JP2016151737A - Microscope illumination device and microscope - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、顕微鏡に採用される照明装置（以降、顕微鏡照明装置と記す）、及び、顕微鏡に関する。 The present invention relates to an illumination device (hereinafter referred to as a microscope illumination device) employed in a microscope and a microscope.
顕微鏡照明装置に含まれる光学系には、光源から出射した光を光学系に取り込むコレクタレンズが含まれている。コレクタレンズは一般的に複雑な形状を有しているため、製造原価を抑えることが難しい。このことが、顕微鏡照明装置の製造原価の低減を妨げる一要因となっている。顕微鏡照明装置に関連する技術は、例えば、特許文献１に記載されている。 The optical system included in the microscope illumination device includes a collector lens that takes light emitted from the light source into the optical system. Since the collector lens generally has a complicated shape, it is difficult to reduce the manufacturing cost. This is one factor that hinders the reduction of the manufacturing cost of the microscope illumination device. A technique related to the microscope illumination apparatus is described in Patent Document 1, for example.
特許文献１に記載の技術によれば、コレクタレンズのレンズ面に耐熱処理を施す必要がないため、照明装置の製造原価を低減させることができる。ただし、この技術は、コレクタレンズ自体の製造原価を低減させるものではない。このため、コレクタレンズ自体の製造原価を低減することで、照明装置の製造原価をさらに低減する技術が求められている。 According to the technique described in Patent Document 1, since it is not necessary to perform a heat treatment on the lens surface of the collector lens, the manufacturing cost of the lighting device can be reduced. However, this technique does not reduce the manufacturing cost of the collector lens itself. For this reason, there is a need for a technique for further reducing the manufacturing cost of the lighting device by reducing the manufacturing cost of the collector lens itself.
一方、顕微鏡に求められる照明性能は観察倍率によって異なっている。低倍から高倍までの広い観察倍率範囲にわたって良好な観察を実現するためには、顕微鏡照明装置に含まれるコレクタレンズの役割は極めて重要である。 On the other hand, the illumination performance required for the microscope varies depending on the observation magnification. In order to realize good observation over a wide observation magnification range from low magnification to high magnification, the role of the collector lens included in the microscope illumination device is extremely important.
以上のような実情を踏まえ、本発明は、製造原価を低減可能であり、低コストで広い観察倍率範囲内で良好な照明が可能な顕微鏡照明装置及び顕微鏡を提供することを目的とする。 In light of the circumstances as described above, an object of the present invention is to provide a microscope illumination apparatus and a microscope that can reduce the manufacturing cost and can perform good illumination within a wide observation magnification range at a low cost.
本発明の第１の態様は、照明光を出射する光源と、前記照明光を標本へ照射するコンデンサレンズと、前記光源と前記コンデンサレンズの間に配置された、それぞれ正のパワーを有する２枚のレンズからなるコレクタレンズと、を備え、前記コレクタレンズは、当該コレクタレンズの後側焦点位置を、前記コレクタレンズのレンズ面であって前記光源に最も近いレンズ面と前記コレクタレンズのレンズ面であって前記コンデンサレンズに最も近いレンズ面の間に有する顕微鏡照明装置を提供する。 According to a first aspect of the present invention, there are provided a light source that emits illumination light, a condenser lens that irradiates the specimen with the illumination light, and two sheets each having a positive power disposed between the light source and the condenser lens. A collector lens composed of the following lens: the collector lens has a rear focal position of the collector lens at the lens surface of the collector lens closest to the light source and the lens surface of the collector lens. A microscope illumination device is provided between the lens surfaces closest to the condenser lens.
本発明の第２の態様は、第１の態様に記載の顕微鏡照明装置において、前記コレクタレンズのレンズ面であって前記光源に最も近いレンズ面と前記コレクタレンズの後側焦点位置との距離をＦＢとし、前記コレクタレンズの焦点距離をＦとするとき、以下の条件式を満たす顕微鏡照明装置を提供する。
０＜ＦＢ／Ｆ≦０．３
According to a second aspect of the present invention, in the microscope illumination apparatus according to the first aspect, the distance between the lens surface of the collector lens that is closest to the light source and the rear focal position of the collector lens is set. Provided is a microscope illumination apparatus that satisfies the following conditional expression, where FB is F and the focal length of the collector lens is F.
0 <FB / F ≦ 0.3
本発明の第３の態様は、第１の態様または第２の態様に記載の顕微鏡照明装置において、さらに、前記コレクタレンズのレンズ面であって前記光源に最も近いレンズ面と前記コレクタレンズの後側焦点位置との間に、前記照明光を拡散させる光拡散手段を備える顕微鏡照明装置を提供する。 According to a third aspect of the present invention, in the microscope illumination device according to the first aspect or the second aspect, the lens surface of the collector lens that is closest to the light source and the back of the collector lens Provided is a microscope illuminating device including a light diffusing unit that diffuses the illumination light between a side focal position.
本発明の第４の態様は、第３の態様に記載の顕微鏡照明装置において、前記光拡散手段は、前記コレクタレンズのレンズ面に形成された光拡散パターンである顕微鏡照明装置を提供する。 According to a fourth aspect of the present invention, there is provided the microscope illumination apparatus according to the third aspect, wherein the light diffusion means is a light diffusion pattern formed on a lens surface of the collector lens.
本発明の第５の態様は、第１の態様乃至第４の態様のいずれか１つに記載の顕微鏡照明装置において、前記コレクタレンズは、前記光源上の一点から出射した光を収斂光束に変換する正のパワーを有する顕微鏡照明装置を提供する。 According to a fifth aspect of the present invention, in the microscope illumination device according to any one of the first to fourth aspects, the collector lens converts light emitted from one point on the light source into a convergent light beam. A microscope illumination device having positive power is provided.
本発明の第６の態様は、第１の態様乃至第５の態様のいずれか１つに記載の顕微鏡照明装置において、前記２枚のレンズの少なくとも一方は、フレネルレンズである顕微鏡照明装置を提供する。 A sixth aspect of the present invention provides the microscope illumination apparatus according to any one of the first to fifth aspects, wherein at least one of the two lenses is a Fresnel lens. To do.
本発明の第７の態様は、第６の態様に記載の顕微鏡照明装置において、前記２枚のレンズのうちの前記光源に近いレンズは、フレネルパターンが形成されたレンズ面を前記光源側に向けたフレネルレンズである顕微鏡照明装置を提供する。 According to a seventh aspect of the present invention, in the microscope illumination apparatus according to the sixth aspect, the lens close to the light source among the two lenses has a lens surface on which a Fresnel pattern is formed facing the light source side. A microscope illumination device that is a Fresnel lens is provided.
本発明の第８の態様は、第６の態様または第７の態様に記載の顕微鏡照明装置において、前記２枚のレンズのうちの前記コンデンサレンズに近いレンズは、フレネルパターンが形成されたレンズ面を前記コンデンサレンズ側に向けたフレネルレンズである顕微鏡照明装置を提供する。 According to an eighth aspect of the present invention, in the microscope illumination apparatus according to the sixth aspect or the seventh aspect, the lens close to the condenser lens among the two lenses is a lens surface on which a Fresnel pattern is formed. A microscope illumination device which is a Fresnel lens facing the condenser lens side is provided.
本発明の第９の態様は、第６の態様乃至第８の態様のいずれか１つに記載の顕微鏡照明装置において、前記フレネルレンズのレンズ面であってフレネルパターンが形成されたレンズ面は、非球面形状を前記フレネルパターンに変換した形状を有する顕微鏡照明装置を提供する。 According to a ninth aspect of the present invention, in the microscope illumination device according to any one of the sixth to eighth aspects, the lens surface of the Fresnel lens on which the Fresnel pattern is formed is A microscope illumination device having a shape obtained by converting an aspherical shape into the Fresnel pattern is provided.
本発明の第１０の態様は、第６の態様乃至第８の態様のいずれか１つに記載の顕微鏡照明装置において、前記フレネルレンズは、樹脂材料からなる顕微鏡照明装置を提供する。 A tenth aspect of the present invention provides the microscope illumination device according to any one of the sixth to eighth aspects, wherein the Fresnel lens is made of a resin material.
本発明の第１１の態様は、第１の態様乃至第１０の態様のいずれか１つに記載の顕微鏡照明装置を備える顕微鏡を提供する。 An eleventh aspect of the present invention provides a microscope including the microscope illumination device according to any one of the first to tenth aspects.
本発明によれば、製造原価を低減可能であり、低コストで広い観察倍率範囲内で良好な照明が可能な顕微鏡照明装置及び顕微鏡を提供ができる。 According to the present invention, it is possible to provide a microscope illumination apparatus and a microscope that can reduce the manufacturing cost and can perform favorable illumination within a wide observation magnification range at a low cost.
図１は、本実施例に係る顕微鏡１の構成を示した図である。顕微鏡１は、図１に示されるように、標本ＳＰが配置されるステージ２と、鏡台３と、ステージ２を支持する鏡柱４と、顕微鏡照明装置１０と、対物レンズ２１及び接眼レンズ２２を含む観察光学系２０を備えている。 FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of a microscope 1 according to the present embodiment. As shown in FIG. 1, the microscope 1 includes a stage 2 on which a specimen SP is arranged, a table 3, a column 4 that supports the stage 2, a microscope illumination device 10, an objective lens 21, and an eyepiece 22. An observation optical system 20 is provided.
顕微鏡照明装置１０は、ステージ２の下方に配置され、観察光学系２０は、ステージ２の上方に配置されている。即ち、顕微鏡１は、透過照明手段である顕微鏡照明装置１０によって照明された標本ＳＰを、観察光学系２０を介して上方から観察する正立顕微鏡である。 The microscope illumination device 10 is disposed below the stage 2, and the observation optical system 20 is disposed above the stage 2. In other words, the microscope 1 is an upright microscope that observes the specimen SP illuminated by the microscope illumination device 10 as transmission illumination means from above via the observation optical system 20.
図２は、本実施例に係る顕微鏡照明装置１０の構成を示した図である。顕微鏡照明装置１０は、図２に示すように、照明光を出射する光源１１と、照明光を標本ＳＰに照射するコンデンサレンズ１５と、光源１１とコンデンサレンズ１５の間に配置されたコレクタレンズ１２と、開口絞り１６と、を備えている。 FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration of the microscope illumination apparatus 10 according to the present embodiment. As shown in FIG. 2, the microscope illumination device 10 includes a light source 11 that emits illumination light, a condenser lens 15 that irradiates the specimen SP with illumination light, and a collector lens 12 disposed between the light source 11 and the condenser lens 15. And an aperture stop 16.
光源１１は、例えば、ハロゲンランプ、タングステンランプ、水銀ランプ、キセノンランプ、ＬＥＤなどである。 The light source 11 is, for example, a halogen lamp, a tungsten lamp, a mercury lamp, a xenon lamp, an LED, or the like.
コレクタレンズ１２は、２枚の正のパワーを有するレンズ（レンズ面Ｓ１及びレンズ面Ｓ２を有するレンズ１３、レンズ面Ｓ３及びレンズ面Ｓ４を有するレンズ１４）からなり、全体として、図３に示すように、光源１１上の一点から出射した光を収斂光束に変換し点Ｐ１に集光するような正のパワーを有している。なお、ケーラー照明が採用された一般的な照明装置では、コレクタレンズは光源上の一点から出射した光を平行光束に変換し、コレクタレンズとコンデンサレンズの間に配置されたフィールドレンズがコレクタレンズから出射した平行光束を収斂光束に変換するのが通常である。 The collector lens 12 includes two positive lenses (lens 13 having lens surface S1 and lens surface S2, lens 14 having lens surface S3 and lens surface S4), and as a whole, as shown in FIG. Furthermore, it has such positive power that light emitted from one point on the light source 11 is converted into a convergent light beam and condensed at the point P1. In a general lighting device employing Koehler illumination, the collector lens converts the light emitted from one point on the light source into a parallel light beam, and a field lens arranged between the collector lens and the condenser lens is removed from the collector lens. In general, the emitted parallel light beam is converted into a convergent light beam.
コレクタレンズ１２は、コレクタレンズ１２の後側焦点位置ＰＢＦを、コレクタレンズ１２のレンズ面であって光源１１に最も近いレンズ面（レンズ面Ｓ１）とコレクタレンズ１２のレンズ面であって標本ＳＰに最も近いレンズ面（レンズ面Ｓ４）の間に有している。なお、本明細書では、顕微鏡照明装置１０については、標本ＳＰ側を前側と定義し、光源１１側を後側と定義する。また、後側焦点位置ＰＢＦは、標本ＳＰ側から入射した光軸ＡＸと平行な光線であって光線高の異なる光線が交わる位置である。 The collector lens 12 has a rear focal position P BF of the collector lens 12 that is the lens surface of the collector lens 12 that is closest to the light source 11 (lens surface S1) and the lens surface of the collector lens 12 and the specimen SP. Between the closest lens surfaces (lens surface S4). In the present specification, for the microscope illumination device 10, the specimen SP side is defined as the front side, and the light source 11 side is defined as the rear side. Further, the rear focal position P BF is a position at which light beams parallel to the optical axis AX incident from the sample SP side and having different light beam heights intersect.
以上のように構成された顕微鏡照明装置１０及び顕微鏡１によれば、製造原価を低減可能であり、低コストで広い観察倍率範囲内で良好な照明が可能である。以下、この点について詳細に説明する。 According to the microscope illumination device 10 and the microscope 1 configured as described above, the manufacturing cost can be reduced, and good illumination can be performed within a wide observation magnification range at a low cost. Hereinafter, this point will be described in detail.
図２（ａ）には、顕微鏡照明装置１０の構成要素とともに、標本ＳＰから光源１１に向かって追跡した光線であって、低倍率での観察に影響する比較的小さな開口数の光線が描かれている。低倍率での観察では観察領域が広いため、顕微鏡照明装置１０には、照明ムラを抑えながら広い領域を照明する性能が求められる。一般に、光源１１の明るさは中心から周辺に行くほど低下し、光源１１からの出射角度が大きくなるほど出射光量は低下する。このため、低倍率での観察で照明ムラの影響を抑えるためには、標本ＳＰの観察領域内の各点から光源１１へ向かって追跡した光線がおよそ光源１１の中心に小さな角度で入射するように、光学系が設計されていることが望ましい。 In FIG. 2A, together with the components of the microscope illumination device 10, light rays traced from the specimen SP toward the light source 11 and having a relatively small numerical aperture that affects observation at a low magnification are drawn. ing. Since the observation area is wide in observation at a low magnification, the microscope illumination device 10 is required to have a performance of illuminating a wide area while suppressing uneven illumination. In general, the brightness of the light source 11 decreases as it goes from the center to the periphery, and the emitted light amount decreases as the emission angle from the light source 11 increases. For this reason, in order to suppress the influence of illumination unevenness in observation at a low magnification, the light beam traced from each point in the observation region of the specimen SP toward the light source 11 is incident on the center of the light source 11 at a small angle. In addition, it is desirable that the optical system is designed.
顕微鏡照明装置１０は、上述したように２枚のレンズからなるコレクタレンズ１２を有している。このため、標本ＳＰから光源１１に向かって光線を追跡した場合に、図２（ａ）に示すように、標本ＳＰの軸上の光線だけではなく、軸外の光線についても、光源１１の中心付近に小さな入射角で入射させることができる。従って、照明ムラを抑えて標本ＳＰの広い領域を照明することができる。 As described above, the microscope illumination device 10 has the collector lens 12 composed of two lenses. Therefore, when the light beam is traced from the sample SP toward the light source 11, as shown in FIG. 2A, not only the light beam on the axis of the sample SP but also the light beam 11 centered on the off-axis light beam. The incident light can be incident at a small incident angle. Accordingly, it is possible to illuminate a wide area of the specimen SP while suppressing illumination unevenness.
また、顕微鏡照明装置１０は、コレクタレンズ１２を２枚構成とすることで、コレクタレンズ１２のレンズ形状の複雑さも１枚構成の場合に比べて軽減することができる。このため、コレクタレンズ１２の製造原価、ひいては、顕微鏡照明装置１０の製造原価を低減することができる。 Moreover, the microscope illumination apparatus 10 can reduce the complexity of the lens shape of the collector lens 12 as compared with the case of the single lens configuration by configuring the collector lens 12 with two lenses. For this reason, the manufacturing cost of the collector lens 12, and hence the manufacturing cost of the microscope illumination apparatus 10, can be reduced.
図２（ｂ）には、顕微鏡照明装置１０の構成要素とともに、標本ＳＰから光源１１に向かって追跡した光線であって、高倍率での観察に影響する高い開口数の光線が描かれている。高倍率での観察では観察領域が狭く光量がその分不足する傾向にあるため、より高い開口数が要求される。なお、図２（ｂ）には、軸上から追跡した光線のみが記載されている。 In FIG. 2B, together with the components of the microscope illumination device 10, a light beam traced from the specimen SP toward the light source 11 and having a high numerical aperture that affects observation at a high magnification is depicted. . In observation at a high magnification, since the observation area is narrow and the amount of light tends to be insufficient, a higher numerical aperture is required. In FIG. 2B, only the ray traced from the axis is shown.
顕微鏡照明装置１０は、上述したようにレンズ面Ｓ１とレンズ面Ｓ４（本実施例ではコレクタレンズ１２を構成する２枚のレンズ）の間にコレクタレンズ１２の後側焦点位置ＰＢＦを有している。このため、標本ＳＰから光源１１に向かって光線を追跡した場合に、図２（ｂ）に示すように、高い開口数を有する光線が、後側焦点位置ＰＢＦを通過した後、正のパワーを有するレンズ１３により内向きに屈折して光源１１に入射する。即ち、顕微鏡照明装置１０では、レンズ１３が存在しない場合には光源１１に入射し得ない光線がレンズ１３の存在により光源１１に入射するため、高い開口数を実現することができる。 As described above, the microscope illumination device 10 has the rear focal position P BF of the collector lens 12 between the lens surface S1 and the lens surface S4 (in this embodiment, two lenses constituting the collector lens 12). Yes. For this reason, when the light beam is traced from the sample SP toward the light source 11, the positive power after the light beam having a high numerical aperture passes through the rear focal position PBF as shown in FIG. The light is refracted inward by the lens 13 having the light and enters the light source 11. In other words, in the microscope illumination device 10, when the lens 13 is not present, a light beam that cannot enter the light source 11 is incident on the light source 11 due to the presence of the lens 13, so that a high numerical aperture can be realized.
尚、より高い開口数を実現するためには、顕微鏡照明装置１０は、以下の条件式を満たすことが望ましい。ただし、ＦＢはコレクタレンズ１２のレンズ面であって光源１１に最も近いレンズ面（レンズ面Ｓ１）とコレクタレンズ１２の後側焦点位置ＰＢＦとの距離であり、Ｆはコレクタレンズ１２の焦点距離である。なお、後側焦点位置ＰＢＦは、上述したように、レンズ１３とレンズ１４の間に位置する。
０＜ＦＢ／Ｆ≦０．３ ・・・（１）
In order to realize a higher numerical aperture, the microscope illumination device 10 desirably satisfies the following conditional expression. Here, FB is the distance between the lens surface of the collector lens 12 that is closest to the light source 11 (lens surface S1) and the rear focal position PBF of the collector lens 12, and F is the focal length of the collector lens 12. It is. Note that the rear focal position P BF is located between the lens 13 and the lens 14 as described above.
0 <FB / F ≦ 0.3 (1)
条件式（１）は、後側焦点位置ＰＢＦがレンズ面Ｓ１とレンズ面Ｓ４の間のどのあたりに位置すべきかを示した条件式である。ＦＢ／Ｆが条件式（１）の上限値を超えて大きくなると、即ち、後側焦点位置ＰＢＦがレンズ面Ｓ１から離れすぎると、図４に示すように、高い開口数の光線がレンズ１３に入射する際の光線高が高くなりすぎる。このため、レンズ１３により光線を内向きに屈折させても、光源１１内に光線を入射させることができないため、より高い開口数を得ることが困難となる。なお、図４には、２枚のレンズ（レンズ１３、レンズ１４）の間隔をコレクタレンズ１２に比べて広くしたコレクタレンズ１２ａを備える例が示されている。 Conditional expression (1) is a conditional expression showing where the rear focal position PBF should be positioned between the lens surface S1 and the lens surface S4. When FB / F increases beyond the upper limit value of conditional expression (1), that is, when the rear focal position PBF is too far from the lens surface S1, as shown in FIG. The height of the light beam when entering the lens becomes too high. For this reason, even if the light beam is refracted inward by the lens 13, the light beam cannot enter the light source 11, so that it is difficult to obtain a higher numerical aperture. FIG. 4 shows an example including a collector lens 12 a in which the distance between two lenses (lens 13 and lens 14) is wider than that of the collector lens 12.
図５は、実施例２に係る顕微鏡照明装置３０の構成を示した図である。顕微鏡照明装置３０は、拡散素子３１を備える点が実施例１に係る顕微鏡照明装置１０と異なっている。その他の点は、顕微鏡照明装置１０と同じであるので、同一の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。また、本実施例に係る顕微鏡は、顕微鏡照明装置１０の代わりに顕微鏡照明装置３０を備える点が、実施例１に係る顕微鏡１と異なっている。 FIG. 5 is a diagram illustrating the configuration of the microscope illumination device 30 according to the second embodiment. The microscope illumination device 30 is different from the microscope illumination device 10 according to the first embodiment in that the diffusion device 31 is provided. Since the other points are the same as those of the microscope illumination apparatus 10, the same components are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted. The microscope according to the present embodiment is different from the microscope 1 according to the first embodiment in that the microscope illumination apparatus 30 is provided instead of the microscope illumination apparatus 10.
拡散素子３１は、照明光を拡散させる光拡散手段であり、例えば、フロスト型の拡散板、オパール型の拡散板、フショク型の拡散板である。拡散素子３１は、コレクタレンズ１２のレンズ面であって光源１１に最も近いレンズ面（レンズ面Ｓ１）とコレクタレンズ１２の後側焦点位置ＰＢＦとの間に設けられている。
以下、拡散素子３１の作用について詳細に説明する。
The diffusing element 31 is a light diffusing means for diffusing illumination light, and is, for example, a frost type diffusing plate, an opal type diffusing plate, or a fuchting type diffusing plate. The diffusing element 31 is provided between the lens surface of the collector lens 12 that is closest to the light source 11 (lens surface S1) and the rear focal position PBF of the collector lens 12.
Hereinafter, the operation of the diffusing element 31 will be described in detail.
光源１１から出射しレンズ１３を介して拡散素子３１に入射した光は、拡散素子３１で拡散し様々な方向に向かって出射される。このため、顕微鏡照明装置３０では、拡散素子３１の位置に光源が存在するかのように看做すことができる。即ち、拡散素子３１が擬似光源として機能する。 Light emitted from the light source 11 and incident on the diffusing element 31 through the lens 13 is diffused by the diffusing element 31 and emitted in various directions. For this reason, the microscope illumination device 30 can be regarded as if a light source exists at the position of the diffusing element 31. That is, the diffusing element 31 functions as a pseudo light source.
実施例１において上述したように、標本ＳＰから光源１１に向かって光線を追跡した場合、開口数が高い光線ほど光源１１が位置する面に入射するときの光線高が高くなる。このため、所定の開口数を越える光線は光源１１から逸れてしまう。このことが開口数を制限する主要な要因となっている。しかしながら、拡散素子３１をレンズ面Ｓ１とコレクタレンズ１２の後側焦点位置ＰＢＦとの間に設けることで、拡散素子３１が存在しない場合であれば光源１１に入射し得ない光線も、擬似光源である拡散素子３１に入射させることができる。即ち、拡散素子３１の作用により、光線を光源１１に入射させることができる。このため、より高い開口数を実現することが可能となる。 As described above in the first embodiment, when the light beam is traced from the specimen SP toward the light source 11, the light beam having a higher numerical aperture has a higher light beam height when entering the surface where the light source 11 is located. For this reason, light rays exceeding a predetermined numerical aperture deviate from the light source 11. This is a major factor limiting the numerical aperture. However, by providing the diffusing element 31 between the lens surface S1 and the rear focal position PBF of the collector lens 12, a light beam that cannot enter the light source 11 if the diffusing element 31 is not present is also a pseudo light source. Can be incident on the diffusion element 31. That is, the light beam can be incident on the light source 11 by the action of the diffusing element 31. For this reason, a higher numerical aperture can be realized.
本実施例に係る顕微鏡照明装置３０によれば、顕微鏡照明装置１０に比べて、更に高い開口数を実現することができる。また、顕微鏡照明装置３０も、コレクタレンズ１２が２枚のレンズで構成されているため、顕微鏡照明装置１０と同様に、照明ムラを抑えて標本ＳＰの広い領域を照明すること、コレクタレンズ１２の製造原価を低減することができる。 According to the microscope illumination device 30 according to the present embodiment, a higher numerical aperture than that of the microscope illumination device 10 can be realized. In the microscope illumination device 30, since the collector lens 12 is composed of two lenses, similarly to the microscope illumination device 10, illumination unevenness is suppressed and a wide area of the specimen SP is illuminated. Manufacturing costs can be reduced.
なお、顕微鏡照明装置３０では、拡散素子３１は、レンズ面Ｓ１と後側焦点位置ＰＢＦとの間に配置されているが、レンズ面Ｓ１とレンズ面Ｓ３の間に配置されていればよく、例えば、拡散素子３１は後側焦点位置ＰＢＦに配置されていてもよい。ただし、拡散素子３１をレンズ面Ｓ１と後側焦点位置ＰＢＦとの間に設けることで、拡散素子３１を後側焦点位置ＰＢＦに設ける場合に比べて、拡散素子３１で拡散した照明光をより多く標本ＳＰに導くことができる。このため、照明効率を改善してより明るく標本ＳＰを照明することができる。従って、拡散素子３１は、レンズ面Ｓ１と後側焦点位置ＰＢＦとの間に配置されることが望ましい。また、顕微鏡照明装置３０も、更に高い開口数を実現するためには、顕微鏡照明装置１０と同様に、条件式（１）を満たすことが望ましい。 In the microscope illumination device 30, the diffusing element 31 is disposed between the lens surface S1 and the rear focal position PBF . However, it only has to be disposed between the lens surface S1 and the lens surface S3. For example, the diffusing element 31 may be disposed at the rear focal position PBF . However, by providing the diffusing element 31 between the lens surface S1 and the rear focal position PBF , the illumination light diffused by the diffusing element 31 can be compared with the case where the diffusing element 31 is provided at the rear focal position PBF. More can be led to the specimen SP. For this reason, the illumination efficiency can be improved and the specimen SP can be illuminated more brightly. Therefore, it is desirable that the diffusing element 31 is disposed between the lens surface S1 and the rear focal position PBF . Also, the microscope illumination device 30 desirably satisfies the conditional expression (1) in the same manner as the microscope illumination device 10 in order to achieve a higher numerical aperture.
図６は、実施例３に係る顕微鏡照明装置４０の構成を示した図である。顕微鏡照明装置４０は、コレクタレンズ１２の代わりにコレクタレンズ４２を備える点が実施例１に係る顕微鏡照明装置１０と異なっている。その他の点は、顕微鏡照明装置１０と同じであるので、同一の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。また、本実施例に係る顕微鏡は、顕微鏡照明装置１０の代わりに顕微鏡照明装置４０を備える点が、実施例１に係る顕微鏡１と異なっている。 FIG. 6 is a diagram illustrating the configuration of the microscope illumination device 40 according to the third embodiment. The microscope illumination device 40 is different from the microscope illumination device 10 according to the first embodiment in that a collector lens 42 is provided instead of the collector lens 12. Since the other points are the same as those of the microscope illumination apparatus 10, the same components are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted. The microscope according to the present embodiment is different from the microscope 1 according to the first embodiment in that the microscope illumination apparatus 40 is provided instead of the microscope illumination apparatus 10.
コレクタレンズ４２は、２枚の正のパワーを有するレンズからなり、全体として光源１１上の一点から出射した光を収斂光束に変換するような正のパワーを有している点は、コレクタレンズ１２と同様である。また、コレクタレンズ４２は、コレクタレンズ４２の後側焦点位置ＰＢＦをレンズ面Ｓ１とレンズ面Ｓ４の間に有している点も、コレクタレンズ１２と同様である。 The collector lens 42 is composed of two lenses having positive power, and the collector lens 12 has a positive power for converting light emitted from one point on the light source 11 into a convergent light beam as a whole. It is the same. The collector lens 42 is also similar to the collector lens 12 in that the collector lens 42 has a rear focal position PBF between the lens surface S1 and the lens surface S4.
コレクタレンズ４２は、レンズ１３の代わりに、レンズ面Ｓ２に光拡散パターンが形成されたレンズ４３を含む点が、コレクタレンズ１２とは異なっている。レンズ面Ｓ２に形成された光拡散パターンは、照明光を拡散させる光拡散手段であり、実施例２に係る顕微鏡照明装置３０の拡散素子３１と同様に作用する。 The collector lens 42 differs from the collector lens 12 in that it includes a lens 43 having a light diffusion pattern formed on the lens surface S2 instead of the lens 13. The light diffusion pattern formed on the lens surface S2 is a light diffusing unit that diffuses illumination light, and acts in the same manner as the diffusion element 31 of the microscope illumination device 30 according to the second embodiment.
顕微鏡照明装置４０によれば、顕微鏡照明装置３０と同様に、顕微鏡照明装置１０に比べて、更に高い開口数を実現することができる。また、顕微鏡照明装置４０では、レンズ面Ｓ２に形成された拡散パターンが光拡散手段として機能するため、拡散素子３１を省略することができる。このため、部品点数が少なくなり、より低いコストで顕微鏡照明装置３０と同様の効果を得ることができる。また、顕微鏡照明装置３０に比べて反射面数が少なくなるため、反射面での光量損失が少なくなり、より明るい照明が可能となる。さらに、顕微鏡照明装置４０も、コレクタレンズ４２が２枚のレンズで構成されているため、顕微鏡照明装置１０及び顕微鏡照明装置３０と同様に、照明ムラを抑えて標本ＳＰの広い領域を照明すること、及び、コレクタレンズ４２の製造原価を低減することができる。 According to the microscope illumination device 40, similarly to the microscope illumination device 30, a higher numerical aperture than that of the microscope illumination device 10 can be realized. Further, in the microscope illumination device 40, since the diffusion pattern formed on the lens surface S2 functions as a light diffusion means, the diffusion element 31 can be omitted. For this reason, the number of parts is reduced, and the same effect as the microscope illumination device 30 can be obtained at a lower cost. In addition, since the number of reflecting surfaces is reduced as compared with the microscope illumination device 30, the light loss at the reflecting surfaces is reduced, and brighter illumination is possible. Further, since the microscope illumination device 40 also includes the collector lens 42 composed of two lenses, similarly to the microscope illumination device 10 and the microscope illumination device 30, the illumination unevenness is suppressed and a wide region of the specimen SP is illuminated. And the manufacturing cost of the collector lens 42 can be reduced.
尚、顕微鏡照明装置４０でも、更に高い開口数を実現するためには、条件式（１）を満たすことが望ましい。顕微鏡照明装置４０では、条件式（１）を満たすことで、レンズ面Ｓ２が後側焦点位置ＰＢＦから離れすぎることを防止することができる。このため、レンズ面Ｓ２で拡散した光を効率よく利用することができる。 In the microscope illumination device 40, it is desirable to satisfy the conditional expression (1) in order to achieve a higher numerical aperture. In the microscope illumination device 40, satisfying the conditional expression (1) can prevent the lens surface S2 from being too far from the rear focal position PBF . For this reason, the light diffused on the lens surface S2 can be used efficiently.
図７は、実施例４に係る顕微鏡照明装置５０の構成を示した図である。顕微鏡照明装置５０は、コレクタレンズ１２の代わりにコレクタレンズ５２を備える点が実施例１に係る顕微鏡照明装置１０と異なっている。その他の点は、顕微鏡照明装置１０と同じであるので、同一の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。また、本実施例に係る顕微鏡は、顕微鏡照明装置１０の代わりに顕微鏡照明装置５０を備える点が、実施例１に係る顕微鏡１と異なっている。 FIG. 7 is a diagram illustrating a configuration of the microscope illumination device 50 according to the fourth embodiment. The microscope illumination device 50 is different from the microscope illumination device 10 according to the first embodiment in that a collector lens 52 is provided instead of the collector lens 12. Since the other points are the same as those of the microscope illumination apparatus 10, the same components are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted. The microscope according to the present embodiment is different from the microscope 1 according to the first embodiment in that the microscope illumination apparatus 50 is provided instead of the microscope illumination apparatus 10.
コレクタレンズ５２は、２枚の正のパワーを有するレンズからなり、全体として光源１１上の一点から出射した光を収斂光束に変換するような正のパワーを有している点は、コレクタレンズ１２と同様である。また、コレクタレンズ５２は、コレクタレンズ５２の後側焦点位置ＰＢＦをレンズ面Ｓ１とレンズ面Ｓ４の間に有している点も、コレクタレンズ１２と同様である。 The collector lens 52 is composed of two lenses having positive power, and the collector lens 12 has a positive power that converts light emitted from one point on the light source 11 into a convergent light beam as a whole. It is the same. The collector lens 52 is similar to the collector lens 12 in that the collector lens 52 has a rear focal position PBF between the lens surface S1 and the lens surface S4.
コレクタレンズ５２は、２枚のレンズがいずれもフレネルレンズ（フレネルレンズ５３、フレネルレンズ５４）である点が、コレクタレンズ１２とは異なっている。２枚のフレネルレンズのうちの光源１１に近いフレネルレンズ５３は、フレネルパターンが形成されたレンズ面（以降、フレネル面と記す）を光源１１側に向けたフレネルレンズである。また、コンデンサレンズ１５に近いフレネルレンズ５４は、フレネル面をコンデンサレンズ１５側に向けたフレネルレンズである。 The collector lens 52 is different from the collector lens 12 in that both of the two lenses are Fresnel lenses (Fresnel lens 53 and Fresnel lens 54). Of the two Fresnel lenses, the Fresnel lens 53 close to the light source 11 is a Fresnel lens having a lens surface on which a Fresnel pattern is formed (hereinafter referred to as a Fresnel surface) facing the light source 11 side. The Fresnel lens 54 close to the condenser lens 15 is a Fresnel lens with the Fresnel surface facing the condenser lens 15 side.
本実施例に係る顕微鏡照明装置５０によっても、顕微鏡照明装置１０と同様の効果を得ることができる。また、光源１１に近いフレネルレンズ５３のフレネル面を外側（即ち、光源１１側）に向けることで、内側に向けた場合に比べてフレネル面を構成する斜面の傾斜角度を緩やかにすることが可能である。このため、製造性が向上し低コストでコレクタレンズ５２を製造することが可能となる。また、コンデンサレンズ１５に近いフレネルレンズ５４のフレネル面を外側（即ち、コンデンサレンズ１５側）に向けることで、内側に向けた場合に比べて、主に低倍での観察に影響する視野周辺に入射する光線をより大きな角度で屈折させることができる。このため、フレネルレンズ５３とフレネルレンズ５４をより狭い間隔で配置してコレクタレンズ５２の全長を短縮することができる。 Also with the microscope illumination device 50 according to the present embodiment, the same effect as the microscope illumination device 10 can be obtained. Further, by directing the Fresnel surface of the Fresnel lens 53 close to the light source 11 to the outside (that is, the light source 11 side), it is possible to make the inclination angle of the slope constituting the Fresnel surface gentler than when facing the inside. It is. Therefore, manufacturability is improved and the collector lens 52 can be manufactured at a low cost. In addition, by directing the Fresnel surface of the Fresnel lens 54 close to the condenser lens 15 to the outside (that is, the condenser lens 15 side), compared to the case of facing the inside, mainly around the field of view that affects observation at low magnification. Incident light can be refracted at a larger angle. For this reason, the full length of the collector lens 52 can be shortened by arranging the Fresnel lens 53 and the Fresnel lens 54 at a narrower interval.
なお、フレネルレンズ５３及びフレネルレンズ５４の材料は、樹脂材料であることが望ましい。樹脂材料としては、例えば、ポリカーボネート樹脂、アクリル樹脂、ＺＥＯＮＥＸ（日本ゼオン株式会社の商品名）などを用いるとよい。樹脂材料からなるコレクタレンズ５２は、一般的なガラス製のコレクタレンズに比べて大幅に安く製造可能であるので、顕微鏡照明装置５０の製造原価をさらに大幅に低減することができる。また、コレクタレンズを安価に製造することができるという利点は、フレネルレンズの材料によらずその形状的な特徴にも起因している。コレクタレンズをフレネルレンズではない通常のレンズで構成した場合、中心が厚く周辺が薄い形状となるが、この形状ではレンズ成型時に歪を除くために長時間がかかる。これに対して、フレネルレンズは厚みが薄く、またレンズ内における厚みの差が小さいため歪の影響を受けにくい。このため、歪を除くための時間を短縮することができ。従って、製造タクトが短くなり、安価に製造することが可能となる。 The material of the Fresnel lens 53 and the Fresnel lens 54 is desirably a resin material. As the resin material, for example, a polycarbonate resin, an acrylic resin, ZEONEX (trade name of Nippon Zeon Co., Ltd.) or the like may be used. Since the collector lens 52 made of a resin material can be manufactured at a significantly lower cost than a general glass collector lens, the manufacturing cost of the microscope illumination device 50 can be further greatly reduced. In addition, the advantage that the collector lens can be manufactured at low cost is due to its shape characteristics regardless of the material of the Fresnel lens. When the collector lens is composed of a normal lens that is not a Fresnel lens, the center is thick and the periphery is thin, but this shape takes a long time to remove distortion during lens molding. In contrast, the Fresnel lens is thin, and the difference in thickness within the lens is small, so that it is not easily affected by distortion. For this reason, the time for removing distortion can be shortened. Therefore, the manufacturing tact time is shortened, and it becomes possible to manufacture at a low cost.
図８は、実施例５に係る顕微鏡照明装置６０の構成を示した図である。顕微鏡照明装置６０は、コレクタレンズ５２の代わりにコレクタレンズ６２を備える点が実施例４に係る顕微鏡照明装置５０と異なっている。その他の点は、顕微鏡照明装置５０と同じであるので、同一の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。 FIG. 8 is a diagram illustrating the configuration of the microscope illumination device 60 according to the fifth embodiment. The microscope illumination device 60 is different from the microscope illumination device 50 according to the fourth embodiment in that a collector lens 62 is provided instead of the collector lens 52. Since the other points are the same as those of the microscope illumination device 50, the same components are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
コレクタレンズ６２は、フレネルレンズ５３の代わりにフレネルレンズ６３を備える点が、実施例４のコレクタレンズ５２と異なる。フレネルレンズ６３は、平面（レンズ面Ｓ２）に光拡散パターンが形成されている点がフレネルレンズ５３とは異なっている。その他の点は、フレネルレンズ５３と同様である。 The collector lens 62 is different from the collector lens 52 of the fourth embodiment in that a Fresnel lens 63 is provided instead of the Fresnel lens 53. The Fresnel lens 63 is different from the Fresnel lens 53 in that a light diffusion pattern is formed on a plane (lens surface S2). Other points are the same as those of the Fresnel lens 53.
レンズ面Ｓ２に形成された光拡散パターンは、照明光を拡散させる光拡散手段であり、実施例２に係る顕微鏡照明装置３０の拡散素子３１及び実施例３に係る顕微鏡照明装置４０の光拡散パターンと同様に作用する。 The light diffusion pattern formed on the lens surface S2 is a light diffusion unit that diffuses illumination light. The light diffusion pattern of the microscope illumination device 30 according to the second embodiment and the light diffusion pattern of the microscope illumination device 40 according to the third embodiment. Works in the same way.
従って、本実施例に係る顕微鏡照明装置６０によれば、顕微鏡照明装置５０と同様の効果を有し、さらに、顕微鏡照明装置５０よりも高い開口数を実現することができる。また、レンズ面に拡散パターンを形成することで拡散素子を独立して設ける場合に比べて、部品点数を少なくすることができるため、低コストで高い開口数を実現することができる。また、反射面数も増加しないため、反射面での光量損失の増加も防止することができる。 Therefore, according to the microscope illumination device 60 according to the present embodiment, the same effect as that of the microscope illumination device 50 is obtained, and a higher numerical aperture than that of the microscope illumination device 50 can be realized. Further, since the number of parts can be reduced by forming a diffusion pattern on the lens surface as compared with the case where the diffusion elements are provided independently, a high numerical aperture can be realized at low cost. In addition, since the number of reflection surfaces does not increase, an increase in light quantity loss on the reflection surfaces can be prevented.
上述した各実施例は、発明の理解を容易にするために具体例を示したものであり、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。顕微鏡照明装置、及び、顕微鏡は、特許請求の範囲により規定される本発明の思想を逸脱しない範囲において、さまざまな変形、変更が可能である。この明細書で説明される個別の実施例の文脈におけるいくつかの特徴を組み合わせて単一の実施例としてもよい。 The above-described embodiments are specific examples for facilitating understanding of the invention, and the present invention is not limited to these embodiments. The microscope illumination device and the microscope can be variously modified and changed without departing from the concept of the present invention defined by the claims. Several features in the context of the individual embodiments described in this specification may be combined into a single embodiment.
例えば、実施例４に係る顕微鏡照明装置５０に実施例２に係る拡散素子３１が設けられてもよい。また、実施例４及び実施例５に係る２枚のレンズからなるコレクタレンズ（コレクタレンズ５２及びコレクタレンズ６２）は、２枚のレンズの両方がフレネルレンズであっても、いずれか一方のみがフレネルレンズであってもよい。また、２枚のレンズの両方がフレネルレンズである場合には、２つのフレネル面の両方がコレクタレンズの外側に向けられていても、一方のみが外側に向けられていてもよい。さらに、フレネル面は、非球面形状をフレネルパターンに変換した形状を有してもよい。なお、各実施例にかかる顕微鏡は、正立顕微鏡に限られず、倒立顕微鏡として構成されてもよい。 For example, the diffusion device 31 according to the second embodiment may be provided in the microscope illumination device 50 according to the fourth embodiment. Further, the collector lens (collector lens 52 and collector lens 62) composed of the two lenses according to the fourth and fifth embodiments is only one of the two lenses, even if both of the two lenses are Fresnel lenses. It may be a lens. Further, when both of the two lenses are Fresnel lenses, both of the two Fresnel surfaces may be directed to the outside of the collector lens, or only one of them may be directed to the outside. Furthermore, the Fresnel surface may have a shape obtained by converting an aspherical shape into a Fresnel pattern. In addition, the microscope according to each embodiment is not limited to an upright microscope, and may be configured as an inverted microscope.
１ 顕微鏡
２ ステージ
３ 鏡台
４ 鏡柱
１０、３０、４０、５０、６０ 顕微鏡照明装置
１１ 光源
１２、１２ａ コレクタレンズ
１３、１４、４３、 レンズ
１５ コンデンサレンズ
１６ 開口絞り
２０ 観察光学系
２１ 対物レンズ
２２ 接眼レンズ
３１ 拡散素子
４２、５２、６２ コレクタレンズ
５３、５４、６３ フレネルレンズ
ＰＦＢ 後側焦点位置
Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４ レンズ面
ＳＰ 標本
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Microscope 2 Stage 3 Lens stand 4 Optical column 10, 30, 40, 50, 60 Microscope illumination apparatus 11 Light source 12, 12a Collector lens 13, 14, 43, Lens 15 Condenser lens 16 Aperture stop 20 Observation optical system 21 Objective lens 22 Eyepiece Lens 31 Diffusing element 42, 52, 62 Collector lens 53, 54, 63 Fresnel lens P FB rear focal position S1, S2, S3, S4 Lens surface SP Sample
Claims (11)
前記照明光を標本へ照射するコンデンサレンズと、
前記光源と前記コンデンサレンズの間に配置された、それぞれ正のパワーを有する２枚のレンズからなるコレクタレンズと、を備え、
前記コレクタレンズは、当該コレクタレンズの後側焦点位置を、前記コレクタレンズのレンズ面であって前記光源に最も近いレンズ面と前記コレクタレンズのレンズ面であって前記コンデンサレンズに最も近いレンズ面の間に有する
ことを特徴とする顕微鏡照明装置。 A light source that emits illumination light;
A condenser lens that irradiates the specimen with the illumination light;
A collector lens composed of two lenses each having a positive power, disposed between the light source and the condenser lens,
The collector lens has a rear focal position of the collector lens of a lens surface of the collector lens that is closest to the light source and a lens surface of the collector lens that is closest to the condenser lens. A microscope illuminating device characterized by having it in between.
前記コレクタレンズのレンズ面であって前記光源に最も近いレンズ面と前記コレクタレンズの後側焦点位置との距離をＦＢとし、前記コレクタレンズの焦点距離をＦとするとき、以下の条件式
０＜ＦＢ／Ｆ≦０．３
を満たすことを特徴とする顕微鏡照明装置。 The microscope illumination apparatus according to claim 1,
When the distance between the lens surface of the collector lens closest to the light source and the rear focal position of the collector lens is FB, and the focal length of the collector lens is F, the following conditional expression 0 < FB / F ≦ 0.3
A microscope illumination apparatus characterized by satisfying the above.
前記コレクタレンズのレンズ面であって前記光源に最も近いレンズ面と前記コレクタレンズの後側焦点位置との間に、前記照明光を拡散させる光拡散手段を備える
ことを特徴とする顕微鏡照明装置。 The microscope illumination device according to claim 1 or 2, further comprising:
A light diffusing means for diffusing the illumination light between a lens surface of the collector lens closest to the light source and a rear focal position of the collector lens;
A microscope illuminator characterized by that.
前記光拡散手段は、前記コレクタレンズのレンズ面に形成された光拡散パターンである
ことを特徴とする顕微鏡照明装置。 The microscope illumination apparatus according to claim 3, wherein
The microscope illumination apparatus according to claim 1, wherein the light diffusion means is a light diffusion pattern formed on a lens surface of the collector lens.
前記コレクタレンズは、前記光源上の一点から出射した光を収斂光束に変換する正のパワーを有する
ことを特徴とする顕微鏡照明装置。 The microscope illumination apparatus according to any one of claims 1 to 4,
The microscope illumination device, wherein the collector lens has a positive power for converting light emitted from one point on the light source into a convergent light beam.
前記２枚のレンズの少なくとも一方は、フレネルレンズである
ことを特徴とする顕微鏡照明装置。 The microscope illumination device according to any one of claims 1 to 5,
At least one of the two lenses is a Fresnel lens.
前記２枚のレンズのうちの前記光源に近いレンズは、フレネルパターンが形成されたレンズ面を前記光源側に向けたフレネルレンズである
ことを特徴とする顕微鏡照明装置。 The microscope illumination device according to claim 6, wherein
The microscope illuminating apparatus characterized in that the lens close to the light source among the two lenses is a Fresnel lens having a lens surface on which a Fresnel pattern is formed facing the light source.
前記２枚のレンズのうちの前記コンデンサレンズに近いレンズは、フレネルパターンが形成されたレンズ面を前記コンデンサレンズ側に向けたフレネルレンズである
ことを特徴とする顕微鏡照明装置。 The microscope illumination apparatus according to claim 6 or 7,
The microscope illuminating device characterized in that the lens close to the condenser lens among the two lenses is a Fresnel lens having a lens surface on which a Fresnel pattern is formed facing the condenser lens side.
前記フレネルレンズのレンズ面であってフレネルパターンが形成されたレンズ面は、非球面形状を前記フレネルパターンに変換した形状を有する
ことを特徴とする顕微鏡照明装置。 The microscope illumination apparatus according to any one of claims 6 to 8,
The lens surface of the Fresnel lens on which a Fresnel pattern is formed has a shape obtained by converting an aspherical shape into the Fresnel pattern.
前記フレネルレンズは、樹脂材料からなる
ことを特徴とする顕微鏡照明装置。 The microscope illumination apparatus according to any one of claims 6 to 9,
The Fresnel lens is made of a resin material.
ことを特徴とする顕微鏡。 A microscope comprising the microscope illumination device according to any one of claims 1 to 10.
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