JP2013190760A

JP2013190760A - 顕微鏡用照明装置

Info

Publication number: JP2013190760A
Application number: JP2012058909A
Authority: JP
Inventors: Takehiko Hayashi; 健彦林
Original assignee: Olympus Corp
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 2012-03-15
Filing date: 2012-03-15
Publication date: 2013-09-26

Abstract

【課題】クリティカル照明と、照明の均一性を従来よりも向上させたケーラー照明とを、簡易な構成で容易に切り替えることができる顕微鏡用照明装置を提供する。
【解決手段】光束が通過する光路上に挿脱可能に設けられ、複数のレンズ要素を並べて形成された第１及び第２のレンズアレイ面ＬＳ１、ＬＳ２を含むレンズアレイ光学系ＬＡ１を有する第１照明光学系１４と、第１照明光学系１４を透過した光束を標本ＳＰに向けて照射する対物レンズ１９ａと、レンズアレイ光学系ＬＡ１が光路上に挿入された状態で各レンズ要素の光軸が光束の光軸ＯＡと平行であるようにレンズアレイ光学系ＬＡ１を位置決めする位置決め機構１４ａとを備え、第２レンズアレイ面ＬＳ２はレンズアレイ光学系ＬＡ１の後側焦点位置に位置し、レンズアレイ光学系ＬＡ１が所定領域に挿入された状態で、第２レンズアレイ面ＬＳ２の位置は、集光光学系１９ａの前側焦点位置と共役関係にある。
【選択図】図２

Description

本発明は、顕微鏡において観察対象を照明する照明光を発生する顕微鏡用照明装置に関する。

顕微鏡において標本等の観察対象を照明する代表的な照明方法として、クリティカル照明とケーラー照明とが知られている。
クリティカル照明は、光源像を標本面に結像させる照明方法であり、明るい（即ち、強度の強い）照明を実現することができる。しかしながら、標本面における明るさの分布は、光源の物理的な広がりにおける輝度分布（以下、光源の輝度分布という）に依存してしまい、不均一となる。より詳細には、光源の輝度分布と顕微鏡の投影倍率とによって決まる光源像の輝度分布が、そのまま標本上での明るさの分布となる。このため、クリティカル照明を用いる場合、標本を均一に照明することが困難である。

一方、ケーラー照明は、対物レンズの瞳位置に光源像を結像させる照明方法であり、標本面には視野絞りの像が形成される。ケーラー照明の場合、照明光の明るさはクリティカル照明に及ばないが、標本面における明るさの分布は光源の輝度分布に依存しないため、標本面をより均一に照明することができる。

このように、照明の明るさと均一性との間にはトレードオフの関係が存在する。ただし、顕微鏡においては一般に照明の均一性がより重視されるため、ケーラー照明が幅広く用いられている。

しかしながら、例えば、部分的な領域の明るさを重視するのであればクリティカル照明を用い、視野全体の照明の均一性を重視するのであればケーラー照明を用いるというように、観察目的に応じ、１台の照明装置で照明方法を切り換えることができれば便利である。例えば特許文献１には、このようなクリティカル照明とケーラー照明との間で切り替え可能な光源装置が開示されている。

ところで、ケーラー照明の場合、光源の輝度分布に依存した照明の不均一性を抑制することはできるが、光源から出射する光束における光軸に対する角度に応じた光度特性（以下、配光特性という）に依存した照明の不均一性を抑制することはできないという問題があった。このような問題に対し、例えば特許文献２には、ケーラー照明における照明の均一性をさらに改善する技術として、レンズアレイ（フライアイレンズ）を用いて照明光を分割して、複数の光源像を形成することにより、光源の配光特性に依存した照明の不均一性を抑制する顕微鏡照明装置が開示されている。

特開２００５−２１５５２２号公報特開２００４−４１６９号公報

上述したクリティカル照明とケーラー照明との間で切り替え可能な光源装置においても、ケーラー照明における光源の配向特性に依存した照明の不均一性を改善することができれば好ましい。しかしながら、従来、クリティカル照明と、配向特性に依存した照明の不均一性が抑制されたケーラー照明との間で切り替え可能な光源装置に関する技術は知られていなかった。

また、クリティカル照明とケーラー照明との間で切り替え可能な従来の光源装置に対し、照明の不均一性を改善するために、例えば特許文献２のようにレンズアレイを設けようとすると、光学系の構成が煩雑になってしまう。反対に、レンズアレイを設けた光源装置に対し、例えば使用する対物レンズの瞳に応じて光学系を調整するなどしても、クリティカル照明まで切り替えることはできない。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、クリティカル照明と、光源の配向特性に起因する照明の不均一性を改善させたケーラー照明とを、簡易な構成で容易に切り替えることができる顕微鏡用照明装置を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る顕微鏡用照明装置は、光源と、前記光源から出射した光束を透過させる照明光学系であって、前記光束が通過する光路上に該光路に対して挿脱可能に設けられ、光軸が互いに平行な複数のレンズ要素をそれぞれ並列に並べて形成された第１及び第２のレンズアレイ面であって前記光路に沿って並べて配置された第１及び第２のレンズアレイ面を含み、前記光束を透過させるレンズアレイ光学系を有する照明光学系と、前記照明光学系を透過した前記光束を標本に向けて照射する集光光学系と、前記レンズアレイ光学系が前記光路上の所定領域に挿入された状態で前記複数のレンズ要素の各光軸が前記光束の光軸と平行であるように、前記レンズアレイ光学系を位置決めする位置決め機構と、を備え、前記第２レンズアレイ面は、前記レンズアレイ光学系の後側焦点位置に位置し、前記レンズアレイ光学系が前記所定領域に挿入された状態で、前記第２レンズアレイ面の位置は、前記集光光学系の前側焦点位置と共役関係にあることを特徴とする。

上記顕微鏡用照明装置は、前記レンズアレイ光学系が前記所定領域に挿入された状態において、ケーラー照明と等価であり、前記レンズアレイ光学系が前記所定領域から抜去された状態において、クリティカル照明と等価であることを特徴とする。

上記顕微鏡用照明装置は、前記レンズアレイ光学系を挿脱する挿脱機構をさらに備えることを特徴とする。

本発明によれば、第１及び第２のレンズアレイ面を含むレンズアレイ光学系を、光束が通過する光路上の所定領域に該光路に対して挿脱可能に設けると共に、第２レンズアレイ面をレンズアレイ光学系の後側焦点位置に位置させ、レンズアレイ光学系が所定領域に挿入された状態で第２レンズアレイ面の位置が集光光学系の前側焦点位置と共役関係にあるように光学系を構成するので、クリティカル照明と、光源の配向特性に起因する照明の不均一性が抑制されたケーラー照明とを、簡易な構成で容易に切り替え可能な顕微鏡用照明装置を実現することが可能となる。

図１は、本発明の実施の形態に係る顕微鏡の構成を模式的に示す一部断面図である。図２は、図１に示す落射照明光学系と光学的に等価な構成においてケーラー照明を行っている状態を示す模式図である。図３は、図１に示す落射照明光学系と光学的に等価な構成においてクリティカル照明を行っている状態を示す模式図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、これら実施の形態によって本発明が限定されるものではない。また、各図面の記載において、同一部分には同一の符号を付して示している。図面は模式的なものであり、各部の寸法の関係や比率は、現実と異なることに留意する必要がある。図面の相互間においても、互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれる。

（実施の形態）
図１は、本発明の実施の形態に係る顕微鏡の構成を模式的に示す一部断面図である。
図１に示すように、本発明の実施の形態に係る顕微鏡システム１は、顕微鏡本体１０及び顕微鏡本体１０の動作を制御する制御装置３０を備える。

顕微鏡本体１０は、標本ＳＰが載置される標本ステージ１１と、標本ステージ１１の下方に配置された筐体１２と、筐体１２に取り付けられた落射照明用の光源１３と、光源１３から出射した光束（以下、照明光という）を標本ＳＰに導く第１照明光学系１４と、筐体１２上に設けられた透過照明支柱１５と、透過照明支柱１５に取り付けられた透過照明用の光源１６と、光源１６から出射した光束（以下、照明光という）を標本ＳＰに導く第２照明光学系１７と、第２照明光学系１７に導かれた照明光を標本ＳＰに集光するコンデンサレンズ１８と、レボルバ１９に保持された対物レンズ１９ａ、１９ｂと、対物レンズ１９ａを透過した観察光を接眼レンズ２１の方向に導く観察光学系２０と、観察光を入射させて標本の観察像を表す画像データを生成するＣＣＤ等の撮像素子（図示せず）とを備える。

なお、図１に示す顕微鏡本体１０は、標本ＳＰの上方から透過照明光を照射し、又は標本ＳＰの下方から落射照明光を照射する所謂倒立型の顕微鏡であるが、顕微鏡本体１０における観察方式は倒立型に限定されず、本実施の形態を正立型に適用しても良い。

標本ステージ１１は、対物レンズ１９ａの光軸ＯＢと直交する平面（ＸＹ平面）において移動可能に設けられている。また、標本ステージ１１には、該標本ステージ１１を光軸ＯＢに沿って移動させる焦準用モータ１０８が取り付けられている。この焦準用モータ１０８には焦準用モータ駆動部（図示せず）が設けられており、制御装置３０を介した電気的な制御により標本ステージ１１を上下方向に移動させて合焦を行うことが可能となっている。なお、筐体１２には、標本ステージ１１を上下方向に移動させる焦準ハンドル１１０も設けられており、手動で合焦操作を行うことも可能である。

標本ステージ１１下方の筐体１２内には、レボルバ１９によって交換可能に保持された複数の対物レンズ１９ａ、１９ｂが配置されている。レボルバ１９には、図示しない複数の孔部が設けられており、各孔部には、互いに倍率が異なる対物レンズ１９ａ、１９ｂが挿入されている。なお、図１においては、レボルバ１９に２つの対物レンズ１９ａ、１９ｂが挿入されている状態を示しているが、レボルバ１９には、孔部の数に応じてさらに多くの（例えば、５つ）対物レンズを設けることも可能である。

光源１３は、標本ＳＰを蛍光観察したり、標本ＳＰの反射光を観察する際に用いられる光源であり、例えば、紫外領域の照明光を発生する。
第１照明光学系１４は、光軸ＯＡ上に配置された各種光学素子（コレクタレンズＬ１〜リレーレンズＬ４ｂ等）と、ハーフミラーＭ１とを含み、光源１３から出射した照明光を、クリティカル照明とケーラー照明との間で切り替え可能な方式で標本ＳＰに照射する。第１照明光学系１４の内部の構成及び作用については後述する。

この内、ハーフミラーＭ１は、光軸ＯＡに沿って光源１３の方向から入射する照明光を対物レンズ１９ａの方向に反射すると共に、光軸ＯＢに沿って対物レンズ１９ａの方向から入射する観察光をそのまま透過させる。即ち、ハーフミラーＭ１は、標本ＳＰに落射照明光を照射する際には第１照明光学系１４の一部として作用すると共に、標本ＳＰを経て対物レンズ１９ａを透過した観察光を結像レンズ２０１の方向に導く観察光学系２０の一部として作用する。

なお、標本ＳＰを蛍光観察する際には、光源１３から出射した照明光のうち、所定の波長成分を透過させると共に、標本ＳＰにおいて発生した蛍光光のうち、所定の波長成分のみを透過させる蛍光フィルタカセットを、ハーフミラーＭ１と対物レンズ１９ａとの間に挿入しても良い。

光源１６は、標本ＳＰを透過観察する際に用いられる光源であり、可視領域の照明光を発生する。
第２照明光学系１７は、光軸ＯＣ上に配置された各種光学素子（コレクタレンズＬ１〜リレーレンズＬ４ｂ等）と、光軸ＯＡに沿って光源１６の方向から入射する照明光を標本ＳＰの方向に反射する反射ミラーＭ２とを含み、光源１６から出射した照明光を、クリティカル照明とケーラー照明との間で切り替え可能な方式で標本ＳＰに照射する。なお、第２照明光学系１７の内部の詳細な構成及び作用については後述する。
コンデンサレンズ１８は、反射ミラーＭ２によって反射された照明光を標本ＳＰに集光する。

観察光学系２０は、ハーフミラーＭ１を透過した観察光を結像する結像レンズ２０１と、光路切換プリズム２０２と、反射ミラー２０３と、リレーレンズ２０４〜２０６とを含む。

光路切換プリズム２０２は、ハーフミラーＭ１を透過した観察光の一部を分岐し、撮像素子（図示せず）に入射させる。結像レンズ２０１は、光路切換プリズム２０２によって分岐される観察光を撮像素子が有する受光面において結像させる。撮像素子が受光した観察光は、電子信号に変換され、標本ＳＰの画像データとして制御装置３０に出力される。

反射ミラー２０３は、光路切換プリズム２０２を透過した観察光を反射し、光路ＯＤ上に設けられた複数のリレーレンズ２０４〜２０４を介して接眼レンズ２１に入射させる。ユーザは、接眼レンズ２１を介して、標本ＳＰの拡大像を観察することができる。

制御装置３０は、例えば、パーソナルコンピュータやワークステーション等によって構成される。制御装置３０は、当該顕微鏡システム１に対する種々の命令や情報の入力を受け付ける入力部や、当該制御装置３０が実行する各種プログラム及び該プログラムの実行中に使用される各種情報を記憶するメモリや、顕微鏡本体１０において取得された標本ＳＰの観察像を表示するＬＣＤや有機ＥＬ等のディスプレイからなる表示部（いずれも図示せず）とを備える。また、制御装置３０は、制御信号の入出力を行なうＩ／Ｏポートや、これらの各部を互いに接続するデータバス（いずれも図示せず）を備えており、当該制御装置３０に接続される各種周辺装置（例えば、焦準用モータ駆動部や後述する挿脱機構１４ａ等）に対し、これらのＩ／Ｏポートやデータバスを介して制御を行う。

次に、標本ＳＰに落射照明光を照射する落射照明光学系の構成について、図２及び図３を参照しながら説明する。本実施の形態において、落射照明光学系は、光源１３と、第１照明光学系１４と、対物レンズ１９ａとを含み、ケーラー照明とクリティカル照明とを切り替え可能な構成をなしている。図２及び図３は、図１に示す落射照明光学系と光学的に等価な構成を示す模式図である。

第１照明光学系１４は、光源１３側から標本面Ｏ側に向かって順に、光源１３から出射した照明光ＢＭ０をコリメートするコレクタレンズＬ１と、レンズアレイＬ２及びレンズアレイＬ３を含むレンズアレイ光学系ＬＡ１と、リレーレンズＬ４ａ及びリレーレンズＬ４ｂを含むリレー光学系Ｌ４と、ハーフミラーＭ１とを含んでいる。また、リレーレンズＬ４ａとリレーレンズＬ４ｂとの間には、視野絞りＬ５が配置されている。さらに、ハーフミラーＭ１によって反射された光路の下流側に、標本ＳＰ内の所望の面（例えば表面）である標本面Ｏに照明光を集光する対物レンズ１９ａが配置されている。

この内、レンズアレイ光学系ＬＡ１には、該レンズアレイ光学系ＬＡ１を照明光ＢＭ０の光路に対して挿脱する挿脱機構１４ａが設けられている。挿脱機構１４ａは、レンズアレイ光学系ＬＡ１を駆動するモータ等を含み、制御装置３０の制御の下で動作する。レンズアレイ光学系ＬＡ１を照明光ＢＭ０の光路に挿入することで（図２参照）、ケーラー照明が実現され、レンズアレイ光学系ＬＡ１を該光路から抜去することで（図３参照）、クリティカル照明が実現される。

レンズアレイＬ２及びＬ３は共に、複数のレンズ要素を各レンズ要素の光軸と直交する面内に、各光軸が互いに平行になるように並列に敷き詰めて形成されたレンズアレイ面と、該レンズアレイ面の反対側に設けられ、各レンズ要素の光軸と直交する平面とを有する光学素子である。以下、レンズアレイＬ２のレンズアレイ面を第１レンズアレイ面ＬＳ１と呼び、レンズアレイＬ３のレンズアレイ面を第２レンズアレイ面ＬＳ２と呼ぶ。なお、第１レンズアレイ面ＬＳ２及びＬＳ３に並べられた複数のレンズ要素の数は同じである。

レンズアレイＬ２及びＬ３は、照明光ＢＭ０の光路に沿って並列に配置されている。このうち、レンズアレイＬ２は、上流側（光源１３側）に第１レンズアレイ面ＬＳ１を向け、下流側（標本面Ｏ側）に平面を向けて配置されている。また、レンズアレイＬ３は、上流側に平面を向け、下流側に第２レンズアレイ面ＬＳ２を向けて配置されている。この第２レンズアレイ面ＬＳ２は、レンズアレイ光学系ＬＡ１の後側焦点位置に位置している。

また、レンズアレイ光学系ＬＡ１には、光軸ＯＡに対する該レンズアレイ光学系ＬＡ１を位置決めする位置決め機構１４ｂが設けられている。位置決め機構１４ｂは、具体的には、当て付け面や位置決め用ピンやクリック部材等の部材を含み、レンズアレイ光学系ＬＡ１の各レンズ要素の光軸が照明光ＢＭ０の光軸ＯＡと平行であるように位置決めを行う。

このような落射照明光学系において、各光学素子は互いに次のような位置関係をなしている。まず、第１レンズアレイ面ＬＳ１は対物レンズ１９ａの後側焦点位置と共役となる位置に配置される。また、視野絞りＬ５も、対物レンズ１９ａの後側焦点位置と共役となる位置に配置される。従って、第１レンズアレイ面ＬＳ１と対物レンズ１９ａの後側焦点位置と視野絞りＬ５とは互いに共役関係をなす。なお、図２は、対物レンズ１９ａの後側焦点位置を標本面Ｏに設定している例を示している。また、第２レンズアレイ面ＬＳ２は、対物レンズ１９ａの瞳面Ｅ１（即ち、前側焦点位置）と共役となる位置に配置される。

次に、本実施の形態に係る落射照明光学系の作用について説明する。
図２に示す第１照明状態において、光源１３から出射した照明光ＢＭ０は、コレクタレンズＬ１により略平行光となるように調整されてレンズアレイ光学系ＬＡ１に入射する。レンズアレイ光学系ＬＡ１において、照明光ＢＭ０はレンズアレイ面ＬＳ１によって複数の照明光に分割され、分割された各照明光（以下、分割光という）ＢＭ１、ＢＭ２、…は、第２レンズアレイ面ＬＳ２上に集光する。それにより、第２レンズアレイ面ＬＳ２上には、レンズ要素の数と同じ数の光源像Ｓ１が形成される。

ここで、各光源像Ｓ１は、光源１３から出射する照明光ＢＭ０の一部であって、且つ、光源１３からの出射角度が所定範囲である分割光ＢＭ１、ＢＭ２、…により形成されている。また、複数の光源像Ｓ１間では、光源１３からの出射角度の範囲が互いに異なっている。例えば、光軸ＯＡ上に形成される光源像Ｓ１は、光軸ＯＡに対する出射角度が比較的小さな（例えば、角度範囲０〜θ₁）分割光ＢＭ１から形成されている。それに対して、光軸ＯＡからずれた位置に形成される光源像Ｓ１は、光軸ＯＡに対する出射角度が分割光ＢＭ１よりも大きな（例えば、角度範囲θ₁〜θ₂、θ₁＜θ₂）分割光ＢＭ２から形成されている。このため、レンズアレイ光学系ＬＡ１において照明光ＢＭ０を分割することにより、光源１３における光源像Ｓ０の配光特性も分割されて各光源像Ｓ１に引き継がれる。

このような光源像Ｓ１をそれぞれ形成する分割光ＢＭ１、ＢＭ２、…は、リレー光学系Ｌ４によりリレーされ、ハーフミラーＭ１により反射されて対物レンズ１９ａの瞳面Ｅ１に光源像Ｓ２を形成する。なお、図２においては、図を簡単にするため、レンズアレイ光学系ＬＡ１の下流側では、光源１３からの出射角度の範囲が０〜θ₁及びθ₁〜θ₂である分割光ＢＭ１、ＢＭ２のみを示している。

光源像Ｓ２をそれぞれ形成する分割光ＢＭ１、ＢＭ２は、さらに、対物レンズ１９ａにより集束されて、標本ＳＰの標本面Ｏを照明する。それにより、照明光ＢＭ０からの出射角度に応じた配光特性を有する複数の光源像Ｓ２が標本面Ｏにおいて重ね合わせられる。その結果、標本面Ｏにおいて、光源１３の配光特性に依存した照明の不均一性が抑制される。

このように、照明光ＢＭ０の光路上にレンズアレイ光学系ＬＡ１を配置した第１照明状態においては、照明光ＢＭ０を第１レンズアレイ面ＬＳ１において複数の分割光ＢＭ１、ＢＭ２、…に一旦分割して、第２レンズアレイ面ＬＳ２上に複数の光源像Ｓ１を形成した後、これらの光源像Ｓ１（即ち、光源像Ｓ２）を標本面Ｏにおいて再び重ね合わせるので、光源１３の輝度分布に依存する照明の不均一性に加えて、光源の配光特性に依存する照明の不均一性も抑制することができる。従って、均一性の高い照明を実現することが可能となる。

次に、図３に示す第２照明状態について説明する。上述したように、第２照明状態においては、挿脱機構１４ａによりレンズアレイ光学系ＬＡ１が照明光ＢＭ０の光路から抜去される。このため、光源１３から出射した照明光ＢＭ０は、コレクタレンズＬ１により略平行光となるように調整された後、リレー光学系Ｌ４、ハーフミラーＭ１、及び対物レンズ１９ａを介して、標本面Ｏに照射される。従って、この場合、光源１３の光源像Ｓ０がそのまま、リレーレンズＬ４ａによって視野絞りＬ５上に光源像Ｓｂとしてリレーされ、さらに、リレーレンズＬ４ｂ及び対物レンズ１９ａを介して、標本面Ｏ上に光源像Ｓ０と同じ光源像Ｓｃが形成される。即ち、クリティカル照明を実現することができる。

以上説明したように、本発明の実施の形態によれば、レンズアレイ光学系ＬＡ１を照明光ＢＭ０の光路に挿脱可能に設けることにより、ケーラー照明とクリティカル照明とを容易に切り替え可能な顕微鏡用光源装置を実現することができる。ここで注目すべき点として、レンズアレイ光学系ＬＡ１の光軸に対する位置の再現精度は、一般的な機械加工精度で実現できる範囲で良く、特別高い精度は必要ないことである。

より詳細には、一般的なケーラー照明においては、光源像Ｓ０の中心を対物レンズ１９ａの瞳面Ｅ１の中心と一致させ、かつ対物レンズ１９ａの光軸ＯＢに対して主光線（図２においては分割光ＢＭ１）のなす角度をゼロにすることが求められる。これに対し、本実施の形態においては、第１照明光学系１４において、レンズアレイ光学系ＬＡ１の中心軸が照明光ＢＭ０の光軸ＯＡからずれたとしても、両者が平行である限り、対物レンズ１９ａに入射する分割光ＢＭ１の光軸と対物レンズ１９ａの光軸ＯＢがなす角度は、ずれることはなく、両光軸は互いに平行のままとなる。

また、レンズアレイ光学系ＬＡ１により対物レンズ１９ａの瞳面Ｅ１上に形成される複数の光源像Ｓ２は、瞳面Ｅ１上に２次元的に一定の密度で分布するので、レンズアレイ光学系ＬＡ１の中心軸が光軸ＯＡからずれたとしても、両者が平行である限り、光源像Ｓ２の全体的な輝度重心に影響を及ぼすことはなく、標本面Ｏに対する照明光に問題が生じることはない。従って、挿脱機構１４ａ及び位置決め機構１４ｂの具体的な構成に対し、高精度の位置の再現性は要求されず、角度の再現性を優先にした設計で挿脱機構１４ａ及び位置決め機構１４ｂを構成すれば良い。

次に、標本ＳＰに透過照明光を照射する透過照明光学系の構成について説明する。本実施の形態において、透過照明光学系は、光源１６と、第２照明光学系１７と、コンデンサレンズ１８とを含み、ケーラー照明とクリティカル照明とを切り替え可能な構成をなしている。

このような透過照明光学系の構成は、図２及び図３に示す構成と光学的に等価である。ただし、図２及び図３に示すハーフミラーＭ１及び対物レンズ１９ａの代わりに、反射ミラーＭ２及びコンデンサレンズ１８（いずれも図１参照）が用いられる。また、透過照明光学系の作用についても、図２及び図３を参照しながら説明したものと同様である。

以上説明したように、本実施の形態によれば、光軸ＯＡに対してレンズアレイ光学系ＬＡ１を挿脱することにより、ケーラー照明とクリティカル照明とを選択的に切り替えることが可能となる。また、ケーラー照明においては、光源１３又は光源１６の輝度分布に依存する照明の不均一性と配光特性に依存する照明の不均一性との両方が抑制された、均一性の高い照明を実現することができる。

なお、本実施の形態においては、レンズアレイ光学系ＬＡ１を２つのレンズアレイＬ２及びＬ３によって構成したが、レンズアレイ光学系を１つのレンズアレイによって構成しても良い。具体的には、複数のレンズ要素からなるレンズアレイ面を両側に有し、一方のレンズアレイ面が他方のレンズアレイ面の後側焦点位置となるように設計されたレンズアレイを用いれば良い。

また、本実施の形態においては、レンズアレイＬ２及びレンズアレイＬ３の各々を、同一形状の複数のレンズ要素からなる周期的な構造体として形成したが、必ずしも周期的な構造体としなくても良い。具体的には、レンズアレイＬ２及びレンズアレイＬ３は、光源１３又は光源１６から出射した照明光ＢＭ０を分割した際に、光源像Ｓ０における輝度分布や配光特性も分割できる構造を有していればよい。

また、本実施の形態においては、リレー光学系Ｌ４により照明光（分割光ＢＭ１、ＢＭ２、…）をリレーしているが、リレー光学系Ｌ４は省略することも可能である。この場合、レンズアレイ面ＬＳ２と対物レンズ１９ａの瞳面Ｅ１が一致するように、照明光学系を構成すればよい。

以上説明した本発明の実施の形態は、光源１３及び光源１６として、放電管を含む光源を用いた場合に特に効果的であるが、第１照明光学系１４及び第２照明光学系１７において使用される光源は放電管を有する光源に限定されない。

また、レンズアレイ光学系ＬＡ１に設けられる挿脱機構１４ａは、手動又は電動のどちらでも構わない。
また、挿脱機構１４ａを、レンズアレイ光学系ＬＡ１を照明光ＢＭ０の光路に挿入した状態と抜去した状態とを切り替え可能なターレット式としても良い。或いは、挿脱機構１４ａを、レンズアレイ光学系ＬＡ１を顕微鏡本体１０から完全に取り外したり、逆に、レンズアレイ光学系ＬＡ１を顕微鏡本体１０に後から取り付けることができるような取り付け治具や締結ボルト等を含む取り付け部で構成しても良い。

また、本実施の形態において、開口絞りを対物レンズ１９ａ（又はコンデンサレンズ１８）と共役な位置に配置し、開口絞り又は視野絞りをレンズアレイ光学系ＬＡ１の挿脱と連動させて、最適な絞りとなるように変化させることとしても良い。

また、本実施の形態において、レンズアレイ光学系ＬＡ１を光軸ＯＡから抜去した際に、代わりに、例えば別のレンズやプリズム等の光学部材を照明光ＢＭ０の光路に挿入しても良い。それにより、光学設計の自由度をさらに向上させ、任意のクリティカル照明等を実現することが可能となる。この場合、レンズアレイ光学系ＬＡ１の挿脱と連動して上記光学部材を照明光ＢＭ０の光路に挿入する挿入機構を設けると良い。

以上説明した実施の形態は、本発明を実施するための例にすぎず、本発明はこれらに限定されるものではない。また、本発明は、上記実施の形態及びそのバリエーションとして開示されている複数の構成要素を適宜組み合わせることによって、種々の発明を形成できる。本発明は、仕様等に応じて種々変形することが可能であり、更に本発明の範囲内において、他の様々な実施の形態が可能である。

１顕微鏡システム
１０顕微鏡本体
１０８焦準用モータ
１１標本ステージ
１１０焦準ハンドル
１２筐体
１３、１６光源
１４第１照明光学系
１４ａ挿脱機構
１４ｂ位置決め機構
１５透過照明支柱
１７第２照明光学系
１８コンデンサレンズ
１９レボルバ
１９ａ、１９ｂ対物レンズ
２０観察光学系
２０１結像レンズ
２０２光路切換プリズム
２０３反射ミラー
２０４〜２０６リレーレンズ
２１接眼レンズ
３０制御装置
Ｌ１コレクタレンズ
Ｌ２、Ｌ３レンズアレイ
Ｌ４リレー光学系
Ｌ４ａ、Ｌ４ｂリレーレンズ
ＬＡ１レンズアレイ光学系
ＬＳ１、ＬＳ２レンズアレイ面
Ｍ１ハーフミラー
Ｍ２反射ミラー

Claims

光源と、
前記光源から出射した光束を透過させる照明光学系であって、前記光束が通過する光路上に該光路に対して挿脱可能に設けられ、光軸が互いに平行な複数のレンズ要素をそれぞれ並列に並べて形成された第１及び第２のレンズアレイ面であって前記光路に沿って並べて配置された第１及び第２のレンズアレイ面を含み、前記光束を透過させるレンズアレイ光学系を有する照明光学系と、
前記照明光学系を透過した前記光束を標本に向けて照射する集光光学系と、
前記レンズアレイ光学系が前記光路上の所定領域に挿入された状態で前記複数のレンズ要素の各光軸が前記光束の光軸と平行であるように、前記レンズアレイ光学系を位置決めする位置決め機構と、
を備え、
前記第２レンズアレイ面は、前記レンズアレイ光学系の後側焦点位置に位置し、
前記レンズアレイ光学系が前記所定領域に挿入された状態で、前記第２レンズアレイ面の位置は、前記集光光学系の前側焦点位置と共役関係にあることを特徴とする顕微鏡用照明装置。
前記レンズアレイ光学系が前記所定領域に挿入された状態において、ケーラー照明と等価であり、
前記レンズアレイ光学系が前記所定領域から抜去された状態において、クリティカル照明と等価であ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。
前記レンズアレイ光学系を挿脱する挿脱機構をさらに備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の顕微鏡用照明装置。