路と同軸になるように導くようにしてもよい。
本実施態様によれば、導光部と照明光学系により、光源からの照射光を減衰量や拡散量が少なく照明光学系に導くことができる。
(2) Preferably, the coaxial epi-illumination device according to an embodiment of the present invention includes a light guide unit that guides the irradiation light to the light emitting surface, and the illumination optical system uses a microscope to emit the irradiation light emitted from the light emitting surface. You may make it guide | lead so that it may become coaxial with an inner optical path.
According to this embodiment, the light guide unit and the illumination optical system can guide the irradiation light from the light source to the illumination optical system with less attenuation and diffusion.

(3)好ましくは、本発明の一実施態様に係る同軸落射照明装置では、遮蔽手段は、発光面の中心部の発光を、発光面の直径よりも小さい直径の円形に防ぐ不透明な円板であるようにしてもよい。
本実施態様によれば、発光面の中心部の発光を、発光面の直径よりも小さい直径の円形に防ぐので、観察画像の中心部の光量低下を少なくしつつ、フレアスポットを減少させることができる。
(3) Preferably, in the coaxial epi-illumination device according to one embodiment of the present invention, the shielding means is an opaque disk that prevents light emission at the center of the light emitting surface into a circle having a diameter smaller than the diameter of the light emitting surface. There may be.
According to this embodiment, since light emission at the center of the light emitting surface is prevented to be a circle having a diameter smaller than the diameter of the light emitting surface, the flare spot can be reduced while reducing the amount of light at the center of the observation image. it can.

(4)好ましくは、本発明の一実施態様に係る同軸落射照明装置では、遮蔽手段は、照明光学系の光軸上で光源の位置から照明レンズの入射瞳を見込む円盤の直径より大きい寸法の円形であるようにしてもよい。
本実施態様によれば、遮蔽手段を照明レンズの入射瞳を見込む円盤よりも大きくするので、フレアスポットを有効に減少させることができる。
(4) Preferably, in the coaxial epi-illumination device according to one embodiment of the present invention, the shielding means has a size larger than the diameter of a disk that looks into the entrance pupil of the illumination lens from the position of the light source on the optical axis of the illumination optical system. It may be circular.
According to this embodiment, since the shielding means is larger than the disk that looks into the entrance pupil of the illumination lens, flare spots can be effectively reduced.

(5)好ましくは、本発明の一実施態様に係る同軸落射照明装置では、遮蔽手段は、発光面の照明光学系側の前面の中心部に配置された、発光面の直径よりも小さい所定直径の領域を有する不透明な円形遮蔽板であるようにしてもよい。
本実施態様によれば、円形の発光面に対して、その発光面よりも小さい直径の不透明な円形遮光板で光線の一部を遮断するので、円形の発光面の中心部を除き全方向の周囲部分から均等に光を放出させることができ、観察画像の中心部の光量低下を少なくしつつ、フレアスポットを減少させることができる。
(5) Preferably, in the coaxial epi-illumination device according to an embodiment of the present invention, the shielding means is disposed at the center of the front surface of the light emitting surface on the illumination optical system side and has a predetermined diameter smaller than the diameter of the light emitting surface. An opaque circular shielding plate having the following area may be used.
According to this embodiment, since a part of the light beam is blocked by a circular light-emitting surface with an opaque circular light-shielding plate having a diameter smaller than that of the light-emitting surface, all directions except for the central portion of the circular light-emitting surface are used. Light can be evenly emitted from the surrounding portion, and flare spots can be reduced while reducing a decrease in the amount of light at the center of the observation image.

(6)好ましくは、本発明の一実施態様に係る同軸落射照明装置では、発光面から照明光学系側へ所定距離だけ前に、発光面の直径よりも小さい所定直径の円形遮蔽手段を配置してもよい。
本実施態様によれば、発光面の直径よりも小さい所定直径の円形遮光板を発光面の所定距離だけ前に配置して光線の一部を遮断するので、低倍率時でも観察画像の中心部の光量低下を少なくしつつ、フレアスポットを減少させることができる。
(6) Preferably, in the coaxial epi-illumination device according to one embodiment of the present invention, a circular shielding means having a predetermined diameter smaller than the diameter of the light emitting surface is disposed a predetermined distance from the light emitting surface to the illumination optical system side. May be.
According to this embodiment, since the circular light shielding plate having a predetermined diameter smaller than the diameter of the light emitting surface is arranged in front of the light emitting surface by a predetermined distance to block a part of the light beam, the central portion of the observation image is obtained even at a low magnification. The flare spot can be reduced while reducing the decrease in the amount of light.

(7)好ましくは、本発明の一実施態様に係る同軸落射照明装置では、発光面は直径が3.8mmの円形であり、遮蔽手段は、直径が1.0mmの円形であり、発光面から0.7mm前に配置されてもよい。
本実施態様によれば、直径が3.8mmの円形の発光面に対し、遮蔽手段を直径1.0mmの円形にすることで、低倍率時でも観察画像の中心部の光量低下を少なくしつつ、フレアスポットを減少させることができる。
(7) Preferably, in the coaxial epi-illumination device according to an embodiment of the present invention, the light emitting surface is a circle having a diameter of 3.8 mm, and the shielding means is a circle having a diameter of 1.0 mm, from the light emitting surface. You may arrange | position 0.7 mm ahead.
According to the present embodiment, the shielding means is made circular with a diameter of 1.0 mm with respect to a circular light emitting surface with a diameter of 3.8 mm, thereby reducing a decrease in the amount of light at the center of the observation image even at a low magnification. , Flare spots can be reduced.

(8)好ましくは、本発明の一実施態様に係る同軸落射照明装置では、遮蔽手段は、発光面の中心に設けられた円形の不透明部であるようにしてもよい。
本実施態様によれば、円形の発光面の中心部に円形断面の不透明部を設け、発光面に対して、その発光面よりも小さい直径の不透明な不透明部で光線が遮られるので、円形の発光面の中心部を除き全方向の周囲部分から均等に光を放出させることができ、観察画像の中心部の光量低下を少なくしつつ、フレアスポットを減少させることができる。
(8) Preferably, in the coaxial epi-illumination device according to an embodiment of the present invention, the shielding means may be a circular opaque portion provided at the center of the light emitting surface.
According to this embodiment, an opaque portion having a circular cross section is provided at the center of the circular light emitting surface, and light rays are blocked by the opaque opaque portion having a smaller diameter than the light emitting surface. Light can be evenly emitted from the peripheral portions in all directions except for the central portion of the light emitting surface, and flare spots can be reduced while reducing the amount of light at the central portion of the observation image.

(9)好ましくは、本発明の一実施態様に係る同軸落射照明装置では、遮蔽手段は、導光部の中心に設けられた円形断面の空洞部であり、導光部の断面がドーナッツ形状であるようにしてもよい。
本実施態様によれば、円形断面の導光部の中心部に円形断面の空洞部を設け、導光部の断面がドーナッツ形状であるようにしたので、発光面に対して、その発光面よりも小さい直径の空洞部との境界面で光線が反射されて空洞部内に入射する光は少ないので、円形の発光面の中心部を除き全方向の周囲部分から均等に光を放出させることができ、観察画像の中心部の光量低下を少なくしつつ、フレアスポットを減少させることができる。
(9) Preferably, in the coaxial epi-illumination device according to an embodiment of the present invention, the shielding means is a circular cross-section cavity provided at the center of the light guide, and the light guide has a donut-shaped cross section. There may be.
According to this embodiment, since the circular cross-section hollow portion is provided at the center of the circular cross-section light guide section so that the cross-section of the light guide section has a donut shape, However, since the light beam is reflected at the boundary surface with the small-diameter cavity and the light entering the cavity is small, light can be evenly emitted from the peripheral parts in all directions except for the central part of the circular light-emitting surface. The flare spot can be reduced while reducing the decrease in the amount of light at the center of the observed image.

(10)好ましくは、本発明の一実施態様に係る同軸落射照明装置では、光学系は、発光面から放出された照射光を対物レンズの出射側(観察面側)では平行光にするテレセントリック光学系であってもよい。
本実施態様によれば、照明光学系をテレセントリック系としているので、結像位置への距離の増減によりフレアスポットの光学強度が増減することを少なくできる。
(10) Preferably, in the coaxial epi-illumination device according to an embodiment of the present invention, the optical system is a telecentric optical system that converts the irradiation light emitted from the light emitting surface into parallel light on the emission side (observation surface side) of the objective lens. It may be a system.
According to this embodiment, since the illumination optical system is a telecentric system, it is possible to reduce an increase or decrease in the optical intensity of the flare spot due to an increase or decrease in the distance to the imaging position.

本発明の同軸落射照明装置によれば、対物レンズの設計に制約を設けることが無く、既存の対物レンズにも適用でき、低倍率の顕微鏡でも観察画像の中心部の光量の低下が少なく、フレアスポットを減少させることができ、良質な画像を観察することができる。   According to the coaxial epi-illumination device of the present invention, there is no restriction on the design of the objective lens, and it can be applied to an existing objective lens. Spots can be reduced, and high-quality images can be observed.

(a)〜(c)は従来の同軸落射照明装置の光路における発光面から出射した光が顕微鏡に入射するまでの概略構成を示す図である。(A)-(c) is a figure which shows schematic structure until the light radiate | emitted from the light emission surface in the optical path of the conventional coaxial epi-illumination device injects into a microscope. (a)、(b)は従来の同軸落射照明装置から出射した光が顕微鏡の対物レンズで反射してフレアスポットを発生させる概略構成を示す図である。(A), (b) is a figure which shows schematic structure which the light radiate | emitted from the conventional coaxial epi-illumination device reflects with the objective lens of a microscope, and generates a flare spot. (a)〜(c)は従来の同軸落射照明装置から出射した光が顕微鏡の対物レンズで反射して発生されたフレアスポットを示す図である。(A)-(c) is a figure which shows the flare spot which the light radiate | emitted from the conventional coaxial epi-illumination device reflected and generate | occur | produced with the objective lens of the microscope. (a)〜(j)は従来の同軸落射照明装置において発光面の各部から出射して観察面に達する光線のスポットダイヤグラムである。(A)-(j) are the spot diagrams of the light ray which radiate | emits from each part of a light emission surface, and reaches an observation surface in the conventional coaxial epi-illumination apparatus. 図4の(a)〜(i)の各スポットのエンサークルドエネルギーを示すグラフである。It is a graph which shows the encircled energy of each spot of (a)-(i) of FIG. 従来の同軸落射照明装置顕微鏡の拡大倍率がワイド側の集中したフレアスポットを撮影した写真である。It is the photograph which image | photographed the flare spot which the magnification of the conventional coaxial epi-illumination device microscope concentrated on the wide side. (a)〜(c)は同軸落射照明装置の光路に片射アダプタを付与した発光面から出射した光が顕微鏡に入射するまでの概略構成を示す図である。(A)-(c) is a figure which shows schematic structure until the light radiate | emitted from the light emission surface which provided the one shot adapter to the optical path of a coaxial epi-illumination device injects into a microscope. (a)〜(j)は発光面に片射アダプタを付与した同軸落射照明装置において、その発光面の各部から出射して観察面に達する光線のスポットダイヤグラムである。(A)-(j) are the spot diagrams of the light ray which radiate | emits from each part of the light emission surface, and reaches | attains an observation surface in the coaxial epi-illumination apparatus which provided the single shot adapter to the light emission surface. 図8の(a)〜(i)の各スポットのエンサークルドエネルギーを示すグラフである。It is a graph which shows the encircled energy of each spot of (a)-(i) of FIG. (a)〜(j)は対物レンズの瞳位置の近傍に中央の光束を遮光する遮光手段を配置した同軸落射照明装置において、その発光面の各部から出射して観察面に達する光線のスポットダイヤグラムである。(A) to (j) are spot diagrams of light beams that are emitted from each part of the light emitting surface and reach the observation surface in a coaxial epi-illumination device in which a light shielding means for shielding the central light beam is disposed in the vicinity of the pupil position of the objective lens. It is. 図10の(a)〜(i)の各スポットのエンサークルドエネルギーを示すグラフである。It is a graph which shows the encircled energy of each spot of (a)-(i) of FIG. (a)〜(d)は本願発明の一実施形態の同軸落射照明装置の光路における発光面から出射した光が顕微鏡に入射するまでの概略構成を示す図である。(A)-(d) is a figure which shows schematic structure until the light radiate | emitted from the light emission surface in the optical path of the coaxial incident illumination apparatus of one Embodiment of this invention enters into a microscope. (a)、(b)は本願発明の同軸落射照明装置から出射した光が顕微鏡の対物レンズで反射してフレアスポットを発生させない概略構成を示す図である。(A), (b) is a figure which shows schematic structure by which the light radiate | emitted from the coaxial epi-illumination device of this invention reflects with the objective lens of a microscope, and does not generate | occur | produce a flare spot. (a)〜(j)は本願発明の軸落射照明装置の発光面の各部から出射して観察面に達する光線のスポットダイヤグラムである。(A)-(j) is the spot diagram of the light ray which radiate | emits from each part of the light emission surface of the axial epi-illumination device of this invention, and reaches an observation surface. 図14の(a)〜(i)の各スポットのエンサークルドエネルギーを示すグラフである。It is a graph which shows the encircled energy of each spot of (a)-(i) of FIG. 本願発明の軸落射照明装置で顕微鏡の拡大倍率を最も低くワイド側にした場合の集中したフレアスポットを撮影した写真である。It is the photograph which image | photographed the flare spot which concentrated when the magnification of a microscope was made into the widest side with the axial epi-illumination apparatus of this invention. (a)〜(d)は本願発明の他の実施形態の同軸落射照明装置の主要な構成を示す図である。(A)-(d) is a figure which shows the main structures of the coaxial epi-illumination device of other embodiment of this invention.

本発明における第1実施形態の について、以下に図面を参照して詳細に説明する。
<従来技術の補足説明>
図1(a)が光源から顕微鏡の対物レンズまでの概略図、図1(b)が光ファイバの発光面から観察対象物までの光路図、図1(c)が発光面から照明光学系の拡大図である。また、図2(a)が顕微鏡の拡大倍率を最も低くワイド側にした場合の集中したフレアスポットを発生させる場合の観察光学系と光路を示す図であり、図2(b)が顕微鏡の拡大倍率を最も高くテレ側にした場合の拡散したフレアスポットを発生させる場合の観察光学系と光路を示す図である。さらに、図3(a)は図2(a)に対応するワイド側にした場合の集中したフレアスポットを示す図であり、図3(c)は図2(c)に対応するテレ側にした場合の拡散したフレアスポットを示す図であり、(b)はその中間の拡大率のフレアスポット2000を示す図である。
The first embodiment of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.
<Supplementary explanation of the prior art>
1A is a schematic diagram from the light source to the objective lens of the microscope, FIG. 1B is an optical path diagram from the light emitting surface of the optical fiber to the observation object, and FIG. 1C is a diagram of the illumination optical system from the light emitting surface. It is an enlarged view. FIG. 2A is a diagram showing an observation optical system and an optical path when a concentrated flare spot is generated when the magnification of the microscope is set to the lowest side, and FIG. 2B is an enlarged view of the microscope. It is a figure which shows the observation optical system and optical path in the case of generating the diffused flare spot at the time of setting magnification to the telephoto side most. Further, FIG. 3 (a) is a diagram showing concentrated flare spots when the wide side corresponding to FIG. 2 (a) is used, and FIG. 3 (c) is the tele side corresponding to FIG. 2 (c). It is a figure which shows the flare spot which spread | diffused in the case, (b) is a figure which shows the flare spot 2000 of the intermediate magnification.

図1と図2に示された同軸落射照明装置1は、図1(b)の上側に示された撮像される観察対象物800に対して照明光を同軸に照射できるようにする装置であり、顕微鏡の対物レンズ400と観察光学系900との間に、ハーフミラー700を有する分割プリズム等を挿入することで、顕微鏡の光軸とは垂直方向から照明光を入れて顕微鏡の光軸と同軸に観察対象物800を照明するものである。光源100から出射した照明光は、円形断面の導光部である光ファイバ200により円形の発光面210まで導光され、発光面210から照明光が照明光学系300に向けて放出される。照明光は、図1(c)に示すように発光面210の中心部からも周辺部からも放出される。光ファイバ200は、光源100からの照射光を減衰量や拡散量が少なく照明光学系300に導くことができ、単一のファイバでも、複数のファイバをバンドルしたものでもよい。   The coaxial epi-illumination device 1 shown in FIG. 1 and FIG. 2 is a device that enables illumination light to be irradiated coaxially to the observation object 800 to be imaged shown in the upper side of FIG. By inserting a splitting prism having a half mirror 700 between the microscope objective lens 400 and the observation optical system 900, illumination light enters from the direction perpendicular to the optical axis of the microscope and is coaxial with the optical axis of the microscope. The observation object 800 is illuminated. Illumination light emitted from the light source 100 is guided to the circular light emitting surface 210 by the optical fiber 200 that is a light guide section having a circular cross section, and the illumination light is emitted from the light emitting surface 210 toward the illumination optical system 300. The illumination light is emitted from both the central part and the peripheral part of the light emitting surface 210 as shown in FIG. The optical fiber 200 can guide the irradiation light from the light source 100 to the illumination optical system 300 with little attenuation and diffusion, and may be a single fiber or a bundle of a plurality of fibers.

照明光学系300は、発光面210から放出された照明光を、顕微鏡内の光路と同軸になるように、顕微鏡内の対物レンズ400まで導く。また、照明光学系300は、発光面210から放出された照射光を、対物レンズ400の出射面側(観察面側)から平行光で出射させるテレセントリック光学系である。照明光学系300をテレセントリック系とすることで、結像位置への距離の増減によるフレアスポット2000の光学強度の増減を少なくしている。さらに、照明光学系300は、内部の照明レンズにより、対物レンズ400の入射面側410に光源100の像を形成する。   The illumination optical system 300 guides the illumination light emitted from the light emitting surface 210 to the objective lens 400 in the microscope so as to be coaxial with the optical path in the microscope. The illumination optical system 300 is a telecentric optical system that emits irradiation light emitted from the light emitting surface 210 as parallel light from the exit surface side (observation surface side) of the objective lens 400. By making the illumination optical system 300 a telecentric system, the increase and decrease of the optical intensity of the flare spot 2000 due to the increase and decrease of the distance to the imaging position is reduced. Furthermore, the illumination optical system 300 forms an image of the light source 100 on the incident surface side 410 of the objective lens 400 by an internal illumination lens.

対物レンズ400は、照明光を観察対象物800に集光させるコンデンサ機能を有し、観察対象物800からの反射光を観察光学系900に入光させる。観察光学系900は、拡大倍率を広角(ワイド)側から狭角(テレ)側まで変更できる倍率変更光学系910を有し、カメラ(不図示)の撮像素子1000上に観察対象物800の像を結像させることができる。   The objective lens 400 has a condenser function for condensing illumination light on the observation object 800, and causes reflected light from the observation object 800 to enter the observation optical system 900. The observation optical system 900 includes a magnification changing optical system 910 that can change the magnification from a wide angle (wide) side to a narrow angle (tele) side, and an image of the observation object 800 on an image sensor 1000 of a camera (not shown). Can be imaged.

一方、上記したように、照明光学系300から放出された照明光の一部は対物レンズ400の表面で反射される。反射された照明光は、観察対象物800からの反射光と共に観察光学系900に入光される。対物レンズ400からの反射光は、撮像素子1000上に観察対象物800の観察像に重畳され、重畳部の輝度を上げる。図2(a)のように顕微鏡の拡大倍率をワイド側にした場合には、対物レンズ400からの反射光は観察光学系900により集光されて、図3(a)に示したように撮像素子1000上にフレアスポット2000を発生させる。図3(a)の場合は、撮像素子1000の撮像面における観察像の中心と周辺部が大きな光量差となり、大きな明るさ(輝度)のムラが生じる。その結果、同軸落射照明装置1が、顕微鏡観察画像の中心部の画像のコントラストを低下させ、観察精度を低減させるフレアスポット(ホットスポット)2000を発生させてしまう。それに対して図2(b)のように顕微鏡の拡大倍率をテレ側にした場合には、対物レンズ400からの反射光は観察光学系900により拡散されるので、図3(c)のようにフレアスポット2000を発生させる割合は少なくなる。図3(b)は、上記両者の中間の拡大率のフレアスポット2000を示している。   On the other hand, as described above, part of the illumination light emitted from the illumination optical system 300 is reflected by the surface of the objective lens 400. The reflected illumination light enters the observation optical system 900 together with the reflected light from the observation object 800. The reflected light from the objective lens 400 is superimposed on the observation image of the observation object 800 on the image sensor 1000 to increase the luminance of the superimposed portion. When the magnification of the microscope is set to the wide side as shown in FIG. 2 (a), the reflected light from the objective lens 400 is collected by the observation optical system 900 and imaged as shown in FIG. 3 (a). A flare spot 2000 is generated on the element 1000. In the case of FIG. 3A, there is a large light amount difference between the center and the peripheral part of the observation image on the imaging surface of the image sensor 1000, and large brightness (luminance) unevenness occurs. As a result, the coaxial epi-illumination apparatus 1 generates a flare spot (hot spot) 2000 that lowers the contrast of the image at the center of the microscope observation image and reduces the observation accuracy. On the other hand, when the magnification of the microscope is set to the tele side as shown in FIG. 2B, the reflected light from the objective lens 400 is diffused by the observation optical system 900, and as shown in FIG. The rate at which the flare spot 2000 is generated decreases. FIG. 3B shows a flare spot 2000 having an enlargement ratio between the above two.

図4(a)が発光面の中心のスポット図、図4(b)が発光面の中心から0.5mm上のスポット図、図4(c)が発光面の中心から1.0mm上のスポット図、図4(d)が発光面の中心から1.5mm上のスポット図、図4(e)が発光面の中心から1.9mm上のスポット図、図4(f)が発光面の中心から0.5mm下のスポット図、図4(g)が発光面の中心から1.0mm下のスポット図、図4(h)が発光面の中心から1.5mm下のスポット図、図4(i)が発光面の中心から1.9mm下のスポット図、図4(j)が(a)〜(i)を重ねた図である。図5は、図4の(a)〜(i)の各スポットのエンサークルドエネルギーを示しており、発光面の中心(x=0.0、y=0.0)から上下に1.5mmのスポットまではほぼ同様であり、発光面から出射した光線は、観察面の中心から半径5000μmの円内に到達します。発光面の中心から上下に1.9mm以上では観察面に光線が到達しないことを示す。図6は、図3(a)の拡大倍率を最も低くワイド側にした場合の集中したフレアスポット2000を撮影した写真である。このように、拡大倍率をワイド側にした場合には、フレアスポット2000の影響により、撮像素子1000の撮像面における観察像を明確に観察できなかった。   4A is a spot diagram at the center of the light emitting surface, FIG. 4B is a spot diagram at 0.5 mm above the center of the light emitting surface, and FIG. 4C is a spot at 1.0 mm above the center of the light emitting surface. 4 (d) is a spot diagram 1.5mm above the center of the light emitting surface, FIG. 4 (e) is a spot diagram 1.9mm above the center of the light emitting surface, and FIG. 4 (f) is the center of the light emitting surface. 4 (g) is a spot diagram 1.0 mm below the center of the light emitting surface, FIG. 4 (h) is a spot diagram 1.5mm below the center of the light emitting surface, FIG. i) is a spot diagram 1.9 mm below the center of the light emitting surface, and FIG. 4 (j) is a diagram in which (a) to (i) are superimposed. FIG. 5 shows the encircled energy of each of the spots (a) to (i) in FIG. 4, and 1.5 mm vertically from the center of the light emitting surface (x = 0.0, y = 0.0). The light beam emitted from the light-emitting surface reaches the inside of a circle with a radius of 5000 μm from the center of the observation surface. It indicates that the light beam does not reach the observation surface at 1.9 mm or more above and below the center of the light emitting surface. FIG. 6 is a photograph taken of a concentrated flare spot 2000 when the enlargement magnification of FIG. As described above, when the enlargement magnification is set to the wide side, the observation image on the imaging surface of the imaging device 1000 cannot be clearly observed due to the influence of the flare spot 2000.

<従来技術の補足説明:従来の参考例1(片射アダプタ)>
図7(a)が光源から顕微鏡の対物レンズまでの概略図、図7(b)が光ファイバの発光面から観察対象物までの光路図、図7(c)が発光面から照明光学系の拡大図である。また、図8(a)が発光面の中心のスポット図、図8(b)が発光面の中心から0.5mm上のスポット図、図8(c)が発光面の中心から1.0mm上のスポット図、図8(d)が発光面の中心から1.5mm上のスポット図、図8(e)が発光面の中心から1.9mm上のスポット図、図8(f)が発光面の中心から0.5mm下のスポット図、図8(g)が発光面の中心から1.0mm下のスポット図、図8(h)が発光面の中心から1.5mm下のスポット図、図8(i)が発光面の中心から1.9mm下のスポット図、図8(j)が(a)〜(i)を重ねた図である。図9は、上下に1.9mm以上の地点および発光面の中心から下側半分から出射した光線は、観察面に到達しないことを示す。
<Supplementary Description of Conventional Technology: Conventional Reference Example 1 (One-shot Adapter)>
7A is a schematic diagram from the light source to the objective lens of the microscope, FIG. 7B is an optical path diagram from the light emitting surface of the optical fiber to the observation object, and FIG. 7C is a diagram of the illumination optical system from the light emitting surface. It is an enlarged view. 8A is a spot diagram at the center of the light emitting surface, FIG. 8B is a spot diagram 0.5 mm above the center of the light emitting surface, and FIG. 8C is 1.0 mm above the center of the light emitting surface. 8 (d) is a spot diagram 1.5 mm above the center of the light emitting surface, FIG. 8 (e) is a spot diagram 1.9mm above the center of the light emitting surface, and FIG. 8 (f) is a light emitting surface. FIG. 8 (g) is a spot diagram 1.0mm below the center of the light emitting surface, FIG. 8 (h) is a spot diagram 1.5mm below the center of the light emitting surface, FIG. 8 (i) is a spot diagram 1.9 mm below the center of the light emitting surface, and FIG. 8 (j) is a diagram in which (a) to (i) are superimposed. FIG. 9 shows that a light beam emitted from the lower half of the light emitting surface from a point of 1.9 mm or more and the center of the light emitting surface does not reach the observation surface.

参考例1では、同軸落射照明下でも検出しにくい詳細な表面形状を浮き立たせるために、照明の発光面210に、照明の発光面210の半分を覆って遮光する片射アダプタ(片射フィルタ)500を取り付けている。この発光面210と照明光学系300の間に片射アダプタ500を設けることで、理論上は発光面の半分の面積の照射光のみが撮像素子1000に到達する。しかし、図8と図4との比較からわかるように、実際は、発光面の半分の(a)〜(d)が完全に無くなることに加え、(f)の光量も一部減少しており、有効な照明光が半分以下になっている。従って、片射アダプタを使用する参考例1では、全体的に光量が減少し、中心部の光量も減少するので、フレアスポット2000の影響を低減させることができる可能性はあるが、全体的な光量や中心部の光量が不足することや、光量がカットされた片側の観察像の撮像に必要な光量が不足するため、良質な画像を観察することができなくなる可能性があり、特に光量を多く必要な場合には観察に不適切なレベルに低下してしまうという問題がある。   In Reference Example 1, in order to make a detailed surface shape that is difficult to detect even under coaxial epi-illumination stand out, a one-way adapter (one-shot filter) that covers the light-emitting surface 210 of the illumination and covers half of the light-emitting surface 210 of the illumination. 500 is attached. By providing the one-shot adapter 500 between the light emitting surface 210 and the illumination optical system 300, theoretically, only irradiation light having an area half the light emitting surface reaches the image sensor 1000. However, as can be seen from the comparison between FIG. 8 and FIG. 4, in fact, in addition to the fact that (a) to (d) of the half of the light emitting surface are completely eliminated, the amount of light in (f) is also partially reduced. The effective illumination light is less than half. Therefore, in Reference Example 1 using the one-shot adapter, the amount of light is reduced as a whole and the amount of light at the center is also reduced. Therefore, there is a possibility that the influence of the flare spot 2000 can be reduced. There is a possibility that it will not be possible to observe a good quality image because the amount of light and the amount of light at the center are insufficient, or the amount of light necessary to capture an observation image on one side with the light amount cut is insufficient. When many are required, there is a problem that the level drops to an inappropriate level for observation.

<従来技術の補足説明:従来の参考例2(特許文献2)>
図10(a)が発光面の中心のスポット図、図10(b)が発光面の中心から0.5mm上のスポット図、図10(c)が発光面の中心から1.0mm上のスポット図、図10(d)が発光面の中心から1.5mm上のスポット図、図10(e)が発光面の中心から1.9mm上のスポット図、図10(f)が発光面の中心から0.5mm下のスポット図、図10(g)が発光面の中心から1.0mm下のスポット図、図10(h)が発光面の中心から1.5mm下のスポット図、図10(i)が発光面の中心から1.9mm下のスポット図、図10(j)が(a)〜(i)を重ねた図である。また、図11は、上下に1.9mm以上の地点および発光面の中心から出射した光線は観察面に到達しないが、それ以外の各点から出射した光線は観察面の中心から半径5000μmの円内に到達し、上記の従来技術と同様に、観察に必要な照明が行なわれていることを示す。
<Supplementary Description of Conventional Technology: Conventional Reference Example 2 (Patent Document 2)>
10A is a spot diagram at the center of the light emitting surface, FIG. 10B is a spot diagram at 0.5 mm above the center of the light emitting surface, and FIG. 10C is a spot at 1.0 mm above the center of the light emitting surface. 10D is a spot diagram 1.5 mm above the center of the light emitting surface, FIG. 10E is a spot diagram 1.9 mm above the center of the light emitting surface, and FIG. 10F is the center of the light emitting surface. 10 (g) is a spot diagram 1.0 mm below the center of the light emitting surface, FIG. 10 (h) is a spot diagram 1.5mm below the center of the light emitting surface, FIG. i) is a spot diagram 1.9 mm below the center of the light emitting surface, and FIG. 10 (j) is a diagram in which (a) to (i) are superimposed. In addition, FIG. 11 shows that light rays emitted from a point of 1.9 mm or more up and down and the center of the light emitting surface do not reach the observation surface, but light rays emitted from other points are circles having a radius of 5000 μm from the center of the observation surface. It is shown that the illumination necessary for observation is performed in the same manner as in the above-described prior art.

この場合、対物レンズ400の瞳位置の近傍に中央の光束を遮光する遮光手段を配置している。従って、光源100から出射した照明光は、光ファイバ200と照明光学系300を経由して対物レンズ400に入射する際に遮光手段で中央の光束を遮光するだけでなく、一旦、観察対象物800に当たり、そこからの反射光が再度対物レンズ400を通過して観察光学系900に入射する前に、中央の光束を遮光手段で遮光するので、照明光が対物レンズ400に入射する際と、出射する際の往復で2回遮光する。例えば、NAが大きく対物レンズ400からの出射光束が大きい顕微鏡の場合ならば、対物レンズ400の瞳位置の近傍を遮蔽することは観察時の光量に影響がほとんど無い。従って、その場合であれば、光量の低下を問題としないでフレアスポット2000を改善できる。   In this case, light shielding means for shielding the central light beam is disposed in the vicinity of the pupil position of the objective lens 400. Therefore, when the illumination light emitted from the light source 100 enters the objective lens 400 via the optical fiber 200 and the illumination optical system 300, not only the central light beam is shielded by the light shielding means but also the observation object 800 once. In this case, before the reflected light from the light passes through the objective lens 400 again and enters the observation optical system 900, the central light beam is shielded by the light shielding means. The light is shielded twice during the reciprocation. For example, in the case of a microscope having a large NA and a large light flux emitted from the objective lens 400, shielding the vicinity of the pupil position of the objective lens 400 has little effect on the amount of light during observation. Therefore, in that case, the flare spot 2000 can be improved without causing a decrease in the amount of light.

しかし、引用文献2の方法で対物レンズ400の瞳位置の近傍を遮蔽する場合、例えば、NAが小さい対物レンズ400で、顕微鏡のズーム機能で低倍率側(ワイド側)にしたときには、対物レンズからの出射光束が小さく、観察画像の中心部の光量が観察に不適切なレベルに低下するという問題がある。   However, when the vicinity of the pupil position of the objective lens 400 is shielded by the method of the cited document 2, for example, when the objective lens 400 having a small NA is set to the low magnification side (wide side) with the zoom function of the microscope, the objective lens 400 There is a problem that the amount of emitted light is small, and the amount of light at the center of the observation image is lowered to a level inappropriate for observation.

<第1実施形態>
図12(a)が光源から顕微鏡の対物レンズまでの概略図、図12(b)が光ファイバの発光面から観察対象物までの光路図、図12(c)が発光面から照明光学系の拡大図であり、(d)が(c)の発光面と遮蔽物を顕微鏡側から見た図である。また、図13(a)が顕微鏡の拡大倍率を最も低くワイド側にした場合の集中したフレアスポットを発生させない場合の光学系と光路を示す図であり、図13(b)が顕微鏡の拡大倍率を最も高くテレ側にした場合の拡散したフレアスポットを発生させない場合の光学系と光路を示す図である。また、図14(a)が発光面の中心のスポット図、図14(b)が発光面の中心から0.5mm上のスポット図、図14(c)が発光面の中心から1.0mm上のスポット図、図14(d)が発光面の中心から1.5mm上のスポット図、図14(e)が発光面の中心から1.9mm上のスポット図、図14(f)が発光面の中心から0.5mm下のスポット図、図14(g)が発光面の中心から1.0mm下のスポット図、図14(h)が発光面の中心から1.5mm下のスポット図、図14(i)が発光面の中心から1.9mm下のスポット図、図14(j)が(a)〜(i)を重ねた図である。また、図15は、発光面の中心から上下に1.9mm以上の地点および発光面の中心から出射した光線は観察面に到達しないが、それ以外の各点から出射した光線は観察面の中心から半径5000μmの円内に到達し、上記の従来技術と同様に、観察に必要な照明が行なわれていることを示す。図16は、図6に示した従来の構成により撮影した観察像を、本発明の第1実施形態の構成を用いて撮影しなおした写真である。図16の写真では、従来の図6の写真では非常に強く現れていたフレアスポット2000の影響が非常に少なくなっており、撮像素子1000上に結像する観察対象物800の像が明確になっていることが確認できる。
<First Embodiment>
12A is a schematic diagram from the light source to the objective lens of the microscope, FIG. 12B is an optical path diagram from the light emitting surface of the optical fiber to the observation object, and FIG. 12C is a diagram of the illumination optical system from the light emitting surface. It is an enlarged view and (d) is the figure which looked at the light emission surface and shielding object of (c) from the microscope side. FIG. 13A is a diagram showing an optical system and an optical path when a concentrated flare spot is not generated when the magnification of the microscope is set to the lowest side, and FIG. 13B is a magnification of the microscope. It is a figure which shows the optical system and optical path in the case of not generating the diffused flare spot at the time of making it the tele side most. 14A is a spot diagram at the center of the light emitting surface, FIG. 14B is a spot diagram 0.5 mm above the center of the light emitting surface, and FIG. 14C is 1.0 mm above the center of the light emitting surface. 14 (d) is a spot diagram 1.5 mm above the center of the light emitting surface, FIG. 14 (e) is a spot diagram 1.9mm above the center of the light emitting surface, and FIG. 14 (f) is the light emitting surface. FIG. 14 (g) is a spot diagram 1.0mm below the center of the light emitting surface, FIG. 14 (h) is a spot diagram 1.5mm below the center of the light emitting surface, FIG. 14 (i) is a spot diagram 1.9 mm below the center of the light emitting surface, and FIG. 14 (j) is a diagram in which (a) to (i) are superimposed. Further, FIG. 15 shows that light rays emitted from a point of 1.9 mm or more above and below the center of the light emitting surface and the center of the light emitting surface do not reach the observation surface, but light rays emitted from other points are the center of the observation surface. It reaches the inside of a circle with a radius of 5000 μm and shows that the illumination necessary for the observation is performed in the same manner as in the prior art. FIG. 16 is a photograph of an observation image taken with the conventional configuration shown in FIG. 6 and taken again using the configuration of the first embodiment of the present invention. In the photograph of FIG. 16, the influence of the flare spot 2000, which appeared very strongly in the conventional photograph of FIG. 6, is very small, and the image of the observation object 800 formed on the image sensor 1000 becomes clear. Can be confirmed.

本発明の第1実施形態では、上記した従来の構成に加え、光源100からの照明光を照明光学系300に向けて放出する円形の発光面210の中心部の発光を防ぐ遮断手段を設けている。遮蔽手段は、発光面210の照明光学系300側の前面の中心部に配置され、発光面210の直径よりも小さい所定直径の領域を有する不透明な円板である円形遮蔽板600であり、発光面210の中心部の発光を、発光面210の直径よりも小さい直径の円形に防ぐことができる。発光面210の直径よりも小さい直径の円形とは、例えば、照明光学系300の光軸上で発光面210の位置から、照明光学系300内の照明レンズの入射瞳を見込む円盤の直径より大きい寸法の円形とする。   In the first embodiment of the present invention, in addition to the conventional configuration described above, a blocking means for preventing light emission at the center of the circular light emitting surface 210 that emits illumination light from the light source 100 toward the illumination optical system 300 is provided. Yes. The shielding means is a circular shielding plate 600 that is an opaque disc that is disposed in the center of the front surface of the light emitting surface 210 on the side of the illumination optical system 300 and has a predetermined diameter smaller than the diameter of the light emitting surface 210. Light emission at the center of the surface 210 can be prevented in a circular shape having a diameter smaller than the diameter of the light emitting surface 210. The circular shape having a diameter smaller than the diameter of the light emitting surface 210 is larger than, for example, the diameter of a disk that looks into the entrance pupil of the illumination lens in the illumination optical system 300 from the position of the light emitting surface 210 on the optical axis of the illumination optical system 300. The dimensions are circular.

本実施形態では、発光面210の直径よりも小さい所定直径の円形遮蔽板600を、発光面210から照明光学系300側へ所定距離だけ前に配置する。具体的には、例えば、発光面210の直径が3.8mmの円形である場合、遮蔽手段600は、直径が1.0mmの円形であり、発光面210から0.7mm前に配置される。   In the present embodiment, the circular shielding plate 600 having a predetermined diameter smaller than the diameter of the light emitting surface 210 is disposed in front of the light emitting surface 210 toward the illumination optical system 300 by a predetermined distance. Specifically, for example, when the light emitting surface 210 has a circular shape with a diameter of 3.8 mm, the shielding unit 600 has a circular shape with a diameter of 1.0 mm, and is disposed 0.7 mm before the light emitting surface 210.

このように、本実施形態では、光源100からの照射光を放出する円形の発光面210から0.7mm前方に直径1mmの円形の遮蔽板600を置き、発光面210の中心(光軸との交点)から発した光線を遮断することで、対物レンズ400の入射口において光軸に沿って入射する照明光が消失する。その一方で、遮蔽物を置いたことにより、対物レンズ400に入射する全照明光量の減衰は20%以下であり、照明光の利用効率を損なうことなく、効果的にフレアスポット2000を取り除くことができる。なお、遮蔽板600の配置は、発光面210から0.7mm前方に限らず、例えば、1mm前方でもよく、同様な結果を得ることができる。   As described above, in the present embodiment, the circular shielding plate 600 having a diameter of 1 mm is placed 0.7 mm ahead of the circular light emitting surface 210 that emits the irradiation light from the light source 100, and the center of the light emitting surface 210 (with respect to the optical axis). By blocking the light emitted from the intersection point), the illumination light incident along the optical axis at the entrance of the objective lens 400 disappears. On the other hand, by placing the shield, the attenuation of the total illumination light amount incident on the objective lens 400 is 20% or less, and the flare spot 2000 can be effectively removed without impairing the use efficiency of the illumination light. it can. Note that the arrangement of the shielding plate 600 is not limited to 0.7 mm forward from the light emitting surface 210 but may be 1 mm forward, for example, and similar results can be obtained.

上記した本実施態様によれば、円形の発光面に対して、その発光面210の前に、その発光面210の直径よりも小さい直径で照明レンズの入射瞳を見込む円盤よりも大きい不透明な円形遮蔽板600を設ける。これにより本実施態様では、発光面210の中心部の発光の一部を、円形に遮断して射出を防ぐが、その円形の発光面210の中心部を除けば、発光面210の全方向の周囲部分から均等に光を放出させることができる。その発光の遮断は、参考例2の場合と異なり、発光面210からの射出時の1回のみであり、その後は光量が減らないが、中心部の光量のみは確実に減少させることができる。従って、本実施形態では、対物レンズ400の設計を制約することなく、低倍率時でも観察画像の中心部の光量低下を少なくしつつ、フレアスポット2000を有効に減少させることができる。   According to the present embodiment described above, an opaque circular shape that is larger than the circular light-emitting surface, which is larger than the disk that looks at the entrance pupil of the illumination lens with a diameter smaller than the diameter of the light-emitting surface 210 before the light-emitting surface 210. A shielding plate 600 is provided. Thus, in this embodiment, a part of the light emission at the central portion of the light emitting surface 210 is cut off in a circular shape to prevent emission, but except for the central portion of the circular light emitting surface 210, the light emitting surface 210 is omnidirectional. Light can be evenly emitted from the surrounding portion. Unlike the case of the reference example 2, the light emission is interrupted only once at the time of emission from the light emitting surface 210. Thereafter, the amount of light is not reduced, but only the amount of light at the center can be surely reduced. Therefore, in the present embodiment, the flare spot 2000 can be effectively reduced while reducing the light amount reduction in the central portion of the observation image even at a low magnification without restricting the design of the objective lens 400.

<第1実施形態の応用例>
図17(a)が円形の発光面の中心に円形の不透明部を設けた場合の図であり、図17(b)〜(d)は導光部の中心に円形断面の空洞部を設けた場合の図であり、図17(d)は図17(c)の導光部が複数のファイバーを束ねたバンドルファイバーであり、出光側で各ファイバーを外側に偏らせることでバンドルファイバーの中心に空洞部を設けた場合の図である。
<Application example of the first embodiment>
FIG. 17A is a diagram in the case where a circular opaque portion is provided at the center of the circular light emitting surface, and FIGS. 17B to 17D are provided with a hollow portion having a circular cross section at the center of the light guide portion. FIG. 17D is a bundle fiber in which a plurality of fibers are bundled by the light guide unit in FIG. 17C, and each fiber is biased outward on the light output side, thereby centering the bundle fiber. It is a figure at the time of providing a cavity part.

応用例1の同軸落射照明装置1では、遮蔽手段は、発光面210の中心に設けられた円形の不透明部215であり、特に、発光面210とは別体の円形遮蔽板600ではなく、発光面210の中心に、例えば貼着される。あるいは、導光部200の中心に不透明な導光部を設けてもよい。本応用例1によれば、円形の発光面210の中心部に円形断面の不透明部215を設け、発光面210に対して、その発光面210よりも小さい直径の不透明な不透明部215で光線が遮られる。そのため円形の発光面210の中心部を除き全方向の周囲部分から均等に光を放出させることができ、上記した実施形態と同様に、観察画像の中心部の光量低下を少なくしつつ、フレアスポット2000を減少させることができる。   In the coaxial epi-illumination device 1 of the application example 1, the shielding means is a circular opaque portion 215 provided in the center of the light emitting surface 210, and in particular, the light emitting surface 210 is not a separate circular shielding plate 600 but a light emitting device. For example, it is attached to the center of the surface 210. Alternatively, an opaque light guide may be provided at the center of the light guide 200. According to the first application example, the opaque portion 215 having a circular cross section is provided at the center of the circular light emitting surface 210, and light is transmitted to the light emitting surface 210 by the opaque opaque portion 215 having a smaller diameter than the light emitting surface 210. Blocked. Therefore, light can be evenly emitted from the peripheral portions in all directions except the central portion of the circular light emitting surface 210, and the flare spot can be reduced while reducing the amount of light at the central portion of the observation image, as in the above-described embodiment. 2000 can be reduced.

応用例2の同軸落射照明装置1では、遮蔽手段は、導光部200の中心に設けられた円形断面の空洞部250であり、導光部200の断面がドーナッツ形状としている。本応用例2によれば、円形断面の導光部200の中心部に円形断面の空洞部250を設け、導光部200の断面がドーナッツ形状であるようにした。この場合、発光面210に対して、その発光面210よりも小さい直径の空洞部250との境界面で光線が全反射されて空洞部250内に入射する光は少なくなる。また、図17(d)のように導光部200を複数のファイバーを束ねたバンドルファイバーとした場合には、入光側はそのまま束ねるが、出光側においては、各ファイバーを外側に偏らせることでバンドルファイバーの中心に空洞部を設けて束ねるようにすることで、出光側の中心に円形断面の空洞部250を設けることができる。従って、円形の発光面210の中心部を除き全方向の周囲部分から均等に光を放出させることができ、上記した実施形態と同様に、観察画像の中心部の光量低下を少なくしつつ、フレアスポット2000を減少させることができる。   In the coaxial epi-illumination device 1 of the application example 2, the shielding means is a hollow section 250 having a circular cross section provided at the center of the light guide section 200, and the cross section of the light guide section 200 has a donut shape. According to the second application example, the hollow section 250 having a circular cross section is provided at the center of the light guide section 200 having a circular cross section so that the cross section of the light guide section 200 has a donut shape. In this case, the light beam is totally reflected at the boundary surface between the light emitting surface 210 and the cavity portion 250 having a smaller diameter than that of the light emitting surface 210, so that the amount of light entering the cavity portion 250 is reduced. In addition, when the light guide unit 200 is a bundle fiber in which a plurality of fibers are bundled as shown in FIG. 17D, the light incident side is bundled as it is, but on the light output side, each fiber is biased outward. Thus, a hollow portion 250 having a circular cross section can be provided at the center on the light output side by forming a bundle at the center of the bundle fiber. Accordingly, light can be evenly emitted from the peripheral portions in all directions except the central portion of the circular light emitting surface 210, and the flare is reduced while reducing the amount of light at the central portion of the observation image as in the above-described embodiment. Spot 2000 can be reduced.

本実施形態では、発光面の中心部の前方に遮蔽板を設ける場合を示し、応用例では発光面の中心部に不透明部を設ける例、導光部の中心に不透明部を設ける例を示したが、本発明はそれに限らず、発光部と照明光学系の間の光路において中心部の光を遮断できる方法であればよい。なお、本発明は、上述の実施の形態例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲であれば、種々の変更が可能であることは言うまでもない。   In the present embodiment, a case where a shielding plate is provided in front of the center portion of the light emitting surface is shown, and in the application example, an example in which an opaque portion is provided in the center portion of the light emitting surface and an example in which an opaque portion is provided in the center of the light guide portion are shown. However, the present invention is not limited to this, and any method can be used as long as it can block the light at the center in the optical path between the light emitting unit and the illumination optical system. It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and it goes without saying that various modifications can be made without departing from the gist of the present invention.

1 同軸落射照明装置、
100 光源、
200 光ファイバ、
210 発光面、
215 不透明部、
250 空洞部、
300 照明光学系、
400 対物レンズ、
410 入射面側、
500 片射アダプタ(片射フィルタ)、
600 遮蔽板、
700 ハーフミラー、
800 観察対象物、
900 観察光学系、
910 倍率変更光学系、
1000 撮像素子、
2000 フレアスポット(ホットスポット)。
1 coaxial epi-illumination device,
100 light sources,
200 optical fiber,
210 light emitting surface,
215 opaque part,
250 cavity,
300 Illumination optics,
400 objective lens,
410 incident surface side,
500 One shot adapter (one shot filter),
600 shielding plate,
700 half mirror,
800 observation object,
900 observation optical system,
910 magnification changing optical system,
1000 image sensor,
2000 Flare spot (hot spot).

Claims (10)

顕微鏡システムで撮像される観察対象物に照明光を照射できる対物レンズを備える顕微鏡本体に組み込まれる同軸落射照明装置であって、
照射光を発生する光源と、
前記対物レンズの入射面側に前記光源の像を形成する照明レンズを含む照明光学系と
を有し、
さらに前記光源からの照明光を前記照明光学系に向けて放出する円形の発光面の中心部の発光を防ぐ遮断手段を設ける
ことを特徴とする同軸落射照明装置。
A coaxial epi-illumination device incorporated in a microscope body provided with an objective lens capable of irradiating illumination light onto an observation object imaged by a microscope system,
A light source that generates illumination light;
An illumination optical system including an illumination lens that forms an image of the light source on the incident surface side of the objective lens;
The coaxial epi-illumination device further comprises a blocking means for preventing light emission from a central portion of a circular light emitting surface that emits illumination light from the light source toward the illumination optical system.
前記照射光を前記発光面まで導く導光部を有し、
前記照明光学系は、前記発光面から放出された照射光を顕微鏡内の光路と同軸になるように導く
ことを特徴とする請求項1に記載の同軸落射照明装置。
A light guide part for guiding the irradiation light to the light emitting surface;
The coaxial incident illumination device according to claim 1, wherein the illumination optical system guides the irradiation light emitted from the light emitting surface so as to be coaxial with an optical path in the microscope.
前記遮蔽手段は、前記発光面の中心部の発光を、前記発光面の直径よりも小さい直径の円形に防ぐ不透明な円板である
ことを特徴とする請求項1又は2に記載の同軸落射照明装置。
3. The coaxial epi-illumination according to claim 1, wherein the shielding unit is an opaque disc that prevents light emission at a central portion of the light emitting surface into a circular shape having a diameter smaller than the diameter of the light emitting surface. apparatus.
前記遮蔽手段は、前記照明光学系の光軸上で前記発光面の位置から前記照明レンズの入射瞳を見込む円盤の直径より大きい寸法の円形である
ことを特徴とする請求項1乃至3の何れか1項に記載の同軸落射照明装置。
4. The method according to claim 1, wherein the shielding unit is a circle having a size larger than a diameter of a disk that looks into the entrance pupil of the illumination lens from the position of the light emitting surface on the optical axis of the illumination optical system. The coaxial epi-illumination device according to claim 1.
前記遮蔽手段は、前記発光面の照明光学系側の前面の中心部に配置された、前記発光面の直径よりも小さい所定直径の領域を有する不透明な円形遮蔽板である
ことを特徴とする請求項1乃至4の何れか1項に記載の同軸落射照明装置。
The shielding means is an opaque circular shielding plate having a region with a predetermined diameter smaller than the diameter of the light emitting surface, which is disposed at the center of the front surface of the light emitting surface on the illumination optical system side. Item 5. The coaxial incident illumination device according to any one of Items 1 to 4.
前記円形遮蔽板は、前記発光面の前面から前記対物レンズ側に所定距離だけ離して配置される
ことを特徴とする請求項5に記載の同軸落射照明装置。
The coaxial epi-illumination device according to claim 5, wherein the circular shielding plate is disposed at a predetermined distance from the front surface of the light emitting surface toward the objective lens.
前記発光面は直径が3.8mmの円形であり、
前記遮蔽手段は、直径が1.0mmの円形であり、発光面から0.7mm前に配置される
ことを特徴とする請求項1乃至6の何れか1項に記載の同軸落射照明装置。
The light emitting surface is circular with a diameter of 3.8 mm,
The coaxial epi-illumination device according to any one of claims 1 to 6, wherein the shielding means has a circular shape with a diameter of 1.0 mm and is disposed 0.7 mm before the light emitting surface.
前記遮蔽手段は、前記発光面の中心に設けられた円形の不透明部である
ことを特徴とする請求項1乃至4の何れか1項に記載の同軸落射照明装置。
The coaxial incident illumination device according to any one of claims 1 to 4, wherein the shielding means is a circular opaque portion provided in the center of the light emitting surface.
前記遮蔽手段は、前記導光部の中心に設けられた円形断面の空洞部であり、
前記導光部の断面がドーナッツ形状である
ことを特徴とする請求項1乃至4の何れか1項に記載の同軸落射照明装置。
The shielding means is a hollow section having a circular cross section provided at the center of the light guide section,
5. The coaxial epi-illumination device according to claim 1, wherein the light guide section has a donut shape in cross section.
前記照明光学系は、発光面から放出された照射光を前記対物レンズの出射面側では平行光にするテレセントリック光学系である
ことを特徴とする請求項1乃至9の何れか1項に記載の同軸落射照明装置。
10. The telecentric optical system according to claim 1, wherein the illumination optical system is a telecentric optical system that converts the irradiation light emitted from the light emitting surface into parallel light on the exit surface side of the objective lens. Coaxial epi-illumination device.
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