JP4957983B2

JP4957983B2 - 顕微鏡

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Publication number: JP4957983B2
Application number: JP2005192723A
Authority: JP
Inventors: 由美子大内
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 2005-06-30
Filing date: 2005-06-30
Publication date: 2012-06-20
Anticipated expiration: 2025-06-30
Also published as: JP2007011066A

Description

本発明は、照明光学系を有した顕微鏡に関する。

顕微鏡に用いる照明光学系として、視野の明るさが均一になることから、ケーラー照明光学系が広く用いられている。これは、少なくとも、光源，コレクタレンズ群，開口絞り及びコンデンサレンズ群（落射照明の場合は対物レンズ）とを備え、光源像をコレクタレンズ群により開口絞りの位置に投影し、この光源像を２次光源として物体を照明するように構成されたものである。

コレクタレンズ群は、一般に、光源からの光を効率良く集光するために、光源側の開口数が大きくなるように設計されている。その結果、色収差が大きく発生し、この色収差が大きい波長の照明光は、基準波長の光から大きく離れ、標本面上に、色付きが生じたり或いは周辺光量不足になる。特に、落射蛍光用途の場合は、紫外域から可視域までの波長範囲に対応するため、色収差の影響が無視できない。

そこで、コレクタレンズ群の直後に屈折力が殆どないレンズユニットを着脱自在に配置することにより、コレクタレンズ群で大きく発生した色収差を、効果的に補正する構成の顕微鏡用の照明光学系が開示されている（例えば、特許文献１を参照）。
特開２０００−１００１２号公報

しかしながら、特許文献１に記載の照明光学系では、色収差補正用のレンズユニットを新たに追加しなければならないため、光学系全体が大型化するという問題があった。

本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、回折光学素子を適切な位置に配置して、回折光学面に形成されたパターンが観察者の視界の妨げにならないように配慮しつつ、光学系全体の大型化を招くことなく、色収差を良好に補正し得る照明光学系を有した顕微鏡を提供することを目的とする。

このような目的を達成するため、本発明の顕微鏡は、光源からの光を集光するコレクタレンズ群と、前記コレクタレンズ群の前側焦点位置と略共役な位置に配置された視野絞りとを含み、前記光源からの光を標本に照射する照明光学系と、前記標本からの光を受光する対物レンズと、前記標本の像を形成する接眼レンズとを含む観察用光学系とを有し、前記コレクタレンズ群内あるいは前記コレクタレンズ群の近傍に、回折光学面を配置し、以下の条件式を満足するように構成される。
ｆｂ ² ／（β２ ² ＊β１ ² ＊Ｌ）＜１００
但し、
ｆｂ：前記接眼レンズの焦点距離、
β１：前記コレクタレンズ群の前側焦点位置から前記視野絞りへの拡大率、
β２：前記視野絞りから前記接眼レンズが形成する前記標本の像までの拡大率、
Ｌ：前記コレクタレンズ群の前側焦点位置と前記回折光学面との距離。

以上説明したように、本発明によれば、回折光学素子を適切な位置に配置して、回折光学面に形成されたパターンが観察者の視界の妨げにならないように配慮しつつ、光学系全体の大型化を招くことなく、色収差を良好に補正し得る照明光学系を有した顕微鏡を実現できる。

近年、生物分野では、観察時に用いる蛍光色素が多種開発され、これら蛍光色素を多種用いて生体組織上のたんぱく質や遺伝子等を同時に染色して観察する、いわゆる多重染色同時観察が盛んに行われている。これに伴い、多重染色同時観察用蛍光フィルタが開発され、一度に多数の励起光を用いた蛍光観察が可能になり、照明光学系にはより幅広い波長範囲に対応し得るものが望まれる。

また、半導体分野では、落射明暗視野検鏡法を用いてＩＣパターンの欠陥検査が行われているが、検査効率の向上を図るために、照明光学系には、より広く均一な視野を持ち、且つ、照明光の色付きを生じることなく欠陥検査をし得るものが望まれる。

また、環境分野では、鉛や砒素等の有害物質を排除して環境に配慮した、いわゆるエコガラスと呼ばれる硝子製造技術が進んでいる。上記のような顕微鏡では励起光として紫外線が用いられることが多いが、このエコガラスでは紫外線に対して高い透過率を有する硝材がアッベ数νｄ＞５０という範囲内にのみしか存在しない（同じ屈折率特性を持つ通常のレンズでは、紫外線に対して透過率の高い硝材のアッベ数νｄ＞３５）。今後エコガラスをコレクタレンズ群に採用することを想定すると、コレクタレンズ群による色収差の補正がより困難になることが予想され、上記の課題が顕著になる。

このような要求に答えるべく、本発明の顕微鏡用の照明光学系１は、図１に示すように、光源側から順に同軸上に並んで、光源１１と、コレクタレンズ群１２と、リレーレンズ群１３と、開口絞り１４と、視野絞り１５と、第２のリレーレンズ群１６と、波長選択フィルタ（励起フィルタ）１７と、ダイクロイックミラー１８と、バリアフィルタ１９とを備えて構成される。この構成からも分かるように、本発明の照明光学系１は、いわゆるケーラー照明光学系と呼ばれるものである。

なお、視野絞り１５は、第２のリレーレンズ群１６内に配置され、コレクタレンズ群１２の前側焦点位置Ｆ及び標本の標本面（図示略）とそれぞれ共役になっている。

このような構成の照明光学系１は、光源１１からの光を、コレクタレンズ群１２により集光し、リレーレンズ群１３により前記コレクタレンズ群１２からの光を集光して開口絞り１４に光源１１の像を投影し、第２のリレーレンズ群１６により光源１１の像を２次光源として対物レンズ（図示略）の瞳位置Ｐに再投影する。この構成により、均一な視野が得られ、且つ、明るく標本２０を照明することができるようになっている。一方、視野絞り１５の像は、第２のリレーレンズ群１６と対物レンズ（図示略）によって標本の標本面２０´に投影されるようになっている。

また、照明光学系１には、第２のリレーレンズ群１６と対物レンズ（図示略）との間に、波長選択フィルタ（励起フィルタ）１７と、ダイクロイックミラー１８と、バリアフィルタ１９とが配置されている。これらにより、第２のリレーレンズ群１６からの光は、波長選択フィルタ１７を通過して特定波長の光のみが選択され、ダイクロイックミラー１８により前記選択された励起光が反射され、標本２０に照射される。そして、照射された標本２０から発せられた光は、対物レンズ（図示略）を経て、ダイクロイックミラー１８を通過し、バリアフィルタ１９により特定波長の光のみが通過され（より詳しくは、観察者の目に有害な波長を除いた光）、観察用光学系（図示略）に入射し、観察者は標本２０の観察ができるようになっている。

なお、上記の波長選択フィルタ（励起フィルタ）１７，ダイクロイックミラー１８及びバリアフィルタ１９の３つは、通常フィルタカセットと呼ばれる一つの枠に取り付けられていることが多い。

また、照明光学系１には、リレー光学系１３の中にスペースＮが設けられており、光源１の種類や観察状況に応じて、減光フィルタや熱線吸収フィルタ等のフィルタ等を挿入できるようになっている。

以上のような構成の本発明の照明光学系１には、コレクタレンズ群１２内若しくはコレクタレンズ群１２の近傍に、回折光学面Ｇｆ（回折光学素子ＤＯＥ）が配置され、コレクタレンズ群１２で発生する色収差を良好に補正している。図１では、回折光学面Ｇｆがコレクタレンズ群１２の近傍に配置された例を示しており、より詳しくは、回折光学面Ｇｆがコレクタレンズ群１２の前側焦点位置Ｆから距離Ｌだけ離して設置されている例を示している。

ここで、回折光学面及び回折光学素子について説明する。一般に、光線を曲げる方法として、屈折，反射及び回折の３種類が知られている。回折光学面とは、このような光の回折作用を行う光学面である。また、回折光学素子とは、このような回折光学面を備えた光学素子であり、従来より知られた回折格子やフレネルゾーンプレートなどがある。このような回折光学素子は、屈折や反射とは異なる振る舞いを示すことが知られており、その具体例としては、負の分散特性（νｄ＝−３．４５３）を有することが挙げられる。この性質は、色収差補正に極めて有効であり、高価な特殊低分散ガラスでしか達し得ない（通常のガラスでは達し得ない）良好な色収差補正が可能となる。なお、このような回折光学素子の性質に関しては、「『回折光学素子入門』応用物理学会日本光学会監修平成９年第１版発行」に詳しい。

このように回折光学面は、ガラスや通常のレンズとは逆の波長特性、すなわち長波長ほど屈折力が大きくなるという性質を有している。したがって、光学系にこのような回折光学面を導入することにより、色収差を極めて良好に補正することができる。

加えて、回折光学面の周期的特性を変化させることで、非球面レンズ的な効果をも持たせることができる。前述した、負の分散や強い異常分散性を利用した色収差の補正効果と、この非球面効果を利用して光学性能の大幅な向上を期待できる。さらに、このような回折光学素子の特性は、微細な形状により発現するため、空間的な占有率が非常に低く、軽量化・小型化を達成しやすい。

また、回折光学面を光学系に用いる場合、回折効率も考慮しなければならない。屈折光学系の場合、ある屈折面に入射した１本の光線は、屈折後も１本の光線である。しかしながら、ある回折光学面に入射した１本の光線は、回折後は複数の次数に分離してしまう。また、この時入射した光線のエネルギーは、回折光学面に形成された格子形状に依存した形で、それぞれの次数に分離してしまう。そこで、回折光学面では、所望の次数の光線（設計次数）の回折効率を１に近づけるように格子形状を決定する必要がある。さらに、回折効率は、波長及び回折格子に入射する角度に大きく依存するため、十分考慮する必要がある。

図２（ａ）は、ある１つの材料により形成された単層の回折光学素子の構造を示したものである。ここで、格子高さをｈ_１とし、設計波長をλ０とし、それに対する材料の屈折率ｎ０としたとき、単層の格子高さｈ_１は次式（１）で決定される。
ｈ_１＝ λ０／（ｎ０−１） …（１）

上記の式（１）を満足する波長において、この単層の回折光学素子では、回折効率を理論的に１にすることができる。なお、回折効率ηは次式（２）で求められる。

η ＝ｓｉｎｃ^２（α−ｋ） …（２）

上記の式（２）において、ｋは回折次数であり、αはさらに次式（３）から求まる値である。

α ＝ λ０（ｎλ−１）／｛λ（ｎ０−１）｝ …（３）

なお、上記の式（３）において、ｎλは任意の波長λに対する材料の屈折率である。こうして求めた単層の回折光学素子における回折効率ηの波長特性を図２（ｂ）に示す。図２（ｂ）に示すように、設計波長において高い回折効率ηを得ることができるため、単層の回折光学素子を用いることにより、レーザー光源などの単一波長や、狭い波長域での使用に大変有効であることが分かる。

近年、上記の単層型よりも、広い波長域において良好な回折効率を得ることができるように、複層型（ないしは積層型）と呼ばれる回折光学素子が提案されている。この複層型の回折光学素子は、図３（ａ）に示すように鋸歯状に形成された面を持つ複数の回折素子要素を積層させたものであり、図３（ｂ）に示すように所望の広波長域（例えば、可視光領域）のほぼ全域で高い回折効率が保たれる、すなわち、波長特性が良好であるという特徴を有している。なお、複層型の回折光学素子では、互いの分散の差と屈折率の差を最適化した材料を密着接合させることで、より回折効率の波長依存性を低減することができる。

ここで、互いに異なる２つの構成要素からなる複層型回折光学素子において、設計波長をλ０とし、このλ０に対する２つの構成要素の屈折率をｎ１０，ｎ２０としたとき、格子高さｈ_２は次式（４）で表せる。

ｈ_２＝ λ０／(ｎ２０−ｎ１０) …（４）

そして、複層型の回折光学素子における回折効率ηは、次式（５）で得られるαの値を、上記（２）式に代入することで求められる。

α ＝｛（ｎ２λ−ｎ１λ）＊ｈ｝／λ …（５）

このような技術により構成される回折光学素子は、所望の広波長域で高い回折効率が保たれる、すなわち良好な波長特性を持つことが特徴である。よって、本発明の照明光学系１で用いられると好ましい。

本発明に係る照明光学系１では、回折光学面Ｇｆ（回折光学素子ＤＯＥ）を配置する位置と、コレクタレンズ群１２の前側焦点位置Ｆとの間隔をＬとしたとき、次式（６）を満足することが望ましい。

Ｌ＞７．５ …（６）

上記条件式（６）は、回折光学面Ｇｆ（回折光学素子ＤＯＥ）の微細構造の視野内における、観察時の視認性を鑑みたものである。ここで、条件式（６）の導出方法について説明すると、本光学系１に用いられる回折光学面Ｇｆは、視野内に見える輪帯パターンが観察者の視界の妨げにならないように、できる限り像の形成位置から離すことが望ましい。具体的には、回折光学面Ｇｆと像の形成位置との視度が１０ディオプター程度異なればよいが、これを数式で表現すると、次式（７）のように表せる。

ｆｂ^２／（β２^２＊β１^２＊Ｌ）＜１００ …（７）

なお、上記式（７）において、ｆｂは接眼レンズの焦点距離、β１はコレクタレンズ群１２の前側焦点位置Ｆから視野絞り１５への拡大率、β２は視野絞り１５から接眼レンズの観察像までの拡大率を示す。そして、これら係数に、本実施形態では一般的な接眼レンズを標準の１０倍で使用する際の値を代入する。具体的には、式（７）における接眼レンズの焦点距離ｆｂに２５（ｍｍ）、コレクタレンズ群１２の前側焦点位置Ｆから視野絞り１５への拡大率β１に０．７（倍）、視野絞り１５から接眼レンズの観察像までの拡大率β２に１．３を代入すると、式（７）より式（６）が導出される。

なお、本発明の効果を十分に発揮するには、上記条件式（６）の下限値を１０とすることが望ましい。これを満足すれば、視野絞り１５に投影される像の拡大率が変化した場合や接眼レンズ（図示略）の焦点距離が変化した場合など、観察条件が変化しても、回折光学面Ｇｆに形成された輪帯パターンが観察者の視界の妨げになることがなく、好ましい。

本発明の照明光学系１では、コレクタレンズ群１２の近傍に回折光学面Ｇｆを配置する場合、この回折光学面Ｇｆは、コレクタレンズ群１２の標本側に配置され、２枚の密着接合された平行平板の接合面に形成されることが望ましい（図１参照）。若しくは、本発明の照明光学系１では、コレクタレンズ群１２内に回折光学面Ｇｆを配置する場合、回折光学面Ｇｆは、コレクタレンズ群１２を構成するいずれかのレンズ面に密着して形成されることが望ましい。このように回折光学素子を構成することで、色収差を良好に補正できる。

本発明の照明光学系１では、回折光学面Ｇｆが形成されるレンズ面は、コレクタレンズ群１２内でレンズ面の法線に対する光源１１からの光の入射角が小さいレンズ面に形成されることが望ましい。これは、入射角が大きくなると、回折光学面Ｇｆによるフレアが発生し易くなり、良好な光学性能を得ることができなくなるためである。

なお、本発明では、回折光学面Ｇｆを有する回折光学素子ＤＯＥは、ガラスモールド基板と樹脂とが密着接合して、これらの接合面に回折光学面Ｇｆが形成された構成であることが望ましい。若しくは、本発明では、回折光学面Ｇｆを有する回折光学素子ＤＯＥは、相対的に低屈折率の樹脂と高屈折率の樹脂とが密着接合して、これらの接合面に回折光学面が形成された構成であることが望ましい。このような構成とすることで、回折効率の波長特性を抑えることができる。

また、本発明では、コレクタレンズ群１２は、紫外域の透過率が十分に高い硝種で構成されていることが望ましい。このような構成とすることで、紫外域で励起を行う蛍光観察において明るい蛍光像を得ることができる。

以上のように、本発明の照明光学系１は、回折光学面Ｇｆをコレクタレンズ群１２内若しくはコレクタレンズ群１２の近傍に配置し、このコレクタレンズ群１２を紫外線に対して透過率が十分に高い硝種で構成することにより、広い波長域（３５０〜６５０ｎｍ程度）において色収差の補正が可能となる。その結果、多くの励起光に対応可能となり、本発明に係る照明光学系１は多重染色同時観察を行ったり、落射明暗視野検鏡法を用いたＩＣパターンの欠陥検査を行ったりする際に、周辺光量不足や視野周辺での照明光の色付きを引き起こすことがない照明を行うことができる。

以下、本発明の照明光学系に係る各実施例について、添付図面に基づいて説明する。

各実施例において、回折光学面の位相差は、通常の屈折率と後述する非球面式を用いて行う超高屈折率法により計算した。超高屈折率法とは、非常に高屈折率の薄膜が回折作用とほぼ等しい屈折作用を起こすことを利用するものであり、回折光学面を高屈折率の薄膜状の回折レンズとして扱うものである。

非球面式は、光軸に垂直な方向の高さ（入射高）をｈとし、非球面の頂点における接平面から高さｈにおける非球面上の位置までの光軸に沿った距離（非球面量）をｚとし、ｎ次の非球面係数をＣ_ｎとしたとき、次式（８）で表せる。

ｚ＝Ｃ₂ｈ²＋Ｃ_４ｈ^４＋Ｃ_６ｈ^６＋Ｃ_８ｈ^８＋Ｃ_１０ｈ^１０ …（８）

以下、各実施例における回折光学面は、上記の非球面式（８）及びその係数を用いた超高屈折率法のデータとして記載している。

ここで、超高屈折率法の屈折率をｎｕとし、回折次数をｍとし、波長をλとしたとき、基準波長の１次回折光の屈折率ｎ０（１）は、次式（９），（１０）で定義される。

ｎ０（ｍ）＝ｍ＊｛ｎ０（１）−１｝＋１ …（９）
ｎｕ（λ）＝（λ／λ０）＊｛ｎ０（ｍ）−１｝＋１ …（１０）

なお、各実施例において、全て回折次数をｍ＝１とし、基準波長の１次回折光の屈折率をｎ０（１）＝10001とし、その波長をλ０＝587.6ｎｍ（ｄ線）とした。

また、回折レンズによる光路長付加は、光線が空気中を通る状態を基準と（ｎ―１）＊ｚと表せるので、波長λに対する光路差関数φは次式（１１）となる。

φ ＝ [ｎｕ（λ）−１]＊Ｃ₂ｈ²＋Ｃ_４ｈ^４＋Ｃ_６ｈ^６＋Ｃ_８ｈ^８＋Ｃ_１０ｈ^１０…（１１）

さらに、実際の回折レンズの微細形状は、次式（１２）で示すように、上記の光路差関数φから波長λの整数倍部分を除いた残りの部分に１／（ｎｂ１−ｎｂ２）を掛けることで決まる。なお、ｎｂ１は入射側の材料の屈折率であり、ｎｂ２は射出側の材料の屈折率を表す。

Δφ´ ＝ＭＯＤ（φ，λ）／（ｎｂ１−ｎｂ２） …（１２）

（第１実施例）
図４〜図６を用いて、本発明の第１実施例に係る照明光学系について説明する。図４は第１実施例に係る照明光学系の構成を示す。第１実施例に係る照明光学系は、光源Ｌ側から順に、コレクタレンズ群Ｇと、回折光学素子ＤＯＥとを備えて構成される。コレクタレンズ群Ｇと回折光学素子ＤＯＥとの間には、コレクタレンズ群Ｇの前側焦点位置Ｆ（視野絞り（図示略）と共役位置）がある。

コレクタレンズ群Ｇは、光源Ｌ側から順に、正メニスカスレンズＬ１，Ｌ２と、両凸レンズＬ３と、負メニスカスレンズＬ４とを備えて構成される。回折光学素子ＤＯＥは、ガラスモールドと樹脂からなり、光源側Ｌから順に、２枚の密着接合された平行平板Ｌ５，Ｌ６の接合面に形成されている。

図５は、本実施例の照明光学系を構成する各レンズの諸元値を示す図である。図５に示す諸元の表において、第１欄ｍは各光学面の番号（以下、面番号と称する）、第２欄ｒは各光学面の曲率半径、第３欄ｄは各光学面から次の光学面までの光軸上の距離（以下、面間隔と称する）、第４欄ｎｄはｄ線（波長587.6ｎｍ）に対する屈折率、第５欄νｄはｄ線に対するアッベ数、第６欄は各レンズ成分を、第７欄は各レンズ群をそれぞれ表している。

なお、表中においては、照明光学系において光が進行する向きとは逆に、光源に向けて光線追跡を行っている。また、表中においては、Ｆがコレクタレンズ群Ｇの前側焦点位置（視野絞りと共役位置）を、ＤＯＥが回折光学面を示す。

さらに、表中では、ＥＰＤは入射瞳径、θは最大画角、ｆはレンズ全系のｇ線（波長435.8ｎｍ）における焦点距離、Ｌはコレクタレンズ群Ｇの前側焦点位置Ｆと回折光学面Ｇｆとの間隔、ｆ_ＤＯＥは回折光学面Ｇｆの回折成分のみｇ線（波長435.8ｎｍ）における焦点距離、Ｃｎはｎ次の非球面係数を示す。

なお、長さの単位は特記の無い場合は「ｍｍ」が使われている。但し、光学系は、比例拡大又は比例縮小しても同等の光学性能が得られるので、単位は「ｍｍ」に限定されることなく、他の適当な単位を用いることが可能である。また、曲率半径∞は平面を示し、空気の屈折率1.00000は省略してある。以上の表の説明は、他の実施例においても同様である。

図５に示す諸元の表から分かるように、本実施例に係る照明光学系は、上記条件式（６）を満たすことが分かる。また、本実施例に係る照明光学系は、紫外域の透過率が十分に高い硝種を用いて構成されている。

図６は、第１実施例における球面収差図であり、ｇ線（波長435.8ｎｍ）を基準とし、Ｃ線（波長656.27ｎｍ）、ｄ線（波長587.6ｎｍ）、Ｆ線（波長486.13ｎｍ）及びｉ線（波長365.015ｎｍ）についての結果も示している。なお、この球面収差図の横軸の単位はｍｍである。また、縦軸は入射瞳の相対径を示している。以上、収差図の説明は他の実施例においても同様である。

図６に示す球面収差図から明らかであるように、本実施例では、入射瞳の最外域を通る光線では、Ｃ線からｉ線までの色収差の全幅が０．１８ｍｍであり、従来例（図１６〜図１８参照）と比べて１／２程度に改善されていることが分かる。なお、本実施例で用いた回折光学素子ＤＯＥにおいて、ガラスモールド基板はｎｄ＝１．５９０８７，νｄ＝６２．３のモールド用硝材であり、樹脂はｎｄ＝１．５５３９，νｄ＝３８．０９の紫外線硬化型アクリル系ウレタンアクリレート混合樹脂である。

（第２実施例）
図７〜図９を用いて、本発明の第２実施例に係る照明光学系について説明する。図７は第２実施例に係る照明光学系の構成を示す。第２実施例に係る照明光学系は、光源Ｌ側から順に、コレクタレンズ群Ｇと、回折光学素子ＤＯＥとを備えて構成される。回折光学素子ＤＯＥの標本側には、コレクタレンズ群Ｇの前側焦点位置Ｆ（視野絞り（図示略）と共役位置）がある。

コレクタレンズ群Ｇは、光源Ｌ側から順に、正メニスカスレンズＬ１と、両凸レンズＬ２と、負メニスカスレンズＬ３と、両凸レンズＬ４とを備えて構成される。回折光学素子ＤＯＥは、ガラスモールドと樹脂からなり、光源側Ｌから順に、２枚の密着接合された平行平板Ｌ５，Ｌ６の接合面に形成されている。

図８は、本実施例の照明光学系を構成する各レンズの諸元値を示す図である。図８に示す諸元の表から分かるように、本実施例に係る照明光学系は、上記条件式（６）を満たすことが分かる。また、本実施例に係る照明光学系は、紫外域の透過率が十分に高い硝種を用いて構成されている。

図９は、本実施例における球面収差図である。図９に示す球面収差図から明らかであるように、本実施例では、入射瞳の最外域を通る光線では、ｉ線からＣ線までの色収差の全幅が０．１３ｍｍであり、従来例（図１６〜図１８参照）と比べて１／３程度に改善されていることが分かる。なお、本実施例で用いた回折光学素子ＤＯＥにおいて、ガラスモールド基板はｎｄ＝１．５９０８７，νｄ＝６２．３のモールド用硝材であり、樹脂はｎｄ＝１．５５３９，νｄ＝３８．０９の紫外線硬化型アクリル系ウレタンアクリレート混合樹脂である。

（第３実施例）
図１０〜図１２を用いて、本発明の第３実施例に係る照明光学系について説明する。図１０は第３実施例に係る照明光学系の構成を示す。第３実施例に係る照明光学系は、光源Ｌ側から順に、コレクタレンズ群Ｇを備えて構成される。コレクタレンズ群Ｇの標本側には、前側焦点位置Ｆ（視野絞り（図示略）と共役位置）がある。

コレクタレンズ群Ｇは、光源Ｌ側から順に、正メニスカスレンズＬ１と、両凸レンズＬ２と、負メニスカスレンズＬ３と、両凸レンズＬ４とを備えて構成される。なお、両凸レンズＬ４は、標本側の面に相対的に低屈折率の樹脂と高い屈折率の樹脂とからなる回折光学素子ＤＯＥが形成されている。

図１１は、本実施例の照明光学系を構成する各レンズの諸元値を示す図である。図１１に示す諸元の表から分かるように、本実施例に係る照明光学系は、上記条件式（６）を満たすことが分かる。また、本実施例に係る照明光学系は、紫外域の透過率が十分に高い硝種を用いて構成されている。

図１２は、本実施例における球面収差図である。図１２に示す球面収差図から明らかであるように、本実施例では、入射瞳の最外域を通る光線では、ｉ線からＣ線までの色収差の全幅が０．１４ｍｍであり、従来例（図１６〜図１８参照）と比べて１／３程度に改善されていることが分かる。なお、本実施例で用いた回折光学素子ＤＯＥの低屈折率樹脂はｎｄ＝１．５５６９，νｄ＝５０．２の紫外線硬化型アクリル系硫黄混合物であり、高屈折率樹脂はｎｄ＝１．５２７６，νｄ＝３４．７の紫外線硬化型アクリル系フッ素混合樹脂である。

（第４実施例）
図１３〜図１５を用いて、本発明の第４実施例に係る照明光学系について説明する。図１３は第４実施例に係る照明光学系の構成を示す。第４実施例に係る照明光学系は、光源Ｌ側から順に、コレクタレンズ群Ｇを備えて構成される。コレクタレンズ群Ｇの標本側には、前側焦点位置Ｆ（視野絞り（図示略）と共役位置）がある。

コレクタレンズ群Ｇは、光源Ｌ側から順に、正メニスカスレンズＬ１と、両凸レンズＬ２と、負メニスカスレンズＬ３と、両凸レンズＬ４とを備えて構成される。なお、負メニスカスレンズＬ３は、光源側の面に相対的に低屈折率の樹脂と高い屈折率の樹脂とからなる回折光学素子ＤＯＥが形成されている。

図１４は、本実施例の照明光学系を構成する各レンズの諸元値を示す図である。図１４に示す諸元の表から分かるように、本実施例に係る照明光学系は、上記条件式（６）を満たすことが分かる。また、本実施例に係る照明光学系は、紫外域の透過率が十分に高い硝種を用いて構成されている。なお、本実施例で用いた回折光学素子ＤＯＥの低屈折率樹脂はｎｄ＝１．５５６９，νｄ＝５０．２の紫外線硬化型アクリル系硫黄混合物であり、高屈折率樹脂は、ｎｄ＝１．５２７６，νｄ＝３４．７の紫外線硬化型アクリル系フッ素混合樹脂である。

図１５は、本実施例における球面収差図である。図１５に示す球面収差図から明らかであるように、本実施例では、入射瞳の最外域を通る光線では、Ｃ線からｉ線までの色収差の全幅が０．１７ｍｍであり、従来例（図１６〜図１８参照）と比べて１／２程度に改善されていることが分かる。

（従来例）
上記した本発明に係る第１実施例〜第４実施例の照明光学系と比較するため、図１６〜図１８を用いて、従来の照明光学系について説明する。図１６は従来例に係る照明光学系の構成を示す。従来例に係る照明光学系は、光源Ｌ側から順に、コレクタレンズ群Ｇを備えて構成される。コレクタレンズ群Ｇの標本側には、前側焦点位置Ｆ（視野絞り（図示略）と共役位置）がある。

コレクタレンズ群Ｇは、光源Ｌ側から順に、正メニスカスレンズＬ１と、正メニスカスレンズＬ２と、負メニスカスレンズＬ３と、両凸レンズＬ４とを備えて構成される。

図１７は従来例の照明光学系を構成する各レンズの諸元値を示す図であり、図１８は本実施例における球面収差図である。図１８に示す球面収差図から明らかであるように、本実施例では、入射瞳の最外域を通る光線では、ｉ線からＣ線までの色収差の全幅が０．４３ｍｍであることが分かる。

以上のような本発明は、上記実施形態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適宜改良可能である。例えば、上記実施形態においては、照明光学系にケーラー照明を使用したが、これに限定されるものではなく、クリティカル照明やテレセントリック照明など、他の照明光学系に使用することもできる。

本発明に係る照明光学系の構成断面図である。本発明に係る単層の回折光学素子の各波長に対する回折効率を示すである。本発明に係る密着複層型の回折光学素子の各波長に対する回折効率を示す図である。本発明に係る第１実施例の照明光学系のレンズ構成断面図である。本発明に係る第１実施例の照明光学系の諸元の表である。本発明に係る第１実施例の照明光学系の球面収差図である。本発明に係る第２実施例の照明光学系のレンズ構成断面図である。本発明に係る第２実施例の照明光学系の諸元の表である。本発明に係る第２実施例の照明光学系の球面収差図である。本発明に係る第３実施例の照明光学系のレンズ構成断面図である。本発明に係る第３実施例の照明光学系の諸元の表である。本発明に係る第３実施例の照明光学系の球面収差図である。本発明に係る第４実施例の照明光学系のレンズ構成断面図である。本発明に係る第４実施例の照明光学系の諸元の表である。本発明に係る第４実施例の照明光学系の球面収差図である。従来の照明光学系のレンズ構成断面図である。従来の照明光学系の諸元の表である。従来の照明光学系の球面収差図である。

符号の説明

１照明光学系１１光源１２コレクタレンズ群
１２リレーレンズ群１４開口絞り１５視野絞り
１６第２のリレーレンズ群１７波長選択フィルタ
１８ダイクロイックミラー１９バリアフィルタ
Ｆコレクタレンズ群の前側焦点位置
Ｇｆ回折光学面ＤＯＥ回折光学素子

Claims

光源からの光を集光するコレクタレンズ群と、前記コレクタレンズ群の前側焦点位置と略共役な位置に配置された視野絞りとを含み、前記光源からの光を標本に照射する照明光学系と、
前記標本からの光を受光する対物レンズと、前記標本の像を形成する接眼レンズとを含む観察用光学系とを有した顕微鏡において、
前記コレクタレンズ群内あるいは前記コレクタレンズ群の近傍に、回折光学面を配置し、以下の条件式を満足することを特徴とする顕微鏡。
ｆｂ ² ／（β２ ² ＊β１ ² ＊Ｌ）＜１００
但し、
ｆｂ：前記接眼レンズの焦点距離、
β１：前記コレクタレンズ群の前側焦点位置から前記視野絞りへの拡大率、
β２：前記視野絞りから前記接眼レンズが形成する前記標本の像までの拡大率、
Ｌ：前記コレクタレンズ群の前側焦点位置と前記回折光学面との距離。
前記コレクタレンズ群からの光を、開口絞りに投影するリレーレンズ群と、
前記開口絞りに投影した前記光源の像を２次光源として、前記対物レンズの瞳位置に再投影させるコンデンサレンズ群とを備えることを特徴とする請求項１に記載の顕微鏡。
前記コレクタレンズ群の近傍に前記回折光学面を配置する場合、
前記回折光学面は、前記コレクタレンズ群の標本側に配置され、２枚の接合された平行平板の接合面に形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の顕微鏡。
前記コレクタレンズ群内に前記回折光学面を配置する場合、
前記回折光学面は、前記コレクタレンズ群を構成するいずれかのレンズ面に形成されることを特徴とする請求項１又は２に記載の顕微鏡。
前記回折光学面が形成されるレンズ面は、前記コレクタレンズ群内でレンズ面の法線に対する前記光源からの光の入射角が小さいレンズ面に形成されることを特徴とする請求項４に記載の顕微鏡。
前記回折光学面を有する光学素子は、ガラスモールド基板と樹脂とが密着接合して、これらの接合面に前記回折光学面が形成された構成であることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の顕微鏡。
前記回折光学面を有する光学素子は、相対的に低屈折率の樹脂と高屈折率の樹脂とが密着接合して、これらの接合面に前記回折光学面が形成された構成であることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の顕微鏡。