JP4445796B2

JP4445796B2 - 顕微鏡

Info

Publication number: JP4445796B2
Application number: JP2004146066A
Authority: JP
Inventors: 聖幸水澤
Original assignee: Olympus Corp
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 2004-05-17
Filing date: 2004-05-17
Publication date: 2010-04-07
Anticipated expiration: 2024-05-17
Also published as: US7248404B2; US20050254123A1; JP2005326717A

Description

本発明は、ライン照明を備える顕微鏡に関するものである。

従来、ライン照明を備える顕微鏡として、例えば、特許文献１、特許文献２および特許文献３に示すものが提案されている。
特許文献１に示されるものは、従来の単一光源の落射照明光学系において、開口絞りと対物レンズの間にシリンドリカルレンズを挿入し、開口絞りで形成された円形の光束をシリンドリカルレンズで直線状に集光してライン照明とするものであり、光源からの光は無駄なく利用されている。
特許文献２に示されるものは、光ファイバを横に並べて直線状の光源を形成し、さらに、この光源からの光束をスリットに通してライン照明を形成させている。
また、特許文献３に示すものは、光源近傍に複数のスリットを配し、これら複数のスリットを透過した光を照明光としてライン照明を形成し、光の利用効率を高めようとするものである。

特開平７−１２０６８１号公報（段落［００１２］〜［００１８］，及び図１）特開平１０−１０４５２３号公報（段落［００１４］〜［００１６］，及び図６）特開２００３−１６７１９７号公報（段落［００１６］〜［００２９］，及び図１）

しかしながら、特許文献１に示されるものは、円形の光束をシリンドリカルレンズにより直線状に集光するので、照明が楕円状となる。しかも単一光源であるので、形成された断面が円形の光束は周辺部が中心部に比べて光の強度が弱いため、この強度に差異がある楕円の周辺部は中心部に比べて暗くなる。この影響は、楕円の長軸方向で大きく現れ、中心部と周辺部で照明ムラが発生するという問題がある。
また、特許文献２に示されるものは、光源としての光ファイバでの光の利用効率が低く、しかもスリットを利用しているため光源からの光量のほんの一部しか利用されないので、光の利用効率が低いという問題がある。
さらに、特許文献３に示されるものは、複数のスリットを使用して光の利用効率を高めようとするものであるが、スリットを通過した光のみでライン照明を形成しているので、依然としてスリットを通過できない光が多く、光の利用効率が十分ではない。

本発明は、上記問題点に鑑み、光源からの光の利用効率を高め、明るく、均一なライン照明を利用できる顕微鏡を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を採用する。
本発明は、直線状に並んで配列された複数の光源と、前記光源からの光をほぼ平行光にするコリメートレンズと、上流側の平面部が平行光の光軸に直交し、かつ円筒面部の長手軸線が前記光源の配列方向と平行に配置されたシリンドリカルレンズと、前記シリンドリカルレンズからの光により標本を照明する対物レンズと、を備え、前記シリンドリカルレンズが前記平行光の光路に挿脱可能に設けられている顕微鏡を提供する。

本発明によれば、複数の光源が直線状に配列されているので、コリメートレンズに入射される光束は、各光源の光が重畳されて、光源の配列方向に強度の強い部分が幅広く分布されたものとなる。この光源からの光束がコリメートレンズにより平行光にされると、この平行光にも、光源の配列方向に光の強度の強い部分が幅広く存在することになる。
そして、シリンドリカルレンズの平面部にほぼ垂直に入射された平行光は、円筒面の長手軸線方向では屈折力が作用しないので、そのままの幅でシリンドリカルレンズから出射される。一方、光路に沿い長手軸線に直交する面内では屈折力が作用して、結局直線状に集光されることになる。この直線状に集光された光が対物レンズを通してライン照明として標本を照明する。

この場合において、シリンドリカルレンズの円筒面部の長手軸線は、光源の配列方向とほぼ平行に配置されているので、ライン照明の長手方向には、光の強度の強い部分が幅広く分布されていることになる。したがって、両端部分まで明るく、かつ照明ムラの少ない均一な明るさのライン照明を得ることができる。
また、光源からコリメートレンズへ入射する光を制限しておらず、かつコリメートレンズに入射した光は全てライン照明としているので、例えば従来のスリットにより入射する光を制限するものに比べて光の利用効率を向上できる。
また、シリンドリカルレンズが、着脱可能に装着されているため、シリンドリカルレンズを取り外せば、コリメートレンズからの平行光が対物レンズに入射されるので、ケーラー照明を得ることができる。このように、シリンドリカルレンズを着脱することにより、ライン照明とケーラー照明とを使い分けることができ、顕微鏡の活用範囲を拡げることができる。
なお、光源としては、小さなものが望ましく、例えばＬＥＤ等の直接光を発生するものあるいは縮小投影光学系による２次光源像が好適である。これらは、例えば、光ファイバを利用したものに比べて発生段階での光の利用効率が良好である。

また、上記発明においては、前記シリンドリカルレンズの焦点距離が、１００ｍｍ以上３５０ｍｍ以下であることが好ましい。
焦点距離が１００ｍｍ未満になると、シリンドリカルレンズの開口数が大きくなりすぎて、球面収差が増大するため、均一な照明光が得られなくなる。また、焦点距離が、３５０ｍｍを超えると光学系の全長が長くなりすぎ、装置が大型化してしまう。

また、上記発明においては、前記コリメートレンズが、少なくとも１つの接合レンズを含むことが好ましい。
このようにすることにより、接合レンズを構成するレンズの屈折率および接合面の曲率半径を調整して色収差を修正できるので、より鮮明なライン照明を得ることができる。
なお、ここで「接合レンズ」とは、単に隣接配置されたレンズのことを意味するものであり、これらのレンズが相互に接着されているもの、あるいはエアコンタクトされているものを包含するものである。

本発明によれば、シリンドリカルレンズで形成されるライン照明の長手方向には、光の強度の強い部分が幅広く分布し、そのため両端部分まで明るく、かつ照明ムラの少ない均一な明るさのライン照明を得ることができるという効果を奏する。

以下、本発明の一実施形態に係る顕微鏡について、図１ないし図４を用いて説明する。
本実施形態に係る顕微鏡１は、ライン照明とケーラー照明とが実施できるように構成されている。
本実施形態に係る顕微鏡１には、照明光学系３と撮像系５とが備えられている。
照明光学系３には、光源７と、光源７からの光をほぼ平行光にするコリメートレンズ９と、コリメートレンズ９からの光路１１中に配置されたシリンドリカルレンズ１３と、光路１１の方向を変換するミラー１５と、リレーレンズ１７と、対物レンズ１９とが備えられている。

光源７は便宜上点光源として、４個の光源７が、Ｙ方向（図１の紙面に垂直な方向、図２（ａ）参照）に相互に０．２ｍｍの間隔をあけて一列に配列されている。光源７は、光軸をはさんで対象的に配置されている。
なお、光源７の個数および間隔は、本実施形態のものに限定されず、必要に応じて適宜に設定すればよい。
また、光源としては、縮小投影光学系による２次光源像としてもよい。

コリメートレンズ９には、結合レンズとしてダブレット１０が備えられており、ダブレット１０を構成する凸レンズと凹レンズとの屈折率および接合面の曲率半径を調整して、色収差を解消するように構成されている。
ダブレット１０を含む複数のレンズで構成されたコリメートレンズ９は、光源７から入射された光をほぼ平行光に変換するように形成されている。

シリンドリカルレンズ１３は、平面部１２がコリメートレンズ９からの光路１１に直交し、円筒面１４の長手軸線がＹ方向に沿うように配置されている。このため、シリンドリカルレンズ１３は、Ｘ方向（図１参照）には屈折力が作用するが、Ｙ方向には屈折力が作用しない。
シリンドリカルレンズ１３は、光路１１に挿脱可能に取り付けられている。

ミラー１５は、シリンドリカルレンズ１３からの光束を対物レンズ１９に向くように方向を変換するものである。
ミラー１５と対物レンズ１９との間には、シリンドリカルレンズ１３で形成された像を対物レンズ１９へリレーするリレーレンズ１７が配設されている。
対物レンズ１９は、複数枚のレンズを組み合わせて形成され、光路１１を通る光を標本２１に照明として照射するとともに標本２１からの反射光を撮像系５へ伝送するように構成されている。

撮像系５には、ハーフミラー２３と、結像レンズ２５と、撮像素子２７とが備えられている。
ハーフミラー２３は、光路１１中に設けられ、対物レンズ１９からの反射光を結像レンズ２５に案内するように構成されている。ハーフミラー２３はダイクロイックミラーとされてもよい。
結像レンズ２５は、ハーフミラー２３からの反射光を撮像素子２７の表面に集光させるように構成されている。
撮像素子２７は、例えばＣＣＤであり、表面に集光された光を電気信号に変換して処理するものである。

このように構成された本実施形態に係る顕微鏡１の作用について以下に説明する。
まず、図１、図２および図４により、ライン照明を行う場合について、説明する。
ライン照明の場合には、シリンドリカルレンズ１３は、光路１１中に位置するように装着される。
図１は、Ｘ方向の光路図を示し、図２は、Ｙ方向の光路図を部分的に示している。

各光源７で発生された光は、重畳されて、コリメートレンズ９に入射され、コリメートレンズ９でほぼ平行光に変換され、シリンドリカルレンズ１３の方向へ送出される。
コリメートレンズ９に入射される光は、光源７がＹ方向に直線状に並んで配置されているので、Ｙ方向に沿って強度の強い部分が幅広く分布されている。このため、コリメートレンズ９から出射される平行光も、Ｙ方向に沿って強度の強い部分が幅広く分布されている。

シリンドリカルレンズ１３に入射された平行光は、Ｙ方向には屈折せず（図２（ａ）参照）、Ｘ方向にのみ屈折し（図１参照）て、Ｙ方向の光束幅は維持しつつＸ方向の光束幅が減少する光束とされ、光路１１を進行する。
この光束は、ミラー１５にて反射され、対物レンズ１９に面する方向へ変換され、リレーレンズ１７の中途、すなわちシリンドリカルレンズ１３の焦点位置でＹ方向に沿った直線状に集光される。
シリンドリカルレンズ１３の焦点距離は、１００ｍｍ未満になると、シリンドリカルレンズ１３の開口数が大きくなりすぎて、球面収差が増大するため、均一な照明光が得られなくなる。また、焦点距離が、３５０ｍｍを超えると光学系の全長が長くなりすぎ、装置が大型化してしまう。そのため、本実施形態では、例えば２２０ｍｍとしている。

その後、Ｘ方向では、図１に示すように、幅が拡大されて対物レンズ１９へ入射し、対物レンズ１９により標本２１の表面に集光される。
一方、Ｙ方向では、図２（ｂ）に示すように、対物レンズ１９の中途で集光した後、拡大されて標本２１の表面に照射される。
このようにして、標本２１の表面には、Ｙ方向に長いライン照明が提供される。

この場合において、コリメートレンズ９からの平行光は、Ｙ方向に沿って強度の強い部分が幅広く分布されているので、Ｙ方向に長いライン照明は、端部まで明るく、かつ照明ムラの少ない均一な明るさを得ることができる。
図４は、本実施形態でのライン照明時における標本面での照度分布を、Ｘ方向およびＹ方向について示しており、Ｙ方向で実用上十分な均一した明るさが得られていることがわかる。
また、光源７からコリメートレンズ９へ入射される光を制限しておらず、かつコリメートレンズ９に入射された光は全てライン照明に変換されているので、例えば従来のスリットにより入射する光を制限するものに比べて光の利用効率が向上できる。

ライン照明にて照明された標本から反射する反射光は、対物レンズ１９を通ってハーフミラー２３により反射され、結像レンズ２５により撮像素子２７の表面に結像される。撮像素子２７の表面に結像される像は、Ｘ方向では図１に示すように集光され、Ｙ方向では図２（ｃ）に示すように所定の長さを有するもの、すなわちＹ方向に長さを持つライン状となる。

次に、図３により、ケーラー照明を行う場合について、説明する。
ケーラー照明の場合には、シリンドリカルレンズ１３は、図３に示されるように光路１１中に位置しないように取り外される。
この状態で、各光源７で発生された光は、重畳されて、コリメートレンズ９に入射され、コリメートレンズ９でほぼ平行光に変換される。
この平行光は、断面が円形の方向性のない光であり、ミラー１５にて反射され、対物レンズ１９に面する方向へ変換される。そして、平行光は、リレーレンズ１７を通り、図３に示されるように、対物レンズ１９の中途で集光された後、拡大されて標本２１の表面に円形の照射面にて照射される。

このように、シリンドリカルレンズ１３を取り外すだけで、ライン照明からケーラー照明へ変更することができる。すなわち、シリンドリカルレンズ１３を光路１１に挿脱することにより、ライン照明とケーラー照明とを使い分けることができるので、顕微鏡の活用範囲を拡げることができる。

なお、ケーラー照明とする場合には、光源７は光軸位置に一つの方が好ましいので、光軸位置に一つの光源７と、本実施形態のようにＹ方向に複数並べて配置された光源７とを切り替え可能な構成としてもよい。

また、シリンドリカルレンズ１３の代わりに、シリンドリカルレンズ１３と同じ焦点距離を有する回転対象のレンズを装着すれば、光源が標本面に結像するクリティカル照明を実施することもできる。

本発明の一実施形態に係る顕微鏡の概略構成を示す構成図である。図１の部分を示し、（ａ）は図１のＡ視図、（ｂ）は図１のＢ視図、（ｃ）は図１のｃ視図である。本発明の一実施形態に係る顕微鏡の概略構成を示す構成図である。本発明の一実施形態に係る顕微鏡のライン照明時における標本面の照度分布を示すグラフである。

符号の説明

１顕微鏡
７光源
９コリメートレンズ
１０ダブレット
１１光路
１２平面部
１３シリンドリカルレンズ
１４円筒面部
１９対物レンズ
２１標本

Claims

直線状に並んで配列された複数の光源と、
前記光源からの光をほぼ平行光にするコリメートレンズと、
上流側の平面部が平行光の光軸に直交し、かつ円筒面部の長手軸線が前記光源の配列方向と平行に配置されたシリンドリカルレンズと、
前記シリンドリカルレンズからの光により標本を照明する対物レンズと、
を備え、
前記シリンドリカルレンズが前記平行光の光路に挿脱可能に設けられている顕微鏡。
前記シリンドリカルレンズの焦点距離が、１００ｍｍ以上３５０ｍｍ以下である請求項１に記載の顕微鏡。
前記コリメートレンズが、少なくとも１つの接合レンズを含む請求項１または請求項２に記載の顕微鏡。