JP2971766B2 - 照明光学系 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、製版用スキャナ等の
ように原稿面に載置された原稿からの光を受光して原稿
の画像を読取る画像読取装置、顕微鏡および顕微分光装
置などの光学装置に適用可能な照明光学系に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、周知のように画像読取装置
（製版用スキャナ）や顕微鏡などの光学装置において
は、原稿や試料面などの被照明面を照明するために以下
に示すような照明光学系が用いられている。

【０００３】図１１は、画像読取装置（光学装置）の一
例を示す部分構成図であり、走査ヘッドの入力走査光学
系を示している。この画像読取装置は、同図に示すよう
に、原稿シリンダ１に貼着された原稿２からの光を走査
ヘッドに設けられたピックアップレンズ３により受光し
て、原稿２の実像を絞り４の位置に結像させ、該絞り４
を通過した光を光電子増倍管５に入光させて電気信号に
変換するように構成されている。

【０００４】また、この装置では、原稿２の実像を絞り
４の位置に正しく結ばせるために、ピックアップレンズ
３と絞り４との間に可動ミラ−６が配設されるととも
に、絞り４と光学距離が同一になる位置に透過型のスク
リ―ン７が配置されている。すなわち、可動ミラ―６に
より反射された光がスクリ―ン７に導かれて投影像がス
クリーン７上に投影されるので、作業者が目視にて観察
しながらピックアップレンズ３の焦点合わせを行うこと
ができるように構成されている。

【０００５】上記のように構成された画像読取装置によ
って原稿２を読取るためには、原稿（被照明面）２に適
当な条件で照明する必要がある。そこで、従来より、例
えば図１２に示す照明光学系が採用されている。

【０００６】図１２は、従来の画像読取装置の照明光学
系１０を示す図である。この照明光学系１０では、ラン
プハウス１１内に光源ランプ１２と、光源ランプ１２か
らの光を取り込むコレクターレンズ１３と、視野絞り１
４とがこの順序で配置されており、光源ランプ１２から
の光がコレクターレンズ１３および視野絞り１４を介し
て、原稿シリンダ１の回転軸１ａと平行に伸びるレイパ
イプ１５内に出射される。

【０００７】このレイパイプ１５の内部には、開口絞り
１６およびミラー１７が配置されており、レイパイプ１
５への入射光が開口絞り１６を通過した後、ミラー１７
で反射される。そして、この反射光はレイパイプ１５の
先端部に固着されたコンデンサーレンズ１８を介して原
稿シリンダ１上の原稿２に照射される。こうして、原稿
２が照明される。

【０００８】次に、顕微鏡における透過照明光学系およ
び反射照明光学系について説明する。

【０００９】図１３は、従来の顕微鏡の透過照明光学系
を示す図である。この透過照明光学系２０では、光源ラ
ンプ２１と、コレクターレンズ２２と、視野絞り２３
と、フィールドレンズ２４と、開口絞り２５と、コンデ
ンサーレンズ２６とが光軸２７上にこの順序で配置され
ている。この従来例では、光源ランプ２１とコレクター
レンズ２２とはコレクターレンズ２２の焦点距離ｆ22だ
け離隔配置されており、光源ランプ２１からの光はコレ
クターレンズ２２によって光軸２７と平行となり、その
後、視野絞り２３、フィールドレンズ２４、開口絞り２
５およびコンデンサーレンズ２６を通過して、試料面
（被照明面）２８に照射される。こうして、試料面２８
が照明されるため、試料を透過した光が顕微鏡の光学系
（図１４参照）によって所定位置に導かれて試料の部分
拡大像が結像される。

【００１０】図１４は、従来の顕微鏡の反射照明光学系
を示す図である。この反射照明光学系３０は、光源ラン
プ３１と、コレクターレンズ３２と、開口絞り３３と、
視野絞り３４と、フィールドレンズ３５と、ハーフミラ
ー３６と、コンデンサーレンズ（対物レンズ）３７とで
構成されている。この反射照明光学系３０では、光源ラ
ンプ３１からの光がコレクターレンズ３２によって集光
され、開口絞り３３、視野絞り３４およびフィールドレ
ンズ３５を介してハーフミラー３６に入射される。この
入射光はハーフミラー３６によって試料面（被照明面）
３８側に導かれ、顕微鏡の対物レンズとしても機能する
コンデンサーレンズ３７によって試料面３８上に集光さ
れる。こうして、試料面３８が照明され、その照明領域
によって反射された光がコンデンサーレンズ（対物レン
ズ）３７およびハーフミラー３６を通過し、顕微鏡のフ
ィールドレンズ３９によって所定位置Ｐ11に集光されて
試料の部分拡大像が結像される。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】ところで、従来の照明
光学系１０，２０では、いずれも光源ランプ１２，２１
で発生する熱によって種々の悪影響を受けるという問題
があった。

【００１２】例えば、画像読取装置の照明光学系１０で
は、開口絞り１６がコンデンサーレンズ１８の前側焦点
位置に配置されており、この位置での光源ランプ１２の
ランプ像を所定の大きさで結像する必要があるが、光源
ランプ１２から開口絞り１６までの距離が決まっている
ため、コレクターレンズ１３の焦点距離を変えて投影倍
率を調整するしか方法がなく、投影倍率の増大にともな
ってコレクターレンズ１３の焦点距離が短くなり、コレ
クターレンズ１３を光源ランプ１２と近接配置する必要
が生じる。特に、比較的大きな投影倍率を要求され、し
かもレイパイプ１５が短い（光源ランプ１２から開口絞
り１６までの距離が短い）場合には、極端に短い焦点距
離を有するコレクターレンズ１３を用いなければなら
ず、光源ランプ１２とコレクターレンズ１３との距離が
縮まり、光源ランプ１２で発生した熱によってコレクタ
ーレンズ１３が変形したり、曇ってしまう。

【００１３】また、顕微鏡の透過照明光学系２０では、
光源ランプ２１から開口絞り２５までの限られた距離で
投影倍率を上げるためには、上記画像読取装置の照明光
学系１０の場合と同様に、焦点距離ｆ22が短いコレクタ
ーレンズ２２を採用し、光源ランプ２１に近接配置する
必要があるため、光源ランプ２１からの熱影響を受けて
しまうという問題がある。

【００１４】これに対し、顕微鏡の反射照明光学系３０
では、要求される光源ランプ３１の投影倍率が高い場合
であっても、コレクターレンズ３２とフィールドレンズ
３５との２つのレンズによって当該投影倍率を達成すれ
ばよく、レンズ３２，３５の設計を適当に行うことによ
り光源ランプ３１からコレクターレンズ３２までの距離
を、光源ランプ３１からの熱影響を受けない程度にまで
長くすることが可能である。しかしながら、光の利用効
率が低いという問題を有している。すなわち、この反射
照明光学系３０では、図１４に示すように、視野絞り３
４の像が光源ランプ３１とコレクターレンズ３２との間
の位置Ｐ12に形成されるため、光源ランプ３１のうち光
軸から離れた部分３１ａから出射する光束の主光線Ｒ31
aが、コレクターレンズ３２の光軸位置Ｐ13を通過しな
い。このように従来の反射用照明光学系３０は、コレク
ターレンズ３２の開口を十分に利用しておらず、光利用
効率の低下を招いている。

【００１５】以上のように、従来の照明光学系１０，２
０，３０は、光源ランプからの熱影響を受けるという問
題か、光利用効率が低いという問題のいずれかを有して
おり、従来より、両問題を同時に解消した汎用性のある
照明光学系の提供が要望されていた。

【００１６】また、照明光学系１０，２０では、それぞ
れ適用された光学装置に対応して固有の問題を有してい
た。以下、各問題点について説明する。

【００１７】画像読取装置の照明光学系１０では、図１
２に示すように、開口絞り１６はレイパイプ１５の先端
近傍に配置されており、しかも当該レイパイプ１５の先
端部は原稿シリンダ１の内部に入り込んでいる。このた
め、開口絞り１６の大きさを変えようとした場合、一旦
レイパイプ１５を原稿シリンダ１から（−Ｙ）方向に引
き出した後で開口絞り１６の大きさを変える必要があ
る。このように、従来の照明光学系１０では、開口絞り
１６の変更作業が煩雑であるという問題があった。

【００１８】ここで、固定式の開口絞り１６の代わりに
可変開口絞りを採用するとともに、レイパイプ１５にモ
ータを取り付け、当該モータによって可変開口絞りを駆
動制御するという方法が考えられるが、通常レイパイプ
１５は直径２０ｍｍないし８０ｍｍ程度と細く、モータ
の取付スペースを確保することは難しい。また、モータ
を取り付けた場合、モータおよび付属物（モータの駆動
力を可変開口絞りに伝達する機構など）の重量がレイパ
イプ１５の先端近傍に加わり、レイパイプ１５が振動し
やすくなって、当該振動による光軸ぶれが生じて悪影響
を及ぼすことがある。

【００１９】一方、顕微鏡の透過照明光学系２０では、
図１３に示すように、視野絞り２３と開口絞り２５とが
離れた位置に設けられているため、それらの大きさを調
整する作業が煩雑であるという問題があった。というの
も、図１４の反射照明光学系３０のように視野絞り３３
および開口絞り３４が相互に隣接配置されている場合に
は顕微鏡の接眼レンズより試料を観察しながら、これら
の絞り３３，３４を最適状態に調整することができるの
に対し、図１３の透過照明光学系２０のように視野絞り
２３と開口絞り２５とが相互に離れている場合には試料
を観察しながら一方の絞りの調整を行った後、一旦接眼
レンズから目を離し、他方の絞り位置を確認した上で再
度試料を観察しながら絞りの調整を行う必要があり、絞
り調整の作業性の低下を招いている。

【００２０】本発明は、上述のような問題に鑑みてなさ
れたものであって、光源ランプで発生する熱の影響を受
けず、しかも優れた光利用効率で被照明面を照明するこ
とができる汎用性のある照明光学系を提供することを第
１の目的とする。

【００２１】また、本発明は、上記第１の目的を達成し
た上で、開口絞りの変更調整作業を容易にすることを第
２の目的とする。

【００２２】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、被照
明面に光を照射して、前記被照明面を照明する照明光学
系であって、上記第１の目的を達成するため、光源ラン
プと、前記光源ランプと前記被照明面との間に配置さ
れ、前記光源ランプの２次光源を形成する２次光源形成
レンズと、前記２次光源と前記被照明面との間に配置さ
れ、前記２次光源からの光を取り込み、前記被照明面側
に導くコレクターレンズと、前記コレクターレンズと前
記被照明面との間に、この順序で配置されたフィールド
レンズおよびコンデンサーレンズと、前記２次光源が形
成された２次光源位置または当該２次光源位置と光学的
に共役な位置に配置された開口絞りと、前記２次光源形
成レンズの射出瞳位置または当該射出瞳位置と光学的に
共役な位置に配置された視野絞りと、を備え、前記フィ
ールドレンズと前記コンデンサーレンズとでアフォーカ
ル光学系を形成している。

【００２３】請求項２の発明は、前記２次光源形成レン
ズをフォーカル系としている。

【００２４】請求項３の発明は、前記開口絞りを前記２
次光源位置に配置し、ランプハウス内に、前記光源ラン
プ、前記２次光源形成レンズおよび前記開口絞りを収容
している。

【００２５】請求項４の発明は、前記コレクターレンズ
の前側焦点を前記２次光源位置と一致させている。

【００２６】請求項５の発明は、リレー系を前記コレク
ターレンズと前記コンデンサーレンズとの間に配置して
いる。

【００２７】請求項６の発明は、前記リレー系をアフォ
ーカル光学系としている。

【００２８】請求項７の発明は、被照明面に光を照射し
て、前記被照明面を照明する照明光学系であって、光源
ランプと、前記光源ランプと前記被照明面との間に配置
され、前記光源ランプの２次光源を形成する２次光源形
成レンズと、前記２次光源と前記被照明面との間に配置
され、前記２次光源からの光を取り込み、前記被照明面
側に導くコレクターレンズと、前記コレクターレンズと
前記被照明面との間に、この順序で配置されたフィール
ドレンズおよびコンデンサーレンズと、前記２次光源が
形成された２次光源位置または当該２次光源位置と光学
的に共役な位置に配置された開口絞りと、前記２次光源
形成レンズの射出瞳位置または当該射出瞳位置と光学的
に共役な位置に配置された視野絞りと、を備え、前記フ
ィールドレンズの前側焦点を前記視野絞りの配設位置と
一致させている。

【００２９】

【００３０】

【作用】請求項１の発明では、光源ランプからの光が２
次光源形成レンズおよびコレクターレンズを介してフィ
ールドレンズ側に導かれる。このため、コレクターレン
ズ単独で光源ランプからの光をフィールドレンズ側に導
く場合よりも、光源ランプに最も近接するレンズ、つま
り２次光源形成レンズを光源ランプから離隔配置するこ
とができ、光源ランプからの熱影響を排除できる。な
お、光源ランプから２次光源までの光路長の中で、光源
ランプの熱影響を極力避けるために２次光源形成レンズ
の焦点距離を長く設定した時、２次光源の倍率が低下す
るため、それ以降の光学系で倍率を補うのにコレクター
レンズの焦点距離を短くする必要があり、コレクターレ
ンズの近傍位置に２次光源が形成されることとなるが、
この場合、２次光源によるコレクターレンズへの熱影響
は全く考慮する必要はない。

【００３１】また、視野絞りが２次光源形成レンズの射
出瞳位置または当該射出瞳位置と光学的に共役な位置に
配置されるため、光源ランプから出射する光束の主光線
が、２次光源形成レンズの光軸位置を通過することとな
り、光源ランプから出射した光を効率良く被照明面の照
明のために利用することができる。さらに、フィールド
レンズとコンデンサーレンズとでアフォーカル光学系が
形成される。

【００３２】請求項２の発明では、２次光源形成レンズ
がフォーカル系となっているので、アフォーカル系で構
成した場合に比べて、光源ランプからその光源像までの
距離が短くなる。したがって、照明光学系の全長が短く
なる。

【００３３】請求項３の発明では、開口絞りが２次光源
位置に配置され、ランプハウス内の同一空間に、光源ラ
ンプ、２次光源形成レンズおよび開口絞りが収容され
る。このため、ランプハウス内で開口絞りを変更するこ
とができる。

【００３４】請求項４の発明では、コレクターレンズの
前側焦点を２次光源位置と一致させており、コレクター
レンズからは光軸と平行な光がフィールドレンズ側に出
射され、しかもフィールドレンズとコンデンサーレンズ
とで構成されたアフォーカル光学系を介して被照明面に
照射される。したがって、この照明光学系では、いわゆ
る像側テレセントリックとなっており、被照明面の焦点
ずれが生じた場合であっても、被照明面での光量変動や
照度分布の変動を抑え、視野絞りの倍率変動を防止す
る。

【００３５】請求項５の発明では、リレー系がコレクタ
ーレンズとコンデンサーレンズとの間に配置されて、投
影倍率をほぼ一定に保ったままで、光路長の調整を可能
とする。

【００３６】請求項６の発明では、リレー系がアフォー
カル光学系で構成され、光源ランプの像が空中に形成
し、レンズ面に付着したゴミやほこり等の影響を排除し
て被照明面における光量変動や照度分布の悪化を防止す
る。

【００３７】請求項７の発明では、フィールドレンズの
前側焦点が視野絞りの配設位置と一致している。

【００３８】

【００３９】

【実施例】図１は、この発明にかかる照明光学系の一実
施例を示す図である。この照明光学系４０は、光源ラン
プ４１からの光を原稿や試料面などの被照明面Ｓに照射
して、当該被照明面Ｓを照明するものであり、同図に示
すように、光源ランプ４１と被照明面Ｓとの間に、２次
光源形成レンズ４２と、コレクターレンズ４３と、フィ
ールドレンズ４４と、コンデンサーレンズ４５とが、こ
の順序で配置されている。

【００４０】この２次光源形成レンズ４２は、光源ラン
プ４１の２次光源をコレクターレンズ４３側の所定位
置、つまり２次光源位置Ｐ1に形成する。

【００４１】そして、この２次光源位置Ｐ1から被照明
面Ｓ側（同図の右手方向側）に所定距離だけ離れた位置
にコレクターレンズ４３が配置されており、２次光源か
らの光を取り込み、フィールドレンズ４４側に出射す
る。この出射光は、フィールドレンズ４４およびコンデ
ンサーレンズ４５を介して被照明面Ｓに照射される。

【００４２】また、この実施例では、２次光源位置Ｐ1
に開口絞り４６が、また２次光源形成レンズ４２の射出
瞳と共役な位置Ｐ2に視野絞り４７が、それぞれ配置さ
れている。なお、開口絞り４６については、２次光源位
置Ｐ1のみならず、位置Ｐ1と光学的に共役な位置Ｐ1C
（図１および後で説明する図４〜図６）に配置してもよ
い。

【００４３】以上のように、この実施例にかかる照明光
学系４０によれば、光源ランプ４１からの光が２次光源
形成レンズ４２およびコレクターレンズ４３を介してフ
ィールドレンズ４４側に導かれるように構成しているの
で、所望の投影倍率を得るためには、２次光源形成レン
ズ４２およびコレクターレンズ４３の焦点距離でそれぞ
れ分担して設定することができる。したがって、例えば
２次光源形成レンズ４２の焦点距離を長く設定する一
方、コレクターレンズ４３の焦点距離を短く設定するこ
とも可能であり、このように設定した場合、従来例のよ
うにコレクターレンズ単独で光源ランプからの光をフィ
ールドレンズ側に導く場合よりも、光源ランプ４１に最
も近接するレンズ、つまり２次光源形成レンズ４２を光
源ランプ４１から離隔配置することができ、光源ランプ
４１からの熱影響を排除できる。なお、この場合、コレ
クターレンズ４３のパワーを高めた結果、コレクターレ
ンズ４２が２次光源に近接してしまうが、２次光源によ
るコレクターレンズへの熱影響は全く考慮する必要はな
いため、特に問題となることはない。

【００４４】また、この実施例によれば、視野絞り４７
が２次光源形成レンズ４２の射出瞳と共役な位置Ｐ2に
配置されているため、光源ランプ４１のうち光軸から離
れた部分４１ａから出射する光束の主光線Ｒ41aが２次
光源形成レンズ４２の射出瞳上で光軸位置Ｐ3を通過す
ることとなり、光源ランプ４１から出射した光を効率良
く被照明面Ｓの照明のために利用することができる。な
お、視野絞り４７の配設位置は、上記２次光源形成レン
ズ４２の射出瞳と共役な位置Ｐ2に限定されるものでは
なく、当該位置Ｐ2と光学的に共役な別の位置（後で説
明する図４の位置Ｐ2C）でもよく、当該共役位置に視野
絞り４７を配置することで同様の効果が得られる。

【００４５】また、この実施例では、以下の記載(1)〜
(3)に示すように構成要素が特有の構成を有し、また配
置されているため、上記効果に加えて、構成や配置に応
じた特有の効果を有している。以下、これらの点につい
て、順次説明する。

【００４６】(1)まず、この実施例では、図１からわか
るように、２次光源形成レンズ４２は、いわゆるフォー
カル系で構成されている。もちろん、アフォーカル系で
構成してもよいが、フォーカル系の２次光源形成レンズ
４２を採用した場合、光源ランプ４１からその光源像が
形成される位置（２次光源位置）Ｐ1までの距離Ｌを、
アフォーカル系で構成した場合に比べて、短くすること
ができる。このことを図２および図３を参照しつつ詳説
する。

【００４７】図２は、２次光源形成レンズ４２をフォー
カル系で構成した場合の光学系を示す図である一方、図
３は、２枚のレンズ４２ａ，４２ｂからなるアフォーカ
ル系で構成した場合の光学系を示す図である。ここで、
２次光源形成レンズ４２の焦点距離をｆ42とし、倍率を
ｍ42とすれば、フォーカル系（図２）の場合の上記距離
Ｌf（光源ランプ４１からその光源像４１Ｉが形成され
る位置Ｐ1までの距離）と、アフォーカル系（図３）の
場合と上記距離Ｌafは、それぞれ以下のようになる。

【００４８】・フォーカル系（図２）の場合、 Ｌf＝（ｆ42＋ｆ42／ｍ42）＋（ｆ42＋ｆ42×ｍ42）、 ＝ｆ42×（２＋ｍ42＋１／ｍ42）、 ・アフォーカル系（図３）の場合、 Ｌaf＝（２×ｆ42）＋（２×ｍ42×ｆ42）、 ＝ｆ42×（２＋２×ｍ42）、 したがって、アフォーカル系の場合の距離Ｌafとフォー
カル系の場合の距離Ｌfとの差Δ（＝Ｌaf−Ｌf）は、 Δ＝（ｍ42−１／ｍ42）×ｆ42 となり、通常の照明光学系では拡大光学系であり、倍率
ｍ42＞１となっているため、Δ＞０、つまりＬaf＞Ｌf
の関係にある。このように、２次光源形成レンズ４２を
フォーカル系で構成することで、光学距離を短くするこ
とができ、照明光学系４０の全長を短くすることがで
き、コンパクト化することができる。

【００４９】(2)また、この実施例では、図１に示すよ
うに、コレクターレンズ４３が２次光源位置Ｐ1から被
照明面Ｓ側（図１の右手方向側）に当該レンズ４３の焦
点距離ｆ43だけ離隔して配置されて、コレクターレンズ
４３の前側焦点Ｐ4が２次光源位置Ｐ1と一致しており、
しかも、フィールドレンズ４４とコンデンサーレンズ４
５とが各焦点距離を足し合わせた距離（ｆ44＋ｆ45）だ
け離隔配置されてアフォーカル光学系が形成されてい
る。このため、コレクターレンズ４３から出射される光
は光軸ＯＡに平行となり、照明光学系４０は、視野絞り
の投影に関して、いわゆる像側テレセントリックとなっ
ている。このため、被照明面Ｓの焦点ずれによる被照明
面Ｓでの光量変動や照度分布の変動を抑えることがで
き、しかも視野絞り４７の倍率変動を防止することがで
きる。

【００５０】(3)さらに、この実施例では、図１に示す
ように、開口絞り４６を２次光源位置Ｐ1に配置すると
ともに、視野絞り４７を２次光源形成レンズ４２の射出
瞳と共役な位置Ｐ2に配置しているため、開口絞り４６
および視野絞り４７が相互に近接し、相互調整作業が容
易となる。すなわち、開口絞り４６および視野絞り４７
として、可変絞り（後で説明する図８および図９参照）
を採用することで、作業者はスクリーン上に投影される
像や接眼レンズを介して観察される像を見ながら開口絞
り４６および視野絞り４７を交互に操作し、被照明面Ｓ
での照明条件を調整することができる。

【００５１】図４は、この発明にかかる照明光学系の他
の実施例を示す図である。この実施例にかかる照明光学
系５０では、フィールドレンズ４４とコンデンサーレン
ズ４５との間に２枚のレンズ４８ａ，４８ｂからなるリ
レー系４８が介挿されており、その他の構成は先に説明
した実施例と同一である。

【００５２】このようにリレー系４８を追加すること
で、先の照明光学系４０と同一の光学特性（投影倍率や
被照明面Ｓでの照度分布の変動など）を維持しつつ、光
路長を適当な量だけ伸ばすことができる。

【００５３】なお、この実施例では、２枚のレンズ４８
ａ、４８ｂによってリレー系４８を構成しているが、リ
レー系４８のレンズ構成枚数はこれに限定されるもので
はなく、任意である。

【００５４】また、同図に示すように、レンズ４８ａ，
４８ｂを両者の焦点距離を足し合わせた距離（ｆ48a＋
ｆ48b）だけ相互に離隔配置することでリレー系４８を
アフォーカル光学系とした場合には、レンズ面に付着し
たゴミやほこりの影響を受けず、被照明面Ｓでの光量変
動や照度分布の悪化を防止することができる。すなわ
ち、フォーカル光学系では、光源像または視野絞り像が
リレー系４８を構成するレンズ面あるいは近傍に形成さ
れるため、当該レンズのレンズ面にゴミやほこりなどが
付着していたとき、光源像または視野絞り像が乱れ、悪
影響を及ぼす。これに対し、この実施例のようにアフォ
ーカル光学系でリレー系４８を形成した場合、光源像と
視野絞り像とがレンズ間の空間領域に形成されるため、
レンズ面上のゴミなどの影響を受けず、良好に光源像と
視野絞り像とをコンデンサーレンズ４５及び被照射面Ｓ
に伝達することができる。したがって、上記した特有の
効果が得られる。

【００５５】さらに、リレー系４８を構成するレンズ４
８ａ、４８ｂの配置位置については、上記実施例に限定
されるものではなく、例えば図５や図６に示すように配
置してもよい。すなわち、リレー系４８はコレクターレ
ンズ４３とコンデンサーレンズ４５との間の任意の位置
に配置することができる。但し、図５の光学系では光源
像がレンズ４８ａ上に、図６の光学系では視野絞り像が
レンズ４８ｂ上に形成されるので、図４の光学系５０の
方が好ましい。

【００５６】次に、この発明にかかる照明光学系を画像
読取装置や顕微鏡に適用する場合について具体例を挙げ
て説明する。

【００５７】図７は、図１１の画像読取装置に適用され
た照明光学系を示す図である。この照明光学系６０の基
本的構成は図４の照明光学系５０と同一であり、画像読
取装置に適用するために、ランプハウス６１およびレイ
パイプ６２を設けている点と、ランプハウス６１内およ
びレイパイプ６２内で光を所定方向に導くためにミラー
６３〜６５を設けている点のみで、照明光学系５０と相
違する。

【００５８】この照明光学系６０では、ランプハウス６
１内の同一空間に、光源ランプ４１、２次光源形成レン
ズ４２、ミラー６３、可変開口絞り４６、ミラー６４、
コレクターレンズ４３および可変視野絞り４７が収容さ
れている。特に、開口絞り４６をランプハウス６１内に
配置したことで、従来例のように開口絞り４６の大きさ
を変えるたびにレイパイプ６２を原稿シリンダ１から引
き出すことなく、必要に応じて変更することができ、作
業性が大幅に改善されている。また、開口絞り４６の開
口サイズを自動的に変更するための自動調整機構を組み
込むことが容易である。具体的には、開口絞り４６を、
例えば図８に示すように、相互にサイズの異なる複数の
アパーチャ４６ａが穿設されたアパーチャ板４６ｂと、
アパーチャ板４６ｂの外周部に刻設されたギヤ部４６ｃ
と、ギヤ部４６ｃと歯合自在に配置されたギヤ４６ｄと
で構成し、図示を省略する駆動モータからの駆動力をギ
ヤ４６ｄを介して伝達してアパーチャ板４６ｂを回転軸
４６ｅ回りに回転して、光軸上に適当なサイズのアパー
チャ４６ａを位置決めするようにすればよい。

【００５９】また、この照明光学系６０では、可変開口
絞り４６と可変視野絞り４７が同一空間内で、しかも近
接して配置されているため、上記したように開口絞り４
６および視野絞り４７の相互調整作業が容易となり、被
照明面Ｓでの照明条件を簡単に調整することができる。

【００６０】さらに、視野絞り４７についても、開口絞
り４６と同様に、開口サイズを自動的に変更するための
自動調整機構を組み込むことが容易である。例えば、図
９に示すように構成することができる。すなわち、複数
の絞り羽根４７ａを渦巻き状に配置し、それらの外周部
にギヤ４７ｂを設けるとともに、ギヤ４７ｂと歯合自在
なギヤ４７ｃを設け、駆動モータ（図示省略）からの駆
動力によって、絞り羽根４７ａで形成される開口４７ｄ
のサイズを調整するように可変視野絞り４７を構成する
ことができる。

【００６１】ここで、可変開口絞り４６および可変視野
絞り４７の構成は上記に限定されるものではなく、開口
サイズを変更できる限り任意である。

【００６２】また、この実施例では、フィールドレンズ
４４とミラー６５との間にリレー系４８を介挿している
が、これはレイパイプ６２の長さに対応して光路長を延
長するためであり、レイパイプ６２に応じてリレー系４
８を省略したり、リレー系４８の構成や配置などを変更
することができる。

【００６３】なお、言うまでもないが、この照明光学系
６０は、画像読取装置に適用された場合の特有の効果の
他に、照明光学系としての基本的効果（照明光学系４
０，５０の効果として上記において説明した効果）を有
する。

【００６４】図１０は、顕微鏡に適用された照明光学系
を示す図である。この照明光学系７０の基本的構成は図
１の照明光学系４０と同一であり、フィールドレンズ４
４からの光が顕微鏡のハーフミラー３６で反射される点
と、顕微鏡の対物レンズ３７がコンデンサーレンズとし
ても機能する点で、照明光学系４０と相違する。

【００６５】この反射照明光学系７０を従来例（図１
４）と比較した場合、光源ランプからの光の利用効率が
大きく相違する。すなわち、この反射照明光学系７０に
よれば、視野絞り４７が２次光源形成レンズ４２の射出
瞳と共役な位置Ｐ2に配置されているので、光源ランプ
４１から出射する光束の主光線が２次光源形成レンズ４
２の光軸位置Ｐ3を通過することとなり、光源ランプ４
１から出射した光を効率良く試料面３８（被照明面Ｓ）
の照明のために利用することができる。

【００６６】なお、言うまでもないが、この照明光学系
７０は、顕微鏡の反射照明光学系として適用された場合
の特有の効果の他に、照明光学系としての基本的効果
（照明光学系４０，５０の効果として上記において説明
した効果）を有する。

【００６７】また、この発明にかかる照明光学系は、顕
微鏡において反射照明光学系としてのみではなく、透過
照明光学系としても適用することができ、上記と同様の
効果が得られる。

【００６８】さらに、この発明にかかる照明光学系は、
画像読取装置や顕微鏡のみならず、顕微分光装置や膜厚
測定装置などの光学装置全般に適用することができる。

【００６９】

【発明の効果】この発明によれば、光源ランプからの光
を２次光源形成レンズおよびコレクターレンズを介して
フィールドレンズ側に導くようにしているので、２次光
源形成レンズを光源ランプから離隔配置することがで
き、光源ランプからの熱影響を排除することができる。
また、視野絞りを２次光源形成レンズの射出瞳位置また
は当該射出瞳位置と光学的に共役な位置に配置している
ので、光源ランプから出射した光を効率良く被照明面の
照明のために利用することができる。

【００７０】さらに、以下の請求項にかかる発明によれ
ば、次の付加的な効果が得られる。

【００７１】請求項２の発明によれば、２次光源形成レ
ンズをフォーカル系としているため、光源ランプからそ
の光源像までの距離を短くすることができ、その結果、
照明光学系の全長を短くすることができる。

【００７２】請求項３の発明によれば、開口絞りを２次
光源位置に配置しているので、ランプハウス内で開口絞
りを変更することができ、開口絞りの変更調整作業を容
易に行うことができる。

【００７３】請求項４の発明によれば、コレクターレン
ズの前側焦点を２次光源位置と一致させるとともに、フ
ィールドレンズとコンデンサーレンズとで構成されたア
フォーカル光学系を構成しているので、像側テレセント
リックとなり、被照明面の焦点ずれが生じた場合であっ
ても、被照明面での光量変動や照度分布の変動を抑え、
視野絞りの倍率変動を防止することができる。

【００７４】請求項５の発明によれば、リレー系をコレ
クターレンズとコンデンサーレンズとの間に配置するこ
とで、投影倍率をほぼ一定に保ったままで、光路長を調
整することができる。

【００７５】請求項６の発明によれば、リレー系をアフ
ォーカル光学系で構成しているので、レンズ面に付着し
たゴミやほこり等の影響を排除することができ、その結
果、被照明面における光量変動や照度分布の悪化を防止
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明にかかる照明光学系の一実施例を示す
図である。

【図２】２次光源形成レンズをフォーカル系で構成した
場合の光学系を示す図である。

【図３】２次光源形成レンズを２枚のレンズからなるア
フォーカル系で構成した場合の光学系を示す図である。

【図４】この発明にかかる照明光学系の他の実施例を示
す図である。

【図５】図４の照明光学系の一変形例を示す図である。

【図６】図４の照明光学系の他の変形例を示す図であ
る。

【図７】図１１の画像読取装置に適用された照明光学系
を示す図である。

【図８】可変開口絞りの一例を示す図である。

【図９】可変視野絞りの一例を示す図である。

【図１０】顕微鏡に適用された照明光学系を示す図であ
る。

【図１１】画像読取装置の一例を示す部分構成図であ
る。

【図１２】従来の画像読取装置の照明光学系を示す図で
ある。

【図１３】従来の顕微鏡の透過照明光学系を示す図であ
る。

【図１４】従来の顕微鏡の反射照明光学系を示す図であ
る。

【符号の説明】

２ 原稿（被照明面） ２８，３８ 試料面（被照明面） ４０，５０，６０，７０ 照明光学系 ４１ 光源ランプ ４２ ２次光源形成レンズ ４３ コレクターレンズ ４４ フィールドレンズ ４５ コンデンサーレンズ ４６ 開口絞り ４７ 視野絞り ４８ リレー系 ６１ ランプハウス Ｐ1 ２次光源位置 Ｐ1C 位置（２次光源位置と光学的に共役な位置） Ｐ2 射出瞳と共役な位置 Ｐ2C 位置（射出瞳位置と光学的に共役な別の位置） Ｐ3 光軸位置 Ｐ4 コレクターレンズの前側焦点位置

フロントページの続き (56)参考文献 特公 平６−100724（ＪＰ，Ｂ２) 国際公開94／7166（ＷＯ，Ａ１) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G02B 27/00 G02B 21/06 - 21/08 G02B 27/18 G03F 7/20 H01L 21/027

Claims (7)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被照明面に光を照射して、前記被照明面
   を照明する照明光学系であって、 光源ランプと、 前記光源ランプと前記被照明面との間に配置され、前記
   光源ランプの２次光源を形成する２次光源形成レンズ
   と、 前記２次光源と前記被照明面との間に配置され、前記２
   次光源からの光を取り込み、前記被照明面側に導くコレ
   クターレンズと、 前記コレクターレンズと前記被照明面との間に、この順
   序で配置されたフィールドレンズおよびコンデンサーレ
   ンズと、 前記２次光源が形成された２次光源位置または当該２次
   光源位置と光学的に共役な位置に配置された開口絞り
   と、 前記２次光源形成レンズの射出瞳位置または当該射出瞳
   位置と光学的に共役な位置に配置された視野絞りと、 を備え、前記フィールドレンズと前記コンデンサーレンズとでア
   フォーカル光学系が形成された ことを特徴とする照明光
   学系。
2. 【請求項２】 前記２次光源形成レンズがフォーカル系
   である請求項１記載の照明光学系。
3. 【請求項３】 前記開口絞りが前記２次光源位置に配置
   され、しかも前記光源ランプ、前記２次光源形成レンズ
   および前記開口絞りを取り囲み、同一空間内に収容する
   ランプハウスをさらに備えた請求項１記載の照明光学
   系。
4. 【請求項４】 前記コレクターレンズの前側焦点が前記
   ２次光源位置と一致する請求項１記載の照明光学系。
5. 【請求項５】 前記コレクターレンズと前記コンデンサ
   ーレンズとの間に配置されたリレー系をさらに備えた請
   求項１記載の照明光学系。
6. 【請求項６】 前記リレー系がアフォーカル光学系であ
   る請求項５記載の照明光学系。
7. 【請求項７】 被照明面に光を照射して、前記被照明面
   を照明する照明光学系であって、 光源ランプと、 前記光源ランプと前記被照明面との間に配置され、前記
   光源ランプの２次光源を形成する２次光源形成レンズ
   と、 前記２次光源と前記被照明面との間に配置され、前記２
   次光源からの光を取り込み、前記被照明面側に導くコレ
   クターレンズと、 前記コレクターレンズと前記被照明面との間に、この順
   序で配置されたフィールドレンズおよびコンデンサーレ
   ンズと、 前記２次光源が形成された２次光源位置または当該２次
   光源位置と光学的に共役な位置に配置された開口絞り
   と、 前記２次光源形成レンズの射出瞳位置または当該射出瞳
   位置と光学的に共役な位置に配置された視野絞りと、 を備え、 前記フィールドレンズの前側焦点が前記視野絞りの配設
   位置と一致することを特徴とする照明光学系。